Cáp quang điện Manufacturers

Khả năng chống tia cực tím và lão hóa do nhiệt: Hai cơ chế xuống cấp quyết định tuổi thọ sử dụng của cáp quang điện

Cáp quang điện chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong suốt thời gian hoạt động của chúng - trong các hệ thống trên mái nhà, điều này có nghĩa là sự tích lũy bức xạ trực tiếp vượt quá 10.000 giờ trong vòng đời thiết kế hệ thống 25 năm, với nhiệt độ bề mặt trên các mái nhà hướng về phía Nam thường xuyên đạt tới 70–90°C trong điều kiện cao điểm mùa hè. Hai yếu tố này, bức xạ tia cực tím và nhiệt độ cao kéo dài, là cơ chế xuống cấp chính giúp tách cáp PV chuyên dụng khỏi cáp ngoài trời đa năng và hiểu được sự tương tác của chúng giúp giải thích tại sao việc lựa chọn vật liệu cáp không thể thay thế được giữa các loại sản phẩm.

Bức xạ tia cực tím tấn công các chuỗi polyme trong lớp cách nhiệt và vỏ bọc thông qua một quá trình quang hóa gọi là quá trình oxy hóa quang học, quá trình này tách các liên kết phân tử và dần dần làm giòn vật liệu. PVC tiêu chuẩn, vốn không ổn định với tia cực tím nếu không có chất ổn định bổ sung, có thể bắt đầu xuất hiện hiện tượng rạn nứt bề mặt và tăng độ giòn trong vòng ba đến năm năm kể từ khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Polyetylen liên kết ngang (XLPE) và phổ biến hơn trong các ứng dụng dành riêng cho PV, các hợp chất EVA hoặc XLPO (polyolefin liên kết ngang) liên kết ngang chống lại quá trình oxy hóa quang hiệu quả hơn nhiều vì cấu trúc mạng polymer ba chiều của chúng hạn chế tính di động của chuỗi và cung cấp khả năng chống phân tách phân tử khi tiếp xúc với tia cực tím. Quá trình liên kết ngang - dù đạt được bằng hóa học peroxide hay chiếu xạ chùm tia điện tử - cũng làm tăng mức nhiệt độ hoạt động liên tục của vật liệu từ giới hạn 70°C của nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn polyethylene lên 90°C hoặc 120°C đối với các biến thể XLPE được sử dụng trong các ứng dụng PV.

Lão hóa do nhiệt ở nhiệt độ bền vững tương tác với sự suy giảm tia cực tím theo cách phi tuyến tính: nhiệt độ cao tăng tốc các phản ứng oxy hóa do tia cực tím bắt đầu, nghĩa là cáp ở 85°C xuống cấp nhanh hơn đáng kể so với tổng nhiệt độ riêng lẻ và hiệu ứng tia cực tím gợi ý. IEC 62930, tiêu chuẩn quốc tế dành cho cáp quang điện, giải quyết vấn đề này bằng cách yêu cầu thử nghiệm lão hóa nhiệt kéo dài ở 120°C trong 3.000 giờ bên cạnh thử nghiệm phơi nhiễm tia cực tím — một tiêu chuẩn kết hợp mà các tiêu chuẩn cáp đa năng không bao gồm. Cáp mang dấu CE theo tiêu chuẩn IEC 62930 đã vượt qua cả hai thử nghiệm với khả năng duy trì độ giãn dài khi đứt và độ bền kéo được xác định, cung cấp bằng chứng khách quan về độ bền kết hợp mà chỉ riêng bảng dữ liệu không thể cung cấp. Công ty TNHH Công nghệ Cáp An Huy Zhishang đủ điều kiện cáp quang điện s theo yêu cầu IEC 62930, đảm bảo rằng hiệu suất của hợp chất được xác nhận thông qua thử nghiệm thay vì suy luận từ các thông số kỹ thuật của nguyên liệu thô.

