کاربرد کابل خورشیدی

انسان با تلاش برای اختراع دستگاه های سازگار با محیط زیست توانست به سلول های خورشیدی اختراع کند. منبع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق بدون تأثیر نامطلوب زیست کره ایده آل است. کابل‌ خورشیدی یا سیم‌ خورشیدی نیز با همین هدف طراحی شده‌ است تا آسیب‌رسانی به محیط زیست را تا حد امکان کاهش دهند. کابل خورشیدی برای اتصال پنل خورشیدی، اینورتر برای تبدیل منبع تغذیه DC به AC، کنترل کننده شارژ و باتری ها استفاده می شود.

کابل‌های خورشیدی، که به عنوان کابل‌های photovoltaic یا کابل‌های PV خورشیدی شناخته می‌شوند. این کابل‌ها به صورت تخصصی طراحی شده‌اند و در سیستم‌های فتوولتائیک به‌کار می‌روند و در آن نقشی اساسی ایفا می‌کنند. کابل های خورشیدی برای انتقال نیروی الکتریکی تولید خواهند شد و توسط پنل های خورشیدی استفاده می شوند که به عنوان مجرای انتقال برق عمل می کنند. اجزای کل مدار را به هم متصل کرده و از جریان ایمن و موثر نیرو و در نتیجه عملکرد موثر تاسیسات نیروی خورشیدی اطمینان حاصل می‌کنند.

کابل‌های پنل خورشیدی عموماً به صورت تک‌رشته‌ای هستند شما می‌توانید با عبارت photovoltaic که بر روی آنها حک می‌شود، آنها را بشناسید

تعیین قطر کابل

توان قابل توجهی از سیستم های با ولتاژهای پایین، در طول کابل ها به هدر می رود. علت این است که در این سیستم ها، شدت جریان جاری در مدار بسیار بالا بوده و تلفات توان هم که با مجذور شدت جریان متناسب می باشد، بنابرایم مقدار زیادی تلفات داریم. به عبارت دیگر، با زیاد شدن شدت جریان، مقاومت کابل یا سیم هم افزایش می یابد و برای غلبه بر این مقاومت، ناچاریم از کابل های قطوری استفاده کنیم.
زمانی که از کابل های ضعیف تر برای انتقال ولتاژهای پایین تر استفاده می کنید، باید مطمئن شوید قطر کابل به کار رفته با شرایط موجود تناسب دارد. اگر کابل انتخابی خیلی ضعیف باشد، باعث افت ولتاژ قابل ملاحظه ای میشود که ممکن است عملکرد عادی سیستم را با مشکل روبه رو سازد.

قطر کابل مورد نیاز را می توان از رابطه زیر به دست آورد:

L : طول کابل برحسب متر
I : شدت جریان جاری در کابل بر حسب آمپر
V : ولتاژ انتخابی سیستم ( ولتاژی است که سیستم براساس آن طراحی شده است، مانند سیستم 12 ولتی، 24 یا … ولتی)

کابل های خورشیدی در برابر اشعه UV بسیار قوی، دما، واکنش های شیمیایی و غیره مقاومت می کنند. کابل ها نیز می توانند با قطرشان متفاوت باشند. آنها می توانند 4 میلی متر، 6 میلی متر باشند.

سه نوع کابل برای تاسیسات خورشیدی استفاده می شود: کابل های DC، کابل های خورشیدی اصلی و کابل های AC.

نقش کابل‌های DC در سیستم‌های خورشیدی

کابل های ماژول و کابل استرینگ دو نوع کابل DC در سیستم های خورشیدی هستند. این کابل ها معمولاً به پنل خورشیدی PV متصل می شوند و به کانکتورهای انعطاف پذیر برای اتصالات داخلی مجهز هستند. کابل های PV معمولاً بسته به توان خروجی ماژول و با سطح مقطع 2.5 میلی متر، 4 میلی متر ، 6 میلی متر استفاده می شود. کابل DC در مناطق باز استفاده می شود. برای اطمینان از اتصال زمین و اتصال کوتاه، کابل‌های مثبت و منفی ممکن است در یک کابل قرار نگیرند. استفاده از کابل‌های تک سیم با عایق دوبل یک راه حل عملی و با قابلیت اطمینان بالا است. لازم است بدانید 3 نوع طراحی برای اتصال رشته‌های PV به اینورتر قدرت خورشیدی وجود دارد:

