วิธีป้องกันสายส่งไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จากการเสียหายทางกลในการติดตั้งกลางแจ้ง

เหตุใดความสมบูรณ์ทางกลของสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์จึงสำคัญต่อความเชื่อถือได้ของระบบ

รังสี UV การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง และการขีดข่วน: สามปัจจัยหลักที่ทำให้วัสดุเสื่อมสภาพ

สายส่งไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่างๆ ในสนามจริง ซึ่งส่งผลเสียต่อความแข็งแรงเชิงโครงสร้างของสายอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป รังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์จะเริ่มทำลายพันธะโพลิเมอร์ในวัสดุเปลือกหุ้มด้านนอก ทำให้วัสดุเปราะและเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ ได้ง่าย หลังจากใช้งานไปเพียงประมาณห้าปีหากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิรายวันอีกด้วย สายเคเบิลจะขยายตัวเมื่ออุ่น และหดตัวเมื่อเย็น ซึ่งส่งผลให้ฉนวนและตัวนำภายในเสื่อมสภาพลง ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวจุลภาคได้เร็วขึ้น และยังไม่รวมถึงเหตุการณ์เล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นในแต่ละวันอีกด้วย ลมพัดพาฝุ่นผงและสิ่งสกปรกมาเกาะที่สายเคเบิล ช่างบางครั้งจัดการสายอย่างหยาบคายระหว่างการติดตั้ง และสายมักจะเสียดสีกับพื้นผิวขรุขระ เช่น กรอบโลหะหรือฐานคอนกรีต การเสียดสีเหล่านี้สะสมกันไปเรื่อยๆ จะกัดเซาะชั้นเคลือบป้องกันจนในที่สุดฉนวนด้านในถูกเปิดเผยออกมา เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นแล้วจะเป็นอย่างไร? งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าหลังจากผ่านไปห้าปีภายใต้สภาวะดังกล่าว ความต้านทานของฉนวนจะลดลงประมาณ 40% ทำให้มีช่องว่างให้ความชื้นซึมเข้าไปได้ เมื่อน้ำสามารถแทรกซึมเข้าไปภายในแล้ว ก็จะเกิดปัญหาร้ายแรงตามมา เช่น ข้อผิดพลาดของการต่อพื้นดิน (ground faults) ข้อผิดพลาดของอาร์กไฟฟ้า (arc faults) ที่อาจเป็นอันตราย และระบบล้มเหลวก่อนอายุการใช้งานที่คาดหวังไว้

ข้อมูลเชิงลึกจากสนามจริง: 68% ของความล้มเหลวก่อนกำหนดในระบบพลังงานแสงอาทิตย์เกิดจากความเสียหายของสายส่งไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

การศึกษาจากภาคสนามแสดงให้เห็นว่า ความเสียหายของสายส่งไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสาเหตุหลักประมาณสองในสามของความล้มเหลวก่อนกำหนดในระบบโฟโตโวลเทอิก ซึ่งทำให้การป้องกันทางกลที่เหมาะสมไม่ใช่แค่มาตรการเสริม แต่จำเป็นอย่างยิ่งหากบริษัทต้องการรักษาผลตอบแทนจากการลงทุน เมื่อสายเคเบิลได้รับความเสียหาย ปัญหาจะเพิ่มพูนอย่างรวดเร็ว ฉนวนเริ่มเสื่อมสภาพ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดของการต่อพื้นดินและอาร์กไฟฟ้าที่อันตราย ขณะเดียวกันยังลดการผลิตพลังงานลงประมาณ 18% ในแผงที่ได้รับผลกระทบ การตรวจสอบด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อนพบจุดร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 90 องศาเซลเซียส (ประมาณ 194 ฟาเรนไฮต์) เป็นประจำในบริเวณที่สึกหรอ ซึ่งสูงกว่าค่าที่สายไฟ PV มาตรฐานสามารถทนได้ที่ 70 องศาเซลเซียสอย่างมาก ตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้ชี้ไปในทิศทางเดียวกัน: การลงทุนในการป้องกันทางกลที่ดีไม่ใช่เพียงแค่งานบำรุงรักษาตามปกติอีกต่อไป แต่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้ติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันสามารถใช้งานได้ตามระยะเวลาที่สัญญาไว้ 25 ปี ก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่

