Uvod v priljubljene žice in materiale, ki se uporabljajo v fotovoltaičnih elektrarnah

V zadnjih letih se uporaba sončne energije (PV) za proizvodnjo električne energije vse bolj širi in hitro napreduje. V procesu gradnje fotonapetostnih elektrarn poleg glavne opreme, kot so fotonapetostni moduli, razsmerniki in povečevalni transformatorji, poleg podpore pri povezovanju fotonapetostnih kablov igra ključno vlogo pri splošni donosnosti fotonapetostne elektrarne, njeni obratovalni varnosti in visoki učinkovitosti. Sledi popoln pregled običajnih kablov in materialov, ki se uporabljajo v fotonapetostnih elektrarnah, ter njihov vpliv na okolje.

Glede na sistem PV elektrarn lahko kable razdelimo na enosmerne in izmenične kable, ki so glede na različne namene in okolja uporabe razvrščeni na naslednji način:

1. Kabel za enosmerni tok
(1). Serijski kabli povezujejo module z moduli.
(2). Med nizi in njihovimi nizi ter razdelilnikom enosmernega toka (konvergenčno omarico) prek vzporedne povezave.
(3). Priključite kabel med razdelilnikom enosmernega toka in razsmernikom.

Zgoraj navedeni kabli so enosmerni kabli, ki morajo biti odporni na vlago, sončno svetlobo, mraz, vročino in UV-sevanje. V nekaterih primerih se je treba izogibati tudi kislinam, alkalijam in drugim kemičnim snovem.

2. Napajalni kabel
(1). Priključite pretvornik na povečevalni transformator s kablom.
(2). Kabel, ki povezuje povečevalni transformator z razdelilnikom električne energije.
(3). Razdelilna enota za omrežje ali uporabniški priključni kabel.

Ta del kabla je namenjen kablu za izmenično obremenitev, ki je položen v zaprtih prostorih v skladu s splošnimi standardi za izbiro napajalnih kablov.

3. Posebni kabel za fotovoltaiko
Veliko število enosmernih kablov je treba namestiti na prostem v neugodnih vremenskih razmerah, zato mora biti material kabla odporen na UV-sevanje, ozon, ekstremne temperaturne spremembe in kemično erozijo. Kabli iz običajnih materialov, ki se v tem okolju uporabljajo dlje časa, bodo oslabili kabelski plašč in celo raztopili izolacijsko plast. Ti pogoji ne bodo le takoj poškodovali kabelskega sistema, temveč bodo povečali tudi možnost kratkega stika kabla ter verjetnost požarov ali poškodb delavcev v srednjeročnem do dolgoročnem obdobju, kar bo znatno skrajšalo življenjsko dobo sistema.

Zato je uporaba kablov in komponent, specifičnih za fotovoltaiko, v fotovoltaičnih elektrarnah ključnega pomena. Z nenehno širitvijo sončne industrije se je trg podpornih komponent za fotovoltaiko postopoma razvijal, kar zadeva kable, pa je bila izdelana vrsta standardov za specializirane kabelske izdelke za fotovoltaiko. Nedavno zasnovan kabel za zamreženje z elektronskim snopom, nazivno na 120 ℃, lahko prenese težke podnebne razmere in mehanske udarce. Drug primer je kabel RADOX, specializiran kabel za sončno energijo, zasnovan v skladu z mednarodnim standardom IEC216, z življenjsko dobo na prostem, ki je 8-krat daljša od gumijastih kablov in 32-krat daljša od PVC kablov. Specializirani fotovoltaični kabli in komponente ponujajo vrhunsko odpornost na vremenske vplive, odpornost proti UV-žarkom in ozonski eroziji ter lahko prenesejo širši razpon temperaturnih nihanj. V Evropi so tehniki ugotovili, da lahko temperature, izmerjene na strehi, dosežejo od 100 do 110 °C.

4. Materiali kabelskih vodnikov
DC kabli se najpogosteje uporabljajo v sončnih elektrarnah za dolgotrajno delovanje na prostem; vendar se zaradi gradbenih omejitev kabelske povezave uporabljajo predvsem za konektorje. Materiali kabelskih vodnikov so razdeljeni na bakreno jedro in aluminijasto jedro. Bakreno jedro ima boljšo odpornost proti oksidaciji kot aluminijasto jedro, dolgo življenjsko dobo, dobro stabilnost in delovanje, majhen padec napetosti in majhne izgube moči; v gradbeništvu je zaradi dobre prožnosti bakrenega jedra dovoljeni polmer upogibanja majhen, zato ga je enostavno upogniti in obrabiti; bakreno jedro se zaradi utrujenosti in večkratnega upogibanja ne zlomi zlahka, zato ga je enostavno povezati; hkrati ima bakreno jedro visoko mehansko trdnost. Nasprotno pa je aluminijasto jedro zaradi svojih kemijskih lastnosti nagnjeno k oksidaciji (elektrokemični reakciji) in je še posebej nagnjeno k lezenju, kar lahko povzroči okvaro.

Posledično imajo bakreni kabli znatne prednosti v sistemih sončne energije, zlasti na področju neposredne kabelske dostave električne energije v zemljo. Lahko zmanjšajo število nesreč, povečajo zanesljivost oskrbe z električno energijo, olajšajo gradnjo in vzdrževanje itd. Prav zato se bakreni kabel na Kitajskem uporablja predvsem za podzemno kabelsko dostavo električne energije.

5. Materiali za izolacijo kablov
Med namestitvijo, delovanjem in vzdrževanjem fotovoltaične elektrarne se lahko kabel nahaja v zemlji, pod poraščenim kamenjem, v strešni konstrukciji, med ostrimi robovi ožičenja ali pa je izpostavljen zraku; kabel je lahko izpostavljen različnim zunanjim vplivom. Če plašč kabla ni dovolj močan, se izolacija kabla poškoduje, kar skrajša življenjsko dobo kabla ali povzroči kratke stike, požare in nevarnost poškodb. Raziskovalci in tehniki kablov so odkrili, da imajo materiali, zamreženi s sevanjem, večjo mehansko trdnost kot pred obdelavo. Postopek zamreženja spremeni kemijsko strukturo polimera, uporabljenega v materialu izolacijskega plašča kabla, tako da se taljivi termoplastični material pretvori v netaljivi elastomerni material. Zamreženje s sevanjem znatno izboljša tudi toplotne, mehanske in kemijske lastnosti izolacije kabla.

Enosmerni tokokrogi so med delovanjem pogosto izpostavljeni različnim neugodnim okoliščinam, kar povzroči ozemljitev in prepreči pravilno delovanje sistema. Iztiskanje, slaba izdelava kablov, neustrezni izolacijski materiali, nezadostna izolacijska zmogljivost, staranje izolacije enosmernega sistema in prisotnost specifičnih poškodb lahko povzročijo ozemljitev ali postanejo nevarnost za ozemljitev. Poleg tega bodo zunanje podnebje, vdor majhnih živali ali ugrizi povzročili težave z ozemljitvijo enosmernega toka. Posledično je v tem primeru plašč kabla običajno oklopljen s snovjo, odporno proti glodalcem.