Giới thiệu về các loại dây dẫn và vật liệu phổ biến được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời.

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng phát điện năng lượng mặt trời (PV) ngày càng phổ biến và phát triển nhanh chóng. Trong quá trình xây dựng các nhà máy điện mặt trời, ngoài các thiết bị chính như mô-đun quang điện, biến tần, máy biến áp tăng áp, vật liệu cáp kết nối quang điện cũng đóng vai trò quan trọng đối với lợi nhuận tổng thể, an toàn vận hành và hiệu suất cao của nhà máy điện mặt trời. Sau đây là tổng quan đầy đủ về các loại cáp và vật liệu thường được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời, cũng như tác động của chúng đến môi trường.

Theo hệ thống phân loại của các nhà máy điện mặt trời, cáp có thể được phân loại thành cáp DC và cáp AC, và được phân loại như sau dựa trên mục đích và môi trường sử dụng khác nhau:

1. Cáp DC
(1). Cáp nối tiếp kết nối các mô-đun với nhau.
(2). Giữa các dây và dây của chúng và hộp phân phối DC (hộp hội tụ) thông qua kết nối song song.
(3). Kết nối cáp giữa hộp phân phối DC và bộ biến tần.

Các loại cáp được liệt kê ở trên là cáp DC, cần phải chống ẩm, chịu được ánh nắng mặt trời, lạnh, nóng và tia UV. Trong một số trường hợp, cũng cần tránh axit, kiềm và các chất hóa học khác.

2. Cáp AC
(1). Kết nối bộ biến tần với máy biến áp tăng áp bằng cáp.
(2). Cáp nối máy biến áp tăng áp với bộ phận phân phối điện.
(3). Bộ phân phối cho lưới điện hoặc cáp kết nối của người dùng.

Phần cáp này dành cho cáp tải AC, được lắp đặt trong môi trường trong nhà theo các tiêu chuẩn lựa chọn cáp điện chung.

3. Cáp chuyên dụng cho hệ thống quang điện
Do số lượng lớn cáp DC phải được lắp đặt ngoài trời trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, vật liệu cáp cần phải có khả năng chống lại bức xạ tia cực tím, ozone, biến đổi nhiệt độ cực đoan và ăn mòn hóa học. Cáp làm bằng vật liệu thông thường sử dụng trong môi trường này trong thời gian dài sẽ làm suy yếu lớp vỏ cáp và thậm chí làm tan chảy lớp cách điện. Những điều kiện này không chỉ gây hư hại ngay lập tức cho hệ thống cáp mà còn làm tăng nguy cơ ngắn mạch, cũng như khả năng xảy ra hỏa hoạn hoặc thương tích cho người lao động trong trung và dài hạn, làm giảm đáng kể tuổi thọ của hệ thống.

Do đó, việc sử dụng cáp và linh kiện chuyên dụng cho hệ thống quang điện trong các nhà máy điện mặt trời là rất quan trọng. Với sự mở rộng không ngừng của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, thị trường linh kiện hỗ trợ quang điện ngày càng phát triển, và về cáp, một loạt các tiêu chuẩn đã được ban hành cho các loại cáp chuyên dụng cho quang điện. Loại cáp liên kết ngang bằng chùm tia điện tử được thiết kế gần đây, có khả năng chịu được nhiệt độ lên đến 120 ℃, có thể chịu được các điều kiện khí hậu khắc nghiệt và va đập cơ học. Một ví dụ khác là cáp RADOX, một loại cáp năng lượng mặt trời chuyên dụng được thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế IEC216, với tuổi thọ ngoài trời gấp 8 lần so với cáp cao su và gấp 32 lần so với cáp PVC. Cáp và linh kiện chuyên dụng cho quang điện có khả năng chống chịu thời tiết vượt trội, chống ăn mòn do tia cực tím và ozone, và có thể chịu được phạm vi biến đổi nhiệt độ rộng hơn. Tại châu Âu, các kỹ thuật viên đã phát hiện ra rằng nhiệt độ đo được trên mái nhà có thể đạt từ 100 đến 110°C.