วิธีการป้องกันสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว: ท่อร้อยสาย ถาดรอง และชั้นหุ้มขั้นสูง

ท่อร้อยสายโลหะ ท่อ HDPE และท่อ PVC ที่คงทนต่อรังสี UV—การเลือกตามสภาพแวดล้อมและระดับความเสี่ยง

เมื่อเลือกวัสดุท่อร้อยสาย ควรพิจารณาให้เหมาะสมกับข้อกำหนดด้านกลไกและสิ่งแวดล้อมของแต่ละพื้นที่อย่างเฉพาะเจาะจง ท่อเหล็กหรือท่ออลูมิเนียมมีความทนทานต่อความเสียหายทางกายภาพและแรงบดอัดได้ดีที่สุด ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับพื้นที่ที่มีผู้คนเดินผ่านจำนวนมาก พื้นที่ที่อาจมีหนูหรือสัตว์แทะกัด หรือสภาพแวดล้อมในโรงงานอุตสาหกรรมโดยทั่วไป อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกท่อแบบโลหะเหล่านี้จำเป็นต้องใช้ชั้นเคลือบพิเศษเพื่อป้องกันการผุกร่อนเมื่อติดตั้งใกล้น้ำเค็มหรือในสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีรุนแรง ท่อ HDPE มีความสามารถในการดัดโค้งได้ดีกว่าทางเลือกอื่นๆ สกัดกั้นการซึมผ่านของน้ำ และไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับสารต่างๆ ในดิน จึงทำให้ผู้ติดตั้งจำนวนมากมักเลือกใช้ HDPE สำหรับการฝังสายเคเบิลใต้ดิน หรือการเดินสายผ่านพื้นที่ที่มีการใช้ปุ๋ย ดินที่มีเกลือ หรือดินที่มีความเป็นกรด สำหรับการติดตั้งบนหลังคาและโครงยึดกลางแจ้งที่หลีกเลี่ยงการสัมผัสแสงแดดไม่ได้ ท่อ PVC ที่มีการเสริมคุณสมบัติต้านทานรังสี UV มักเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้มากที่สุด ท่อเหล่านี้สามารถทนต่ออุณหภูมิสุดขั้วได้ ตั้งแต่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งจนถึงความร้อนระดับสูงมาก โดยไม่เสื่อมสภาพ เนื่องจากผู้ผลิตได้เติมสารพิเศษในขั้นตอนการผลิต เพื่อต่อต้านผลกระทบจากการได้รับแสงแดดเป็นเวลานาน

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด: ใช้ท่อโลหะใกล้จุดเข้าถึงและบริเวณเปลี่ยนผ่าน ใช้ HDPE ในร่องลึกฝังดิน และใช้พีวีซีที่คงตัวต่อรังสียูวีสำหรับงานเดินสายตามแนวหลังคา—เพื่อสมดุลระหว่างการป้องกัน ความทนทาน และงบประมาณ

ปลอกสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์สองชั้น: ฉนวน XLPE + ชั้นหุ้มนอกที่ไม่มีฮาโลเจนและทนไฟ

สายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันถูกสร้างขึ้นด้วยสองชั้นแทนที่จะเป็นเพียงชั้นเดียว ซึ่งช่วยแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้หลายประการพร้อมกัน ชั้นภายในทำจากโพลีเอทิลีนที่ผ่านการเชื่อมโยงข้ามกัน หรือเรียกสั้นๆ ว่า XLPE วัสดุนี้สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้โดยไม่เสื่อมสภาพ และยังคงความมั่นคงแม้จะทำงานต่อเนื่องที่ประมาณ 90 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังคงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าได้ดีแม้อะพันธ์แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงไป หรือเมื่อต้องเผชิญกับรอบการร้อนและเย็นซ้ำๆ อยู่บนชั้นป้องกันนี้ มีการเคลือบอีกชั้นหนึ่งที่เรียกว่า HFFR ซึ่งย่อมาจาก halogen free flame retardant (สารหน่วงการลุกไหม้ที่ไม่มีฮาโลเจน) เปลือกนอกนี้ช่วยป้องกันความเสียหายจากการเสียดสี ความเสียหายจากแสงแดดในระยะยาว และการซึมเข้าของสารเคมีเข้าสู่สายเคเบิล นอกจากนี้ยังเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดตามข้อกำหนด IEC 62930 ซึ่งเกี่ยวข้องกับปริมาณควันที่เกิดขึ้น การไม่มีฮาโลเจนที่เป็นอันตราย และความเร็วในการดับเปลวไฟหลังจากการสัมผัสแหล่งเพลิง การทดสอบจริงแสดงให้เห็นว่า สายเคเบิลสองชั้นเหล่านี้สามารถลดความล้มเหลวทางกลได้ประมาณ 34 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบชั้นเดียวรุ่นเก่า ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในสถานที่ที่แผงโซลาร์เซลล์ติดตั้งอยู่ใกล้กับวัสดุไวไฟ เช่น แผ่นมุงหลังคาบางประเภทหรือโครงสร้างไม้

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อป้องกันความเครียดทางกล

การปฏิบัติตามรัศมีการโค้ง: การบังคับใช้กฎ 8× เพื่อยืดอายุการใช้งานของสาย PV

การดัดสายเคเบิลเกินกว่ารัศมีงอดัดขั้นต่ำตามมาตรฐาน ซึ่งโดยทั่วไปกำหนดไว้ที่แปดเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางสายเคเบิล จะก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรง เช่น ความเสียหายถาวรต่อเส้นลวดนำไฟฟ้า และการแตกร้าวเล็กๆ ในวัสดุฉนวน เมื่อช่างติดตั้งละเลยหลักเกณฑ์นี้ อัตราการเกิดขัดขัดจะเพิ่มขึ้นประมาณ 40% ภายในระยะเวลาเพียงห้าปี โดยสาเหตุหลักคือ ชั้นป้องกันไฟฟ้ารบกวนแตก และจุดอ่อนในฉนวนเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง ควรตรวจสอบคำแนะนำจากผู้ผลิตเสมอ เนื่องจากสาย PV บางรุ่นระดับพรีเมียมสามารถรองรับการดัดโค้งได้แน่นกว่า (เช่น หกเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง) หากติดตั้งอย่างถูกต้องในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ อย่างไรก็ตาม ห้ามถือว่าเป็นเรื่องแน่นอนโดยไม่ตรวจสอบข้อมูลจำเพาะก่อนทุกครั้ง ยกตัวอย่างสายเคเบิล PV เส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ต้องเว้นระยะอย่างน้อย 80 มม. รอบทุกข้อต่อในท่อร้อยสาย มุมของถาดสาย หรือตำแหน่งที่มีการต่อเชื่อม เพื่อรักษาระดับประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความแข็งแรงทางกายภาพให้คงอยู่ยาวนาน

การยึดตรึงอย่างมั่นคงที่ถูกต้อง: หลีกเลี่ยงการขันแคลมป์แน่นเกินไปและสายรัดที่อ่อนแอจากแสง UV

ข้อผิดพลาดในการยึดตรึงสองประการที่เร่งการเสื่อมสภาพทางกลอย่างมีนัยสำคัญ:

• ความเสียหายจากการบีบอัด : การขันแคลมป์สายเคเบิลมาตรฐานแน่นเกินไปจะทำให้ฉนวนบี้หรือแตก ลดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าได้สูงสุดถึง 15% ตามโปรโตคอลการทดสอบ IEC 62446-1
• การเสื่อมสภาพจากแสง UV : สายรัดไนลอนมาตรฐานสูญเสียความแข็งแรงดึงได้ถึง 90% หลังจากถูกแสงแดดโดยตรงเป็นเวลา 12 เดือน—เพิ่มความเสี่ยงในการหลุดออกในช่วงที่มีลมแรงหรือการขยายตัวจากความร้อน

