Rynek fotowoltaiki to obecnie jeden z najszybciej rozwijających się sektorów gospodarki. Według danych Instytutu Energetyki Odnawialnej łączna moc zainstalowana w tym segmencie wynosiła pod koniec minionego roku prawie 4 GW, a w tym wartość ta powinna wzrosnąć o kolejne 50%. Panele solarne stają się powoli naturalnym elementem naszego krajobrazu. Można je dostrzec na dachach domków jednorodzinnych oraz bloków mieszkalnych, a także innych obiektów. Przybywa także farm fotowoltaicznych. W 2020 r. w sektorze PV w naszym kraju dominowały mikroinstalacje (ok. 75%), jednak w najbliższych latach powinien stopniowo zwiększać się udział farm słonecznych.

Bez względu na strukturę rynku branżę fotowoltaiczną czeka w najbliższej przyszłości boom. Skorzystają na nim również dostawcy asortymentu niezbędnego do prawidłowego działania instalacji solarnej. Producenci kabli muszą dostarczyć na rynek takie przewody, które będą dopasowane do specyfiki branży PV. Należy bowiem pamiętać, że pod wieloma względami różnią się one od standardowych kabli.

Kable do fotowoltaiki a trudne warunki atmosferyczne

Ta różnica wynika przede wszystkim z kompletnie różnych warunków, w jakich eksploatowane będą przewody solarne. Instalacja fotowoltaiczna przez cały bowiem rok znajduje się na otwartym powietrzu i siłą rzeczy będzie poddawana bardzo różnym, często skrajnym warunkom pogodowym. Dlatego też wszystkie komponenty takiej instalacji, w tym również przewody, muszą być odpowiednio na nie przygotowane.

Ciężko nawet powiedzieć, który element związany z warunkami atmosferycznymi może najbardziej szkodzić okablowaniu. Przede wszystkim kable są wystawione na działanie promieni słonecznych. A to może sprawić, że będą się nagrzewać do bardzo wysokich temperatur, sporo wyższych od temperatury panującej w danym momencie w otoczeniu. To latem, a zimą niekorzystny wpływ na przewody mogą mieć bardzo silne mrozy. Wracając jeszcze do światła słonecznego, to równie niekorzystne na żywotność przewodów jest długotrwałe oddziaływanie promieniowania UV.

Kable do fotowoltaiki przez cały czas eksploatacji instalacji solarnej będą także narażone na oddziaływanie wody i wilgoci. Nie ma przy tym różnicy, czy będzie to efektem padającego deszczu, śniegu bądź osadzającej się na przewodach mgły. Złe zabezpieczenie okablowania bardzo szybko może doprowadzić do pojawienia się ognisk korozji.

Niesprzyjających warunków może być jednak znacznie więcej. Chociażby mocny wiatr może powodować poruszanie się źle zamocowanych kabli i jeśli będą one przez długi czas o coś ocierać, grozi to ich przetarciem. Również inne uszkodzenia mechaniczne należy wziąć pod rozwagę, planując instalację PV. Również znajdujące się w pobliżu chemikalia, a nawet ozon z atmosfery mogą przy długotrwałym oddziaływaniu doprowadzić do wystąpienia niekorzystnych reakcji chemicznych. Nie można także pominąć zagrożenia od strony zwierząt (przede wszystkim różnych gryzoni), które na odsłoniętym terenie mogą mieć dość swobodny dostęp do paneli i ich okablowania. Z jednej strony mogą one przegryźć na tyle skutecznie przewody, że nie będą one przewodzić całkowicie prądu. Ale nawet drobne nadgryzienie warstwy izolacyjnej kabla może być groźne w skutkach, gdyż ułatwi np. przedostanie się wilgoci do wnętrza przewodu.

