Kable dla instalacji fotowoltaicznych (PV) w ofercie firmy Technokabel SA

Pozyskiwanie energii elektrycznej z naturalnych odnawialnych źródeł energii (OZE) stanowi już trwałą tendencję w energetyce. Szczególnie popularne stały się mikroelektrownie fotowoltaiczne – odkąd ogniwa fotowoltaiczne doczekały się realizacji technicznej umożliwiającej ich sprawność na poziomie powyżej 13%.


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 [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 U0/U, wyrażonych w kilowoltach, gdzie:

• U0 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 podczas eksploatacji są narażone na oddziaływanie niesprzyjających warunków atmosferycznych (deszcz, śnieg, grad, upały), a także długotrwałą ekspozycję słoneczną. 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 nadmiernie 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 się 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 rys. 2 zamieszczono kartę szczegółowej charakterystyki technicznej przewodów SOLARTECH-4.





Obwody AC – kable prądu przemiennego: falownikowe
Do bezpośredniej współpracy z falownikiem firma Technokabel SA rekomenduje giętkie ekranowane kable o nazwie handlowej TECHNOFLEX 2YSLCY-J oraz TECHNOFLEX 2YSLCYK-J.

Na rys. 3 a i 3 b zamieszczono kartę szczegółowej charakterystyki technicznej ww. kabli falownikowych. Z kolei na rys. 4 pokazano przykładowe charakterystyki tłumienności ekranowania tych kabli w zakresie niskich i wysokich częstotliwości, w oparciu o pomiary wykonane 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 dla instalacji fotowoltaicznych produkowanych przez Technokabel SA. Uwzględniamy w niej zarówno małe przydomowe instalacje PV, jak i duże jednostki, tworzone w oparciu o rozbudowane siłownie fotowoltaiczne, 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%, to 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].


Literatura

1. https://www.wodr.poznan.pl/baza-informacyjna
2. http://www.solidarnosc.gorzow.enea.pl/wiadomosc/2735/ciemne_strony_energii_ze_slonca_plonace_instalacje_zbyt_wysokie_napiecie_w_sieci.html
3. http://fotowoltaika.sanok.pl/moduly-fotowoltaiczne
4. Praca IŁ Wrocław (221/21400456/047/16), Sprawozdanie z badań: Pomiary tłumienności ekranowania kabli energetycznych.
5. PN-EN55011 Urządzenia przemysłowe, naukowe i medyczne – Charakterystyki zaburzeń o częstotliwości radiowej – Poziomy dopuszczalne i metody pomiaru.
6. Katalog kabli: https://www.technokabel.com.pl/
7. Sarniak M.: Fotowoltaika w układach zasilania budynków. Politechnika Warszawska, Filia w Płocku.
8. https://www.gramwzielone.pl/energia-sloneczna/105598/fotowoltaikazakloca-lacznosc-na-celowniku-solaredge

Technokabel SA
ul. Nasielska 55
04-343 Warszawa
e-mail: sprzedaz@technokabel.com.pl
www.technokabel.com.pl