Chọn dây & cáp điện cho ứng dụng điện năng lượng mặt trời

máng-năng-lượng-mặt-trời-parabol

Thị trường năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng. Sự tăng trưởng này áp dụng cho năng lượng gió cũng như năng lượng mặt trời. Do lợi ích của cộng đồng, một số chính phủ đã quyết định hỗ trợ kinh tế năng lượng tái tạo với những khoản trợ cấp rất lớn. Do đó, thị trường này thậm chí có thể tăng trưởng thêm nữa trong thời gian tới.

Quản lý cáp điện là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của sự an toàn và tuổi thọ của gần như mọi hệ thống quang điện (PV). Điều này chủ yếu là do việc sử dụng rộng rãi các loại cáp tiếp xúc trong mảng DC PV. Vì thiết bị được lắp đặt ngoài trời trên mái nhà và ngoài trời, các dây dẫn điện phải được đánh giá về khả năng chịu ánh sáng mặt trời.

Quang điện đề cập đến việc tạo ra điện trực tiếp bằng cách chiếu xạ mặt trời. Tế bào quang điện sử dụng vật liệu bán dẫn đặc biệt, phổ biến nhất là silicon, để khai thác năng lượng mặt trời. Khi ánh sáng chiếu vào, một số bức xạ mặt trời được hấp thụ vào trong vật liệu bán dẫn. Năng lượng của ánh sáng bây giờ được chuyển đến chất bán dẫn, làm văng các electron ra ngoài và cho phép chúng chuyển động tự do và giải phóng năng lượng. Công nghệ CSP sử dụng gương để phản chiếu và tập trung ánh sáng mặt trời vào các bộ thu, sau đó thu năng lượng mặt trời trước khi chuyển thành nhiệt. Năng lượng nhiệt thu được sau đó được sử dụng để sản xuất điện thông qua tuabin hơi nước hoặc động cơ nhiệt truyền động cho máy phát điện.

Hiện tại, ba loại công nghệ CSP phổ biến tồn tại: máng hình parabol, tháp năng lượng mặt trời và động cơ năng lượng mặt trời.

máng-năng-lượng-mặt-trời-parabol
máng-năng-lượng-mặt-trời-parabol

Một máng hình parabol có hình dạng giống một nửa đường ống và được bao phủ bởi các gương chiếu thẳng hàng theo hướng Bắc-Nam và quay theo mặt trời vào ban ngày. Những tấm gương này tập trung tia nắng mặt trời vào các ống dẫn chất lỏng truyền nhiệt với cường độ gấp 30 đến 100 lần cường độ bình thường của chúng. Sau đó, các đường ống này được sử dụng để tạo ra hơi nước làm quay tuabin để cung cấp năng lượng cho máy phát điện.

Tháp năng lượng mặt trời thường sử dụng hàng nghìn gương theo dõi mặt trời phẳng được gọi là ‘heliostats’ để tập trung bức xạ mặt trời vào một bộ thu gắn trên tháp duy nhất, tại thời điểm đó, quy trình tương tự như máng parabol được áp dụng.

Loại cuối cùng của công nghệ CSP nói trên là động cơ năng lượng mặt trời, chứa cả bộ tập trung năng lượng mặt trời và bộ chuyển đổi điện năng. Ví dụ phổ biến nhất về động cơ năng lượng mặt trời là động cơ Stirling, sử dụng một đĩa parabol phản chiếu ánh sáng mặt trời để hướng nhiệt thu vào một piston chứa đầy khí hydro. Sau đó, piston dẫn động động cơ để sản xuất điện. Trong khoảng thời gian hai mươi năm, hệ thống động cơ Stirling có thể tạo ra hơn 850 MW điện.

Mặc dù mặt trời là một nguồn năng lượng tuyệt vời vào ban ngày, nhưng phương pháp lưu trữ năng lượng mặt trời là rất quan trọng do thiếu nguồn cung cấp liên tục. Một cách hiệu quả và chi phí thấp để lưu trữ năng lượng mặt trời là sử dụng muối nóng chảy. Muối có nhiệt dung riêng cao và có thể truyền nhiệt ở nhiệt độ tương thích với hệ thống điện thông thường. Hệ thống PV ngoài lưới truyền thống lưu trữ năng lượng dư thừa bằng pin có thể sạc lại. Với các hệ thống nối lưới, lượng điện dư thừa có thể được chuyển đến lưới điện truyền tải và được theo dõi bằng cách sử dụng các chương trình đo đếm ròng. Các chương trình đo đếm thực cung cấp cho các hệ thống như vậy tín dụng cho mỗi megawatt điện được cung cấp vào lưới điện.

