اگر تا به حال در یک مزرعه خورشیدی در منطقه‌ای که مستعد لرزش بخش‌هایی از کالیفرنیا، ژاپن یا ترکیه است قدم زده‌اید، احتمالاً متوجه کابل‌های ضخیم، سیاه و قرمزی شده‌اید که بین پانل‌ها قرار دارند. اینها فقط سیم های تصادفی نیستند. آنها هستندکابل خورشیدی مشکی و قرمزیک عنصر اساسی در سیستم های فتوولتائیک (PV) و سوالی که همیشه از نصاب ها، مهندسان و حتی صاحبان خانه می پرسم: آیا این کابل ها می توانند در هنگام حرکت زمین مقاومت کنند؟ به‌عنوان تامین‌کننده‌ای که بیش از یک دهه با این کابل‌ها کار کرده‌ام، به‌طور مستقیم دیده‌ام که چگونه رویدادهای لرزه‌ای هر بخش از مجموعه‌های خورشیدی را آزمایش می‌کنند - و پاسخ به سادگی «بله» یا «خیر» نیست. بستگی به نحوه ساخت، نصب و تطبیق کابل ها با تنش های منحصر به فرد مناطق زلزله دارد.
ابتدا، بیایید دلیل اهمیت زمین لرزه برای کابل های خورشیدی را بررسی کنیم. هنگامی که زمین جابجا می شود، سیستم های خورشیدی با دو چالش بزرگ مواجه می شوند: استرس مکانیکی (از تاب خوردن پانل ها، پیچاندن قفسه ها، یا کشیده شدن، کشیده شدن یا گیرکردن کابل ها) و سایش محیطی (که با شکستن مهر و موم یا اتصالات در طول زلزله بدتر می شود). کد رنگی کابل خورشیدی سیاه و قرمز فقط برای ظاهر نیست - قرمز معمولاً برق DC را از پانل‌ها به اینورترها منتقل می‌کند، در حالی که سیاه به عنوان بازگشت منفی عمل می‌کند، بنابراین نقش آنها حیاتی است. اگر هر یک از کار بیفتد، کل آرایه می تواند پایین بیاید، که پس از زلزله مشکل بزرگی است، زمانی که برق در حال حاضر کمیاب است.
بیایید با اصول اولیه آنچه کابل خورشیدی را در برابر زلزله مقاوم می کند شروع کنیم. اکثر کابل های PV با کیفیت بالا، از جمله کابل هایی که ما می فروشیم، با مواد انعطاف پذیر ساخته شده اند که می توانند بدون ترک خوردگی خم شوند. اما همه کابل های سیاه و قرمز یکسان نیستند. مثلا ماکابل فتوولتائیک خورشیدی LSZHاز عایق هالوژن کم دود صفر استفاده می کند، که حتی در هنگام سرما، چیزی که در مناطقی که اغلب در زمستان زمین لرزه می زند مهم است، سخت و انعطاف پذیر است. هنگامی که زمین خم می شود، یک کابل سفت به یک کانکتور می زند، اما یک کابل انعطاف پذیر می تواند حرکت را جذب کند. ما کابل‌های خود را در شبیه‌سازهای آزمایشگاهی آزمایش می‌کنیم که زلزله‌ای به بزرگی 7 ریشتر را تقلید می‌کنند و هزاران بار آنها را بدون آسیب عایق خم می‌کنند. این یک ویژگی کلیدی برای مناطق زلزله زده است.
اما انعطاف پذیری کافی نیست. زمین لرزه ها همچنین باعث حرکت دائمی و پویا در طول زمان می شوند، حتی لرزش های کوچک پس از یک زلزله بزرگ می تواند فشار مکرر را به کابل ها وارد کند. به همین دلیل ماکابل خورشیدی فتوولتائیکاین خط شامل تقویت‌کننده‌های اضافی است: هادی‌های مسی با روکش قلع‌بندی شده برای مقاومت در برابر خوردگی (که سیم‌ها را در طول زمان ضعیف می‌کند) و ژاکتی که برای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش ساخته شده است، زیرا پنل‌های خورشیدی در تمام طول سال در فضای باز هستند. کابلی که در اثر قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش شروع به ترک خوردن می کند، با اضافه شدن تنش لرزه ای سریعتر از کار می افتد. ماکابل فتوولتائیک مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفشنسخه حتی برای مناطقی با خورشید و زلزله های مکرر بهتر است، زیرا آسیب UV و استرس مکانیکی اغلب دست به دست هم می دهند.
