Fotovoltaik enerji tesislerinde kullanılan yaygın teller ve malzemelere giriş

Son yıllarda güneş enerjisi (fotovoltaik) üretiminin uygulaması giderek yaygınlaşmakta ve hızlı bir gelişme göstermektedir. Fotovoltaik enerji santrallerinin inşa sürecinde, fotovoltaik modüller, invertörler, yükseltici transformatörler gibi ana ekipmanlara ek olarak, fotovoltaik kablo bağlantı malzemeleri de fotovoltaik enerji santralinin genel karlılığı, işletme güvenliği ve yüksek verimliliği açısından çok önemli bir rol oynamaktadır. Aşağıda, fotovoltaik enerji santrallerinde kullanılan yaygın kablolar ve malzemeler ile bunların çevresel etkilerine dair kapsamlı bir genel bakış sunulmaktadır.

Fotovoltaik enerji santrallerinin sistemine göre, kablolar doğru akım (DC) kabloları ve alternatif akım (AC) kabloları olarak sınıflandırılabilir ve kullanım amaçlarına ve ortamlarına göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar:

1. DC Kablosu
(1). Seri kablolar modülleri modüllere bağlar.
(2). Teller ve telleri ile DC dağıtım kutusu (yakınsama kutusu) arasında paralel bağlantı yoluyla.
(3). DC dağıtım kutusu ile invertör arasına bir kablo bağlayın.

Yukarıda listelenen kablolar, neme dayanıklı, güneş ışığına, soğuğa, sıcağa ve UV ışınlarına karşı dirençli olması gereken DC kablolardır. Bazı durumlarda asit, alkali ve diğer kimyasal maddelerden de kaçınılmalıdır.

2. AC Kablosu
(1). İnvertörü kablo kullanarak yükseltici transformatöre bağlayın.
(2). Yükseltici transformatörü elektrik dağıtım ünitesine bağlayan kablo.
(3). Şebeke veya kullanıcının bağlantı kablosu için dağıtım ünitesi.

Kablo'nun bu bölümü, genel güç kablosu seçim standartlarına uygun olarak iç mekan ortamında döşenen AC yük kablosu içindir.

3. Fotovoltaik özel kablo
Çok sayıda doğru akım kablosunun olumsuz hava koşullarında dış mekanlarda döşenmesi gerektiğinden, kablo malzemesinin UV ışınlarına, ozona, aşırı sıcaklık değişimlerine ve kimyasal aşınmaya dayanıklı olması gerekir. Bu ortamda uzun süre kullanılan sıradan malzemeden yapılmış kablolar, kablo kılıfını zayıflatır ve hatta yalıtım tabakasını çözer. Bu koşullar sadece kablo sistemine anında zarar vermekle kalmaz, aynı zamanda orta ve uzun vadede kabloda kısa devre olasılığını ve yangın veya işçi yaralanması olasılığını da artırarak sistemin hizmet ömrünü önemli ölçüde azaltır.

Bu nedenle, fotovoltaik enerji santrallerinde PV'ye özel kablo ve bileşenlerin kullanımı kritik önem taşımaktadır. Güneş enerjisi sektörünün sürekli genişlemesiyle birlikte, fotovoltaik destekleyici bileşenler pazarı da giderek büyümüş ve kablolar açısından, fotovoltaik özel kablo ürünleri için bir dizi standart geliştirilmiştir. Son zamanlarda tasarlanan ve 120 ℃'ye kadar dayanıklı olan elektron ışınlı çapraz bağlama kablosu, zorlu iklim koşullarına ve mekanik şoklara dayanabilmektedir. Bir diğer örnek ise, uluslararası IEC216 standardına uygun olarak tasarlanmış, dış mekan kullanım ömrü kauçuk kablolara göre 8 kat, PVC kablolara göre ise 32 kat daha uzun olan özel bir güneş enerjisi kablosu olan RADOX kablosudur. Özel fotovoltaik kablolar ve bileşenler, üstün hava koşullarına dayanıklılık, UV ve ozon erozyonuna karşı direnç sunar ve daha geniş bir sıcaklık değişim aralığına dayanabilir. Avrupa'da teknisyenler, çatıda ölçülen sıcaklık seviyelerinin 100 ila 110°C'ye ulaşabileceğini keşfetmişlerdir.

