ความต้านทานรังสียูวีและการเสื่อมสภาพจากความร้อน: กลไกการย่อยสลายสองประการที่กำหนดอายุการใช้งานของสายเคเบิลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
สายเคเบิลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ สัมผัสกับแสงแดดตลอดอายุการใช้งาน - ในระบบบนหลังคาอาจหมายถึงการสะสมของรังสีโดยตรงเกิน 10,000 ชั่วโมงตลอดอายุการใช้งานการออกแบบระบบ 25 ปี โดยอุณหภูมิพื้นผิวบนหลังคาหันหน้าไปทางทิศใต้เป็นประจำจะสูงถึง 70–90°C ในช่วงฤดูร้อนที่มีจุดสูงสุด ปัจจัยทั้งสองนี้ ได้แก่ รังสีอัลตราไวโอเลตและอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง เป็นกลไกการย่อยสลายหลักที่แยกสายเคเบิล PV ที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ออกจากสายเคเบิลกลางแจ้งที่ใช้งานทั่วไป และการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของพวกมันช่วยอธิบายว่าทำไมการเลือกวัสดุสายเคเบิลจึงไม่สามารถใช้แทนกันระหว่างหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ได้
รังสี UV โจมตีสายโซ่โพลีเมอร์ในฉนวนและเปลือกผ่านกระบวนการโฟโตเคมีคอลที่เรียกว่าโฟโตออกซิเดชัน ซึ่งจะแยกพันธะโมเลกุลและทำให้วัสดุเปราะทีละน้อย พีวีซีมาตรฐานซึ่งโดยธรรมชาติแล้วไม่เสถียรต่อรังสี UV โดยไม่ต้องเติมสารเพิ่มความคงตัว สามารถเริ่มแสดงการแตกร้าวของพื้นผิวและเพิ่มความเปราะบางภายในสามถึงห้าปีหลังจากได้รับแสงแดดโดยตรง โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE) และโดยทั่วไปในการใช้งานเฉพาะของ PV สารประกอบ EVA หรือ XLPO (โพลีโอเลฟินแบบเชื่อมขวาง) ต้านทานปฏิกิริยาออกซิเดชั่นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากโครงสร้างเครือข่ายโพลีเมอร์สามมิติจำกัดการเคลื่อนที่ของโซ่ และให้ความต้านทานโดยธรรมชาติต่อความแตกแยกของโมเลกุลภายใต้การสัมผัสรังสียูวี กระบวนการเชื่อมขวาง - ไม่ว่าจะทำได้โดยเคมีเปอร์ออกไซด์หรือการฉายรังสีลำอิเล็กตรอน - ยังเพิ่มพิกัดอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องของวัสดุจากขีดจำกัด 70°C ของเทอร์โมพลาสติกโพลีเอทิลีนมาตรฐานเป็น 90°C หรือ 120°C สำหรับรุ่น XLPE ที่ใช้ในแอปพลิเคชัน PV
การเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนที่อุณหภูมิคงที่จะโต้ตอบกับการเสื่อมสภาพของรังสียูวีในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น: อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดจากรังสียูวี ซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลที่อุณหภูมิ 85°C จะสลายตัวเร็วกว่าผลรวมของอุณหภูมิแต่ละอย่างอย่างมากและผลกระทบของรังสียูวีจะแนะนำ IEC 62930 ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลสำหรับสายเคเบิล PV แก้ไขปัญหานี้โดยกำหนดให้มีการทดสอบอายุความร้อนเพิ่มเติมที่ 120°C เป็นเวลา 3,000 ชั่วโมง นอกเหนือจากการทดสอบการสัมผัสรังสียูวี ซึ่งเป็นคุณสมบัติรวมที่มาตรฐานสายเคเบิลเอนกประสงค์ไม่มีรวมอยู่ด้วย สายเคเบิลที่มีเครื่องหมาย CE ภายใต้ IEC 62930 