4. Vật liệu dây dẫn cáp
Cáp DC thường được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời cho hoạt động ngoài trời dài hạn; tuy nhiên, do những hạn chế về cấu trúc, các mối nối cáp chủ yếu được sử dụng cho các đầu nối. Vật liệu dẫn điện của cáp được phân loại thành lõi đồng và lõi nhôm. Cáp lõi đồng có khả năng chống oxy hóa tốt hơn nhôm, tuổi thọ cao, ổn định và hiệu suất tốt, đặc tính sụt áp và tổn thất điện năng nhỏ; trong thi công, do tính dẻo tốt của lõi đồng, bán kính uốn cho phép nhỏ, nên dễ bị uốn cong, dễ bị mòn ống; và lõi đồng chịu được mỏi, uốn cong nhiều lần không dễ bị gãy, nên dễ kết nối; đồng thời, độ bền cơ học của lõi đồng cao. Ngược lại, cáp lõi nhôm, do tính chất hóa học của nó, dễ bị oxy hóa (phản ứng điện hóa), và đặc biệt dễ bị hiện tượng biến dạng dẻo, có thể dẫn đến hỏng hóc.

Do đó, cáp đồng mang lại nhiều lợi ích đáng kể trong hệ thống điện mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền tải điện bằng cáp ngầm. Nó có thể giảm số vụ tai nạn, tăng độ tin cậy của nguồn cung cấp điện, giúp việc xây dựng và bảo trì dễ dàng hơn, v.v. Đây chính là lý do tại sao cáp đồng được sử dụng chủ yếu trong truyền tải điện bằng cáp ngầm ở Trung Quốc.

5. Vật liệu vỏ cách điện cáp
Trong quá trình lắp đặt, vận hành và bảo trì nhà máy điện mặt trời, cáp có thể nằm dưới lòng đất, dưới những tảng đá phủ kín, trên cấu trúc mái nhà hoặc dưới những cạnh sắc nhọn của dây dẫn, hay tiếp xúc với không khí; cáp có khả năng phải chịu nhiều tác động từ bên ngoài. Nếu lớp vỏ cáp không đủ chắc chắn, lớp cách điện của cáp sẽ bị hư hỏng, làm giảm tuổi thọ của cáp hoặc gây ra hiện tượng đoản mạch, cháy nổ và nguy cơ gây thương tích. Các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên về cáp đã phát hiện ra rằng vật liệu được liên kết chéo bằng bức xạ có độ bền cơ học cao hơn so với trước khi xử lý. Quá trình liên kết chéo làm thay đổi cấu trúc hóa học của polyme được sử dụng trong vật liệu vỏ cách điện của cáp, chuyển đổi vật liệu nhiệt dẻo dễ nóng chảy thành vật liệu đàn hồi không nóng chảy. Bức xạ liên kết chéo cũng cải thiện đáng kể các đặc tính nhiệt, cơ học và hóa học của lớp cách điện cáp.

Mạch điện một chiều (DC) thường xuyên phải chịu nhiều điều kiện bất lợi trong quá trình hoạt động, dẫn đến hiện tượng nối đất và ngăn cản hệ thống hoạt động bình thường. Hiện tượng ép đùn, sản xuất cáp kém chất lượng, vật liệu cách điện không đủ, hiệu suất cách điện không đủ, sự lão hóa của lớp cách điện hệ thống DC và sự hiện diện của các lỗi hư hỏng cụ thể đều có thể gây ra hiện tượng nối đất hoặc trở thành mối nguy hiểm nối đất. Hơn nữa, điều kiện khí hậu bên ngoài, sự xâm nhập hoặc cắn của động vật nhỏ cũng có thể dẫn đến các vấn đề nối đất DC. Do đó, trong trường hợp này, vỏ cáp thường được bọc bằng một chất chống chuột.