W zależności od lokalizacji instalacji fotowoltaicznej powyższe zagrożenia będą mniej lub bardziej realne, ale z całą pewnością nie można żadnego lekceważyć. Dlatego też dobierając przewody i planując ich poprowadzenie, należy zakładać wystąpienie najbardziej niekorzystnych warunków. W końcu mają one wytrzymać nawet kilkadziesiąt lat pracy.

– Podstawowe przewody do łączenia paneli fotowoltaicznych z inwerterem powinny cechować się więc dużą żywotnością oraz niezawodnością, pracując w trudnych warunkach klimatycznych. Zapewnimy to stosując wysokiej jakości elastyczne przewody o podwyższonej odporności chemicznej, odporne na promieniowanie UV, ozon i szeroki zakres temperatur. Elastyczność przewodów ułatwi ich instalację oraz ograniczy do minimum naprężenia w kablu powstające w miejscu ich przeginania, szczególnie w niskich temperaturach – tłumaczy Dariusz Ziółkowski, kierownik Działu Konstrukcji Kabli i Rozwoju w firmie Technokabel.

Przewody fotowoltaiczne – najważniejsze normy

Działając na styku elektroenergetyki oraz budownictwa (a instalacja solarna podchodzi pod obie te kategorie), musimy się liczyć z bardzo różnymi wymaganiami prawnymi dotyczącymi budowy takiej instalacji. Już tylko w obszarze samych przewodów występuje kilka norm, które wprowadzają szczegółowe wymagania techniczne odnośnie okablowania.

Międzynarodowa norma PN-EN 50618:205-03 „Kable i przewody do systemów fotowoltaicznych” określa wymagania dotyczące giętkich, jednożyłowych kabli i przewodów zasilających, o usieciowanej izolacji i powłoce charakteryzujących się małą emisją dymu i niezawierających halogenów. W normie tej znajdziemy w szczególności wytyczne na temat przewodów stosowanych po stronie stałoprądowej systemów fotowoltaicznych, przy napięciu znamionowym 1,5 kV prądu stałego między żyłami oraz między żyłą i ziemią. Według wytycznych tej normy przewody PV stosuje się z urządzeniami klasy II, a maksymalna temperatura żyły nie powinna przekraczać 90°C, choć dopuszcza się czasowo (do 20 000 godzin) temperaturę w żyle 120°C przy temperaturze otoczenia nieprzekraczającej 90°C. Eksploatacja kabli zgodnie z wytycznymi powyższej normy powinna zapewnić co najmniej 25-letni czas ich użytkowania.

Z kolei norma N-SEP-E-004 „Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa” (nie jest to norma międzynarodowa, a jedynie branżowa) obejmuje swym zakresem wymagania dotyczące projektowania, budowy oraz badań odbiorczych elektroenergetycznych linii kablowych prądu przemiennego i stałego o napięciu znamionowym nie większym niż 110 kV. Reguluje ona chociażby kwestie odległości przy zbliżeniach, skrzyżowaniach i równoległym układaniu kabli.

Norm, w tym międzynarodowych, które regulują różne parametry oraz właściwości kabli, również przeznaczonych do instalacji PV, jest jednak znacznie więcej. Osobnymi normami uregulowane są bowiem np. kwestie odporności kabli na różne warunki pogodowe, na wilgoć i wodę, na ścieranie, oddziaływanie gazów korozyjnych bądź na rozprzestrzenianie się płomienia.

Jakie kable do fotowoltaiki?

Wybór odpowiedniego okablowania do fotowoltaiki nie jest niestety sprawą prostą, dlatego należy go pozostawić odpowiednim fachowcom. Wynika to z tego, że różne mogą być potrzeby w przypadku niewielkiej liczby paneli solarnych umieszczonych na dachu, a inne w przypadku dużej farmy fotowoltaicznej. Inne wymagania będą stawiane kablom umieszczonym na wspomnianym dachu, a inne, gdy będą one biegły pod ziemią. Kolejnym czynnikiem, który dodatkowo komplikuje tę kwestię, to fakt, że w ramach jednej instalacji stosuje się różne przewody. Przykładem są kable do połączenia poszczególnych modułów oraz kable podłączające moduł do inwertera.

