บทนำเกี่ยวกับสายไฟและวัสดุที่นิยมใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ในการผลิตไฟฟ้ากำลังแพร่หลายและพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในกระบวนการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ นอกเหนือจากอุปกรณ์หลัก เช่น แผงโซลาร์เซลล์ อินเวอร์เตอร์ และหม้อแปลงไฟฟ้าแล้ว วัสดุสายเคเบิลเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ก็มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อผลกำไรโดยรวม ความปลอดภัยในการใช้งาน และประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ต่อไปนี้เป็นภาพรวมโดยละเอียดของสายเคเบิลและวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ รวมถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของวัสดุเหล่านั้น

ตามระบบของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สายเคเบิลสามารถแบ่งออกเป็นสายเคเบิล DC และสายเคเบิล AC โดยจำแนกตามวัตถุประสงค์และสภาพแวดล้อมการใช้งานที่แตกต่างกันดังนี้:

1. สายไฟ DC
(1) สายอนุกรมเชื่อมต่อโมดูลกับโมดูล
(2) ระหว่างสายและสายของสายเหล่านั้นกับกล่องกระจาย DC (กล่องรวม) ผ่านการเชื่อมต่อแบบขนาน
(3) ต่อสายเคเบิลระหว่างกล่องกระจายไฟ DC และอินเวอร์เตอร์

สายเคเบิลที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นสายเคเบิลกระแสตรง (DC) ซึ่งต้องกันความชื้น ทนต่อแสงแดด ความเย็น ความร้อน และรังสียูวี ในบางกรณี อาจต้องหลีกเลี่ยงกรด ด่าง และสารเคมีอื่นๆ ด้วย

2. สายไฟ AC
(1) เชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์เข้ากับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันโดยใช้สายเคเบิล
(2) สายเคเบิลที่เชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันเข้ากับหน่วยจ่ายไฟฟ้า
(3) หน่วยกระจายสำหรับโครงข่ายหรือสายเคเบิลเชื่อมต่อของผู้ใช้

สายเคเบิลส่วนนี้เป็นสายเคเบิลสำหรับจ่ายไฟกระแสสลับ (AC) ซึ่งติดตั้งภายในอาคารตามมาตรฐานการเลือกใช้สายไฟทั่วไป

3. สายเคเบิลพิเศษสำหรับแผงโซลาร์เซลล์
จำเป็นต้องติดตั้งสายเคเบิล DC จำนวนมากกลางแจ้งในสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย ดังนั้นวัสดุของสายเคเบิลจึงควรทนต่อรังสี UV โอโซน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง และการกัดกร่อนทางเคมี สายเคเบิลที่ทำจากวัสดุธรรมดาที่ใช้ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้เป็นเวลานานจะทำให้ปลอกหุ้มสายเคเบิลอ่อนแอลงและอาจถึงขั้นละลายชั้นฉนวนได้ สภาวะเหล่านี้ไม่เพียงแต่จะทำให้ระบบสายเคเบิลเสียหายในทันที แต่ยังเพิ่มโอกาสในการเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ตลอดจนความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้หรือการบาดเจ็บของคนงานในระยะกลางถึงระยะยาว ซึ่งจะลดอายุการใช้งานของระบบลงอย่างมาก

ดังนั้น การใช้สายเคเบิลและส่วนประกอบเฉพาะสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ ตลาดสำหรับส่วนประกอบที่รองรับเซลล์แสงอาทิตย์จึงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และในแง่ของสายเคเบิล ได้มีการกำหนดมาตรฐานต่างๆ สำหรับสายเคเบิลเฉพาะทางสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ สายเคเบิลแบบเชื่อมขวางด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ออกแบบใหม่ล่าสุด ซึ่งมีพิกัดอุณหภูมิ 120 ℃ สามารถทนต่อสภาพอากาศที่รุนแรงและแรงกระแทกทางกลได้ อีกตัวอย่างหนึ่งคือสายเคเบิล RADOX ซึ่งเป็นสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์เฉพาะทางที่ออกแบบตามมาตรฐานสากล IEC216 มีอายุการใช้งานกลางแจ้งยาวนานกว่าสายเคเบิลยางถึง 8 เท่า และยาวนานกว่าสายเคเบิล PVC ถึง 32 เท่า สายเคเบิลและส่วนประกอบเฉพาะทางสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์มีความทนทานต่อสภาพอากาศ รังสี UV และการกัดกร่อนจากโอโซนได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้หลากหลาย ในยุโรป ช่างเทคนิคพบว่าระดับอุณหภูมิที่วัดได้บนหลังคาอาจสูงถึง 100 ถึง 110°C

