Zestyk w torze prądowym to obszar styku dwóch przewodników elektrycznych, przez który przepływa prąd. Charakteryzuje się rezystancją kontaktową, wynikającą z właściwości powierzchni styku, siły docisku oraz materiałów przewodzących, które determinują efektywność i stabilność elektryczną połączenia.
W instalacjach fotowoltaicznych kluczową rolę odgrywają niezawodne i trwałe połączenia elektryczne, które zapewniają efektywny przepływ prądu stałego zarówno po stronie DC, jak i AC. Jednym z takich elementów jest zestyk, będący obszarem styku przewodników elektrycznych (przewodów i elementów przewodzących urządzeń i aparatów systemu) w torze prądowym. Jego właściwości, w tym rezystancja kontaktowa, mają bezpośredni wpływ na wydajność i bezpieczeństwo całego systemu fotowoltaicznego.
Definicja i charakterystyka zestyku
Zestyk w torze prądowym to obszar, w którym dwa przewodniki elektryczne stykają się w celu przewodzenia prądu. W instalacjach fotowoltaicznych zestyk występuje w złączach łączących moduły PV z falownikami, przewodami oraz innymi komponentami układu. Kluczową cechą zestyku jest jego rezystancja kontaktowa, która wynika z:
- właściwości powierzchni styku – mikroskopijne nierówności i warstwy utlenione na powierzchniach przewodników mogą ograniczać przewodnictwo elektryczne,
- siły docisku – odpowiedni docisk zapewnia stabilność mechaniczną i elektryczną połączenia,
- materiałów przewodzących – wysokiej jakości materiały, takie jak miedź pokryta srebrem lub cyną, minimalizują straty energetyczne.
Rezystancja kontaktowa zestyku
Rezystancja kontaktowa, określana również jako rezystancja zestyku, to opór elektryczny powstający w miejscu styku przewodników. Choć teoretycznie powinna być ona znikoma,
w praktyce zależy od wielu czynników, takich jak stan powierzchni stykających się elementów, obecności zanieczyszczeń oraz jakość wykonania połączenia.
Rezystancja kontaktowa wpływa na wydajność całego systemu fotowoltaicznego. Wysoka rezystancja kontaktowa w złączu fotowoltaicznym może prowadzić do:
- strat energetycznych – straty mocy w zestykach wynikających z efektu Joule’a, co oznacza zamianę energii elektrycznej w ciepło,
- przegrzewania złącza – podwyższona temperatura może uszkodzić izolację, spowodować deformację mechanizmu zestyku i przyspieszyć jego degradację, a w skrajnych przypadkach doprowadzić do zapalenia się komponentów w miejscu przegrzania,
- nierównowagi w obwodach równoległych – w przypadku modułów (łańcuchów modułów) połączonych równolegle różnice w rezystancji kontaktowej mogą prowadzić do nierównomiernego rozkładu prądów, obniżając wydajność systemu.
Dodatkowo złącza kablowe PV w celu utrzymania minimalnej rezystancji kontaktowej w długim okresie muszą spełniać wymagania dotyczące: wytrzymałości mechanicznej, odporności na promieniowanie UV, szczelności (klasa IP) oraz odporności na korozję i wibracje.
Problemy związane z rezystancją kontaktową zestyku wynikają przede wszystkim z działania wilgoci i czynników chemicznych oddziaływania środowiskowego, które prowadzą do tworzenia warstw tlenków i siarczków, zwiększając opór elektryczny. Niewłaściwy montaż, obejmujący zbyt mały docisk mechaniczny lub niedokładne połączenie, może skutkować niestabilnym stykiem, co dodatkowo zwiększa rezystancję. Długotrwała ekspozycja na ekstremalne temperatury i promieniowanie UV powoduje natomiast degradację materiałów izolacyjnych i przewodzących, co również negatywnie wpływa na właściwości połączenia. Aby ograniczyć te problemy, konieczne jest stosowanie wysokiej jakości złączy, które charakteryzują się minimalną rezystancją i wysoką trwałością. Bardzo ważne jest prawidłowe wykonanie montażu, z odpowiednią siłą docisku, co gwarantuje stabilność mechaniczną i elektryczną podczas pracy w terenie w długim okresie eksploatacji. Regularne, okresowe inspekcje oraz usuwanie zanieczyszczeń (dokręcanie połączeń śrubowych, sprawdzanie momentu siły) pozwalają zapobiec wzrostowi rezystancji kontaktowej. Ponadto skuteczna ochrona zestyku przed wilgocią i pyłem poprzez zastosowanie odpowiedniej izolacji, szczelnych obudów i dodatkowych osłon minimalizuje ryzyko korozji, związanych z nią strat, a także ogranicza częstotliwość uszkodzeń systemu.
Normy i wymagania dotyczące rezystancji kontaktowej
Normy techniczne, takie jak IEC 62852, IEC 60068-2-52, UL 6703, określają maksymalną dopuszczalną rezystancję kontaktową dla zestyków złączy fotowoltaicznych. W praktyce wartość ta powinna być minimalna (rzędu mikroomów lub miliomów), aby zminimalizować straty energetyczne i zapewnić stabilność połączenia przez cały okres eksploatacji, wynoszący 25–30 lat.
Znaczenie zestyku dla bezpieczeństwa i efektywności systemu PV
O ile uzyskanie poprawnego zestyku w złączu śrubowym pomiędzy przewodnikami, a także monitorowanie jego stanu jest relatywnie proste (przy zastosowaniu urządzenia dynamometrycznego), to w złączu kablowym PV zestyk i jego elementy – styki – należy wykonać ze szczególną starannością.
Zestyk w złączu fotowoltaicznym to niepozorny, lecz niezwykle istotny element, który wpływa na efektywność energetyczną i bezpieczeństwo całego systemu PV. Jego odpowiednie zaprojektowanie, montaż i utrzymanie mają kluczowe znaczenie dla minimalizacji strat mocy, wyeliminowania uszkodzeń mechanicznych, zapobiegania awariom oraz przegrzewania mogącego wywołać pożar. W kontekście rosnących wymagań dotyczących niezawodności
i bezwzględnego bezpieczeństwa systemów PV, jakość i trwałość zestyków odgrywają coraz większą rolę w projektowaniu nowoczesnych instalacji fotowoltaicznych.
Zestyk elektryczny w złączu fotowoltaicznym oraz każdym miejscu styku dwóch przewodników elektrycznych toru prądowego to element krytyczny dla efektywności i bezpieczeństwa całego systemu. Jego rezystancja kontaktowa, zależna od właściwości powierzchni styku, siły docisku oraz jakości materiałów, determinuje straty energetyczne i stabilność połączenia. Prawidłowe wykonanie połączeń jest kluczowe dla zapewnienia niskiej rezystancji kontaktowej. Zapobiega przegrzewaniu się zestyku oraz gwarantuje poprawną i bezpieczną pracę instalacji. Staranna selekcja, fachowy montaż i utrzymanie zestyków zgodnie z obowiązującymi normami technicznymi są niezbędne do osiągnięcia optymalnej wydajności i długowieczności instalacji PV.
Mirosław Grabania
Fot. Mirosław Grabania
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