ใช้สายรัดสแตนเลสที่ทนต่อรังสี UV มีขอบเรียบและโค้งมน พร้อมคุณสมบัติจำกัดแรงบิด ติดตั้งจุดยึดห่างกันไม่เกิน 300 มม. ในแนวราบ และใช้ขาตั้งแบบนุ่ม ไม่ใช่โลหะที่จุดสัมผัสทุกจุดเพื่อป้องกันการเสียดสี ข้อมูลการบำรุงรักษาฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์แสดงว่าแนวทางเหล่านี้ช่วยลดข้อผิดพลาดของสายเคเบิลทางกลลงได้ 62% ในช่วงหนึ่งทศวรรษ

การรักษาความสมบูรณ์ของสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์: การตรวจสอบ การทดสอบ และการเข้าแทรกแซงแต่เนิ่นๆ

ระเบียบวิธีการบำรุงรักษาแบบชั้น: การตรวจสอบด้วยตาเปล่า การถ่ายภาพความร้อน และการทดสอบฉนวนไฟฟ้า

การใช้แผนการตรวจสอบสามขั้นตอนช่วยยืดอายุการใช้งานของสายส่งไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ พร้อมทั้งหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน ซึ่งอาจทำให้ระบบหยุดทำงานทั้งหมด เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบรายเดือน โดยพิจารณาอย่างใกล้ชิดในจุดที่สายเคเบิลต่อเข้ากับอุปกรณ์ จุดที่สายเข้าสู่ท่อป้องกัน และส่วนใดๆ ที่วิ่งเปิดอยู่ภายนอก สังเกตหาเครื่องหมายการสึกหรอ ร่องรอยกัดจากสัตว์ฟันแทะ รอยแตกที่เกิดจากการได้รับแสงแดดโดยตรง หรือการเปลี่ยนสีของสายเคเบิล ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงปัญหาที่เกิดขึ้น ปีละหนึ่งครั้ง ให้นำอุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อนมาใช้เพื่อตรวจหาจุดร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณโดยรอบปกติมากกว่า 10 องศาเซลเซียส จุดที่ร้อนเหล่านี้มักบ่งบอกว่าฉนวนเริ่มเสื่อมสภาพ ซึ่งมักเกิดขึ้นบ่อยขึ้นถึงร้อยละ 47 หากไม่ได้รับการดูแล ทุกสองปี ให้ทำการทดสอบเพื่อวัดประสิทธิภาพของฉนวนสายเคเบิลในการต้านทานไฟฟ้าตามมาตรฐานอุตสาหกรรม ซึ่งจะช่วยตรวจจับปัญหาเล็กๆ ได้ก่อนที่จะเกิดประกายไฟหรือการรั่วไหล นำการตรวจสอบทั้งหมดเหล่านี้มาผนวกกับการจัดเก็บบันทึกอย่างถูกต้องและการติดตามแนวโน้ม และจากประสบการณ์ในสนามจริง วิธีนี้ช่วยลดการเปลี่ยนสายเคเบิลที่ไม่คาดคิดลงได้ประมาณสองในสาม เมื่อเทียบกับการซ่อมแซมเฉพาะเมื่อเกิดความเสียหาย นอกจากนี้ยังช่วยชี้ให้เห็นจุดที่มักเกิดปัญหา เช่น ความเสียหายจากแสงยูวีในติดตั้งตามชายหาด ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญสำหรับผู้ผลิตในการปรับปรุงวัสดุที่ใช้

การจัดการสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์ที่พร้อมสำหรับอนาคต: การปฏิบัติตามข้อกำหนด และการออกแบบที่สามารถขยายขนาดได้

ก้าวไกลกว่า NEC 690.31(C) และ IEC 62446-1: การสร้างความยืดหยุ่นให้กับการวางสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์