1. سیستم گره ای استرینگ
2. سیستم PV با جعبه اتصال
3. ارتباط مستقیم

کابل‌های AC در سیستم خورشیدی

کابل‌های اتصال AC، اتصال دهنده اینورتر خورشیدی به شبکه برق از طریق تجهیزات حفاظتی است. انتخاب نادرست نوع کابل AC، یکی از اشتباهاتی است که کاربران معمولا در هنگام طراحی سیستم‌های برق خورشیدی مرتکب می‌شوند.

انواع اتصال کابلی

کابل متصل کننده پنل های خورشیدی

این کابل ها، پنل های خورشیدی را به یکدیگر متصل کرده و مجموعه ی آن ها را به شارژ کنترلر وصل می کنند. برای این قسمت حتما باید از کابل های مقاوم در برابر تابش اشعه ی ماورای بنفش خورشید و رطوبت ناشی از بارش برف و باران و آثار مخرب گرد و غبار و آلودگی های مشابه استفاده کنید.

کابل متصل کننده شارژ کنترلرها و باتری ها

پس از انتخاب سایز کابل اتصال از پنل ها، می توانید به همان روش قبل سایز کابل برای وصل کردن شارژ کنترلر به باتری ها را تعیین کنید. اما می توانید از همان کابل که پنل ها را به شارژ کنترلر وصل می کنید نیز استفاده کنید. به دلیل اینکه جریانی که از شارژ کنترلر به سمت باتری ها می رود خیلی زیادتر از جریان پنل ها نیست در ضمن فاصله نیز کم شده است.

در هنگام محاسبه ی سطح مقطع کابل لازم برای ارتباط شارژ کنترلر و باتری ها، باید میزان جریان جاری از طرف پنل های خورشیدی به باتری ها و جریان کشیده شده از آن ها را در نظر داشته باشید. معمولا حداکثر جریانی که برای شارژ باتری ها به کار می رود، بسیار بیشتر از جریانی است که از آنها کشیده می شود.

بهتر است در یک سیستم خورشیدی ابتدا شارژ کنترلر را به باتری ها وصل کنید و سپس آن را به پنل ها متصل نمایید تا از آسیب رسیدن به شارژ کنترلر جلوگیری کنید.

کابل متصل کننده شارژ کنترلرها و باتری ها

اینورتر و اتصالات باتری ها بزرگترین سایز کابل در سیستم را نیاز دارند. در زمان کار سیستم اینورتر برای تولید برق AC باید میزان زیادی جریان از باتری ها دریافت کند. پس باید توجه داشت که فقط کابل با سایز بزرگ نیاز نیست بلکه باید فاصله باتری ها تا اینورتر نیز کم باشد و حداکثر از 2 متر بیشتر نباشد.

این کابل ها باید مانند کابل هایی که به باتری ماشین وصل هستند بزرگ باشند. پس هر چقدر که می توانید این کابل را بزرگ انتخاب کنید. برای اینکه موضوع را بهتر درک کنید بگذارید مثالی بزنیم. مثلاً برای راه اندازی تعدادی از لوازم خانگی (بعنوان مثال جاروبرقی و ماکروویو) نیاز به 10 آمپر جریان دارید اینورتر برای تامین این جریان حداقل نیاز به 100 آمپر جریان 12 ولت DC دارد. پس ملاحضه می کنید که چه جریان بزرگی باید از کابل عبور کند.

کابل اتصال دهنده ی باتری ها به هم

برای متصل کردن باتری ها به یکدیگر باید سایز کابل را بزرگ انتخاب کرد. به دلیل آنکه آنها هم باید جریان کاملی را تحویل بار بدهند و هم باید در زمان شارژ جریان مورد نیاز برای شارژ را دریافت کنند. پس باتری ها را با کابل هایی با سایز بزرگ به هم متصل می کنیم.
این جور کابل ها و سر باتری های لازم را می توان از باتری سازها و همان فروشگاه هایی که باتری ها را می فروشند تهیه نمود. با توجه به بالا بودن شدت جریان جاری در این کابل ها توصیه می شود در انتخاب آن ها از قطورترین انواع موجود استفاده کنید. فراموش نکنید که در موقع اتصال یک کابل به یک باتری، حتما از سر باتری های مناسب و با کیفیتی استفاده کنید.

