Dây cáp DC là huyết mạch của hệ thống điện mặt trời và kết nối các tấm pin với combinerbox và bộ inverter. Các loại cáp này chỉ chiếm khoảng 1-2% tổng chi phí dự án năng lượng mặt trời nhưng có vai trò và tác động đáng kể đến sản lượng điện bởi vì việc thiết kế hoặc lựa chọn cáp chưa chuẩn dẫn đến các vấn đề về an toàn vật liệu và hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Cáp DC khác với cáp AC về cấu tạo và hoạt động truyền dẫn điện. Mặc dù rẻ hơn đáng kể, cáp AC thông thường không được sử dụng để truyền dẫn nguồn điện DC. Đồng là vật liệu lý tưởng cho cáp DC do tính linh hoạt cao của kim loại, khả năng mang dòng điện vượt trội và hiệu suất nhiệt tốt hơn. Cáp DC phải được làm bằng dây dẫn đồng mềm. Nguồn điện một chiều không có hiệu ứng dẫn bề mặt như nguồn điện xoay chiều. Do đó bất kỳ thay đổi nhỏ nào về tiết diện đồng trên một đơn vị chiều dài của dây dẫn đều dẫn đến tác động đáng kể đến khả năng dẫn điện của cáp.
Thông số hoạt động của Cáp năng lượng mặt trời DC
Cáp DC phải chịu đựng những điều kiện khắc nghiệt như chúng phải chịu được nhiệt độ cao, bức xạ tia cực tím (UV), ôzôn trong khí quyển và nguy cơ cháy nổ với tuổi thọ ít nhất là 25 năm.
Nhiệt độ cao
Việc tiếp xúc liên tục với nhiệt độ cao gây ra sự lão hóa nhiệt của cáp DC. Theo định luật Arrhenius –tốc độ lão hóa nhiệt tăng gấp đôi sau mỗi lần tăng 10˚C.
Nhiệt độ hoạt động của cáp DC thường nhỏ hơn 90˚C. Các tiêu chuẩn kỹ thuật quy định về việc thử nghiệm cáp DC ở 120 ° C và yêu cầu cáp duy trì trong 20.000 giờ, tương đương 160.000 giờ ở 90 ° C theo luật Arrhenius.
Bức xạ của tia cực tím
Bức xạ UV trong ánh sáng mặt trời bị hấp thụ trong dây dẫn dẫn đến nứt gảy và đứt cáp. Để chóng lại điều này cáp DC được phủ một lớp phủ polyme (polyetylen hoặc polyolefin) trộn với khoảng 2,5% cacbon đen phân tán mịn để phản xạ bức xạ UV. Đây là lý do tại sao bề mặt của cáp DC rất mịn. Màu Đỏ và Đen được sử dụng để nhận dạng Cáp DC sử dụng cho hệ thống điện mặt trời.
Những loại cáp như vậy đã được sử dụng trong hơn bốn thập kỷ để lắp đặt ngoài trời trong lĩnh vực truyền thông ở Châu Âu.
Chống cháy
Cáp DC được yêu cầu phải chống cháy. Chất cách điện ít khói, không chứa halogen được ưu tiên để chế tạo cáp DC. Các hợp chất không chứa halogen được chứa chất phụ gia chống cháy gốc khoáng vô cơ.
Khí quyển
Sự hấp thụ của ozone trong khí quyển dẫn đến sự xuống cấp của cáp DC. Để đảm bảo độ bền của cáp DC trong khoảng thời gian 25 năm, các tiêu chuẩn EN khuyến nghị rằng cáp được thử nghiệm với nồng độ ozone 200-250 phần triệu ở 40˚C trong 72 giờ.
Nước
Liên kết chéo của vật liệu phủ polyme giúp tăng cường khả năng của cáp chịu được mưa và ngập úng. Trong số các kỹ thuật hiện có, liên kết chéo chùm tia điện tử (electron-beam crosslinking) là hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi nhất.
Nguy hiểm liên quan đến chống rò điện trong cáp DC
Vỏ cáp bị hỏng có thể dẫn đến điện giật vì ruột dẫn sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi trường.
