...

Złącze fotowoltaiczne to detal o strategicznym znaczeniu

16 kwietnia 2021
Złącze fotowoltaiczne to detal o strategicznym  znaczeniu

Dla mikroinstalacji prosumenckich, małych i wielkich parków solarnych, instalacji autonomicznych i tych podłączonych do sieci – słaboprądowe złącza kablowe to niezwykle ważne elementy systemów PV. Ich zadaniem jest łączenie poszczególnych elementów elektrowni fotowoltaicznej po stronie stałoprądowej DC, od generatora po falownik. Najlepiej dobrane, najwyższej klasy urządzenia budujące instalację fotowoltaiczną mogą nie spełniać swoich funkcji i pracować nieprawidłowo, jeżeli jakość połączeń pomiędzy nimi w całym systemie PV jest niewłaściwa.

Wysokiej jakości złącza gwarantują projektowaną sprawność, wydajność oraz bezpieczną pracę całej instalacji fotowoltaicznej. Szczelność chroniąca galwaniczne połączenie elementów kontaktu bezpośredniego przed penetracją wody, przedostawaniem się wilgoci oraz powietrza atmosferycznego się do wewnątrz złącza zapobiega powstawaniu korozji elektrochemicznej oraz utlenianiu elementów metalowych. Gwarantuje stabilność parametrów prądowych w długim okresie, zapewnia niezakłóconą transmisję wytworzonej energii elektrycznej. Złącza muszą również znosić ekstremalne temperatury, wielokrotne cykle termiczne, słońce (odporność na UV), śnieg, deszcz i grad. Powinny być odporne na uszkodzenia mechaniczne oraz zapobiegać rozłączeniu przez cały okres eksploatacji systemu PV.

Czego tak naprawdę oczekujemy od złącza fotowoltaicznego DC?
Po prostu, aby nie przeszkadzało. Prąd płynący od generatora do falownika fotowoltaicznego nie powinien tracić „wigoru” (U, I).
Przenoszona energia elektryczna napotyka w pracującym złączu fotowoltaicznym aż trzy miejsca łączące metalowe elementy przewodzące. Miejsca te nazywają się zestykami elektrycznymi. Są to połączenia w torze prądowym (tor prądowy to część obwodu elektrycznego), w których przepływ prądu odbywa się dzięki styczności dwóch dociśniętych do siebie powierzchni przewodzących. Część zestyku należąca do jednego odcinka toru prądowego (np. końcówka kabla PV) nazywana jest stykiem. Przystępniej mówiąc, zestyk to połączone dwa styki.
Połączenia kabla fotowoltaicznego w wyniku zaciśnięcia odpowiednim urządzeniem dedykowanym przez producenta złącza PV z metalowymi jego elementami – częścią męską i żeńską (zwane także z ang. pinami), tworzą dwa zestyki niełączeniowe(nierozłączne), nieruchome, a element męski i żeński tworzy zestyk łączeniowy (rozłączny).
Podstawowym parametrem elektrycznym zestyku jest dodatkowa rezystancja pojawiająca się w miejscu łączenia dwóch elementów przewodzących prąd – rezystancja zestykowa. To rezystancja zestykowa przysparza bólów głowy inżynierom projektującym i konstruującym m. in. złącza fotowoltaiczne, jest głównym sprawcą ewentualnych problemów eksploatacyjnych. Zestyki łączące dwa elementy stanowią zwykle najbardziej obciążone termicznie części torów prądowych. Z tego powodu powinny być tak zaprojektowane i wykonane, aby w warunkach znamionowego obciążenia nie następowało przekraczanie temperatur dopuszczalnych długotrwale, a w warunkach zakłóceniowych (zwarcie, przeciążenie) były bezpieczne (m.in.niepalne).
Przeanalizujmy najważniejsze czynniki wpływające na rezystancję zestykową w złączu fotowoltaicznym. Materiały stykowe – elementy przewodzące złącza PV oraz kabli fotowoltaicznych zbudowane są z miedzi pokrytej cyną.
Cynowanie styków miedzianych (a także pojedynczych drutów żyły kabla fotowoltaicznego) wykonywane jest w celu ograniczenia korozji i utleniania się miedzi. Stwierdzono ponadto, że wzrost wartości rezystancji zestykowej elementów pokrytych cyną jest stosunkowo niewielki w długim, wieloletnim okresie użytkowania.
Podstawowym gatunkiem miedzi używanej do zastosowań elektrotechnicznych, takich jak przewody instalacyjne, kable, szyny, oraz innych elementów jest miedź elektrolityczna (ETP) – CW004A lub C100140 według oznaczenia ASTM. Miedź ta posiada czystość co najmniej 99,90% i przewodność elektryczną nie mniejszą niż 101% IACS, przy niewielkiej zawartości tlenu (0,02 do 0,04%). Niezwykle ważny jest odpowiedni dobór rodzaju (stopu, czystości) cyny pokrywającej miedź styku. Zestyk męskiej i żeńskiej części złącza, zbudowany z najwyższej jakości metali (w naszym przypadku miedzi i cyny), minimalizuje rezystancję zestykową. Dobrany materiał styków zgodnie z dorobkiem
inżynierii materiałowej zapewnia bezpieczeństwo eksploatacyjne i niezawodność w całym okresie pracy elektrowni słonecznej.