انواع کابل نیروگاه خورشیدی

1. کابل سولار

• استانداردی که برای تولید کابل مورد استناد قرار می گیرد : BS EN 50618
• جنس هادی کابل : مس افشان قلع اندود انعطاف پذیر، مقاوم در برابر خوردگی و اکسید شدن
• جنس عایق کابل : آمیزه کراسلینک شده بدون هالوژن
• جنس روکش : آمیزه کراسلینک شده و هالوژن فری، بازدارنده انتشار شعله، مقاوم در برابر پرتو فرابنفش خورشید، اوزون و شرایط گوناگون جوی (باران و برف) یا آمیزه پی وی سی آنتی UV
• رنگ روکش : مشکی و قرمز (برای قطب مثبت و منفی) یا مشکی با نوار قرمز و آبی
• ولتاژ نامی : 600/1000 ولت AC و 900/1800 ولت DC
• سایزها : 2.5×1، 4×1، 6×1، 10×1، 16×1، 25×1، 35×1، 50×1، 70×1، 90×1 و 120×1
• تست بازدارندگی شعله مطابق با استاندارد : BS EN/IEC 60332-1-2
• مقاوم در برابر UV مطابق با : HD 605 S2
• محدوده دمای کار : 40- تا 90+ و 40- تا 70+ سلسیوس (با توجه به جنس روکش)
• کمینه شعاع خمش : 4 برابر قطر کابل در نصب ثابت
• کاربرد : ارتباط پنل های فتوولتاییک در نیروگاه خورشیدی با طول عمر بالا با تاییدیه TÜV
• شرایط نصب : برای نصب ثابت در فضای بسته یا فضای آزاد، درون داکت یا کانال مناسب خواهد بود. این کابل را نمی توان به طور مستقیم در زیر خاک نصب نمود.

علاوه بر کابل سولار، برای ارتباط باتری ها در نیروگاه هایی که دارای بخش ذخیره ساز انرژی برق هستند، می توان از کابل افشان تک رشته با روکش TPE یا لاستیک در سایزهای متنوع استفاده نمود که از هادی تمام مس ساخته شده اند. این کابلها را با عنوان کابل باتری نیز می شناسند.

2. کابل LVAC

کابل های فشار ضعیف برق جریان متناوب (AC) در نیروگاه های خورشیدی، برق تبدیل شده از جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب را به سمت مصرف کننده ها یا پست مخصوص نیروگاه منتقل می کنند. این کابل ها با توجه به وسعت نیروگاه و مقداری توان تولیدی و نوع اینورترهای به کار رفته، به شکل تک فاز یا سه فاز استفاده می شوند.
ولتاژ کار کابل های LVAC یکی از رده های 300/500، 450/750 یا 600/1000 ولت می باشد. برای انعطاف پذیری بهتر، غالبا هادی این کابلها از نوع مس افشان انتخاب می گردد. جنس عایق و روکش نیز می تواند یکی از موارد زیر باشد :

1. عایق ترموپلاستیک PVC
2. عایق لاستیکی EPR
3. روکش پی وی سی
4. روکش پلی کلروپرن با انعطاف پذیری بالا، مقاوم در برابر آب، اوزون، شرایط جوی و استرسهای مکانیکی

کابل های تک فاز به شکل 2 رشته و کابل های سه فاز به صورت 4 رشته در سطح مقاطع گوناگون تولید می شوند. برای تامین سیستم ارت، می توان از کابل های دارای هادی ارت استفاده نمود و یا سیم ارت افشان روکش دار جداگانه را با عایق سبز و زرد رنگ بدین منظور به کار گرفت.