Cáp DC được thử nghiệm trước các vấn đề như năng suất năng lượng mặt trời thấp hơn đáng kể hoặc điều kiện khắc nghiệt như hỏa hoạn. Tổn thất sản lượng điện trong cáp DC phải là 0,5-2%, tuy nhiên dựa trên thiết kế, hàm lượng đồng và quy trình sản xuất được triển khai, tổn thất thực tế có thể cao hơn đáng kể.
Quy trình sản xuất cáp DC theo phương pháp liên kết chéo chùm tia điện tử (Electron Beam Cross Linking )
Theo quá trình này, năng lượng từ các electron tạo ra các vị trí hoạt động trên các chuỗi polyme, sau đó liên kết chéo và tạo thành một chuỗi khiến vật liệu khó nóng chảy.
Liên kết chéo vật lý
Cách điện của cáp phải được liên kết chéo với các điện tử năng lượng cao (betarays) trong cơ sở chiếu xạ E-Beam. Các êlectron nhường động năng khi chạy chậm lại trong polyme. Thông qua tác động của các gốc điện tử được xây dựng, với phản ứng hóa học liên kết các phân tử với nhau.
Chùm tia điện tử Vật liệu cách điện liên kết chéo
Liên kết ngang liên kết với nhau các chuỗi polyme bằng liên kết hóa học (trong pha vô định hình). Điều này dẫn đến một mạng ba chiều. Chuỗi polyme không còn có thể di chuyển tự do (bất kể nhiệt độ). Trên nhiệt độ nóng chảy, vật liệu không thể chảy nữa mà chuyển sang trạng thái đàn hồi giống như cao su.
Ưu điểm của vật liệu cách nhiệt sử dụng liên kết E-Beam
- Tăng cường độ chịu cắt và nén
- Cải thiện tính toàn vẹn trong trường hợp hỏng hóc điện (quá tải, ngắn mạch)
- Cải thiện khả năng chống lại hóa chất
- Khả năng kháng sắt hàn, không thấm nước
Cải thiện độ bền va đập và khả năng chống nứt
Khả năng chịu nhiệt chống mài mòn và thời tiết tốt hơn
Với máy gia tốc chùm tia điện tử, các vật liệu cách nhiệt có thể được liên kết chéo trong vòng vài giây. Khác với liên kết ngang hóa học trong liên kết ngang chiếu xạ không có peroxit hoặc hydro-silicones được đưa vào hỗn hợp tổng hợp.
Cáp DC được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời có thể được phân loại như sau:
Cáp DC dạng chuỗi: Các loại cáp này được sử dụng để kết nối các tấm pin năng lượng mặt trời và kết nối các tấm pin với Combinerbox . Cáp để kết nối các tấm pin được kết nối sẵn với hộp đấu nối phía sau tấm pin, trong khi cáp kết nối các chuỗi và kết nối với hộp kết hợp được mua riêng. Cáp DC dạng dây chỉ mang dòng điện khoảng 10 Ampe (A) và tiết diện nhỏ (2,5 m2 đến m2 ) là đủ cho mục đích đấu nối này.
Lỗi thường gặp với cáp DC
Có nhiều lý do khiến cáp có thể bị lỗi khi sử dụng, trong đó lỗi nghiêm trọng nhất dẫn đến hỏa hoạn hoặc các lỗi nghiêm trọng khác. Một số nguyên nhân chính dẫn đến hỏng cáp bao gồm:
Lão hóa - Tuổi thọ của cáp có thể giảm đáng kể nếu dự kiến nó sẽ hoạt động bên ngoài các điều kiện hoạt động tối ưu mà nó được thiết kế. Quá trình lão hóa thường dẫn đến hiện tượng lún, nứt và cuối cùng là hỏng vật liệu cách điện và vỏ bọc, làm lộ dây dẫn và gây ra nguy cơ đoản mạch, thậm chí có thể gây ra hoả hoạn.
Hỏng hóc cơ học - Nếu cáp bị hư hỏng trong quá trình lắp đặt hoặc trong quá trình sử dụng tiếp theo, tính toàn vẹn của cáp sẽ bị ảnh hưởng và làm giảm tuổi thọ cũng như độ tin cậy của cáp DC.