NEC 690.31(C) และ IEC 62446-1 กำหนดมาตรฐานความปลอดภัยขั้นพื้นฐานสำหรับสายไฟ PV แต่ผู้ที่เคยติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะทราบดีว่า ความทนทานในสภาพจริงจำเป็นต้องมีการวางแผนที่ก้าวไกลเกินกว่าแค่การปฏิบัติตามข้อกำหนดเบื้องต้น ระบบที่ออกแบบได้ดีควรมีลักษณะเช่น เส้นทางการจัดวางแบบโมดูลาร์ พื้นที่เพิ่มเติมภายในท่อร้อยสาย และพื้นที่เพียงพอในกล่องต่อสาย เพื่อให้เมื่อระบบมีการขยายหรืออัปเกรดในอนาคต ไม่จำเป็นต้องรื้อถอนทุกอย่างใหม่ อีกทั้งปัจจุบันแสงแดดมีความรุนแรงมากขึ้น ทั้งจากการได้รับรังสี UV ที่เพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรงขึ้น เราจึงเลือกใช้วัสดุที่สามารถรองรับแรงเครียดได้มากกว่าข้อกำหนดประมาณ 20% แทนที่จะใช้สายเคเบิลมาตรฐานที่ทนได้ถึง 90 องศา ช่างติดตั้งจำนวนมากเลือกใช้สายเคเบิลที่ออกแบบมาให้ทำงานต่อเนื่องได้ที่อุณหภูมิ 120 องศา การบำรุงรักษาก็สำคัญเช่นกัน เราจึงออกแบบทางเดินสำหรับเดินตรวจสอบระหว่างแผงอย่างเหมาะสม ทำเครื่องหมายจุดต่อทุกจุดอย่างชัดเจน และใช้ท่อร้อยสายสีต่าง ๆ เพื่อให้การตรวจสอบและแก้ไขปัญหาในอนาคตทำได้ง่ายขึ้น เมื่อมีปัญหาที่ทราบกันดี เช่น สัตว์กัดแทะสายไฟ หรือปัญหาการกัดเซาะของพื้นดิน ท่อร้อยสายแบบเกราะป้องกัน หรือรางสายฝังในตัวจะกลายเป็นสิ่งจำเป็น ทางเลือกในการออกแบบที่ชาญฉลาดเหล่านี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการปรับปรุงระบบย้อนหลังลงได้ประมาณ 40% ซึ่งสมเหตุสมผลเมื่อพิจารณาจากอายุการใช้งานโดยทั่วไปของระบบเหล่านี้ ผู้ใช้ส่วนใหญ่ต้องการให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างน้อย 25 ปี แม้จะเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ทั้งในรูปแบบสภาพอากาศหรือข้อบังคับ

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดความสมบูรณ์ทางกลจึงมีความสำคัญต่อสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์

ความสมบูรณ์ทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์ เพราะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแรงของโครงสร้างและความน่าเชื่อถือของระบบโฟโตโวลเทก หากระบบขาดคุณสมบัตินี้ สายเคเบิลอาจเกิดความเสียหายได้ง่าย นำไปสู่การล้มเหลวของระบบ

ปัจจัยหลักที่ทำให้สายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์เสื่อมสภาพมีอะไรบ้าง

ปัจจัยหลักที่ทำให้สายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์เสื่อมสภาพ ได้แก่ การแผดรังสี UV การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง และการขีดข่วนจากสภาพแวดล้อม การจัดการที่ไม่เหมาะสม และการสัมผัสทางกายภาพ

การเสื่อมสภาพของสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบโฟโตโวลเทกอย่างไร

สายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสื่อมสภาพสามารถลดความต้านทานฉนวนและการผลิตพลังงาน เพิ่มความเสี่ยงของการรั่วของกระแสไฟฟ้าลงดิน และก่อให้เกิดอาร์กไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของระบบ

มาตรการป้องกันสายเคเบิลพลังงานแสงอาทิตย์มีอะไรบ้าง

มาตรการป้องกันรวมถึงการใช้ท่อร้อยสายเคเบิล เช่น โลหะ HDPE และ PVC ที่มีความต้านทานต่อรังสี UV พร้อมทั้งใช้ปลอกสายเคเบิลสองชั้นที่มีฉนวน XLPE และเปลือกนอกแบบ HFFR เพื่อเพิ่มความทนทานและสอดคล้องตามมาตรฐานความปลอดภัย

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด ได้แก่ การรักษารัศมีการโค้งให้เหมาะสม การใช้วิธียึดตรึงที่ถูกต้องเพื่อป้องกันความเสียหาย การตรวจสอบให้มั่นใจว่าตัวหนีบยึดแน่นหนา และการดำเนินการตรวจสอบและการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอเพื่อตรวจจับสัญญาณเริ่มต้นของความสึกหรอ