הסבר על כבלים פוטו-וולטאיים: הבדלים מבניים וחומריים לעומת כבלים קונבנציונליים

עם ההתפתחות הגלובלית המהירה של מערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות (PV), כבלים פוטו-וולטאיים (כבלים PV) - כרכיבים קריטיים המחברים מודולים פוטו-וולטאיים, ממירים וקופסאות קומבינציה - ממלאים תפקיד מכריע בבטיחות ובאורך החיים הכולל של תחנת כוח סולארית. בהשוואה לכבלי חשמל קונבנציונליים, כבלים פוטו-וולטאיים כוללים עיצובים מבניים ובחירת חומרי כבלים מיוחדים ביותר.

1. מהו כבל פוטו-וולטאי?

כבל פוטו-וולטאי, המכונה גם כבל סולארי או כבל ספציפי ל-PV, משמש בעיקר בתחנות כוח סולאריות, מערכות פוטו-וולטאיות מבוזרות ומתקני PV על גגות. דגמים נפוצים כוללים את PV1-F ו-H1Z2Z2-K, העומדים בתקנים בינלאומיים כגון EN 50618 ו-IEC 62930.

מכיוון שכבלי PV חשופים באופן רציף לסביבות חיצוניות, עליהם לפעול בצורה אמינה תחת טמפרטורות גבוהות, קרינה אולטרה סגולה חזקה, טמפרטורות נמוכות, לחות וחשיפה לאוזון. כתוצאה מכך, הדרישות שלהם לחומרי בידוד וחומרי ציפוי גבוהות משמעותית מאלה של כבלים רגילים. מאפיינים אופייניים כוללים עמידות לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, עמידות מצוינת בפני הזדקנות UV, עמידות בפני קורוזיה כימית, עמידות בפני בעירה, ידידותיות לסביבה וחיי שירות מתוכננים של 25 שנים או יותר.

2. אתגרים לחומרי כבלים ביישומים פוטו-וולטאיים

ביישומים בעולם האמיתי, כבלים פוטו-וולטאיים מותקנים בדרך כלל ישירות בחוץ. לדוגמה, באזורים באירופה, טמפרטורת הסביבה של מערכות פוטו-וולטאיות יכולה להגיע ל-100 מעלות צלזיוס בתנאי שמש. במקביל, הכבלים חשופים לקרינת UV ארוכת טווח, תנודות טמפרטורה בין יום ללילה ועומס מכני.

בתנאים כאלה, כבלי PVC סטנדרטיים או כבלי גומי קונבנציונליים אינם יכולים לשמור על ביצועים יציבים לטווח ארוך. אפילו כבלי גומי המיועדים לפעולה בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס או כבלי PVC המיועדים לפעולה בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס נוטים להזדקנות בידוד, סדקים במעטפת ופגיעה מהירה בביצועים כאשר משתמשים בהם במערכות פוטו-וולטאיות חיצוניות, מה שמקצר משמעותית את חיי השירות של המערכת.

3. ביצועי ליבה של כבלים פוטו-וולטאיים: חומרי בידוד וכיסוי מיוחדים

יתרונות הביצועים העיקריים של כבלים פוטו-וולטאיים נובעים בעיקר מתרכובות הבידוד והציפוי הספציפיות שלהם. מערכת החומרים המרכזית המשמשת כיום היא פוליאולפין מקושר בקרינה, המבוסס בדרך כלל על פוליאתילן (PE) איכותי או פוליאולפינים אחרים.

באמצעות קרינת אלומת אלקטרונים, שרשראות המולקולות של החומר עוברות קישור צולב, מה שהופך את המבנה מתרמופלסטי לתרמוסט. תהליך זה משפר באופן משמעותי את עמידות החום, עמידות ההזדקנות והביצועים המכניים. חומרי פוליאולפין המקושרים באמצעות קרינה מאפשרים לכבלים פוטו-וולטאיים לפעול ברציפות בטמפרטורה של 90-120 מעלות צלזיוס, תוך מתן גמישות מצוינת בטמפרטורות נמוכות, עמידות בפני UV, עמידות בפני אוזון ועמידות בפני סדקים סביבתיים. בנוסף, חומרים אלה נטולי הלוגן ותואמים לתקנות סביבתיות.

4. השוואה מבנית וחומרית: כבלים פוטו-וולטאיים לעומת כבלים קונבנציונליים

4.1 מבנה וחומרים אופייניים של כבלים פוטו-וולטאיים

מוליך: מוליך נחושת מחושל או מוליך נחושת משומר, המשלב מוליכות חשמלית גבוהה עם עמידות בפני קורוזיה

שכבת בידוד: תרכובת בידוד פוליאולפין מקושרת לקרינה (חומר בידוד ספציפי לכבל PV)

שכבת מעטפת: תרכובת מעטפת פוליאולפין מקושרת לקרינה, המספקת הגנה חיצונית לטווח ארוך

4.2 מבנה וחומרים אופייניים של כבלים קונבנציונליים

מוליך: מוליך נחושת או מוליך נחושת משומר

שכבת בידוד: תרכובת בידוד PVC אוXLPE (פוליאתילן צולב)תרכובת בידוד

שכבת נדן:PVCתרכובת ציפוי

5. הבדלי ביצועים בסיסיים הנגרמים מבחירת חומרים

מנקודת מבט של מוליך, כבלים פוטו-וולטאיים וכבלים קונבנציונליים זהים במהותם. ההבדלים הבסיסיים טמונים בבחירת חומרי הבידוד וחומרי הציפוי.

בידוד PVC ותרכובות ציפוי PVC המשמשות בכבלים קונבנציונליים מתאימים בעיקר לסביבות פנים או סביבות מתונות יחסית, ומציעים עמידות מוגבלת לחום, חשיפה לקרינת UV והזדקנות. לעומת זאת, תרכובות הבידוד והציפוי של פוליאולפין המקושרים לקרינה המשמשות בכבלים פוטו-וולטאיים פותחו במיוחד לפעולה חיצונית ארוכת טווח ויכולות לשמור על ביצועים חשמליים ומכניים יציבים בתנאי סביבה קיצוניים.

לכן, למרות שהחלפת כבלים פוטו-וולטאיים בכבלים קונבנציונליים עשויה להפחית את העלויות הראשוניות, היא מגדילה משמעותית את סיכוני התחזוקה ומקצרת את חיי השירות הכוללים של המערכת הפוטו-וולטאית.

6. סיכום: בחירת חומרים קובעת את האמינות ארוכת הטווח של מערכות פוטו-וולטאיות

כבלים פוטו-וולטאיים אינם תחליפים פשוטים לכבלים רגילים, אלא מוצרי כבלים ייעודיים שתוכננו במיוחד עבור יישומים פוטו-וולטאיים. אמינותם לטווח ארוך תלויה באופן מהותי בבחירת חומרי בידוד וחומרי ציפוי לכבלים פוטו-וולטאיים בעלי ביצועים גבוהים, ובמיוחד ביישום נכון של מערכות חומרי פוליאולפין מקושרות בקרינה.

עבור מתכנני מערכות פוטו-וולטאיות, מתקינים וספקי חומרי כבלים, הבנה מעמיקה של ההבדלים ברמת החומר בין כבלים פוטו-וולטאיים לכבלים קונבנציונליים חיונית להבטחת פעולה בטוחה, יציבה וארוכת טווח של תחנות כוח פוטו-וולטאיות.