Định mức điện áp DC và sự khác biệt giữa điện áp hệ thống, điện áp mạch hở và định mức cáp

Một trong những hiểu lầm nghiêm trọng nhất trong việc lựa chọn cáp hệ thống PV là mối quan hệ giữa điện áp DC danh định của hệ thống, điện áp mạch hở tối đa trong điều kiện thời tiết lạnh và định mức điện áp của chính cáp. Ba giá trị này là khác nhau và việc chọn cáp chỉ được định mức theo điện áp danh định của hệ thống — không tính đến mạch hở và mức tối đa được điều chỉnh theo nhiệt độ — sẽ tạo ra tình trạng ứng suất cách điện tiềm ẩn có thể không tạo ra hỏng hóc ngay lập tức nhưng sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa điện môi và có thể dẫn đến hư hỏng lớp cách điện trong nhiều năm sử dụng của hệ thống.

Trong chuỗi PV silicon tinh thể, điện áp mạch hở (Voc) của mỗi mô-đun tăng khi nhiệt độ tế bào giảm. Một mô-đun có Voc danh nghĩa là 48V ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (25°C) có thể tạo ra điện áp lên tới 56–58V ở −10°C, tùy thuộc vào hệ số nhiệt độ của điện áp (thường là −0,3% đến −0,4% mỗi°C đối với silicon tinh thể). Đối với chuỗi 20 mô-đun như vậy, Voc nhiệt độ lạnh này đạt 1.100–1.160V — có khả năng cao hơn mức định mức 1.000V của cáp được chỉ định đơn giản là để "bao phủ điện áp hệ thống danh nghĩa 1.000V". IEC 60364-7-712 và hầu hết các mã lắp đặt quang điện quốc gia yêu cầu định mức điện áp cáp để bao phủ chuỗi Voc tối đa dưới nhiệt độ môi trường dự kiến ​​thấp nhất tại địa điểm lắp đặt, mà đối với việc lắp đặt ở độ cao hoặc khí hậu phía bắc có thể yêu cầu cáp định mức 1.500V ngay cả đối với các hệ thống được thiết kế xung quanh đầu vào biến tần 1.000V.

Sự chuyển đổi từ kiến ​​trúc hệ thống 1.000V sang 1.500V trong hệ thống PV trên mái nhà thương mại và quy mô tiện ích đã làm rõ hơn yêu cầu này. Ở 1.500V DC, ứng suất cách điện trên vật liệu điện môi cáp không chỉ cao hơn 50% so với ở 1.000V - xác suất đánh thủng điện môi là một hàm phi tuyến mạnh của cường độ trường và khoảng cách giữa điện áp định mức và điện áp chịu đựng thực tế thu hẹp đáng kể ở điện thế hoạt động cao hơn. Cáp định mức ở mức 1.500V DC theo tiêu chuẩn IEC 62930 phải vượt qua bài kiểm tra điện áp đòi hỏi khắt khe hơn nhiều (6.000V AC hoặc DC tương đương) so với cáp định mức 1.000V, phản ánh sự khác biệt thực sự về độ dày thành cách điện và chất lượng hỗn hợp cần thiết ở mức điện áp cao hơn.

Giảm công suất mang dòng trong cáp chuỗi PV được bó và định tuyến bằng ống dẫn

Các giá trị cường độ được công bố trong bảng dữ liệu cáp dựa trên một cáp duy nhất trong không khí tự do ở nhiệt độ môi trường tham chiếu — các điều kiện hiếm khi phản ánh thực tiễn lắp đặt PV thực tế. Trên thực tế, dây cáp quang điện thường được bó lại với nhau thành nhóm, định tuyến qua ống dẫn, lắp đặt bên dưới màng mái với luồng không khí hạn chế hoặc đặt tiếp xúc trực tiếp với nhau dọc theo khay cáp trên cấu trúc theo dõi. Mỗi điều kiện này đều làm giảm khả năng tản nhiệt của cáp, làm tăng nhiệt độ dây dẫn lên trên mức giả định trong định mức cường độ công suất đã công bố. Việc bỏ qua các yếu tố giảm định mức dẫn đến nhiệt độ dây dẫn vượt quá định mức liên tục của lớp cách điện, đẩy nhanh quá trình lão hóa nhiệt và tăng điện trở — từ đó làm tăng nhiệt độ vận hành hơn nữa trong chu trình tự tăng cường.