Standardowe kable solarne różnią się od typowych kabli elektrycznych pod wieloma względami. Przede wszystkim mają one znacznie grubszą izolację, która ma zapewnić lepszą ochronę od wspomnianych niekorzystnych warunków atmosferycznych i inne obciążenia mechaniczne. Izolacja wykonana jest z trudnopalnego materiału, emitującego minimale ilości dymu w razie pożaru, a przy tym nie reagująca różnymi substancjami chemicznymi. Kable PV ponadto wyróżniają się większą elastycznością – w najnowszych instalacjach stosuje się kable o klasie giętkości 5, a nawet 6, choć jeszcze kilka lat temu stosowano kable w 1 bądź 2 klasie giętkości. W zależności od konkretnej sytuacji zewnętrzna średnica kabli PV wynosi mniej więcej od 5 mm do nawet 3 cm.

– W instalacjach fotowoltaicznych do wykonywania połączeń pomiędzy modułami czy zespołami modułów a inwerterem wykorzystuje się kable solarne jednożyłowe z żyłą miedzianą ocynowaną oraz izolacją i powłoką ze specjalnie dobranych mieszanek tworzyw sztucznych – tłumaczy inż. Szymon Kloc, technolog produkcji w firmie Zakłady Kablowe BITNER. – W celu ułatwienia instalacji dla rozróżnienia biegunowości na rynku dostępne są kable o powłoce w kolorze czerwonym, niebieskim lub czarnym. Jako przewodnik stosuje się konstrukcję wielodrutową z drutów miedzianych ocynowanych klasy 5 zapewniającą odpowiednią elastyczność podczas montażu. Z kolei warstwy izolacyjno-powłokowe kabli fotowoltaicznych to wysokospecjalistyczne mieszanki bezhalogenowe, które ze względu na szereg stawianych im wymagań są specjalnie dobierane pod ten rodzaj okablowania.

– Podstawowe kable stosowane w instalacjach PV – jednożyłowe przewody służące do bezpośredniego łączenia ze sobą poszczególnych ogniw fotowoltaicznych, jak i do okablowania w puszkach przyłączeniowych oraz połączeń z inwerterem – są przewodami, które pracują przy napięciu znamionowym 1,5 kV prądu stałego między żyłami oraz między żyłą i ziemią – dodaje Dariusz Ziółkowski. – Inwerter łączony jest z rozdzielnicą  elektryczną budynku za pomocą elastycznego kabla elektroenergetycznego na napięcie 0,6/1 kV. Podłączenie do sieci energetycznej odbywa się zazwyczaj za pomocą standardowych elektroenergetycznych kabli zasilających na napięcie 0,6/1 kV. Coraz częściej zachodzi konieczność połączenia inwertera z panelem sterowania umieszczonym  w innym miejscu budynku. Połączenie takie wykonujemy za pomocą ekranowanych kabli do transmisji cyfrowej o konstrukcji parowej.

Jakość przewodów PV najważniejsza

Dobierając kable solarne, należy pamiętać, że instalacja fotowoltaiczna powinna pracować bezawaryjnie przez co najmniej 20-25 lat bez żadnych przeglądów czy innych zabiegów serwisowych. Wprawdzie producenci kabli udzielają równie długiej gwarancji na przewody solarne, ale zawsze lepiej unikać niepotrzebnych problemów, dlatego priorytetem przy wyborze okablowania powinna być jak najwyższa ich jakość i jak najlepsze parametry.

Ważne są zarówno jakość użytych materiałów, jak i spełnianie przez nie wszystkich niezbędnych norm i innych wytycznych. Obniżenie poziomu w tym zakresie może skrócić znacząco ich żywotność, ale również zmniejszyć wydajność całej instalacji, a nawet zmniejszyć poziom bezpieczeństwa. Potwierdzeniem tych najwyższej jakości są certyfikaty wystawiane przez niezależne instytucje.

