Hướng dẫn sử dụng cáp năng lượng mặt trời & cáp quang điện

Điều gì làm cho cáp năng lượng mặt trời khác với cáp điện tiêu chuẩn

Cáp năng lượng mặt trời — còn được gọi là cáp quang điện hoặc cáp quang điện mặt trời — là một loại cáp điện chuyên dụng được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời. Mặc dù nó có vẻ giống với hệ thống dây điện thông thường nhưng các yêu cầu kỹ thuật mà nó phải đáp ứng về cơ bản là khác nhau. Cáp xây dựng tiêu chuẩn được thiết kế cho môi trường trong nhà, được bảo vệ với nhiệt độ ổn định và không tiếp xúc với tia cực tím. Ngược lại, cáp quang điện năng lượng mặt trời phải hoạt động ổn định ngoài trời từ 25 đến 30 năm, tiếp xúc với bức xạ UV liên tục, dao động nhiệt độ rộng, mưa, độ ẩm và trong nhiều công trình lắp đặt, tiếp xúc trực tiếp với đất hoặc ứng suất cơ học do chuyển động của gió.

Sự khác biệt có ý nghĩa rất lớn ở cấp độ hệ thống. Cáp quang điện mang dòng điện một chiều (DC) ở điện áp có thể đạt tới 1.500V trong các hệ thống quy mô tiện ích - cao hơn đáng kể so với các mạch điện xoay chiều 230V được tìm thấy trong hầu hết các tòa nhà. Ở các mức điện áp này, sự suy giảm chất cách điện, các vết nứt nhỏ do chu kỳ nhiệt hoặc hư hỏng vỏ bọc do sự cố tia cực tím có thể dẫn đến lỗi hồ quang, chạm đất hoặc cháy. Việc chỉ định đúng cáp năng lượng mặt trời ngay từ đầu không phải là một bài tập tối ưu hóa chi phí - đó là yêu cầu cơ bản về an toàn và tuổi thọ.

Tiêu chuẩn kỹ thuật chính quản lý cáp quang điện

Các tiêu chuẩn quốc tế và khu vực xác định các yêu cầu về hiệu suất tối thiểu mà cáp quang điện mặt trời phải đáp ứng trước khi có thể sử dụng trong lắp đặt quang điện được chứng nhận. Việc làm quen với các tiêu chuẩn này là điều cần thiết đối với các kỹ sư mua sắm, nhà thầu EPC và nhà thiết kế hệ thống làm việc trên các thị trường khác nhau.

• EN 50618 (IEC 62930) — Tiêu chuẩn chính của Châu Âu đối với cáp quang điện, quy định các yêu cầu đối với cáp một lõi được sử dụng trong hệ thống phát điện quang điện có điện áp định mức lên đến 1.500V DC. Nó xác định cấu trúc dây dẫn, vật liệu cách điện, đặc tính vỏ bọc và một loạt các thử nghiệm điển hình toàn diện bao gồm khả năng chống tia cực tím, khả năng chống ôzôn, lão hóa nhiệt và sự lan truyền ngọn lửa.
• UL 4703 — Tiêu chuẩn Bắc Mỹ đối với dây quang điện, bắt buộc đối với cáp quang điện mặt trời được bán vào thị trường Hoa Kỳ và Canada. Cáp UL 4703 được định mức cho dịch vụ DC 600V hoặc 1.000V và phải vượt qua các bài kiểm tra khả năng chống ánh nắng mặt trời, khả năng cách điện ướt và khả năng chống va đập.
• TÜV 2Pfg 1169 / 08.2007 — Tiêu chuẩn chứng nhận của Đức được quốc tế công nhận rộng rãi như một chuẩn mực cho chất lượng cáp quang điện, đặc biệt là trong các dự án quy mô tiện ích ở Châu Âu, Trung Đông và Châu Á. Nhiều nhà phát triển dự án chỉ định cáp năng lượng mặt trời được TÜV chứng nhận là yêu cầu mua sắm tối thiểu bất kể quy định của địa phương.
• IEC 60228 — Quản lý việc xây dựng dây dẫn cho tất cả các loại cáp điện, bao gồm cả cáp quang điện mặt trời, xác định các yêu cầu về cấp và bện nhằm xác định tính linh hoạt và khả năng mang dòng điện.

Khi tìm nguồn cung ứng cáp năng lượng mặt trời cho các dự án xuyên biên giới, hãy luôn xác minh tiêu chuẩn nào áp dụng trong khu vực pháp lý lắp đặt và xác nhận rằng nhà cung cấp có thể cung cấp báo cáo thử nghiệm ban đầu của bên thứ ba - không chỉ là bản tự khai - để hỗ trợ cho yêu cầu chứng nhận.

