Elementy systemu kablowego instalacji fotowoltaicznych. Co warto wiedzieć?

O kluczowych kwestiach, o których warto pamiętać przy planowaniu okablowania instalacji fotowoltaicznych, pisze Marek Trajdos, Konsultant ds. Technicznych w firmie HELUKABEL Polska Sp. z o.o.

Myśląc o okablowaniu instalacji fotowoltaicznych, trzeba mieć na uwadze trzy fundamentalne zagadnienia:

• kable/przewody instalacji muszą być odporne na warunki środowiskowe w stopniu zapewniającym ich niezawodną pracę w czasie nie krótszym niż paneli ogniw słonecznych,
• kable/przewody instalacji muszą zapewniać bezpieczeństwo porażeniowe i samej instalacji dla przewidywanych sytuacji eksploatacyjnych takich jak uderzenie pioruna, czy awaria ogniw,

• ponieważ instalacja solarna oparta jest na pewnym standardowym schemacie połączeń, system oferowany okablowania musi zapewniać optymalizację cenową dla całego układu oraz być łatwy w montażu.

Zapoznajmy się zatem z system kablowym składającym się z przewodów, osprzętu i specjalistycznych narzędzi, pozwalającym skutecznie spełnić wymieniowe wyżej uwarunkowania.

REKLAMA

Rysunek 1. Przykładowy schemat instalacji solarnej.

Praktycznie w każdej instalacji solarnej można wyróżnić część napięcia stałego (panele i ich połączenia) oraz część napięcia zmiennego (połączona siecią energetyczną i/lub odbiornikami lokalnymi). Urządzeniem łączącym obie części jest przekształtnik zwany potocznie falownikiem.

Ponieważ typowe napięcie panelu fotowoltaicznego wynosi jedynie ok. 30 V DC, aby móc zamienić energię prądu stałego w zmiennego (nadająca się do wykorzystania w większości odbiorników i w systemie energetycznym) należy połączyć szeregowo ze sobą wiele paneli. Jak wiadomo napięcie wyjściowe takiego połączenia jest sumą napięć poszczególnych paneli, czyli dla paneli identycznych (co w praktyce jest jedyną występującą sytuacją) iloczynem liczby szeregowych paneli napięcia pojedynczego panelu.

Przykładowo na rysunku 1. widzimy dwie równolegle połączone grupy paneli szeregowych po 9 sztuk w każdej. Dla takiego systemu otrzymujemy przykładowo napięcie: 9 * 32,2 V DC = 289,8 V DC oraz podwójną w stosunku do pojedynczego panelu wydajność prądową, czyli ok. 2 * 9,34 A = 18,68 A.

Zatem w optymalnych warunkach nasłonecznienia i temperatury możemy spodziewać się mocy na wyjściu części napięcia stałego na poziomie 5,4 kW.

Moc ta zostanie następnie przekształcona na zmienno napięciową (oczywiście z pewnymi stratami, wynikającymi ze sprawności urządzeń rozdzielczo-sterujących, z których najbardziej znaczący jest oczywiście falownik).

Ponieważ w instalacji solarnej w czasie jej budowy oraz w przypadku wykonywania czynności serwisowych nie można pomylić się łącząc bieguny paneli, oferowane są przewody w różnych kolorach izolacji:

• niebieskie do biegunów ujemnych,
• czerwone do biegunów dodatnich,
• czarne do połączeń plus-minus oraz do wykonywania instalacji po stronie napięcia zmiennego, o ile nie stosuje się w tej części kabli „zwykłych” ze względu na fakt zupełnie innego środowiska pracy, typowego dla pomieszczeń rozdzielni itp.
• żółto-zielone do połączeń ochronnych.

Wszystkie wspomniane powyżej rodzaje kabli muszą być odporne na szereg zjawisk elektromagnetycznych oraz na generalnie niekorzystne oddziaływanie środowiska. Jako główne czynniki należy wymienić:

• przepięcia,
• zwarcia w instalacji,
• temperatura otoczenia i jej zmiany,
• promieniowanie UV,
• woda,
• bakterie,
• grzyby,
• gryzonie.

