Technischer artikel
März 2014
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Entwicklung eines Kabels
für Photovoltaik-Anlagen
Von Arifumi Matsumura*, Masaki Nishiguchi Shigeru Kubo, Fitel Photonics Laboratory, Furukawa Electric Co Ltd, Japan
Übersicht
Furukawa hat ein Kabel für Photovoltaik-
Anlagen entwickelt, das die Anforderungen
des TÜV
2Pfg1169/2007
[1]
und
des
JCS4517 Standards
[2]
erfüllt. Erforderlich
ist bei einem Kabel für Photovoltaik-
Anlagen, das die Anforderungen dieser
Standards
erfüllt,
dass
die
Isolier-
und
Ummantelungswerkstoffe
aus
halogenfreien
Materialien
bestehen.
Darüber hinaus soll das Kabel gegenüber
der vertikalen Flammenausbreitung, der
Hoch- und der Niedertemperatur sowie
der Säure beständig sein. Außerdem wird
ein Temperaturindex von über 120ºC
gefordert, da die Temperaturen in der
Arbeitsumgebung zwischen −40ºC und
+90ºC liegen. Die Temperatur, bei der 50
Prozent der durch Alterung entstandenen
Restteile nach 20.000 Stunden erzielt
werden, soll höher als 120ºC sein.
Insbesondere
werden
hervorragende
Eigenschaften bei der Beständigkeit gegen
thermischen Abbau gefordert.
Für dieses neue Kabel wurde vernetztes
Polyethylen als Isolator eingesetzt und sehr
feuerbeständiges vernetztes Polyolefin
wurde
als
Ummantelungswerkstoff
verwendet. Infolgedessen konnten die
Anforderungen
der
obengenannten
Standards
erfüllt
werden.
Bestätigt
wurde dabei auch, dass keinerlei Problem
darin besteht, dieses Kabel für die
praktische
Anwendung
einzusetzen,
was die Merkmale des Schälens und
des Ausblutens betrifft. Dadurch kann
dieses Kabel ohne Einsatz einer speziellen
„Bridging“-Einrichtung, wie z. B. die
Maschinen
der
Elektronenstrahlung,
hergestellt werden. Das beschriebene
Kabel ist hinsichtlich der Kosten sehr
vorteilhaft und die Antwort für die
Massenproduktion.
1 Einleitung
In den letzten Jahren, während sich
weltweit ein zunehmendes Interesse für
Probleme im Umweltbereich entwickelte,
hat die Stromerzeugung durch den Einsatz
erneuerbarer Energien, wie z. B. Wind-,
Photovoltaik-
und
Biomasse-Energie,
sehr zugenommen. Für die Photovoltaik-
Stromerzeugung, haben sich Photovoltaik-
Anlagen im Maßstab von über 1 Megawatt
– „Mega-Solar“
genannt
–
schnell
verbreitet. Zukünftig wird eine Zunahme
der Nachfrage von Kabeln erwartet,
die in diesen Stromerzeugungsanlagen
Anwendung finden.
Momentan werden in jedem Land
individuelle Standards vorgesehen, um die
Zuverlässigkeit der eingesetzten Drähte für
die erwähnten Stromerzeugungsanlagen
zu garantieren. In Europa gibt es die
TÜV 2Pfg1169 Standards, während in
Nordamerika, die UL4703 Standards
[3]
zur
Verfügung stehen. In den letzten Jahren
wurden die JCS4517-Standards in Japan
auf der Grundlage der TÜV 2Pfg1169
Standards
festgelegt.
Individuelle
Standards
wurden
in
jedem
Land
eingeführt, während ein zunehmender
Bedarf an kompatiblen Kabeln besteht,
die alle Standards erfüllen. Andererseits
erweist sich die Entwicklung günstigerer
Kabel für eine größere Verbreitung als
erforderlich. Derzeit ist die Nachfrage an
kostengünstigen Kabeln wesentlich höher
als der Bedarf an integrierten Kabeln. Vor
dem Hintergrund der obengenannten
Umstände, hat Furukawa ein Kabel
entworfen, das die Anforderungen der
TÜV- und der JCS-Standards erfüllt.
2 Ein neu entwickeltes
Kabel für
Photovoltaik-Anlagen
Vorhanden ist die Eigenschaft der
Wärmeformbeständigkeit
als eine der
vorwiegend geforderten Eigenschaften
eines
Kabels
für
Photovoltaik-
Anlagen
und
das
entspricht
den
TÜV-
und
den
JCS-Standards.
Ein
feuerbeständiger
halogenfreier
Draht
aus Polyolefin wird in der Regel mit
Elektronenstrahlungen
bestrahlt,
um
den Standard der Eigenschaften der
Wärmeformbeständigkeit
zu erfüllen.
In einer zukünftigen Mega Solar-Anlage
wird jedoch die Leistung des elektrischen
Stroms größer sein; und zwar wird
angenommen, dass der Querschnitt eines
Kabels breiter wird. Jedoch besteht durch
die Elektronenstrahlung eine Grenze
hinsichtlich des Einsatzes.
Was eine kleine Kabelgröße für einen
niedrigen Strom betrifft, sind außerdem die
Kosten derselben Strahlungsausrüstung
hoch, und das Bridging einer Nicht-
Elektronenstrahlung
wird
verlangt.
Demzufolge erfüllt dieses neue Kabel
den
Standard
der
Eigenschaften
der
Wärmeformbeständigkeit
in
der
Bridging-Methode,
die
keine
Elektronenstrahlung
in
Polyolefin-
Materialien durchführte. Die wichtigsten
physikalischen Eigenschaften eines neu
entwickelten Kabels für die Photovoltaik-
Anlagen werden nachfolgend beschrieben.
3 Prüfmethode
3.1 Prüfung der
Wärmeformbeständigkeit
Eine Prüfung der Wärmeformbeständigkeit
wurde entsprechend den IEC60811-2-1
Standards
durchgeführt. Von
einem
Kabel wurde ein isolierrohr- und ein
mantelrohrförmiges Stück ausgeschnitten.
Die Probestücke wurden in einen Ofen bei
einer Temperatur von 20ºC gehängt. Die
Probestücke wurden dann einer Belastung
von 20 N/cm
2
unterzogen. 15 Minuten
später wurde ein Dehnungsprozentsatz
gemessen. Danach wurde die Belastung
beseitigt. Nach Wiederherstellung der
Ofentemperatur wurden die Probestücke
entfernt
und
auf
Raumtemperatur
abgekühlt.
Der
Dehnungsprozentsatz
wurde dann nochmals gemessen. Die
Prüfergebnisse wurden als annehmbar
beurteilt,
bei
einem
belasteten
Dehnungsprozentsatz niedriger als 100
Prozent und einem Dehnungsprozentsatz
nach der Beseitigung der Belastung von 25
Prozent.
3.2 Eigenschaften der Beständigkeit
gegen thermischen Abbau
Von einem Kabel wurde ein isolierrohr-
und
ein
mantelrohrförmiges
Stück
ausgeschnitten.
Geprüft
wurde
der
Zeitraum, in dem der Prozentsatz der
Restdehnung 50 Prozent bei jeder