Vật liệu và kết cấu cáp quang điện mặt trời

Hiệu suất của cáp quang điện tuổi thọ sử dụng hơn 25 năm phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu được chọn làm dây dẫn, lớp cách điện và vỏ ngoài của nó. Mỗi lớp phục vụ một chức năng riêng biệt và việc xâm phạm bất kỳ lớp nào trong số chúng sẽ làm tăng tốc độ xuống cấp của cáp.

dây dẫn

Dây dẫn cáp năng lượng mặt trời phổ biến nhất là đồng đóng hộp, với lớp phủ thiếc giúp chống ăn mòn trong môi trường ngoài trời ẩm ướt hoặc nhiều muối. Đồng trần được sử dụng trong một số ứng dụng nhạy cảm về chi phí nhưng có khả năng chống ăn mòn lâu dài thấp hơn. Dây dẫn nhôm đôi khi được chỉ định cho các đường chạy có tiết diện lớn trong đó việc giảm trọng lượng là ưu tiên thiết kế, mặc dù độ dẫn điện thấp hơn của chúng đòi hỏi tiết diện lớn hơn để có khả năng mang dòng điện tương đương. Cấu trúc dây dẫn được bện mịn — Loại 5 hoặc Loại 6 theo IEC 60228 — là tiêu chuẩn trong cáp quang điện mặt trời, mang lại sự linh hoạt cần thiết để định tuyến xung quanh các khung bảng điều khiển, hộp tổ hợp và cơ cấu theo dõi mà không làm dây dẫn bị mỏi.

cách nhiệt

Polyethylene liên kết ngang (XLPE) và polyolefin liên kết ngang (XLPO) là những vật liệu cách nhiệt chủ yếu trong cáp quang điện hiện đại. Liên kết ngang biến đổi cấu trúc polyme để tạo ra vật liệu nhiệt rắn duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, chống lại sự tấn công hóa học và duy trì tính toàn vẹn điện môi qua nhiều thập kỷ chu trình nhiệt. Cáp năng lượng mặt trời cách điện XLPE có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ dây dẫn lên tới 90°C, với mức định mức ngắn mạch lên tới 250°C. XLPO cung cấp các đặc tính điện tương đương với hiệu suất chống cháy được cải thiện, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên khi các tiêu chuẩn an toàn phòng cháy đặt ra các yêu cầu bổ sung.

Áo khoác ngoài

Áo khoác ngoài của cáp quang điện mặt trời chịu toàn bộ gánh nặng của việc tiếp xúc với môi trường ngoài trời. Nó phải chống lại bức xạ UV mà không bị nứt hoặc tạo phấn, duy trì tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp (xuống tới -40°C khi lắp đặt ở vùng có khí hậu lạnh), chống lại sự tấn công của ozone và chịu được mài mòn khi tiếp xúc với phần cứng lắp đặt hoặc hệ thống quản lý cáp. Áo khoác polyolefin liên kết ngang không chứa halogen (HFFR-XLPO) ngày càng được chỉ định trong các công trình lắp đặt trên mái nhà và quy mô tiện ích, nơi yêu cầu lượng khói và khí thải độc hại thấp trong tình huống hỏa hoạn. Màu áo khoác - thường là màu đen để chống tia cực tím - được tiêu chuẩn hóa, mặc dù các biến thể màu đỏ và xanh lam được sử dụng ở một số thị trường để xác định cực dương và cực âm.

Lựa chọn và định cỡ mặt cắt cáp năng lượng mặt trời

Chọn mặt cắt chính xác cho cáp quang điện mặt trời là một trong những quyết định thiết kế quan trọng nhất trong hệ thống quang điện. Cáp có kích thước nhỏ tạo ra tổn thất điện trở quá mức, làm giảm hiệu suất hệ thống và tạo ra mối nguy hiểm về nhiệt. Cáp quá khổ làm tăng chi phí vật liệu một cách không cần thiết. Cách tiếp cận đúng sẽ cân bằng đồng thời khả năng mang dòng điện, giới hạn sụt áp, khả năng chịu ngắn mạch và các điều kiện lắp đặt.

Xếp hạng hiện tại thay đổi tùy theo phương pháp lắp đặt và nhiệt độ môi trường. Cáp năng lượng mặt trời được lắp đặt trong ống dẫn hoặc đi kèm với các loại cáp khác phải được giảm định mức - thường là 20–40% - so với định mức không khí tự do. Trong môi trường có nhiệt độ môi trường cao như các dự án tiện ích trên sa mạc, cần phải giảm công suất bổ sung. Luôn tính toán dòng điện vận hành thực tế dựa trên dòng ngắn mạch mô-đun (Isc) nhân với hệ số an toàn thích hợp (thường là 1,25 theo IEC 62548) thay vì chỉ dựa vào công suất đầu ra trên bảng tên.

Các phương pháp lắp đặt tốt nhất cho hệ thống cáp quang điện

Ngay cả cáp quang điện có thông số kỹ thuật cao nhất cũng sẽ hoạt động kém hoặc hỏng sớm nếu lắp đặt không đúng cách. Các thực tiễn sau đây áp dụng cho việc lắp đặt PV ở quy mô khu dân cư, thương mại và quy mô tiện ích và luôn liên quan đến tỷ lệ lỗi thấp hơn và tuổi thọ hệ thống dài hơn.