Giảm công suất gộp là yếu tố quan trọng nhất trong việc lắp đặt PV điển hình. Khi nhiều dây cáp mang dòng điện tiếp xúc nhiệt hoặc ở gần nhau, nhiệt tỏa ra của mỗi dây cáp sẽ làm tăng nhiệt độ môi trường xung quanh các dây cáp lân cận. IEC 60364-5-52 cung cấp hệ số hiệu chỉnh nhóm: hai cáp tiếp xúc giữ lại khoảng 80% cường độ dòng điện riêng của chúng, bốn cáp được nhóm lại với nhau giữ lại khoảng 65% và sáu cáp trở lên có thể chỉ giữ lại khoảng 57% hoặc ít hơn tùy theo hình dạng. Đối với một dây cáp định mức 25A trong không khí tự do được bó với năm dây khác có cùng mức dòng điện, cường độ dòng điện giảm dần trên mỗi cáp có thể giảm xuống 14–15A — thấp hơn dòng điện ngắn mạch của dây vào ngày có bức xạ cao. Tình huống này đòi hỏi phải chọn mặt cắt dây dẫn lớn hơn hoặc bố trí cáp theo cấu hình có khả năng tách nhiệt thích hợp.

Giảm nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ thêm lớp hiệu chỉnh thứ hai. Cáp PV trên mái nhà ở vùng có khí hậu nóng thường xuyên chịu nhiệt độ môi trường xung quanh là 50–60°C ở khoảng không gian giữa bề mặt mái và cáp, so với nhiệt độ tham chiếu 30°C được sử dụng trong bảng công suất tiêu chuẩn. Đối với cáp PV cách điện XLPE có định mức nhiệt độ dây dẫn là 90°C, giới hạn tăng nhiệt độ giữa giới hạn môi trường xung quanh và giới hạn dây dẫn chỉ là 30–40°C trong các điều kiện này, so với 60°C trong trường hợp tham chiếu — giảm độ khuếch đại xuống khoảng 70% giá trị được lập bảng trước khi áp dụng bất kỳ hiệu chỉnh bó nào. Cáp Zhishang cung cấp hướng dẫn về độ khuếch đại dành riêng cho ứng dụng, tính toán đồng thời cả nhiệt độ nhóm và nhiệt độ môi trường, cho phép các nhà thiết kế hệ thống chọn mặt cắt dây dẫn thích hợp cho các điều kiện lắp đặt thực tế thay vì dựa vào các giá trị không khí tự do được công bố vượt quá công suất hiện tại có thể sử dụng.

Khả năng tương thích của đầu nối và nguy cơ tiềm ẩn của sự kết hợp đầu nối-cáp PV không khớp

MC4 và các đầu nối DC đa tiếp điểm tương tự đã trở thành đầu cuối tiêu chuẩn trên thực tế cho cáp chuỗi quang điện, nhưng giả định rằng mọi cáp tương thích MC4 và bất kỳ đầu nối MC4 nào từ các nhà sản xuất khác nhau đều có thể được kết hợp tự do là không chính xác về mặt kỹ thuật và, ở một số khu vực pháp lý, là vi phạm quy tắc. Các tiêu chuẩn về đầu nối PV — bao gồm IEC 62852 và các yêu cầu cấp hệ thống của IEC 62548 — quy định rằng các đầu nối phải đủ tiêu chuẩn để sử dụng với phạm vi đường kính ngoài của cáp và mặt cắt dây dẫn cụ thể, đồng thời việc trộn các đầu nối từ các nhà sản xuất khác nhau sẽ làm mất hiệu lực của cả hai tiêu chuẩn kiểm tra kiểu, ngay cả khi kết nối cơ học có vẻ khớp đúng vị trí.

