در نیروگاه‌های خورشیدی، کابل‌ها نه تنها مسیر عبور انرژی و داده هستند، بلکه نقش کلیدی در ایمنی، پایداری و بازده کل سیستم ایفا می‌کنند. کیفیت، ساختار و طراحی کابل‌ها تعیین می‌کند که انرژی تولیدشده توسط پنل‌ها با حداقل تلفات به اینورتر و شبکه منتقل شود و ارتباطات کنترلی و مانیتورینگ سیستم بدون اختلال انجام گیرد. در این مطلب، انواع کابل‌های DC، AC و ارتباطی، ویژگی‌های هر یک و فاکتور‌های کلیدی نصب آنها در نیروگاه خورشیدی بررسی می‌شود.
کابل‌های DC که به کابل‌های PV نیز معروف هستند، وظیفه انتقال جریان مستقیم تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی به اینورتر یا جعبه کامباینر (Combiner Box) را بر عهده دارند. طراحی این کابل‌ها نیازمند در نظر گرفتن شرایط نصب در فضای باز است؛ به این معنا که باید در برابر تابش مستقیم نور خورشید، رطوبت، بارش باران، یخ‌زدگی و تغییرات شدید دما مقاوم باشند.
این کابل‌ها نقش حیاتی در حفظ کارایی سیستم و جلوگیری از افت توان الکتریکی دارند؛ زیرا هر افت ولتاژ یا خرابی کابل می‌تواند راندمان کلی نیروگاه را کاهش دهد. در نیروگاه‌های خورشیدی متوسط و بزرگ، طول کابل‌های DC ممکن است به چند ده متر نیز برسد، بنابراین انتخاب کابل مناسب با مقاومت حرارتی و الکتریکی بالا اهمیت ویژه‌ای دارد.
کابل‌های DC در نیروگاه‌های خورشیدی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
• کابل‌های بین ماژولی: این کابل‌ها وظیفه اتصال پنل‌ها به یکدیگر در یک رشته (String) را دارند. آنها معمولاً به صورت پیش‌ساخته با کانکتور‌های MC4 هستند تا اتصال مطمئن و سریع بین پنل‌ها فراهم شود و تلفات انرژی در آرایه‌ها به حداقل برسد. این کابل‌ها معمولاً مطابق استاندارد IEC 62930 طراحی می‌شوند.
• کابل‌های اصلی: این کابل‌ها جریان تولیدی از چندین رشته را که در جعبه کامباینر جمع‌آوری شده‌اند، به سمت اینورتر اصلی منتقل می‌کنند. این کابل‌ها به دلیل تحمل جریان بالاتر، دارای سطح مقطع بیشتری هستند.
معمولاً هادی کابل‌های DC از سیم‌های مس قلع‌اندود (Tinned Copper) طبق کلاس ۵ استاندارد IEC 60228 ساخته می‌شود. این نوع هادی الکتریکی انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی و طول عمر طولانی دارند. استفاده از مس قلع‌اندود باعث کاهش اثرات اکسیداسیون و افزایش قابلیت نصب در شرایط محیطی متنوع می‌شود.
عایق و روکش کابل‌ها غالباً از مواد XLPO یا XLPE انتخاب می‌شوند که ویژگی‌های مقاومت در برابر شعله، تولید دود کم و بدون هالوژن بودن را دارا هستند. این ترکیب مواد، هم ایمنی سیستم را بالا می‌برد و هم عمر مفید کابل را افزایش می‌دهد.
از متداول‌ترین نمونه‌ها می‌توان به PV1-F و H1Z2Z2-K اشاره کرد که دارای دو عایق محافظ، بدون هالوژن و کندسوز هستند. کابل‌های اصلی DC معمولاً با عرض مقطع ۴ تا ۶ میلی متر مربع و ظرفیت تا ۱.۸ کیلو ولت طراحی می‌شوند.
کابل‌های DC معمولاً برای سیستم‌هایی با ولتاژ تا DC ولت ۱۰۰۰ طراحی می‌شوند و نمونه‌های صنعتی تا DC ولت ۱۵۰۰ نیز موجود است. دامنه تحمل دمایی این کابل‌ها از 40- درجه تا 90+ درجه سلیسیوس است و عمر مفید آنها بیش از ۲۵ سال برآورد می‌شود. مقاومت این کابل‌ها در برابر شرایط محیطی سخت از جمله اشعه UV، نمک، رطوبت و تغییرات دما باعث می‌شود که در مناطق کویری، دریایی یا سردسیر نیز قابل استفاده باشند.
استاندارد‌های مهم برای کابل‌های DC شامل IEC 60332-1-2، UL 4703 و EN 50618 (مقاومت در برابر شعله)، IEC 61034 (تولید دود کم در هنگام آتش سوزی) و IEC 60754 (بدون هالوژن) هستند. رعایت این استانداردها نه تنها ایمنی سیستم را تضمین می‌کند بلکه امکان استفاده طولانی مدت و بدون خطر در شرایط محیطی مختلف را فراهم می‌آورد.