Od czego jeszcze zależy rezystancja zestykowa?
Oprócz materiałów użytych do budowy styków na wartość rezystancji zestykowej ma wpływ zagęszczeniem linii prądu w miejscach rzeczywistej styczności powierzchni styków. Niezależnie od dokładności obróbki powierzchnia styku nie jest idealnie gładka. W rzeczywistości jest ona sumą powierzchni miejsc, w których materiał stykowy bezpośrednio do siebie przylega.
Dla zwiększenia powierzchni styku, a w konsekwencji obniżenia wartości rezystancji zestykowej istotne znaczenie ma właściwa siła docisku styków. Zestyk pinów (męskiego i żeńskiego elementu złącza PV) wykonanych w technologii doświadczonego producenta złącza fotowoltaicznego maksymalizuje rzeczywistą powierzchnię kontaktu poprzez właściwy dobór materiału stykowego oraz siłę docisku styków (budowa pinów męskiego i żeńskiego, ich wymiary, dopasowanie), minimalizując niepożądane skutki rezystancji zestykowej. Kolejne dwa miejsca w pracującym złączu fotowoltaicznym, w których odpowiednia siła docisku minimalizuje rezystancję zestykową, to połączenia kabli fotowoltaicznych z pinami męskim i żeńskim. Prawidłowe zaciśnięcie – wykonanie tych zestyków z odpowiednią siłą eliminuje wolne przestrzenie pomiędzy pojedynczymi drutami żyły kabla fotowoltaicznego oraz zestyku z odpowiednim pinem. W ten sposób, maksymalizując powierzchnię bezpośrednio do siebie przylegającą, uzyskuje się gazoszczelność połączenia, która w tym przypadku ogranicza degradację
w długim okresie, a w konsekwencji rezystancję zestyku. Użycie właściwej siły docisku uzyskuje się dzięki zastosowaniu odpowiedniego, profesjonalnego narzędzia. Mając na uwadze powyższe zagadnienia dotyczące czynników wpływających na rezystancję zestykową, nie należy łączyć wtyczek z gniazdami pochodzących od różnych, także renomowanych producentów złączy PV. Niestety, pojęcie kompatybilności wprowadza w błąd instalatorów i potencjalnych użytkowników takiej kombinacji. Wobec braku znormalizowania standardów, parametryzacji technicznych oraz materiałowych wystąpienie niedopasowania w wymienionych obszarach może powodować zwiększenie rezystancji zestyku z wszystkimi negatywnymi tego skutkami.

Bezpieczne złącze fotowoltaiczne gwarantuje prawidłową, bezawaryjną pracę w całym zakładanym, 25-letnim okresie eksploatacji elektrowni fotowoltaicznej. Niska rezystancja zestykowa wysokiej jakości złącza fotowoltaicznego ogranicza wydzielanie się ciepła, zmniejszając straty przesyłu energii elektrycznej przekładające się w długim okresie na wymierne korzyści finansowe dla inwestora.
Z kolei pracujące, niskiej jakości złącze PV o niepewnym pochodzeniu w miejscach zestyku może posiadać wysoką rezystancję wynikającą z niskiej jakości materiałów stykowych oraz niezachowanych reżimów konstrukcji (nieszczelność obudowy, brak precyzji wykonania). Takie złącza stanowią bezpośrednie zagrożenie pożarowe dla całej instalacji fotowoltaicznej.
Dlatego tak istotny i ważny jest wybór oryginalnego złącza producenta posiadającego zaplecze naukowo badawcze, zaawansowaną technologię oraz moce produkcyjne, co daje efekt w postaciwykonania najwyższej jakości produktu.