ผ่านการทดสอบทั้งสองแบบโดยมีการคงรักษาการยืดตัวเมื่อขาดและความต้านทานแรงดึงตามที่กำหนดไว้ ซึ่งให้หลักฐานที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับความทนทานของสารประกอบซึ่งเอกสารข้อมูลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถจัดหาได้ Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. มีคุณสมบัติครบถ้วน สายเคเบิลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ เป็นไปตามข้อกำหนด IEC 62930 เพื่อให้มั่นใจว่าประสิทธิภาพของสารประกอบได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบแทนที่จะอนุมานจากข้อกำหนดเฉพาะของวัตถุดิบ
อัตราแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าของระบบ แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด และอัตราสายเคเบิล
ความเข้าใจผิดที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดประการหนึ่งในการเลือกสายเคเบิลระบบ PV คือความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ระบุของระบบ แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุดภายใต้สภาวะเย็น และระดับแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลเอง ค่าทั้งสามนี้มีความแตกต่างกัน และการเลือกสายเคเบิลที่มีพิกัดเฉพาะแรงดันไฟฟ้าของระบบที่กำหนดเท่านั้น โดยไม่ต้องคำนึงถึงค่าสูงสุดที่วงจรเปิดและอุณหภูมิที่แก้ไข จะสร้างสภาวะความเค้นของฉนวนแฝงที่อาจไม่ทำให้เกิดความล้มเหลวในทันที แต่จะเร่งอายุของฉนวนและอาจนำไปสู่การพังทลายของฉนวนเป็นเวลาหลายปีในชีวิตของระบบ
ในสตริง PV ซิลิคอนแบบผลึก แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Voc) ของแต่ละโมดูลจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของเซลล์ลดลง โมดูลที่มี Voc เล็กน้อยที่ 48V ที่สภาวะการทดสอบมาตรฐาน (25°C) อาจผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูงถึง 56–58V ที่ −10°C ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงดันไฟฟ้า (โดยทั่วไปคือ −0.3% ถึง −0.4% ต่อ °C สำหรับซิลิคอนแบบผลึก) สำหรับสตริงของโมดูลดังกล่าว 20 โมดูล Voc อุณหภูมิเย็นนี้จะสูงถึง 1,100–1,160V ซึ่งอาจสูงกว่าพิกัด 1,000V ของสายเคเบิลที่ระบุเพียงเพื่อ "ครอบคลุมแรงดันไฟฟ้าของระบบที่กำหนด 1,000V" IEC 60364-7-712 และรหัสการติดตั้ง PV ระดับชาติส่วนใหญ่กำหนดให้มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลเพื่อให้ครอบคลุม Voc สูงสุดภายใต้อุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุดที่คาดไว้ ณ สถานที่ติดตั้ง ซึ่งสำหรับการติดตั้งในพื้นที่สูงและภูมิอากาศทางเหนืออาจต้องใช้สายเคเบิลพิกัด 1,500V แม้ว่าระบบจะออกแบบให้มีอินพุตอินเวอร์เตอร์ 1,000V ก็ตาม
