EOW March 2014

Technischer artikel

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. 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 3 Prüfmethode 3.1 Prüfung der Wärmeformbeständigkeit

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März 2014