Tổn thất/ Sự cố điện từ - Gia tăng nhiễu điện từ (EMI) xảy ra khi lớp chắn được thiết kế để bảo vệ cáp, tín hiệu khỏi trường điện từ, bị đứt và mài mòn do uốn cong liên tục.
Trường hợp cáp bị cháy
Cáp DC trước và sau khi cháy
Tiêu chuẩn kỹ thuật
Trên toàn cầu, có ba tiêu chuẩn được công nhận để sử dụng cáp DC - Châu Âu (EN), Phòng thí nghiệm bảo hành (UL) của Hoa Kỳ và TUV của Đức. Tiêu chuẩn thứ tư, IEC, hiện là một tài liệu đang được hoàn thiện.
Tiêu chuẩn UL
UL là một công ty khoa học an toàn độc lập có trụ sở tại Hoa Kỳ. UL đã xuất bản ấn bản đầu tiên của tiêu chuẩn cáp DC vào năm 2005, được đặt tên là UL4703. Sau đó, UL đã sửa đổi các tiêu chuẩn theo thời gian. Tiêu chuẩn UL là nghiêm ngặt nhất đối với cáp DC trên toàn cầu. Tiêu chuẩn UL yêu cầu cáp DC phải được đánh giá ở mức 2.000 V, cao nhất trong số tất cả các tiêu chuẩn. Chúng cho phép sử dụng các hợp chất halogen hóa để làm cho cáp chống cháy ngay cả ở mức điện áp cao hơn.
Tiêu chuẩn EN
Các tiêu chuẩn này được xuất bản vào năm 2014 và được đặt tên là EN50618, tương đối ít khắt khe hơn so với UL4703. Các tiêu chuẩn yêu cầu cáp phải có thể hoạt động ở 1.500 V và quy định rằng cáp DC phải ít sản sinh khói độc khi cháy, không chứa halogen và phải có vỏ bọc và cách điện liên kết chéo. Không giống như tiêu chuẩn UL, tiêu chuẩn EN yêu cầu cáp phải tuân thủ Loại 5, tức là cáp phải mềm dẻo. Do đó, nhôm do là kim loại tương đối cứng nên không đủ tiêu chuẩn, có nghĩa là tiêu chuẩn EN chỉ bắt buộc sử dụng cáp đồng.
Tiêu chuẩn TUV
TUV2Pfg1169 / 08.2007 tương đối ít nghiêm ngặt hơn so với tiêu chuẩn EN. Một phiên bản mới hơn, TUV 2Pfg1990 / 05.2012 được xuất bản vào năm 2012, yêu cầu cáp phải được đánh giá ở 1.500 V.
Tiêu chuẩn này yêu cầu cáp không chỉ không chứa halogen mà còn phải vượt qua thử nghiệm chống cháy theo tiêu chuẩn UL mà không sử dụng hợp chất halogen hóa.
Tiêu chuẩn IEC
Điểm khác biệt chính là IEC cho phép sử dụng vật liệu loại 2, tức là nhôm để lắp đặt cố định. Điều này ngụ ý rằng nhôm có thể được sử dụng cho cáp DC chính, nhưng không sử dụng cho cáp DC dạng dây, vì những loại cáp này yêu cầu tính linh hoạt.
IEC 62548: 2016 đưa ra các yêu cầu thiết kế đối với hệ thống bao gồm hệ thống dây dẫn DC, thiết bị bảo vệ, các yêu cầu về đóng cắt chuyển mạch và nối đất.
Tiêu chuẩn mới bao gồm một số yêu cầu về xây dựng, vật liệu và thử nghiệm bao gồm các mối đe dọa môi trường này, cũng như bao gồm các yêu cầu về điện khi vận hành đến 1,5kV và ở tải cao hiện tại.
Tuy nhiên, tiêu chuẩn IEC giống với tiêu chuẩn Châu Âu về nhiều mặt, cho phép sử dụng các vật liệu không chứa halogen cũng như không chứa halogen, với hiệu suất điện và môi trường như nhau.
Nguồn : renewablewatch
