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EuroWire – November 2011
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technischer artikel
Kabel für
Photovoltaikanwendungen
Von Jorg Bor von Friedrich Lütze GmbH & Co KG, Stefan Grunwald von Lütze Inc und Ilona Hirtz von Kabelwerke Villingen GmbH
Übersicht
Der neueste Zuwachs auf dem Markt
erneuerbarer Energie betrifft Wind- sowie
Solarenergie. In vielen Ländern wird
dieser Zuwachs durch Staatszuschüsse
unterstützt.
Außenanwendungen
bei
erneuerbaren
Energieanlagen
fordern
von Kabeln und anderen Komponenten
hohe
thermische
und
mechanische
Bedingungen. Demzufolge haben einige
nationale
Standardisierungsgremien
allgemeine Kabelanforderungen festgelegt,
die in Solaranlagen eingesetzt werden.
Im Jahre 2005 wurde die Norm UL
4703 in den USA veröffentlicht. Im
selben Jahr wurde in Deutschland
eine
gemeinsame
Arbeitsgruppe
„Kabel für Photovoltaikanwendungen“
gegründet, die Februar 2008 eine
Spezifikation
veröffentlichte.
Die
Leistungsanforderungen
bei
hohen
Temperaturen wurden bei Kabeln sehr
hoch angegesetzt. Mehrere deutsche
Institute
haben
diese
Spezifikation
angenommen und bieten nun die
entsprechenden Zertifizierungen an. In
den europäischen sowie in den asiatischen
Märkten besteht für diese zertifizierten
Kabel eine sehr hohe Nachfrage.
Wegen den Unterschieden zwischen den
verschiedenen Anforderungen, kann die
Norm UL 4703 nicht mit der deutschen
Spezifikation kombiniert werden. Die
unterschiedlichen
Anforderungen
an
Solarkabel zeigen Vor- und Nachteile,
jeweils abhängig von den spezifischen
regionalen Bedingungen.
1 Einleitung
Der Markt erneuerbarer Energie wächst
schnell an. Merill Lynch hat für die
nächsten fünf Jahre eine Steigerung
um einen Faktor 10 vorgesehen
[1]
.
Diese Steigerung betrifft Wind- sowie
Solarenergie. Das öffentliche Interesse
führte dazu, daß sich viele Regierungen für
die Unterstützung erneuerbarer Energien,
mit einer hohen Anzahl an Zuschüssen,
einsetzten. Demzufolge lässt sich sogar
ein weiterer Zuwachs dieses Marktes
erwarten.
2 Äußere
Bedingungen
Der Photovoltaikmarkt ist ein sehr
spezifischer Markt. deswegen gibt es
verschiedene
nationale
Regelungen,
die beachtet werden müssen. Die
Systemgröße kann variieren von einer
kleinen Hausstromversorgung mit einer
Nennleistung von einigen Kilowatts bis
zu großen zentralisierten Solaranlagen im
Gigawatt-Bereich. Die in diesen Systemen
eingesetzten
Komponenten
müssen
für diese spezifischen Anwendungen
geeignet sein.
Ein gemeinsamer, entscheidender Faktor
für alle Photovoltaik-Stromanlagen ist der
Außengebrauch, der hohe Temperaturen
sowie natürlich hohe UV-Strahlung, mit
sich bringt. Außerdem müssen auch
Witterung und Feuchtigkeit in Betracht
gezogen werden. Darüber hinaus stellen
Sicherheit
und
Zuverlässigkeit
sehr
wichtige Aspekte dar.
Durch
die
Verbesserung
der
S o n n e n k o l l e k t o r t e c h n o l o g i e
wird
die
elektrische
Leistung
der
Komponenten
festgesetzt.
In
der
Regel
arbeiten
Solarsysteme
mit
Niederspannungsgleichstrom,
und
die
Kollektoren
werden
parallel
zwischengeschaltet. Daher stellt der
Strom den entscheidenden elektrischen
Parameter dar. Bezogen auf Kabel,
resultieren
daraus
verschiedene
Leiterquerschnitte.
3 Gemeinsame
Spezifikation
deutscher
technischer Institute
Im Jahre 2005 hat die DKE, Deutsche
Kommission Elektrotechnik, die nationale
Organisation für die Erarbeitung von
Normen, eine Arbeitsgruppe namens
„Kabel für Photovoltaikanwendungen“
gegründet, die zu einer öffentlichen
Spezifikation führte. Dieses Dokument
wurde Februar 2008 veröffentlicht
[2]
.
Dank
der
engen
Zusammenarbeit
zwischen den verschiedenen Instituten,
stimmt diese Spezifikation mit der
TÜV-Spezifikation 2 PfG 1169/08.2007 und
mit der VDE-Spezifikation E PV 01:2008-02
überein.
Das
DKE-Unterkommittee
UK 411.2 hat das Dokument für die
Veröffentlichung
und
Anwendung
freigegeben, allerdings wurde es in
Deutschland wegen der CENELEC-Regeln
nicht als nationale Norm übernommen.
4 Technische
Details der
deutschen
Spezifikation
In
dieser
deutschen
Spezifikation
[2]
,
wurden
die
Anforderungen
der
Hochtemperaturleistungen der Kabel auf
ein sehr hohes Niveau erhöht. Darüber
hinaus ist eine hohe mechanische
Stabilität
erforderlich;
das
Kabel
muß
flammwidrig
und
halogenfrei
sein.
Um
die
Spezifikationen
zu
erfüllen, setzen Hersteller in der Regel
halogenfreie, flammwidrige, vernetzte
Polyolefincopolymere als Isolier- und
Mantelmaterial ein.
Das Solarkabel ist nach DKE ein
zweischichtig
isoliertes
einzeladriges
Kabel
mit
einer
Wanddicke
von
mindestens 0,5mm je Schicht. Die
wichtigsten in dieser Spezifikation
[2]
geforderten Tests werden nachfolgend
behandelt:
4.1 Temperaturbereich
Solarkabel
sind
nach
der
deutschen
Spezifikation
[2]
für
einen
Umgebungstemperaturbereich
von
-40°C bis +90°C bestimmt. Die höchste
Leitertemperatur
ist
auf
+120°C
spezifiziert.
4.2 Wärmedruckprüfung
Ziel dieser Probe ist es, die mechanische
Stabilität
der
Kabelisolierung
und
-ummantelung unter hoher thermischer
und mechanischer Belastung zu prüfen.
Die Probe wird auf dem vollständigen
Kabel durchgeführt nach der in der