Neben den Hauptgeräten wie Photovoltaikmodulen, Wechselrichtern und Aufwärtstransformatoren, die den Anschluss der Photovoltaikkabelmaterialien an das Photovoltaikkraftwerk unterstützen, spielt auch die Gesamtrentabilität, die Betriebssicherheit und die Effizienz eine wichtige Rolle.
In den letzten Jahren hat die Nutzung von Solarenergie (PV) zur Stromerzeugung immer weiter zugenommen und sich rasant entwickelt. Beim Bau von Photovoltaik-Kraftwerken spielen neben den Hauptkomponenten wie Photovoltaikmodulen, Wechselrichtern und Aufwärtstransformatoren auch die Verbindungsmaterialien für Photovoltaikkabel eine entscheidende Rolle für die Gesamtwirtschaftlichkeit, Betriebssicherheit und den Wirkungsgrad der Anlage. Im Folgenden finden Sie einen umfassenden Überblick über die gängigen Kabel und Materialien, die in PV-Kraftwerken verwendet werden, sowie deren Umweltauswirkungen.
In den letzten Jahren hat die Nutzung von Solarenergie (PV) zur Stromerzeugung immer weiter zugenommen und sich rasant entwickelt. Beim Bau von Photovoltaik-Kraftwerken spielen neben den Hauptkomponenten wie Photovoltaikmodulen, Wechselrichtern und Aufwärtstransformatoren auch die Verbindungsmaterialien für Photovoltaikkabel eine entscheidende Rolle für die Gesamtwirtschaftlichkeit, Betriebssicherheit und den Wirkungsgrad der Anlage. Im Folgenden finden Sie einen umfassenden Überblick über die gängigen Kabel und Materialien, die in PV-Kraftwerken verwendet werden, sowie deren Umweltauswirkungen.
Gemäß dem System von PV-Kraftwerken können Kabel in Gleichstromkabel und Wechselstromkabel eingeteilt werden und werden je nach Verwendungszweck und Einsatzumgebung wie folgt klassifiziert:
1. Gleichstromkabel
(1) Reihenkabel verbinden die Module miteinander.
(2). Zwischen den Strings und ihren Strings und dem DC-Verteilerkasten (Konvergenzkasten) über die Parallelverbindung.
(3) Verbinden Sie ein Kabel zwischen dem Gleichstromverteilerkasten und dem Wechselrichter.
Bei den oben aufgeführten Kabeln handelt es sich um Gleichstromkabel, die feuchtigkeitsbeständig sowie beständig gegen Sonneneinstrahlung, Kälte, Hitze und UV-Strahlung sein müssen. In manchen Fällen ist auch der Kontakt mit Säuren, Laugen und anderen chemischen Substanzen zu vermeiden.
2. Netzkabel
(1) Verbinden Sie den Wechselrichter mit dem Aufwärtstransformator mithilfe des Kabels.
(2) Das Kabel, das den Aufwärtstransformator mit der Stromverteilungseinheit verbindet.
(3). Verteilereinheit für das Netz oder Anschlusskabel des Benutzers.
Dieser Abschnitt des Kabels ist für das Wechselstrom-Lastkabel bestimmt, das in Innenräumen gemäß den allgemeinen Auswahlkriterien für Stromkabel verlegt wird.
3. Photovoltaik-Spezialkabel
Eine große Anzahl von Gleichstromkabeln muss im Freien unter widrigen Witterungsbedingungen verlegt werden. Daher muss das Kabelmaterial beständig gegen UV-Strahlung, Ozon, extreme Temperaturschwankungen und chemische Korrosion sein. Kabel aus herkömmlichen Materialien, die über einen längeren Zeitraum in dieser Umgebung eingesetzt werden, schwächen den Kabelmantel und können sogar die Isolierschicht auflösen. Diese Bedingungen schädigen das Kabelsystem nicht nur unmittelbar, sondern erhöhen auch mittel- bis langfristig die Gefahr von Kurzschlüssen sowie von Bränden oder Arbeitsunfällen, wodurch die Lebensdauer des Systems erheblich verkürzt wird.