Thị trường quang điện là một thị trường rất cụ thể. Các quy định quốc gia khác nhau sẽ được tính đến. Kích thước hệ thống có thể thay đổi từ nguồn cung cấp điện gia đình nhỏ với công suất danh định vài kilowatt cho đến các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung lớn trong dải Gigawatt. Các thành phần được sử dụng trong các hệ thống này phải phù hợp với các ứng dụng cụ thể này. Một yếu tố quyết định chung cho tất cả các hệ thống điện quang điện là việc sử dụng ngoài trời, dẫn đến nhiệt độ cao và tất nhiên, bức xạ UV cao. Thời tiết và độ ẩm cũng cần được tính đến. Hơn nữa, khía cạnh an toàn và độ tin cậy là rất quan trọng.

Yêu cầu về cáp điện năng lượng mặt trời

Mặc dù là một thành phần quan trọng, hệ thống dây điện cho các tấm pin mặt trời hiếm khi được thảo luận. Trong hệ thống điện mặt trời gia đình, có bốn thành phần để kết nối với nhau: tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, pin và bộ biến tần. Bộ điều khiển sạc được sử dụng để ngăn pin quá tải; dây kết nối bảng điều khiển với sạc được kiểm soát phải có kích thước chính xác để giảm thiểu tổn thất điện năng truyền tải.

Tương ứng, các tấm càng ở xa, khổ dây càng lớn. Biến tần được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện một chiều do các tấm pin thu được thành điện xoay chiều, đây là dạng điện phổ biến nhất được các thiết bị gia dụng chấp nhận. Các hệ thống này thường ở ngoài trời, vì vậy bất kỳ loại cáp nào được sử dụng cho loại ứng dụng này cần phải có khả năng chống bức xạ tia cực tím và phù hợp với các vị trí ẩm ướt. Đối với các tấm theo dõi năng lượng mặt trời, các dây cáp được sử dụng cần phải linh hoạt vì các tấm sẽ di chuyển cùng với mặt trời.

Hệ thống CSP có rất nhiều yêu cầu tương tự như bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, ngoài khả năng chống nước và tia UV, dây cáp được sử dụng cần phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao.

Tiêu chuẩn cho cáp điện mặt trời

Cả cơ quan Phòng thí nghiệm bảo hành (UL) có trụ sở tại Hoa Kỳ và cơ quan Technischer Uberwachungs-Verein (TUV) có trụ sở tại Đức đều có các phê duyệt dành riêng cho dây được sử dụng trong các ứng dụng quang điện. UL có hai loại phê duyệt cho các ứng dụng quang điện: USE-2 và loại PV. Ban đầu, phê duyệt tiêu chuẩn cho các ứng dụng quang điện là USE-2. Tuy nhiên, khi có nhu cầu lớn hơn về dây cho năng lượng mặt trời, UL đã thiết kế phê duyệt loại UL PV để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng đó tốt hơn.

Tiêu chuẩn UL 4703

Năm 2005, Phòng thí nghiệm Nhà bảo hiểm Hoa Kỳ (UL) đã xuất bản chủ đề UL 4703 ‘Dây quang điện’. Nó bao gồm một dây dẫn đơn, cách điện và có vỏ bọc toàn bộ hoặc không liền mạch, chịu được ánh sáng mặt trời, dây quang điện trong một số xếp hạng nhiệt độ và điện áp cho hệ thống dây điện kết nối với nhau của hệ thống điện quang điện có nối đất và không có xung quanh.

Tiêu chuẩn UL 4703 dựa trên dây nhập dịch vụ USE-2 và chỉ định một số yêu cầu bổ sung đối với cáp quang điện. Tiêu chuẩn UL cho phép nhà sản xuất tự do hơn về cấu tạo cáp và việc lựa chọn vật liệu. Một hoặc hai lớp cách nhiệt có thể được chọn tùy ý.