4. วัสดุตัวนำสายเคเบิล
สายเคเบิล DC มักใช้ในสถานีพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการใช้งานกลางแจ้งในระยะยาว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของอาคาร การเชื่อมต่อสายเคเบิลจึงมักใช้สำหรับตัวเชื่อมต่อเป็นหลัก วัสดุตัวนำสายเคเบิลแบ่งออกเป็นแกนทองแดงและแกนอลูมิเนียม สายเคเบิลแกนทองแดงมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีกว่าอลูมิเนียม มีอายุการใช้งานยาวนาน มีเสถียรภาพและประสิทธิภาพที่ดี มีแรงดันตกคร่อมต่ำและการสูญเสียพลังงานต่ำ ในการก่อสร้าง เนื่องจากความยืดหยุ่นที่ดีของแกนทองแดง รัศมีโค้งงอที่อนุญาตจึงมีขนาดเล็ก จึงดัดงอได้ง่ายและสึกหรอได้ง่าย และแกนทองแดงมีความทนทานต่อความล้า การดัดงอซ้ำๆ ไม่แตกหักง่าย จึงเชื่อมต่อได้ง่าย ในขณะเดียวกัน ความแข็งแรงเชิงกลของแกนทองแดงก็สูง ในทางตรงกันข้าม สายเคเบิลแกนอลูมิเนียม เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมี จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชัน (ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดปรากฏการณ์การคืบ ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายได้

ด้วยเหตุนี้ สายเคเบิลทองแดงจึงมีข้อดีอย่างมากในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลใต้ดินโดยตรง สามารถลดจำนวนอุบัติเหตุ เพิ่มความน่าเชื่อถือของการจ่ายกระแสไฟฟ้า ทำให้การก่อสร้างและการบำรุงรักษาง่ายขึ้น และอื่นๆ อีกมากมาย นี่คือเหตุผลที่สายเคเบิลทองแดงถูกนำมาใช้เป็นหลักในการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลใต้ดินในประเทศจีน

5. วัสดุหุ้มฉนวนสายเคเบิล
ในระหว่างการติดตั้ง การใช้งาน และการบำรุงรักษาโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สายเคเบิลอาจอยู่ใต้ดิน บนหินที่ปกคลุมด้วยพืช บนโครงสร้างหลังคา บนขอบคมของสายไฟ หรืออยู่กลางอากาศ สายเคเบิลจึงอาจได้รับแรงกระแทกจากภายนอกได้หลากหลาย หากปลอกหุ้มสายเคเบิลไม่แข็งแรงเพียงพอ ฉนวนของสายเคเบิลจะเสียหาย ทำให้สายเคเบิลมีอายุการใช้งานสั้นลง หรือก่อให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ไฟไหม้ และอันตรายต่อร่างกาย นักวิจัยและช่างเทคนิคด้านสายเคเบิลค้นพบว่าวัสดุที่ผ่านกระบวนการเชื่อมโยงด้วยรังสีมีกำลังรับแรงทางกลสูงกว่าก่อนการบำบัด กระบวนการเชื่อมโยงจะเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของพอลิเมอร์ที่ใช้ในวัสดุปลอกหุ้มฉนวนของสายเคเบิล เปลี่ยนวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่หลอมละลายได้ให้เป็นวัสดุอีลาสโตเมอร์ที่ไม่หลอมละลาย การเชื่อมโยงด้วยรังสียังช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อน ทางกล และทางเคมีของฉนวนสายเคเบิลได้อย่างมีนัยสำคัญ

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) มักเผชิญกับสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยหลายอย่างระหว่างการใช้งาน ซึ่งส่งผลให้เกิดการลัดวงจรลงดินและทำให้ระบบทำงานไม่ถูกต้อง การบิดเบี้ยว การผลิตสายเคเบิลที่ไม่ได้มาตรฐาน วัสดุฉนวนที่ไม่เหมาะสม ประสิทธิภาพของฉนวนที่ไม่เพียงพอ การเสื่อมสภาพของฉนวนระบบไฟฟ้ากระแสตรง และความเสียหายเฉพาะจุด ล้วนสามารถทำให้เกิดการลัดวงจรลงดินหรือกลายเป็นอันตรายจากการลัดวงจรลงดินได้ นอกจากนี้ สภาพอากาศภายนอก การบุกรุกหรือการกัดของสัตว์ขนาดเล็ก ล้วนส่งผลให้เกิดปัญหาการลัดวงจรลงดินของระบบไฟฟ้ากระแสตรงได้เช่นกัน ดังนั้น ในสถานการณ์เช่นนี้ ปลอกหุ้มสายเคเบิลจึงมักถูกหุ้มด้วยวัสดุที่ป้องกันสัตว์ฟันแทะได้