در مورد اهمیت کابل‌ها در بازدهی نیروگاه خورشیدی، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «راهکار‌های کاهش افت ولتاژ در کابل‌کشی DC نیروگاه خورشیدی» بررسی می‌کند چگونه انتخاب سطح مقطع کابل مناسب، کاهش طول کابل‌کشی، استفاده از کابل‌ها و اتصالات با کیفیت و رعایت استاندارد‌های بین‌المللی می‌تواند افت ولتاژ را به حداقل برساند و راندمان کلی نیروگاه را افزایش دهد.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله «Balance of System – Part 1: Solar Cables and Wires» در Sinovoltaics اهمیت کابل‌ها و سیم‌ها در بخش BOS (Balance of System) نیروگاه‌های خورشیدی را بررسی می‌کند؛ از استانداردها، جنس عایق و روکش‌ها، تحمل شرایط جوی، افت ولتاژ ناشی از سیم‌کشی نامناسب و روش انتخاب سایز مناسب کابل‌ها با توجه به طول مسیر و جریان ادامه‌دهنده سخن می‌گوید.
کابل‌های AC برق خروجی اینورتر را به تابلو‌های توزیع یا شبکه برق انتقال می‌دهند. در سیستم‌های تک‌فاز، معمولاً کابل سه‌هسته‌ای و در سیستم‌های سه‌فاز، کابل پنج‌هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کابل‌ها باید توانایی تحمل جریان‌های بالا را داشته باشند و همزمان از قابلیت نصب در محیط‌های داخلی و خارجی برخوردار باشند. در سیستم‌های بزرگ، طول کابل‌های AC می‌تواند ده‌ها متر تا صد‌ها متر باشد، بنابراین انتخاب کابل با مقاومت حرارتی مناسب و ویژگی‌های مکانیکی قوی اهمیت پیدا می‌کند.
عایق کابل‌های AC معمولاً از PVC یا XLPE ساخته می‌شود. کابل‌های XLPE مقاومت بهتری در برابر گرما، رطوبت و فشار مکانیکی دارند و برای محیط‌های صنعتی و فضای باز مناسب هستند. کابل‌ها باید با مقررات NEC، IEC و استاندارد‌های محلی مطابقت داشته باشند.
در بخش AC، کابل‌های H07RN-F و NYM از رایج‌ترین انتخاب‌ها هستند. در مناطق با فشار مکانیکی بالا، کابل‌های محافظ‌دار (SWA) کاربرد دارند. استفاده از SWA در کابل‌های DC توصیه نمی‌شود، زیرا ممکن است باعث ایجاد نشتی جریان به زمین شود.
ویژگی‌های فنی
علاوه بر مقاومت حرارتی، کابل‌های AC باید در برابر اثرات ناشی از میدان مغناطیسی، تغییرات ولتاژ و شوک‌های مکانیکی مقاوم باشند. کابل‌های AC در نیروگاه‌های خورشیدی، نقش مهمی در حفظ کیفیت برق و جلوگیری از افت توان دارند. انتخاب صحیح مقطع کابل و جنس عایق باعث کاهش اتلاف انرژی، افزایش ایمنی و طول عمر سیستم می‌شود.
کابل‌های ارتباطی و کنترل برای انتقال داده‌های عملکردی، کنترل اینورتر و مانیتورینگ سیستم‌ها استفاده می‌شوند. این کابل‌ها نقش کلیدی در سیستم‌های SCADA، ردیابی عملکرد پنل‌ها و مدیریت هوشمند نیروگاه دارند. انتقال داده‌های دقیق و بدون اختلال به تصمیم‌گیری بهینه در بهره‌برداری و نگهداری نیروگاه کمک می‌کند.
فیبر نوری گزینه‌ای ایده‌آل برای انتقال داده با پهنای باند بالا، طولانی و مقاوم در برابر EMI (تداخل الکترومغناطیسی) است. در صنایع انرژی، استفاده از فیبر نوری برای انتقال داده‌های کنترلی و مانیتورینگ باعث افزایش سرعت، دقت و امنیت شبکه ارتباطی می‌شود.
کابل‌های شبکه مانند Cat5e و Cat6 برای انتقال داده در فواصل متوسط و در سیستم‌های کوچک تا متوسط مناسب هستند و اغلب برای ارتباط داخلی بین تجهیزات به کار می‌روند. در محیط‌های صنعتی، پروتکل‌هایی مانند RS-485 یا Modbus RTU کاربرد دارند و گاهی نیاز به تبدیل RS-485 به Ethernet با استفاده از مبدل‌های تخصصی وجود دارد. این کابل‌ها باید توانایی عملکرد در شرایط محیطی سخت، نویز الکترومغناطیسی و ارتعاشات مکانیکی را داشته باشند.
در مورد اهمیت این بخش، مقاله «Control Cables and Communication Cables in Solar Power» در وبلاگ Cable Eléctrico نقش کابل‌های کنترل و ارتباطی در نیروگاه‌های خورشیدی را برجسته می‌کند؛ این کابل‌ها برای ارسال داده‌های مانیتورینگ، فرمان کنترل اینورترها، قطع و وصل مدار‌ها و ایمنی سیستم حیاتی‌اند.
همچنین در این زمینه، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «نصب و راه‌اندازی سیستم مانیتورینگ، ارتباطی و مخابراتی در نیروگاه خورشیدی» الزامات فنی سیستم‌های مانیتورینگ داخلی و خارجی نیروگاه‌ها، پروتکل‌های ارتباطی، سخت‌افزار و ایمنی شبکه، و اهمیت گزارش‌گیری دقیق وضعیت تجهیزات را شرح می‌دهد.
نصب صحیح کابل‌ها در نیروگاه خورشیدی نقشی کلیدی در افزایش ایمنی، کاهش تلفات و بهبود طول عمر تجهیزات دارد. رعایت استانداردها و به‌کارگیری روش‌های اصولی، از بروز آسیب‌های مکانیکی و الکتریکی جلوگیری می‌کند. جداسازی مناسب کابل‌های DC و AC و استفاده از پوشش‌ها و مسیر‌های محافظ، نقش مهمی در کاهش تداخل الکترومغناطیسی و افزایش ایمنی و دوام سیستم ایفا می‌کند.
در بحث اجرای پروژه و نصب کابل‌ها، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «گام‌به‌گام تا احداث یک نیروگاه خورشیدی» مراحل فنی و اجرایی را طبق قرارداد ساتبا شرح می‌دهد؛ از مطالعات ژئوتکنیک، آماده‌سازی سایت، نصب سازه‌ها، کابل‌کشی DC و AC، تا تجهیزات نظارتی، نصب سیستم زمین (ارتینگ) و تست نهایی پروژه را مرحله به مرحله بیان می‌کند.
نصب کابل‌ها باید با رعایت کوتاه‌ترین مسیر ممکن و رعایت شعاع حداقل خم توصیه شده توسط سازنده انجام شود تا استرس مکانیکی و حرارتی کاهش یابد. استفاده از سینی کابل مطابق با استاندارد IEC 61537، لوله‌های محافظ، بست‌های مقاوم و پوشش‌های مکانیکی علاوه بر تثبیت کابل‌ها، از آسیب‌های مکانیکی، ارتعاشات و تماس با اجسام خارجی جلوگیری می‌کند. کابل‌ها باید به گونه‌ای نصب شوند که تهویه کافی برای دفع حرارت فراهم شود و از تجمع رطوبت یا گرد و غبار در مسیر جلوگیری گردد.
علاوه بر نصب و تثبیت کابل‌ها، توجه به جداسازی کابل‌های DC و AC اهمیت دارد تا اثرات تداخل الکترومغناطیسی (EMI) کاهش یابد و ایمنی سیستم حفظ شود. کابل‌ها باید از سطوح تیز، لبه‌های فلزی و نقاط فشار مکانیکی دور نگه داشته شوند و در عبور از مناطق با دمای بالا یا تابش مستقیم خورشید، از روکش‌های مقاوم یا لوله‌های محافظ استفاده شود. همچنین رعایت شیب مناسب در مسیر‌های افقی و نصب بست‌های منظم، مانع از جمع شدن آب و رطوبت در کابل‌ها می‌شود و طول عمر و عملکرد آنها را حفظ می‌کند.
کابل‌ها در نیروگاه‌های خورشیدی نقش کلیدی در انتقال انرژی و داده و حفظ عملکرد پایدار سیستم دارند. کیفیت ساخت و رعایت استاندارد‌های IEC، UL و EN موجود در این زمینه، موجب حفظ ایمنی و پایداری عملکرد نیروگاه می‌شود. انتخاب هادی، عایق و روکش مناسب با مقاومت بالا در برابر حرارت، فشار مکانیکی و شرایط محیطی، به کاهش تلفات انرژی و جلوگیری از خرابی‌های ناگهانی کمک می‌کند.
رعایت اصول نصب مانند مسیرکشی بهینه و تثبیت کابل‌ها با سینی و لوله‌های محافظ، طول عمر مفید کابل‌ها را افزایش می‌دهد. تفکیک کابل‌های DC و AC در نیروگاه‌های خورشیدی ضروری است و علاوه بر کاهش تداخل الکترومغناطیسی، از آسیب‌های احتمالی به کابل‌ها و تجهیزات حساس جلوگیری می‌کند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