การเปลี่ยนสถาปัตยกรรมระบบจาก 1,000V เป็น 1,500V ในระดับสาธารณูปโภคและ PV บนชั้นดาดฟ้าเชิงพาณิชย์ ได้ทำให้ข้อกำหนดนี้ชัดเจนยิ่งขึ้น ที่ 1,500V กระแสตรง ความเค้นของฉนวนบนวัสดุไดอิเล็กทริกของสายเคเบิลไม่ได้สูงกว่าที่ 1,000V เพียง 50% เท่านั้น ความน่าจะเป็นในการพังทลายของอิเล็กทริกเป็นฟังก์ชันที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างมากของความแรงของสนาม และช่องว่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและแรงดันไฟฟ้าทนจริงจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อศักยภาพในการทำงานสูงขึ้น สายเคเบิลพิกัดที่ 1,500V DC ต่อ IEC 62930 จะต้องผ่านการทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้องการสูงกว่ามาก (6,000V AC หรือ DC เทียบเท่า) มากกว่าสายเคเบิลพิกัด 1,000V ซึ่งสะท้อนให้เห็นความแตกต่างที่แท้จริงของความหนาของผนังฉนวนและคุณภาพสารประกอบที่ต้องการในระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า
| สถาปัตยกรรมระบบ | แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่กำหนด | Voc สูงสุดอุณหภูมิเย็นทั่วไป | ต้องใช้อัตราสายเคเบิลขั้นต่ำ |
|---|---|---|---|
| ดาดฟ้าที่อยู่อาศัย | 600V กระแสตรง | สูงถึง 720V | กระแสตรง 1,000 โวลต์ (IEC 62930) |
| อาคารพาณิชย์/อุตสาหกรรมบนชั้นดาดฟ้า | 1,000V กระแสตรง | สูงถึง 1,150–1,200V | 1,500 โวลต์กระแสตรง (IEC 62930) |
| การติดตั้งภาคพื้นดินระดับยูทิลิตี้ | 1,500V DC | สูงถึง 1,750V (สภาพอากาศหนาวเย็น) | การลดพิกัดเฉพาะไซต์ 1,500V DC |
การลดพิกัดกำลังการผลิตปัจจุบันในสายเคเบิลสตริง PV แบบรวมกลุ่มและแบบเดินท่อร้อยสาย
ค่าความทึบแสงที่เผยแพร่ในเอกสารข้อมูลสายเคเบิลจะขึ้นอยู่กับสายเคเบิลเส้นเดียวในอากาศอิสระที่อุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิง ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่ค่อยสะท้อนถึงแนวทางปฏิบัติในการติดตั้ง PV จริง ในความเป็นจริง สายเคเบิลสตริง PV มักจะมัดรวมกันเป็นกลุ่ม ส่งผ่านท่อร้อยสาย ติดตั้งใต้เมมเบรนหลังคาที่มีการไหลเวียนของอากาศที่จำกัด หรือวางโดยการสัมผัสกันโดยตรงบนถาดสายเคเบิลบนโครงสร้างตัวติดตาม แต่ละสภาวะเหล่านี้จะลดความสามารถของสายเคเบิลในการกระจายความร้อน ส่งผลให้อุณหภูมิของตัวนำสูงกว่าระดับที่กำหนดในพิกัดความทึบแสงที่เผยแพร่ การเพิกเฉยต่อปัจจัยการลดพิกัดจะนำไปสู่อุณหภูมิของตัวนำที่เกินพิกัดต่อเนื่องของฉนวน เร่งอายุความร้อนและความต้านทานที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นอีกในวงจรการเสริมแรงในตัวเอง
การรวมการลดพิกัดเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการติดตั้ง PV ทั่วไป เมื่อสายเคเบิลหลายเส้นที่นำกระแสไฟฟ้าอยู่ในจุดสัมผัสความร้อนหรืออยู่ใกล้กัน ความร้อนที่ปล่อยออกมาของสายเคเบิลแต่ละเส้นจะเพิ่มอุณหภูมิโดยรอบที่เพื่อนบ้านสัมผัสได้ IEC 60364-5-52 ระบุปัจจัยการแก้ไขการจัดกลุ่ม: สายเคเบิลสองเส้นที่สัมผัสกันจะรักษาความครอบคลุมได้ประมาณ 80% สายเคเบิลสี่เส้นที่จัดกลุ่มเข้าด้วยกันจะรักษาประมาณ 65% และสายเคเบิลหกเส้นขึ้นไปอาจรักษาได้เพียง 57% หรือน้อยกว่านั้น ขึ้นอยู่กับรูปทรง สำหรับสายเคเบิลแบบสายที่มีพิกัดกระแสไฟ 25A ในอากาศอิสระซึ่งรวมกลุ่มกับสายอื่นๆ อีกห้าสายที่ระดับกระแสเดียวกัน ค่าแอมแปซิตีที่ลดลงต่อสายเคเบิลอาจลดลงเหลือ 14–15A ซึ่งต่ำกว่ากระแสไฟลัดวงจรของสายในวันที่มีการฉายรังสีสูง สถานการณ์นี้จำเป็นต้องเลือกหน้าตัดของตัวนำที่ใหญ่ขึ้นหรือจัดวางสายเคเบิลในรูปแบบที่มีการแยกความร้อนอย่างเพียงพอ