Rủi ro trong các tổ hợp không khớp chủ yếu không phải là do hỏng hóc ngay lập tức - một đầu nối hỗn hợp được lắp đặt cơ học có thể hoạt động bình thường trong nhiều tháng hoặc nhiều năm. Rủi ro là hiện tượng rão điện trở tiếp xúc: chu kỳ nhiệt trong quá trình thay đổi bức xạ hàng ngày gây ra sự giãn nở và co lại khác nhau giữa cách điện của cáp, ruột dẫn cáp và thân tiếp điểm của đầu nối, mỗi vật liệu này có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Trong sự kết hợp phù hợp và đủ tiêu chuẩn, những khác biệt này sẽ được tính đến trong thiết kế tiếp điểm. Trong sự kết hợp không khớp, hình dạng tiếp xúc có thể cho phép các chuyển động vi mô làm tăng dần điện trở tiếp xúc tại bề mặt bị uốn, tạo ra nhiệt cục bộ mà cuối cùng làm cacbon hóa lớp cách điện và tạo ra sự cố điện trở hoặc hồ quang. Trong các hệ thống DC không có giao điểm 0 giúp dập tắt hồ quang AC một cách tự nhiên, các sự cố điện trở có thể duy trì hồ quang ở dòng điện sự cố thấp đáng kinh ngạc — khiến chất lượng đầu nối và khả năng tương thích trở thành nguy cơ hỏa hoạn thực sự thay vì chỉ là mối lo ngại về quy định.

Dung sai đường kính ngoài của cáp cũng quan trọng hơn trong các ứng dụng đầu nối PV so với hầu hết các loại đầu nối khác, vì vòng đệm cáp và khả năng chống căng của đầu nối phụ thuộc vào độ khít giữa thân đầu nối và vỏ cáp. Cáp có đường kính ngoài ở đầu dưới của dải dung sai của nó có thể nằm trong đầu nối nhưng để vòng đệm cáp không được nén đủ, cho phép hơi ẩm xâm nhập vào buồng tiếp xúc - con đường trực tiếp dẫn đến suy giảm điện trở cách điện và ăn mòn đầu nối khi lắp đặt ngoài trời. Cáp được sản xuất với dung sai đường kính ngoài chặt chẽ, với độ dày thành vỏ được kiểm soát đến đầu trên của phạm vi thông số kỹ thuật, luôn tạo ra tính toàn vẹn bịt kín tốt hơn trên toàn bộ các kích thước đầu nối tương thích MC4. Đây là đặc tính chất lượng về chiều không thể nhìn thấy được tại thời điểm mua nhưng trở nên rõ ràng theo thời gian trong số liệu thống kê về độ tin cậy tại hiện trường và là một trong những chi tiết kết cấu mà Công ty TNHH Công nghệ Cáp An Huy Zhishang kiểm soát như một thông số sản xuất tiêu chuẩn thay vì thông số kỹ thuật cao cấp tùy chọn.

Kiểm tra chính trước khi kết hợp cáp quang điện và đầu nối từ các nhà cung cấp khác nhau

• Xác minh khả năng tương thích đường kính ngoài: Xác nhận OD thực tế của cáp (không phải danh nghĩa) nằm trong phạm vi chấp nhận được chỉ định của nhà sản xuất đầu nối đối với kích thước đầu nối đó.
• Kiểm tra phạm vi uốn mặt cắt ngang: Mỗi tiếp điểm của đầu nối đủ tiêu chuẩn cho một phạm vi mặt cắt dây dẫn cụ thể; xác minh dây dẫn cáp vừa khít trong phạm vi đủ tiêu chuẩn của thùng uốn mà không cần sửa đổi.
• Xác nhận tuyên bố tương thích IEC 62852: Một số nhà sản xuất đầu nối công bố các dải cáp tương thích đã được thử nghiệm; hãy sử dụng thông tin này làm tài liệu tham khảo chính thay vì cho rằng sự phù hợp về thể chất tương đương với khả năng tương thích đủ tiêu chuẩn.
• Sử dụng đúng công cụ uốn: Ngay cả các tổ hợp đầu nối cáp phù hợp cũng không thành công nếu được uốn bằng công cụ không đủ tiêu chuẩn cho đầu nối đó; Các yêu cầu về điện trở tiếp xúc và khả năng duy trì cơ học trong IEC 62852 chỉ được đáp ứng với bộ dụng cụ và khuôn dập đã được phê duyệt.