Podstawowym przewodem proponowanym do  realizacji instalacji solarnych (PV) przez firmę Helukabel jest SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K (rysunek 2.).

Rysunek 2. Przewody specjalistyczne do instalacji fotowoltaicznych SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K.

Jest on odporny na temperaturę w szerokim zakresie od -40°C do +90°C (+120°C), a ciągu 5 sekund wytrzymuje, bez pogorszenia właściwości izolacji nawet +200°C, co jest istotne przy zwarciach w instalacji, zanim zadziałają zabezpieczenia.

Jest oczywiście przystosowany do pracy zarówno w obwodach prądu stałego jak zmiennego, ponieważ jego napięcie znamionowe wynosi 1,0 kV AC pomiędzy żyłą czynną, a poziomem ziemi odniesienia oraz również 1,0 kV AC międzyprzewodowo. Dla napięcia stałego jest to 1,5 kV DC pomiędzy żyłą czynną, a poziomem ziemi odniesienia oraz podobnie 1,5 kV DC pomiędzy żyłami.

Ze względu na ryzyko przepięć generowanych najczęściej przez uderzenia piorunów izolacja przewodów jest testowana napięciem o wartości aż 6,5 kV!

Ze względu na wygodę układania i montażu przewody są bardzo elastyczne – 5 klasa giętkości oraz posiadają relatywnie niewielki promień zgięcia – jedynie 5 średnic w wypadku ułożenia na stałe. W praktyce okablowanie instalacji solarnych jest układane na stałe, bez konieczności zginania.

Są odporne chemicznie na wodę oraz ozon, oczywiście niewrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe niezależnie od koloru przewodu (1). 

W wypadku pożaru trudno rozprzestrzeniają płomienie i są niskoemisyjne jeśli chodzi o dym. Są też bezhalogenowe, co pozwala na prowadzenie ciągłych połączeń (bez zmiany typu kabla) w wypadku wejścia instalacji do budynków.

Należy podkreślić, że izolacja przewodów SOLARFLEX z usieciowanego poliolefinu jest bardzo wytrzymała mechanicznie i szczególnie odporna na ścieranie. Jest ponadto podwójna i wzmocniona, co znacznie przedłuża okres użytkowania. Przede wszystkim jednak pozwala na realizację z jego użyciem instalacji drugiej klasy ochronności. Jest to bardzo ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa porażeniowego, zwłaszcza przy prowadzeniu ewentualnej akcji gaśniczej z użyciem wody i/lub piany.

REKLAMA

Przewodami w kolorze czarnym (rysunek 1.) najlepiej łączyć bieguny „+” i „-” szeregowego połączenia modułów solarnych w gałęziach instalacji oraz wykonywać połączenia w części zmiennoprądowej korzystając z ich znacznej odporności napięciowej (przepięciowej).

Przewody w kolorze odpowiednio czerwonym i niebieskim znajdują oczywiście zastosowanie dla połączeń dodatnich i ujemnych części instalacji stałoprądowej, a przewody żółto-zielone są używane w połączeniach PE.

Doskonałym uzupełnieniem opisanych przewodów jest HELUTHERM 145, który jest jednożyłowym przewodem żółto-zielonym (ochronnym) równie elastycznym i odpornym na czynniki środowiskowe jak SOLARFLEX. W instalacjach fotowoltaicznych zaleca się stosowanie przewodu ochronnego o przekroju 16 mm². Nie ma on jak SOLARFLEX podwójnej izolacji, lecz w tym wypadku dla przewodu ochronnego jest to bez znaczenia.

W terenach rolniczych warto stosować przewody SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K NTS (rysunek 3.), które posiadają dodatkowo zewnętrzny stalowy oplot siatkowy stanowiący skuteczną ochronę instalacji zewnętrznych przed atakami gryzoni. Oplot ten jest wykonany ze stali nierdzewnej, co zapewnia mu długą żywotność. Wszystkie pozostałe właściwości tego przewodu są oczywiście identyczne z omówionymi wyżej dla kabli SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K.