Daher ist der Einsatz von PV-spezifischen Kabeln und Komponenten in Photovoltaik-Kraftwerken unerlässlich. Mit dem stetigen Wachstum der Solarbranche hat sich der Markt für Photovoltaik-Komponenten kontinuierlich entwickelt. Im Bereich der Kabel wurden verschiedene Standards für spezielle Photovoltaik-Kabelprodukte entwickelt. Ein kürzlich entwickeltes, elektronenstrahlvernetztes Kabel mit einer Temperaturbeständigkeit von 120 °C ist beständig gegen extreme Witterungsbedingungen und mechanische Belastungen. Ein weiteres Beispiel ist das RADOX-Kabel, ein nach der internationalen Norm IEC 216 entwickeltes Spezialkabel für Solarenergie mit einer achtmal längeren Lebensdauer im Außenbereich als Gummikabel und einer 32-mal längeren Lebensdauer als PVC-Kabel. Spezielle Photovoltaik-Kabel und -Komponenten bieten hervorragende Witterungsbeständigkeit, UV- und Ozonbeständigkeit und überstehen einen breiteren Temperaturbereich. In Europa stellten Techniker fest, dass die auf dem Dach gemessenen Temperaturen 100 bis 110 °C erreichen können.
4. Kabelleitermaterialien
Gleichstromkabel werden am häufigsten in Solarkraftwerken für den langfristigen Außenbetrieb eingesetzt. Aufgrund baulicher Gegebenheiten werden die Kabelverbindungen jedoch primär für Steckverbinder verwendet. Die Leitermaterialien von Kabeln werden in Kupfer- und Aluminiumkern unterteilt. Kupferkernkabel weisen eine bessere Oxidationsbeständigkeit als Aluminium auf und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer, Stabilität und gute Leistung, geringen Spannungsabfall und geringe Leistungsverluste aus. Aufgrund der guten Flexibilität des Kupferkerns ist der zulässige Biegeradius gering, wodurch die Rohre leicht gebogen und verschleißfest sind. Zudem ist der Kupferkern ermüdungsbeständig und bricht auch bei wiederholtem Biegen nicht so leicht, was die Verbindung erleichtert. Gleichzeitig besitzt der Kupferkern eine hohe mechanische Festigkeit. Im Gegensatz dazu neigt Aluminiumkernkabel aufgrund seiner chemischen Eigenschaften zur Oxidation (elektrochemische Reaktion) und ist besonders anfällig für Kriechphänomene, die zu Ausfällen führen können.
Daher bieten Kupferkabel erhebliche Vorteile in Solaranlagen, insbesondere bei der direkten Erdverlegung. Sie reduzieren die Anzahl von Störungen, erhöhen die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und vereinfachen Bau und Wartung. Genau deshalb werden Kupferkabel in China hauptsächlich für die unterirdische Stromverlegung eingesetzt.
5. Kabelisolierungsmaterialien
Bei der Installation, dem Betrieb und der Wartung einer Photovoltaikanlage kann das Kabel im Erdreich, unter Steinen, in der Dachkonstruktion an scharfen Kanten oder freiliegend verlegt sein und ist somit verschiedenen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Ist der Kabelmantel nicht ausreichend stabil, wird die Kabelisolierung beschädigt, was die Lebensdauer des Kabels verkürzt oder Kurzschlüsse, Brände und Verletzungsgefahren verursachen kann. Kabelforscher und -techniker haben herausgefunden, dass strahlungsvernetzte Materialien eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als vor der Behandlung. Der Vernetzungsprozess verändert die chemische Struktur des im Kabelmantel verwendeten Polymers und wandelt das schmelzbare thermoplastische Material in ein nicht schmelzbares Elastomer um. Die strahlungsvernetzende Behandlung verbessert zudem die thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften der Kabelisolierung deutlich.
Gleichstromkreise sind im Betrieb häufig einer Reihe ungünstiger Bedingungen ausgesetzt, die zu Erdschlüssen führen und die ordnungsgemäße Funktion des Systems beeinträchtigen können. Extrusion, mangelhafte Kabelherstellung, unzureichende Isoliermaterialien, ungenügende Isolationsleistung, Alterung der Gleichstromsystemisolierung und das Vorhandensein bestimmter Beschädigungen können Erdschlüsse verursachen oder ein Erdungsrisiko darstellen. Darüber hinaus können äußere Einflüsse, das Eindringen von Kleintieren oder deren Bisse zu Erdungsproblemen führen. Daher wird der Kabelmantel in diesem Fall üblicherweise mit einem nagetiersicheren Material armiert.