3. کابل های MVAC

• استانده مورد استناد در تولید کابلها : IEC 60502-2 و ISIRI 3569-2
• سرشت هادی : مفتول های مس یا آلومینیوم تابیده و فشرده شده گرد است.
• لایه نیمه رسانای داخلی : متریال نیمه هادی
• سرشت عایق : پلی اتیلن کراسلینک شده همان XLPE
• لایه نیمه رسانای بیرونی : مواد نیمه هادی
• اسکرین فلزی : سیم های مسی
• سرشت روکش میانی در نوع زره دار : UPS
• سرشت زره در نوع آرموردار : مفتول یا نوار آلومینیومی در کابل تک رشته و مفتول یا نوار فولادی در کابل سه رشته
• سرشت روکش : PVC، PE یا روکش LSZH
• رنگ روکش : قرمز یا مشکی
• تعداد رشته کابل : 1 یا 3؛ مونوفاز یا سه فاز
• سایز کابل :  35×1 تا 500×1 و 25×3 تا 300×3
• ولتاژ اسمی : 6/10، 12/20 یا 18/30 کیلو ولت
• بیشینه دمای هادی : 90+ سانتیگراد
• حداقل شعای خمش : 15 یا 12 برابر قطر کابل
• کاربرد : ارتباط نیروگاه خورشیدی مقیاس بزرگ با شبکه توزیع برق از طریق پست بلافصل نیروگاه؛ تزریق توان تولید شده در نیروگاه به شبکه برق
• شرایط نصب : نصب ثابت در داخل ساختمان، فضای باز، درون کانال و یا نصب مستقیم در زیر زمین

4. کابلهای پستها و هادیهای خطوط انتقال هوایی

برای ارتباط نیروگاههای خورشیدی بزرگ مقیاس با شبکه انتقال نیرو، که انرژی تولید شده به پستهای انتقال برق رسانده شود نیاز است. در این پستها، انبوهی از کابلهای قدرت، کابلهای کنترل و ابزار دقیق، کابلهای مخابراتی و سیمهای برق به کار میروند. خروجی این پستها نیز اکثراً از طریق هادیهای هوایی به خطوط انتقال هوایی (OHTL) متصل میگردد.

ویژگی های کابلهای خورشیدی (فتوولتائیک)

کابلهای مورد استفاده در سیستمهای خورشیدی بایستی از لحاظ کیفی خصوصیات ذیل را داشته باشد:

اطمینان از طول عمرکافی : در شرایط آب و هوایی سخت حداقل 25 تا 30 سال  دوام  داشته باشد.

تحمل و دوام در فضای باز: مقاومت در دماهای مختلف (توانایی تحمل دمایی از 40- درجه سانتیگراد تا 120 درجه)

ضد اشعه : UV (UV resistant)

کابلهای DC  سولار  بایستی در برابر نور آفتاب که حاوی اشعه UV است مقاوم باشند. به همین دلیل در روکش این کابلها از مواد آنتی UV استفاده می گردد که می تواند در رنگهای مختلف تولید شود.

مقاوم در برابر رطوبت (water resistant) : خاصیت تحمل و مقاومت در برابر رطوبت ناشی از برف و باران و ریزگردها

خاصیت دیر گدازی (flame retardant) : جلوگیری از گسترش آتش و خاموش  شدن شعله

مقاوم در برابر ازن (ozone resistant) : خاصیت تحمل و مقاومت در برابر گاز ازن موجود در محیط

مقاومت در برابر اکسیداسیون : مقاومت هادی در برابر خوردگی ناشی از اکسیداسیون و تماس با رطوبت

شرایط کابل کشی استاندارد سیستم خورشیدی

کابل خورشیدی DC که از آرایه های ماژول فتوولتائیک خارج شدهخ است؛ باید از داخل لوله کاندویت عبور کند. جنس آن از PVC و یا مطابق با استاندارد و مقاوم در برابر اشعه UV خورشید است . ضمنا این کابل ها در محل اتصال با قطب های مثبت و منفی استرینگ می بایست مجهز به اتصال دهنده استاندارد باشد.

ضخامت این لوله می بایست مطابق با استاندارد و قطر آن متناسب با تعداد و کابل خورشیدی DC، انتخاب می گردد.

کابل ها و سیم های مورد استفاده برای اتصالات داخلی ماژول های فتوولتائیک می بایست مجهز به سرکابل ها، رابطها، H4 یا MC4 و یا اتصالات مخصوص به خود باشند.