Wysoka jakość kabli solarnych naturalnie swoje kosztuje. Jednak w tym przypadku warto mieć świadomość, że całe okablowanie stanowi stosunkowo niewielki ułamek kosztów budowy całej instalacji PV. Nieco wyższy koszt początkowy może zapewnić bezawaryjną eksploatację w dłuższym okresie.

Najważniejsze kryteria przy doborze kabli solarnych: 
    • pochodzenie wyrobu od sprawdzonego producenta, który gwarantuje zgodność z obowiązującymi normami i dodatkowymi wymaganiami;
    • deklarowane nominalne napięcie spełniające wymagania instalacji;
    • deklarowany zakres temperatur pracy oraz promienie gięcia, celem uniknięcia uszkodzeń kabla wynikających z nieprawidłowości przy montażu;
    • zgodność z wymaganiami bezpieczeństwa pożarowego: nierozprzestrzenianie płomienia, bezhalogenowość, niska emisja dymów dla ograniczenia ewentualnych niebezpieczeństw w trakcie pożaru.

– W dzisiejszych czasach duży nacisk stawia się na niepalność oraz bezhalogenowość instalacji kablowych. Dlatego również w instalacjach fotowoltaicznych powinny być stosowane tego rodzaju przewody. Przewody takie nie będą rozprzestrzeniały pożaru, a produkty ich spalania nie będą korozyjne. Ze względu na duże nasłonecznienie miejsc, w których układane są kable ważna jest ich odporność na promieniowanie UV, jak również odporność temperaturowa – wyjaśnia Dariusz Ziółkowski.

– Wysokiej jakości okablowanie instalacji fotowoltaicznej to ważny element, który ma ogromny wpływ na sprawne jej funkcjonowanie, dlatego szczególnie polecamy nasze konstrukcje BiT 1000 solar, które gwarantują bezawaryjność i bezpieczeństwo potwierdzone badaniami – dodaje Szymon Kloc.

Ważne również prowadzenie przewodów w instalacji fotowoltaicznej

Sam dobór nawet najlepszego jakościowo kabla może okazać się niewystarczający. Ważne jest również odpowiednie poprowadzenie okablowania i wprowadzenie zabezpieczeń, które mogą ograniczyć oddziaływanie wspomnianych wyżej niekorzystnych warunków. Powinno się zatem unikać stałego kontaktu z wodą czy wilgocią lub innymi niekorzystnymi substancjami, prowadzenia kabli w pobliżu urządzeń, które generują dodatkowe ciepło, czy wystawianie ich na pełne oddziaływanie promieni słonecznych.

Warto też mieć na uwadze, że zmiana temperatury (zwłaszcza w przypadku ekstremalnych wartości) powoduje, iż kable mogą nieco zmieniać swoją długość. Dlatego też należy to uwzględnić przy układaniu kabli, nie napinając ich zbyt mocno. Kolejna istotna rzecz, to wszelkiego rodzaju elementy służące do mocowania przewodów. Nie mogą być zbyt mocno zaciśnięte, by nie uszkodzić w miejscu mocowania przewodu. Muszą też mieć odpowiednią wytrzymałość na skrajne temperatury. Często stosowanym rozwiązaniem są tzw. peszle ochronne, które stanowią dodatkowe zabezpieczenie przed uszkodzeniami i warunkami pogodowymi.

Dobierając odpowiednie złącza czy inne akcesoria do przewodów, warto postawić na rozwiązania tego samego producenta. Wprawdzie dostępne na rynku rozwiązania powinny być uniwersalne i kompatybilne, jednak mogą występować pewne różnice w detalach, co w dłuższej perspektywie może wpływać na gorsze przewodzenie prądu czy szybsze zużywanie się tych elementów.