Trọng tâm chính của UL 4703 là hiệu suất cháy. Các thử nghiệm cần thực hiện là acc Thử nghiệm Ngọn lửa Dọc. đến UL 1581, Mục 1060 hoặc tùy chọn thử nghiệm ngọn lửa VW-1 acc. đến UL 1581, Phần 1080. Dựa trên RHW-2, thử nghiệm ngọn lửa FT-2 acc. đối với UL 1581, Mục 1100 cũng là bắt buộc. Do đó, một cấu trúc cáp khác sẽ là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu của UL.

Cáp năng lượng mặt trời mới được phát triển là một loại cáp lõi đơn được chế tạo với một dây dẫn bện bằng thiếc. Tất cả các vật liệu đều không chứa halogen, chống cháy và chống cháy. Không có khí ăn mòn sẽ được giải phóng trong trường hợp hỏa hoạn và mật độ khói thấp. Các vật liệu cách nhiệt và áo khoác có khả năng chống lại thời tiết, bức xạ tia cực tím và mài mòn. Phạm vi nhiệt độ rộng từ -50 ° C đến + 150 ° C (lắp đặt cố định) cho phép sử dụng cáp này trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Ngoài ra, nó có khả năng chống nước muối và chịu được axit và dung dịch kiềm.

Cáp mềm dẻo và được thiết kế để chịu tải cơ học cao. Vì vậy nó phù hợp cho việc lắp đặt cố định cũng như cho các ứng dụng di chuyển mà không cần tải trọng kéo. Nó được thiết kế đặc biệt để sử dụng ngoài trời, có nghĩa là bức xạ mặt trời trực tiếp và độ ẩm không khí, nhưng do vật liệu áo khoác liên kết chéo chống cháy không chứa halogen, cáp cũng có thể được lắp đặt trong điều kiện khô và ẩm trong nhà.

Hiệu suất cháy

Mặc dù nguy cơ lan truyền đám cháy trong các ứng dụng ngoài trời như nhà máy năng lượng mặt trời không phải là lớn đối với sự an toàn của con người, nhưng cần phải có hiệu suất chữa cháy tốt để bảo vệ các thiết bị kỹ thuật. Tài liệu quy định thử nghiệm lan truyền ngọn lửa trên cáp hoàn chỉnh theo IEC 60332.1.

Mật độ Halogens độc hại

Trong trường hợp cháy, axit sinh ra từ khói của vật liệu halogen là mối nguy hiểm nghiêm trọng cho sức khỏe người dân cũng như chức năng của các thiết bị điện và điện tử. Trước đây, cáp không chứa halogen được yêu cầu ở các khu vực công cộng như bệnh viện, sân bay và các công trình tương tự khác. Nhưng do tầm quan trọng ngày càng tăng của điện tử trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày, chất lượng này ngày càng được yêu cầu trong các cơ sở công nghiệp.

Đối với cáp năng lượng mặt trời, đặc tính này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời trên các tòa nhà dân dụng. Một số thử nghiệm phải được thực hiện để chứng minh sự vắng mặt của halogen trong cáp năng lượng mặt trời. Độ dẫn điện và giá trị pH của khói phải được định lượng theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 50267-2-2. Hàm lượng clo và brom được xác định theo EN 50267-2-1 và một phép thử đặc biệt được phát triển đối với hàm lượng flo trong Phụ lục C của thông số kỹ thuật đã thảo luận.

Có các tiêu chuẩn khác nhau cho cáp năng lượng mặt trời ở các quốc gia khác nhau. Các yêu cầu rất cao, nhưng chúng khác nhau do các triết lý quốc gia khác nhau liên quan đến các vấn đề an toàn và độ tin cậy cũng như các khía cạnh thị trường và can thiệp. Các yếu tố quyết định trong đơn này là các điều kiện bên ngoài, không phụ thuộc vào luật pháp quốc gia và có thể chỉ phụ thuộc vào một số khía cạnh địa phương.

Do đó, một tiêu chuẩn trong tương lai sẽ được thiết lập bởi sự chấp nhận của thị trường quốc tế. Do các yêu cầu và triết lý khác nhau trong mỗi tiêu chuẩn riêng biệt, một cáp không thể thỏa mãn cả hai tiêu chuẩn cùng một lúc. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này và không làm ảnh hưởng đến hiệu suất của cáp, cần một loại cáp để thỏa mãn các yêu cầu của đặc điểm kỹ thuật và một loại cáp khác là cần thiết để thỏa mãn các yêu cầu của UL.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *