Typowe pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne generuje przy optymalnym nasłonecznieniu do 6 W mocy. Ogniwa łączy się ze sobą w trwałą konstrukcję panelową, wytwarzającą np. 200 W mocy. Tak przygotowane moduły fotowoltaiczne są gotowe do montażu na obiekcie budowlanym lub specjalnej konstrukcji naziemnej i stanowią podstawę instalacji fotowoltaicznej (PV). Są też określane jako generator PV lub panele PV. Liczba paneli może być bardzo różna – od pojedynczych sztuk do kilkuset, montowanych na farmach fotowoltaicznych.
Typowa struktura instalacji fotowoltaicznej
Nasłonecznienie jest zmienne zarówno w cyklu dobowym, jak i rocznym, dlatego produkcja energii w panelach PV nie odbywa się równomiernie. Moduły PV wytwarzają prąd stały (DC). Istnieje więc możliwość magazynowania energii wytwarzanej w instalacji PV w akumulatorach podłączonych do instalacji – taki system określa się jako off-grid [patrz ramka Źródła, ³].
Drugi system, on-grid, polega na przekazywaniu nadmiarowej energii do zewnętrznej energetycznej sieci publicznej po uprzednim przetworzeniu prądu DC na prąd zmienny AC o częstotliwości sieciowej i odbiorze energii od dystrybutora na warunkach zgodnych z obowiązującymi regulacjami (obecnie 80%).
Główne elementy instalacji PV
Elementy składowe instalacji fotowoltaicznej, łączone kablami solarnymi, to:
- moduły fotowoltaiczne (panele) – ich liczbę określa konkretny projekt mikroelektrowni;
- inwerter (falownik) – przekształca stały prąd DC na prąd przemienny AC o częstotliwości 50 Hz i napięciu 230 V, nadający się do zastosowania w domowych odbiornikach energii elektrycznej lub do przesłania do publicznej sieci NN (systemy on-grid);
- akumulatory do gromadzenia energii z paneli, niewykorzystanej aktualnie przez domowe odbiorniki (systemy off-grid).
Terminologia i zastosowanie
W literaturze technicznej spotyka się kilka różnych określeń dla kabli stosowanych w instalacjach PV: „kabel solarny”, „kabel fotowoltaiczny”, „przewód solarny” czy „przewody fotowoltaiczne”. Wszystkie oznaczają to samo, czyli okablowanie wykorzystywane do połączeń w instalacjach PV wytwarzających energię elektryczną.
W instalacji PV występują obwody prądu stałego DC oraz prądu zmiennego AC. Wymagania dla kabli stosowanych w instalacjach solarnych opisano w normie europejskiej PN-EN 50618:2015-03 „Kable i przewody do systemów fotowoltaicznych”, zaś cała instalacja PV jest wykonywana wg krajowych zaleceń N-SEP-E-004 „Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa”. Te dwa dokumenty opisują w szczegółach wymagania stawiane jednożyłowym kablom solarnym, przewodom zasilającym oraz innym kablom stosowanym we współczesnej fotowoltaice.
Znamionowe napięcie pracy dla kabli DC wynosi 1,5 kV, zarówno między żyłami, jak i między żyłami i ziemią. Maksymalne dopuszczalne napięcie robocze DC systemów, z którymi współpracują kable solarne, nie może przekraczać 1,8 kV.
Jeśli kable te będą zastosowane w obwodach AC, to napięcie znamionowe AC określonych kabli wynosi 1/1 kV (U0/U). Napięcie znamionowe w systemie prądu przemiennego jest wyrażone przez kombinację dwóch wartości Uo/U, wyrażonych w kilowoltach, gdzie:
- Uo to wartość między dowolnym izolowanym przewodem a ziemią,
- U to wartość między dowolnymi dwiema fazami.
Ogólna charakterystyka kabli fotowoltaicznych
Kable fotowoltaiczne są giętkie. Posiadają żyłę wielodrutową o klasie giętkości 5 lub 6. Druty żył są ocynowane, co zapobiega ich utlenianiu się i daje pewność połączeń w czasie eksploatacji. Izolacja i powłoka zazwyczaj wykonywane są z usieciowanego materiału bezhalogenowego lub termoplastycznego elastomeru. Barwa powłoki jest standardowo czarna, ale mogą być stosowane też inne kolory (zazwyczaj czerwony i niebieski).
Kable solarne są odporne na wszelkie narażenia środowiskowe jak wysokie i niskie temperatury oraz promieniowanie UV, gdyż są narażone na oddziaływanie niesprzyjających warunków atmosferycznych (deszcz, śnieg, grad, upały) a także długotrwałą ekspozycję słoneczną, więc muszą być odporne na wszelkie czynniki środowiskowe, takie jak wysokie i niskie temperatury oraz promieniowanie UV. Producenci kabli fotowoltaicznych przystosowują je do układania zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obiektów budowlanych, w tym także na ziemi – mogą być również prowadzone w instalacji podziemnej. Odpowiednia giętkość i wytrzymałość mechaniczna kabli zapewnia możliwość instalacji poziomych i pionowych.
Charakteryzując kable fotowoltaiczne, nie można pominąć ich odporności ogniowej. Pożary instalacji fotowoltaicznych nie są zbyt częste, ale się zdarzają – niektóre źródła podają, że w Polsce dochodzi do 700 takich zdarzeń rocznie [²]. Abstrahując od przyczyn powstawania pożaru, które mogą być bardzo różne, kable solarne nie mogą przyczyniać się do rozprzestrzeniania płomienia – gdy zaś dojdzie do zapalenia się kabla, produkty spalania nie mogą być toksyczne, a emisja dymów powinna być niewielka.
Kompatybilność elektromagnetyczna instalacji PV
Inwertery zawierają aktywne elementy elektroniczne i jako takie podlegają przepisom europejskiej dyrektywy EMC (2014/30/UE Dyrektywa Kompatybilności Elektromagnetycznej EMC), określającej dopuszczalne poziomy zakłóceń elektromagnetycznych.
Falowniki (inwertery) – czyli urządzenia przetwarzające prąd stały na zmienny – zakłócają czasem pracę czułych urządzeń elektronicznych. W krajach gdzie instalacje PV działają od dawna, zaobserwowano, że instalacje te zakłócają komunikację między służbami ratunkowymi, takimi jak policja i straż pożarna [8]. Dla zachowania niskiego poziomu zakłóceń w układach PV bezpośrednie połączenia z inwerterem na wyjściu AC powinny być realizowane kablami ekranowanymi, zapewniającymi odpowiednią tłumienność ekranowania harmonicznego prądu przemiennego i sygnałów radiowych.
Kable PV produkowane przez Technokabel SA
Obwody DC – kable prądu stałego
Do łączenia ze sobą modułów fotowoltaicznych oraz do przyłączania modułów do falownika bezpośrednio, czy też poprzez urządzenia sterujące, firma Technokabel SA rekomenduje giętki przewód solarny o nazwie handlowej SOLARTECH-4 z żyłami linkowymi z miękkich ocynowanych drutów miedzianych o przekroju 4 i 6 mm².
Ten sam przewód może być też stosowany do połączeń modułów fotowoltaicznych z magazynami energii (akumulatorami). W Polsce instalacje PV off-grid nie są jeszcze popularne ze względu na duże koszty obecnie dostępnych magazynów energii.
Na rysunku 2 zamieszczono kartę szczegółowej charakterystyki technicznej przewodów SOLARTECH-4.
Na rysunkach 3a i 3b zamieszczono kartę szczegółowej charakterystyki technicznej ww. kabli falownikowych. Z kolei na rysunku 4 pokazano przykładowe charakterystyki tłumienności ekranowania tych kabli w zakresie niskich i wysokich częstotliwości, w oparciu na pomiarach wykonanych w Laboratorium Badań EMC Instytutu Łączności we Wrocławiu [4]. Z uwagi na specjalne zaprojektowanie i wykonanie ekranu kable charakteryzują się bardzo wysoką tłumiennością ekranowania i nie powodują zakłóceń elektromagnetycznych.
Jeśli projekt instalacji PV nie zakłada ochrony elektromagnetycznej (dotyczy to w szczególności małych instalacji montowanych w obszarach rzadko zabudowanych), wówczas do połączeń między falownikiem i rozdzielnią można zastosować kable giętkie bezhalogenowe HSLH-JB 0,6/1 kV lub o izolacji polwinitowej YSLY-JB 0,6/1 kV [6].
Obwody AC – kable prądu przemiennego: przyłączeniowe
Przydomowa instalacja PV kończy się zazwyczaj rozdzielnią elektryczną, połączoną z licznikami energii i przyłączem zewnętrznym. W tych obwodach stosujemy typowe kable elektroenergetyczne na napięcie 0,6/1 kV o żyłach jednodrutowych YKXSżo 0,6/1 kV lub YKYżo 0,6/1 kV. Jeśli projekt przewiduje kable giętkie, mogą być zastosowane kable z żyłami linkowymi z grupy YSLY-JB 0,6/1 kV, a gdy wymagana jest wyższa odporność ogniowa – kable HSLH-JB 0,6/1 kV [6].
Zakończenie
Przedstawiliśmy kompleksową ofertę przewodów i kabli do instalacji fotowoltaicznych produkowanych przez Technokabel SA. Uwzględniamy w niej zarówno małe przydomowe instalacje PV, jak i duże jednostki, tworzone w oparciu na rozbudowanych siłowniach fotowoltaicznych, które są w Polsce na etapie wczesnego rozwoju. Zważywszy, że w całym kraju intensywność nasłonecznienia wystarczy do pokrycia całkowitych potrzeb energetycznych w 60%, a latem nawet w 100%, rozwój dużych elektrowni fotowoltaicznych będzie coraz bardziej widoczny.
Przeliczniki wskazują na to, że w naszych warunkach klimatycznych 1 m² paneli może dostarczyć rocznie tyle energii, ile uzyskujemy z 70‒100 kg węgla kamiennego: ok. 300‒500 kWh. Jest to wielkość nie do przecenienia, jeśli chodzi o wpływ na środowisko naturalne [¹].
Źródła1. https://www.wodr.poznan.pl/baza-informacyjna |
Helena Anuszewska
Technokabel S.A.
www.technokabel.com.pl
sprzedaz@technokabel.com.pl