• Duy trì bán kính uốn cong tối thiểu — Cáp quang điện mặt trời không được uốn cong dưới bán kính uốn tối thiểu được chỉ định trong quá trình lắp đặt hoặc vận hành. Những chỗ uốn cong gây căng thẳng cho lớp cách điện và dây dẫn, tạo ra các điểm xuống cấp nhanh chóng. Đối với hầu hết cáp năng lượng mặt trời 4–6 mm², bán kính uốn cong tối thiểu là 5–8 lần đường kính ngoài của cáp.
• Bảo vệ cáp khỏi chuyển động của gió — Các vòng cáp không được hỗ trợ trên các dãy lắp trên mái nhà hoặc trên mặt đất có thể chịu chuyển động liên tục do gió gây ra, gây ra sự mài mòn đối với phần cứng lắp đặt và độ mỏi của dây dẫn tại các điểm hỗ trợ. Sử dụng dây buộc cáp ổn định tia cực tím hoặc hệ thống kẹp chuyên dụng ở khoảng cách tối đa 300mm khi chạy ngang.
• Bảo vệ khỏi sự hư hỏng của loài gặm nhấm và cơ học — Cáp năng lượng mặt trời được lắp đặt trên mặt đất hoặc bên dưới các bảng dàn dễ bị loài gặm nhấm tấn công và hư hỏng cơ học do thiết bị bảo trì. Ống dẫn hoặc lớp bảo vệ bọc thép phải được chỉ định cho bất kỳ đường chạy nào trong phạm vi 300 mm so với mặt đất.
• Sử dụng đầu nối MC4 tương thích — Phần lớn các đầu nối cáp quang điện mặt trời sử dụng đầu nối tương thích MC4 hoặc MC4. Việc kết hợp các nhãn hiệu đầu nối từ các nhà sản xuất khác nhau — ngay cả khi chúng có vẻ tương thích về mặt vật lý — có thể dẫn đến các điểm nóng điện trở tiếp xúc và nguy cơ lỗi hồ quang. Chỉ định hệ thống cáp và đầu nối phù hợp từ cùng một dòng sản phẩm được chứng nhận.
• Dán nhãn rõ ràng cho tất cả các mạch DC — Cáp năng lượng mặt trời mang điện áp DC trực tiếp ngay cả khi tắt biến tần, miễn là các tấm pin được chiếu sáng. Ghi nhãn phân cực rõ ràng và nhận dạng mạch trên tất cả các đường cáp quang điện mặt trời là điều cần thiết để bảo trì an toàn và chẩn đoán lỗi trong suốt thời gian vận hành của hệ thống.

Đánh giá các nhà cung cấp cáp năng lượng mặt trời: Cần tìm gì

Thị trường cáp năng lượng mặt trời bao gồm nhiều nhà cung cấp, từ các nhà sản xuất cáp tích hợp lớn với hàng chục năm kinh nghiệm về quang điện cho đến các nhà sản xuất nhỏ hơn có sản phẩm có thể mang chứng nhận đạt được trên các mẫu được tối ưu hóa thay vì cáp sản xuất đại diện. Việc phân biệt giữa chúng đòi hỏi một cách tiếp cận đánh giá có cấu trúc, tập trung vào bằng chứng có thể kiểm chứng hơn là các tuyên bố tiếp thị.

Bắt đầu với việc xác minh chứng nhận. Đối với cáp quang điện mặt trời được chứng nhận EN 50618 hoặc TÜV, cơ quan chứng nhận duy trì sổ đăng ký công khai các sản phẩm đã được phê duyệt. Đối chiếu chéo số chứng chỉ của nhà cung cấp với cơ sở dữ liệu của tổ chức chứng nhận để xác nhận tính hợp lệ, phạm vi và ngày hết hạn. Các chứng chỉ không thể được xác minh trong cơ quan đăng ký của cơ quan cấp sẽ được coi là chưa được xác nhận cho đến khi được làm rõ.

Yêu cầu báo cáo thử nghiệm theo lô sản xuất - không chỉ báo cáo thử nghiệm loại. Các thử nghiệm điển hình được thực hiện trên các mẫu tiền sản xuất và xác nhận sự tuân thủ thiết kế; các thử nghiệm sản xuất định kỳ xác nhận rằng cáp được sản xuất đáp ứng các thông số tương tự. Một nhà cung cấp cáp quang điện đáng tin cậy sẽ cung cấp kết quả kiểm tra điện trở dây dẫn, giá trị điện trở cách điện và dữ liệu kiểm tra khả năng chịu điện áp cao có thể theo dõi theo lô cụ thể được vận chuyển. Đối với các đơn đặt hàng quy mô lớn, việc thử nghiệm chấp nhận tại nhà máy được chứng kiến ​​tại cơ sở của nhà sản xuất mang lại mức độ đảm bảo cao nhất rằng cáp năng lượng mặt trời được giao đáp ứng thông số kỹ thuật.