การลดพิกัดอุณหภูมิโดยรอบจะเพิ่มชั้นการแก้ไขที่สอง สายไฟ PV บนหลังคาในสภาพอากาศร้อนมักพบกับอุณหภูมิแวดล้อม 50–60°C ในช่องว่างระหว่างพื้นผิวหลังคาและสายเคเบิล เมื่อเทียบกับอุณหภูมิอ้างอิง 30°C ที่ใช้ในตารางแอมแปซิตีมาตรฐาน สำหรับสายเคเบิล PV หุ้มฉนวน XLPE ที่มีพิกัดอุณหภูมิตัวนำ 90°C ค่าเผื่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นระหว่างสภาพแวดล้อมโดยรอบและขีดจำกัดตัวนำจะอยู่ที่ 30–40°C ในสภาวะเหล่านี้เท่านั้น เมื่อเทียบกับ 60°C ในกรณีอ้างอิง — ลดความทึบลงเหลือประมาณ 70% ของค่าในตารางก่อนที่จะใช้การแก้ไขการรวมกลุ่มใดๆ สายเคเบิล Zhishang ให้คำแนะนำด้านความทึบแสงเฉพาะแอปพลิเคชันซึ่งคำนึงถึงทั้งการจัดกลุ่มและอุณหภูมิแวดล้อมพร้อมกัน ช่วยให้นักออกแบบระบบสามารถเลือกหน้าตัดของตัวนำที่เหมาะสมสำหรับสภาพการติดตั้งจริง แทนที่จะอาศัยค่าอากาศอิสระที่เผยแพร่ซึ่งเกินความจุกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้
ความเข้ากันได้ของตัวเชื่อมต่อและความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่ของสายเคเบิล PV ที่ไม่ตรงกัน–การรวมตัวเชื่อมต่อ
MC4 และขั้วต่อ DC แบบหลายหน้าสัมผัสที่คล้ายกันได้กลายเป็นจุดสิ้นสุดมาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับสายสตริง PV แต่การสันนิษฐานว่าสายเคเบิลที่เข้ากันได้กับ MC4 และขั้วต่อ MC4 ใดๆ จากผู้ผลิตหลายรายสามารถรวมกันได้อย่างอิสระนั้นไม่ถูกต้องทางเทคนิค และในบางเขตอำนาจศาลถือเป็นการละเมิดรหัส มาตรฐานตัวเชื่อมต่อ PV รวมถึง IEC 62852 และข้อกำหนดระดับระบบของ IEC 62548 ระบุว่าตัวเชื่อมต่อต้องมีคุณสมบัติสำหรับการใช้กับช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเคเบิลเฉพาะและหน้าตัดของตัวนำ และตัวเชื่อมต่อแบบผสมจากผู้ผลิตหลายรายจะทำให้คุณสมบัติการทดสอบประเภทของทั้งสองเป็นโมฆะ แม้ว่าการเชื่อมต่อทางกลดูเหมือนจะเข้าที่อย่างถูกต้องก็ตาม
ความเสี่ยงในการใช้ชุดค่าผสมที่ไม่ตรงกันไม่ได้เกิดจากความล้มเหลวในทันที — ขั้วต่อแบบผสมที่ติดตั้งแบบกลไกอาจทำงานได้ตามปกติเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี ความเสี่ยงคือการคืบของความต้านทานการสัมผัส: การหมุนเวียนด้วยความร้อนระหว่างการเปลี่ยนแปลงของรังสีรายวันทำให้เกิดการขยายตัวและการหดตัวที่แตกต่างกันระหว่างฉนวนสายเคเบิล ตัวนำสายเคเบิล และตัวหน้าสัมผัสของตัวเชื่อมต่อ ซึ่งแต่ละค่ามีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน ในชุดค่าผสมที่เข้ากันและเข้าเกณฑ์อย่างเหมาะสม ความแตกต่างเหล่านี้จะถูกนำมาพิจารณาในการออกแบบหน้าสัมผัส ในการรวมกันที่ไม่ตรงกัน รูปทรงของหน้าสัมผัสอาจทำให้เกิดการเคลื่อนไหวเล็กๆ น้อยๆ ซึ่งจะค่อยๆ เพิ่มความต้านทานการสัมผัสที่ส่วนต่อประสานแบบจีบ ทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่ซึ่งในที่สุดจะทำให้ฉนวนเป็นคาร์บอน และสร้างความผิดเพี้ยนหรือส่วนโค้งของตัวต้านทาน ในระบบ DC ที่ไม่มีศูนย์ข้ามซึ่งจะดับส่วนโค้งของ AC ตามธรรมชาติ ข้อผิดพลาดของตัวต้านทานสามารถคงไว้ซึ่งกระแสไฟลัดที่ต่ำอย่างน่าประหลาดใจ ทำให้คุณภาพของตัวเชื่อมต่อและความเข้ากันได้มีความเสี่ยงจากไฟไหม้อย่างแท้จริง แทนที่จะเป็นเพียงข้อกังวลด้านกฎระเบียบเท่านั้น
ความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเคเบิลยังมีความสำคัญในการใช้งานตัวเชื่อมต่อ PV มากกว่าตัวเชื่อมต่อประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ เนื่องจากการซีลสายเคเบิลของตัวเชื่อมต่อและการลดความเครียดขึ้นอยู่กับความพอดีระหว่างตัวตัวเชื่อมต่อและปลอกสายเคเบิล สายเคเบิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่ปลายล่างของแถบพิกัดความเผื่ออาจวางอยู่ในตัวเชื่อมต่อ แต่ปล่อยให้ซีลสายเคเบิลถูกบีบอัดไม่เพียงพอ ทำให้ความชื้นเข้าไปในช่องหน้าสัมผัสได้ ซึ่งเป็นเส้นทางโดยตรงไปสู่การเสื่อมสภาพของความต้านทานฉนวนและการกัดกร่อนของตัวเชื่อมต่อในการติดตั้งกลางแจ้ง สายเคเบิลที่ผลิตขึ้นโดยมีพิกัดความเผื่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่แคบ โดยมีการควบคุมความหนาของผนังแจ็คเก็ตที่ปลายด้านบนของช่วงข้อกำหนด สร้างความสมบูรณ์ของการซีลที่ดีขึ้นอย่างสม่ำเสมอตลอดช่วงขนาดตัวเชื่อมต่อที่เข้ากันได้กับ MC4 ทั้งหมด นี่เป็นคุณลักษณะด้านคุณภาพเชิงมิติที่มองไม่เห็น ณ จุดที่ซื้อ แต่ปรากฏให้เห็นเมื่อเวลาผ่านไปในสถิติความน่าเชื่อถือภาคสนาม และเป็นหนึ่งในรายละเอียดการก่อสร้างที่ Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. ควบคุมเป็นพารามิเตอร์การผลิตมาตรฐาน แทนที่จะเป็นข้อกำหนดพิเศษแบบพรีเมียมเสริม
การตรวจสอบที่สำคัญก่อนรวมสายเคเบิล PV และขั้วต่อจากซัพพลายเออร์ที่แตกต่างกัน
- ตรวจสอบความเข้ากันได้ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก: ยืนยันว่า OD ที่แท้จริงของสายเคเบิล (ไม่ใช่ค่าระบุ) อยู่ภายในช่วงการยอมรับที่ระบุของผู้ผลิตตัวเชื่อมต่อสำหรับขนาดตัวเชื่อมต่อนั้น
- ตรวจสอบช่วงการย้ำแบบหน้าตัด: หน้าสัมผัสตัวเชื่อมต่อแต่ละตัวมีคุณสมบัติสำหรับช่วงหน้าตัดของตัวนำเฉพาะ ตรวจสอบตัวนำสายเคเบิลว่าพอดีกับช่วงที่ผ่านการรับรองของกระบอกย้ำโดยไม่ต้องดัดแปลง
- ยืนยันคำชี้แจงความเข้ากันได้ของ IEC 62852: ผู้ผลิตตัวเชื่อมต่อบางรายเผยแพร่ช่วงสายเคเบิลที่ผ่านการทดสอบแล้ว ใช้ข้อมูลนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลัก แทนที่จะถือว่าความพอดีทางกายภาพเท่ากับความเข้ากันได้ที่มีคุณสมบัติเหมาะสม
- ใช้เครื่องมือย้ำที่ถูกต้อง: แม้แต่การใช้ขั้วต่อสายเคเบิลที่เข้าคู่กันก็จะล้มเหลวหากทำการจีบด้วยเครื่องมือที่ไม่ผ่านคุณสมบัติสำหรับขั้วต่อนั้น ข้อกำหนดด้านความต้านทานต่อการสัมผัสและการเก็บรักษาทางกลใน IEC 62852 จะเป็นไปตามชุดเครื่องมือและแม่พิมพ์ที่ได้รับอนุมัติเท่านั้น