صبر کنید، ممکن است فکر کنید: چرا رنگ (سیاه در مقابل قرمز) در اینجا مهم است؟ این خود رنگ نیست، بلکه نحوه جفت شدن این دو کابل است. در یک راه‌اندازی معمولی PV، کابل‌های سیاه و قرمز به صورت جفت بین پانل‌ها و اینورترها اجرا می‌شوند که اغلب در ترانشه‌ها یا در امتداد قفسه‌های نصب قرار می‌گیرند. هنگامی که زمین جابه‌جا می‌شود، این جفت‌ها می‌توانند به یکدیگر یا روی لبه‌های تیز قفسه‌ها ساییده شوند. مثلاً یک جفت با همخوانی ضعیف، یک کابل با عایق ضخیم و یکی با ساییدگی ناهموار. به همین دلیل است که ما کابل‌های مشکی و قرمز را به‌عنوان یک مجموعه همسان می‌فروشیم که برای حرکت با هم بدون ساییدگی آزمایش شده‌اند. ما نصابانی در مناطق لرزه‌خیز داشته‌ایم که به ما می‌گویند جفت کردن کابل‌های مشکی و قرمز ما زمان تعمیر پس از زلزله را در مقایسه با استفاده از کابل‌های استاندارد نامتناسب 30 درصد کاهش می‌دهد.
البته اگر به اشتباه نصب شود، بهترین کابل هم کمکی نخواهد کرد. در مناطق زلزله زده، نحوه اجرای کابل های سیاه و قرمز به اندازه خود کابل اهمیت دارد. ما دو قانون را توصیه می‌کنیم: اول، در هر کابل، 10 تا 15 درصد طول بیشتر از آنچه نیاز دارید، "سستی" باقی بگذارید. هنگامی که زمین حرکت می کند، این شلی به کابل اجازه می دهد بدون اینکه محکم کشیده شود جابجا شود. دوم، به جای لوله های سفت و سخت، از کابل های انعطاف پذیر استفاده کنید. لوله‌هایی که پیچ و مهره شده‌اند نمی‌توانند خم شوند، بنابراین یک کابل داخل آن می‌شکند. نصب کنندگان ما اغلب ما را جفت می کنندکابل فتوولتائیک خورشیدی برای پنل خورشیدیدارای غدد انعطاف پذیر برای ایمن نگه داشتن اتصالات در هنگام تکان دادن.
من این بازی را در زندگی واقعی دیده ام. چند سال پیش، یک مزرعه خورشیدی در جنوب کالیفرنیا (منطقه ای با لرزه بالا) کابل های سیاه و قرمز ما را طی یک زلزله 5.8 ریشتری نصب کرد. بازرسی پس از زلزله هیچ خرابی کابل را نشان داد، زیرا آنها از دستورالعمل های ما پیروی می کردند: شلی بیشتر، اتصالات انعطاف پذیر، و کابل های مشکی/قرمز جفت شده. مزرعه ای نزدیک که از کابل های مشکی و قرمز معمولی استفاده می کرد (که با مجموعه همسان ما نیست) دارای 12 اتصال ناموفق بود - بیشتر کابل های قرمز رنگ که هنگام جابجایی زمین به قفسه های فلزی می چسبیدند. این تفاوت بین کابلی است که برای تنش لرزه ای ساخته شده است و کابلی که فقط یک سیم PV استاندارد است.
اما در اینجا یک هشدار وجود دارد: هیچ کابلی نشکن نیست. اگر در منطقه‌ای هستید که زمین‌لرزه‌های بسیار مکرر و با شدت بالا (مانند بخش‌هایی از حلقه آتش اقیانوس آرام) دارد، بهتر است یک قدم جلوتر بروید. ما نسخه‌های تقویت‌شده کابل‌های سیاه و قرمز خود را با هسته‌های فیبر آرامید ارائه می‌کنیم که مانند یک تکیه‌گاه داخلی برای جلوگیری از کشش عمل می‌کنند. اینها ضخیم تر هستند، اما برای حرکات شدید طراحی شده اند. ما همچنین با نصاب‌ها کار می‌کنیم تا کابل‌هایی را طراحی کنیم که از خم شدن تیز یا نقاط تنش جلوگیری می‌کند - گاهی اوقات به این معنی است که کابل‌ها را در امتداد سطوح نرم مانند شن به جای بتن، که بخشی از انرژی زلزله را جذب می‌کند، هدایت می‌کنیم.