4. Kablo İletken Malzemeleri
DC kablolar en yaygın olarak güneş enerjisi santrallerinde uzun süreli dış mekan operasyonlarında kullanılır; ancak, bina sınırlamaları nedeniyle, kablo bağlantıları öncelikle konektörler için kullanılır. Kablo iletken malzemeleri bakır çekirdekli ve alüminyum çekirdekli olarak sınıflandırılır. Bakır çekirdekli kablo, alüminyuma göre daha iyi oksidasyon direncine, uzun ömre, iyi stabiliteye ve performansa, düşük voltaj düşüşüne ve düşük güç kaybına sahiptir; inşaatta, bakır çekirdeğin iyi esnekliği nedeniyle, izin verilen bükme yarıçapı küçüktür, bu nedenle bükülmesi ve aşınması kolaydır; ve bakır çekirdek yorulmaya karşı dayanıklıdır, tekrarlanan bükülmelerde kırılması kolay değildir, bu nedenle bağlanması kolaydır; aynı zamanda, bakır çekirdeğin mekanik dayanımı yüksektir, aksine, alüminyum çekirdekli kablo, kimyasal özellikleri nedeniyle oksidasyona (elektrokimyasal reaksiyon) eğilimlidir ve özellikle sürünme olaylarına eğilimlidir, bu da arızaya yol açabilir.

Sonuç olarak, bakır kablolar güneş enerjisi sistemlerinde, özellikle de doğrudan toprağa gömülü kabloyla enerji iletimi alanında önemli avantajlara sahiptir. Kaza sayısını azaltabilir, enerji kaynağının güvenilirliğini artırabilir, inşaat ve bakımı kolaylaştırabilir ve benzeri faydalar sağlayabilir. İşte tam da bu nedenle Çin'de yer altı kabloyla enerji iletiminde öncelikle bakır kablo kullanılmaktadır.

5. Kablo Yalıtım Kılıf Malzemeleri
Fotovoltaik enerji santralinin kurulumu, işletimi ve bakımı sırasında, kablo toprak altında, bitki örtüsüyle kaplı kayaların arasında, çatı yapısının keskin kenarlarında veya açık havada olabilir; kablo çeşitli dış etkilere maruz kalabilir. Kablo kılıfı yeterince güçlü değilse, kablo yalıtımı hasar görecek ve bu da kablonun ömrünü kısaltacak veya kısa devre, yangın ve yaralanma tehlikelerine yol açacaktır. Kablo araştırmacıları ve teknisyenleri, radyasyonla çapraz bağlanmış malzemelerin işlemden önceye göre daha yüksek mekanik dayanıma sahip olduğunu keşfettiler. Çapraz bağlama işlemi, kablo yalıtım kılıfı malzemesinde kullanılan polimerin kimyasal yapısını değiştirerek, eriyebilir termoplastik malzemeyi erimez elastomer malzemeye dönüştürür. Çapraz bağlama radyasyonu ayrıca kablo yalıtımının termal, mekanik ve kimyasal özelliklerini de önemli ölçüde iyileştirir.

Doğru akım (DC) devreleri, çalışma sırasında sıklıkla çeşitli olumsuz koşullara maruz kalır; bu da topraklanmaya ve sistemin düzgün çalışmasını engellemeye yol açar. Ekstrüzyon, kötü kablo üretimi, yetersiz yalıtım malzemeleri, yetersiz yalıtım performansı, DC sistem yalıtımının eskimesi ve belirli hasar arızalarının varlığı, topraklanmaya neden olabilir veya topraklanma tehlikesi oluşturabilir. Ayrıca, dış iklim, küçük hayvan istilası veya ısırığı da DC topraklama sorunlarına yol açabilir. Sonuç olarak, bu senaryoda, kablo kılıfı genellikle kemirgenlere karşı koruyucu bir maddeyle zırhlanır.