Wraz z szybkim globalnym rozwojem systemów fotowoltaicznych (PV), kable fotowoltaiczne (PV) – jako kluczowe elementy łączące moduły PV, falowniki i skrzynki rozdzielcze – odgrywają decydującą rolę w ogólnym bezpieczeństwie i żywotności elektrowni słonecznej. W porównaniu z konwencjonalnymi kablami energetycznymi, kable fotowoltaiczne charakteryzują się wysoce wyspecjalizowaną konstrukcją i doborem materiałów.
1. Czym jest kabel fotowoltaiczny?
Kabel fotowoltaiczny, znany również jako kabel solarny lub kabel dedykowany do instalacji fotowoltaicznych, jest stosowany głównie w elektrowniach słonecznych, rozproszonych systemach fotowoltaicznych oraz dachowych instalacjach fotowoltaicznych. Popularne modele to PV1-F i H1Z2Z2-K, które spełniają międzynarodowe normy, takie jak EN 50618 i IEC 62930.
Ponieważ kable fotowoltaiczne są stale narażone na działanie czynników zewnętrznych, muszą działać niezawodnie w wysokich temperaturach, silnym promieniowaniu ultrafioletowym, niskich temperaturach, wilgotności i narażeniu na działanie ozonu. W rezultacie ich wymagania dotyczące materiałów izolacyjnych i powłok są znacznie wyższe niż w przypadku zwykłych kabli. Typowe cechy to odporność na wysokie i niskie temperatury, doskonała odporność na starzenie pod wpływem promieniowania UV, odporność na korozję chemiczną, ognioodporność, przyjazność dla środowiska oraz projektowany okres użytkowania wynoszący 25 lat lub więcej.
2. Wyzwania dla materiałów kablowych w zastosowaniach fotowoltaicznych
W rzeczywistych zastosowaniach kable fotowoltaiczne są zazwyczaj instalowane bezpośrednio na zewnątrz. Na przykład, w regionach europejskich temperatura otoczenia systemów fotowoltaicznych może sięgać 100°C w warunkach nasłonecznienia. Jednocześnie kable są narażone na długotrwałe promieniowanie UV, wahania temperatury w ciągu dnia i nocy oraz naprężenia mechaniczne.
W takich warunkach standardowe kable PVC lub konwencjonalne kable gumowe nie mogą utrzymać stabilnej, długotrwałej wydajności. Nawet kable gumowe przeznaczone do pracy w temperaturze 90°C lub kable PVC przeznaczone do pracy w temperaturze 70°C są podatne na starzenie się izolacji, pękanie powłoki i szybką degradację wydajności w przypadku stosowania w zewnętrznych systemach fotowoltaicznych, co znacznie skraca żywotność systemu.
3. Podstawowe parametry kabli fotowoltaicznych: specjalistyczne materiały izolacyjne i osłonowe
Kluczowe zalety kabli fotowoltaicznych wynikają przede wszystkim z ich specyficznych dla PV materiałów izolacyjnych i powłok. Obecnie powszechnie stosowanym materiałem jest poliolefina sieciowana radiacyjnie, zazwyczaj oparta na wysokiej jakości polietylenie (PE) lub innych poliolefinach.
Pod wpływem napromieniowania wiązką elektronów łańcuchy molekularne materiału ulegają sieciowaniu, przekształcając strukturę z termoplastycznej w termoutwardzalną. Proces ten znacząco poprawia odporność na ciepło, starzenie i właściwości mechaniczne. Poliolefiny sieciowane radiacyjnie umożliwiają ciągłą pracę kabli fotowoltaicznych w temperaturach 90–120°C, zapewniając jednocześnie doskonałą elastyczność w niskich temperaturach, odporność na promieniowanie UV, ozon oraz pękanie naprężeniowe. Ponadto materiały te są bezhalogenowe i zgodne z normami ochrony środowiska.
4. Porównanie konstrukcji i materiałów: kable fotowoltaiczne kontra kable konwencjonalne
4.1 Typowa struktura i materiały kabli fotowoltaicznych
Przewodnik: Wyżarzany przewodnik miedziany lub cynowany przewodnik miedziany, łączący wysoką przewodność elektryczną z odpornością na korozję
Warstwa izolacyjna: Związek izolacyjny z poliolefiny usieciowanej radiacyjnie (materiał izolacyjny przeznaczony specjalnie do kabli fotowoltaicznych)
Warstwa osłonowa: usieciowany radiacyjnie związek osłonowy z poliolefiny, zapewniający długotrwałą ochronę na zewnątrz
4.2 Typowa struktura i materiały kabli konwencjonalnych
Przewodnik: Przewodnik miedziany lub przewodnik miedziany cynowany
Warstwa izolacyjna: masa izolacyjna z PVC lubXLPE (polietylen usieciowany)masa izolacyjna
Warstwa osłonki:PCVmasa poszyciowa
5. Podstawowe różnice w wydajności spowodowane doborem materiałów
Z punktu widzenia przewodnika, kable fotowoltaiczne i kable konwencjonalne są zasadniczo takie same. Zasadnicze różnice tkwią w doborze materiałów izolacyjnych i powłokowych.
Mieszanki izolacyjne i osłonowe z PVC stosowane w konwencjonalnych kablach nadają się głównie do stosowania wewnątrz pomieszczeń lub w stosunkowo łagodnych warunkach, oferując ograniczoną odporność na ciepło, promieniowanie UV i starzenie. Natomiast mieszanki izolacyjne i osłonowe z poliolefin usieciowanych radiacyjnie, stosowane w kablach fotowoltaicznych, zostały opracowane specjalnie do długotrwałej eksploatacji na zewnątrz i mogą zachować stabilne parametry elektryczne i mechaniczne w ekstremalnych warunkach środowiskowych.
W związku z tym, chociaż zastąpienie kabli konwencjonalnych kablami fotowoltaicznymi może obniżyć początkowe koszty, znacznie zwiększa ryzyko związane z konserwacją i skraca ogólną żywotność systemu fotowoltaicznego.
6. Wnioski: Dobór materiałów decyduje o długoterminowej niezawodności systemów fotowoltaicznych
Kable fotowoltaiczne nie są prostym zamiennikiem zwykłych kabli, lecz specjalistycznymi produktami kablowymi zaprojektowanymi specjalnie do zastosowań fotowoltaicznych. Ich długotrwała niezawodność zależy zasadniczo od doboru wysokowydajnych materiałów izolacyjnych i powłok kabli fotowoltaicznych, a w szczególności od prawidłowego zastosowania systemów poliolefin usieciowanych radiacyjnie.
Dla projektantów systemów fotowoltaicznych, instalatorów i dostawców materiałów kablowych gruntowne zrozumienie różnic na poziomie materiałów pomiędzy kablami fotowoltaicznymi a kablami konwencjonalnymi jest niezbędne do zapewnienia bezpiecznej, stabilnej i długoterminowej eksploatacji elektrowni fotowoltaicznych.
Czas publikacji: 31-12-2025