Przykładem takich złączy są produkty oferowane przez Amphenol, jednego z największych na świecie producentów z dziedziny połączeń międzysystemowych. Spółka projektuje, produkuje i sprzedaje złącza elektryczne, elektroniczne, światłowodowe, systemy połączeń oraz kable koncentryczne, płaskie i specjalne.  Firma zajmuje się także projektowaniem, produkcją i sprzedażą systemów połączeń dla przemysłu energii odnawialnej.

Na polskim rynku złącza fotowoltaiczne Amphenol są stosowane w falownikach firmy HUAWEI. Między innymi seria falowników HUAWEI SUN-(3KTL-10KTL)-M0 wykorzystuje złącza H4 AMPHENOL do podłączenia części stałoprądowej DC instalacji fotowoltaicznej (zob. instrukcja obsługi falowników HUAWEI SUN2000-(3KTL-10KTL)-M0).
Materiał instruktażowy dla przedmiotowych falownikówjasno i kategorycznie stwierdza:
– Użyć złączy Amphenol Helios H4 PV dostarczonych wraz z falownikiem SUN2000.
– Jeśli złącza PV zaginęły lub uległy uszkodzeniu, należy zakupić złącza tego samego typu.
– Uszkodzenia urządzenia z powodu użycia niewłaściwych złączy PV nie są objęte gwarancją”.

Jest spora grupa falowników Huawei, które wykorzystują złącza Amphenol H4. Jest to cała linia falowników komercyjnych, czyli 33, 36, 50, 60, 100, 105, 185. Złącze H4 Amphenol jest naprawdę bardzo dobrym jakościowo złączem. Osobiście uważam, że Amphenol toczony, nie odstaje jakością i parametrami złączom MC4, a z punktu widzenia solidności i obciążalności prądowej może nawet je przewyższa. Robert Maczionsek, Emiternet

Do prawidłowego montażu złączy H4 Amphenol niezbędne jest użycie narzędzi dedykowanych. Tylko taki sposób postępowania – fachowy montaż złączy właściwymi narzędziami – zapewnia bezpieczeństwo funkcjonowania instalacji fotowoltaicznej i aprobatę gwarancyjną producenta falownika.

Prawidłowe wykonanie zacisku ma ogromy wpływ na jakość produktu – czyli np. instalacji fotowoltaicznej, którą instalator wykonuje dla swoich klientów. Prawidłowy zacisk gwarantuje odpowiednie przeszkolenie instalatora i użycie narzędzi wysokiej jakości, np. firmy Rennsteig. Daje nam to gwarancję poprawności procesu crimpowania zgodnie z obowiązującymi normami, wpływając na ich bezawaryjność, a tym samym budując renomę instalatora. Błędnie wykonane zaciski mogą doprowadzić do nieprawidłowego działania instalacji fotowoltaicznej, strat energii, grzania się miejsca zacisku oraz przyśpieszonego procesu starzenia. Świadomość instalatorów w temacie prawidłowego procesu obróbki przewodów oraz wykonywania zacisków, a także skutków zaniedbania tej czynności jest wciąż niedostateczna. Dlatego staramy się edukować naszych klientów poprzez szkolenia, filmy instruktażowe i odpowiednią prezentację narzędzi. Narzędziami, które polecamy nie tylko do zaciskania złączy Amphenol, ale również złączy wszystkich innych wiodących producentów złączy solarnych, tj. m.in. MC4, Phoenix, dzięki systemowi wymiennych matryc zaciskowych – są narzędzia niemieckiego producenta Rennsteig. Stanisław Dobosz z firmy Fastons.

 

 

Obsługa klienta: tel. +48 734 120 777, info@fastons.pl

Dział techniczny: tel. +48 606 725 982, techniczny@wiresolutions.pl