عامل دیگر: رعایت ضوابط لرزه نگاری. برخی از مناطق، مانند قوانین ساختمانی کالیفرنیا، به قطعات خورشیدی نیاز دارند تا استانداردهای عملکرد لرزه ای خاصی را برآورده کنند. ماکابل خورشیدی مشکی و قرمزاین خط دارای گواهینامه UL 4703 است، به این معنی که برای تنش های مکانیکی، دمای شدید و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش آزمایش شده است که همه برای مناطق لرزه ای حیاتی هستند. این گواهینامه فقط یک برچسب نیست. این اثباتی است که کابل در هنگام حرکت زمین بالا نگه می دارد. اگر در این مناطق کابل می‌خرید، همیشه آن گواهی را بررسی کنید، زیرا کابل‌های مشکی و قرمز عمومی اغلب آزمایش‌های لرزه‌ای خاص را نادیده می‌گیرند.
عملکرد بلند مدت چطور؟ زلزله فقط یکبار اتفاق نمی افتد، پس لرزه ها می توانند ماه ها یا سال ها ادامه داشته باشند. کابل‌های ما به گونه‌ای ساخته شده‌اند که در برابر خستگی مقاومت کنند، به این معنی که حتی پس از حرکت مکرر ترک نمی‌کنند یا نمی‌شکنند. ما تاسیساتی در ژاپن داشته ایم که از زلزله توهوکو و پس لرزه های آن در سال 2011 جان سالم به در برده اند و کابل های سیاه و قرمز ما هنوز کار می کنند. این شانس نیست. این به این دلیل است که ما هر قسمت از کابل را طراحی می کنیم - از هادی گرفته تا ژاکت - برای مقابله با استرس دینامیکی در طول زمان.
حال، بیایید به یک تصور غلط رایج بپردازیم: برخی از مردم فکر می کنند رنگ قرمز (که حامل قدرت است) بیشتر مستعد شکست در زلزله است. در واقعیت، هر دو کابل سیاه و قرمز استرس یکسانی را تجربه می کنند، بنابراین نکته کلیدی این است که آنها با مشخصات یکسان ساخته شده اند. کابل های مشکی و قرمز ما دارای ضخامت عایق و انعطاف پذیری یکسانی هستند، بنابراین به طور مساوی حرکت می کنند. اگر کابل ارزان‌تری بخرید که مثلاً سیم قرمز عایق نازک‌تری داشته باشد، بدون توجه به رنگ، ابتدا خراب می‌شود. به همین دلیل است که خرید از عرضه‌کننده‌ای که هر دو رنگ را به عنوان یک جفت همسان آزمایش می‌کند، سودمند است.
بنابراین، برای پاسخ به سوال اصلی: بله، کابل خورشیدی مشکی و قرمز را می توان در مناطقی با زلزله های مکرر استفاده کرد - اما تنها در صورتی که نوع کابل مناسبی داشته باشند، به درستی نصب شده باشند و برای مقابله با تنش لرزه ای ساخته شده باشند. اگر یک نصاب یا مدیر پروژه در یک منطقه با لرزه بالا هستید، به دنبال کابل‌هایی با انعطاف‌پذیری، ژاکت‌های LSZH یا تقویت‌شده و گواهی UL 4703 باشید. خط کابل های PV سیاه و قرمز ما به طور خاص برای این شرایط طراحی شده است و با پشتیبانی فنی همراه شده است تا به شما در طراحی مسیرهایی که در برابر لرزش مقاوم هستند کمک کند.
اگر روی یک پروژه خورشیدی در یک منطقه زلزله خیز کار می کنید و می خواهید مطمئن شوید که کابل های شما به خوبی کار می کنند، با ما تماس بگیرید. ما به صدها پروژه در مناطق لرزه‌خیز کمک کرده‌ایم تا کابل‌های مناسب را انتخاب کنند، از مجموعه‌های استاندارد سیاه و قرمز گرفته تا گزینه‌های مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش. منتظر زلزله نباشید، روی کابل‌هایی سرمایه‌گذاری کنید که منظومه شمسی شما را در زمانی که بیشتر به آن نیاز دارید فعال نگه می‌دارد.
مراجع
- آزمایشگاه های بیمه گر (2022). استاندارد UL 4703 برای ایمنی کابل های فتوولتائیک. نورثبروک، IL: UL LLC.
- شورای کد بین المللی (2021). کد بین المللی مسکونی برای خانه های یک و دو خانواده. واشنگتن دی سی: شورای بین المللی کد.
- کمیسیون انرژی کالیفرنیا (2020). دستورالعمل های لرزه ای برای سیستم های فتوولتائیک خورشیدی متصل به شبکه. ساکرامنتو، کالیفرنیا: کمیسیون انرژی کالیفرنیا.
- انجمن ملی تولیدکنندگان برق (2019). عملکرد کابل PV در محیط های لرزه ای دینامیک. آرلینگتون، ویرجینیا: NEMA.
- انجمن صنایع انرژی خورشیدی. (2021). بهترین روش ها برای نصب خورشیدی مقاوم در برابر لرزه. واشنگتن، دی سی: SEIA.