Với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống phát điện quang điện (PV) trên toàn cầu, cáp quang điện (cáp PV) – là thành phần quan trọng kết nối các mô-đun PV, bộ biến tần và hộp đấu nối – đóng vai trò quyết định đến sự an toàn tổng thể và tuổi thọ của nhà máy điện mặt trời. So với cáp điện thông thường, cáp quang điện có thiết kế cấu trúc và lựa chọn vật liệu cáp chuyên biệt hơn nhiều.
1. Cáp quang điện là gì?
Cáp quang điện, còn được gọi là cáp năng lượng mặt trời hoặc cáp chuyên dụng cho PV, chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy điện mặt trời, hệ thống quang điện phân tán và các hệ thống PV lắp đặt trên mái nhà. Các mẫu phổ biến bao gồm PV1-F và H1Z2Z2-K, tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như EN 50618 và IEC 62930.
Do cáp quang điện liên tục tiếp xúc với môi trường ngoài trời, chúng phải hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao, bức xạ tia cực tím mạnh, nhiệt độ thấp, độ ẩm và tiếp xúc với ozone. Do đó, yêu cầu đối với vật liệu cách điện và vật liệu vỏ bọc của chúng cao hơn đáng kể so với các loại cáp thông thường. Các đặc tính điển hình bao gồm khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, khả năng chống lão hóa do tia cực tím tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn hóa học, khả năng chống cháy, thân thiện với môi trường và tuổi thọ thiết kế từ 25 năm trở lên.
2. Những thách thức đối với vật liệu cáp trong ứng dụng quang điện
Trong các ứng dụng thực tế, cáp quang điện thường được lắp đặt trực tiếp ngoài trời. Ví dụ, ở các khu vực châu Âu, nhiệt độ môi trường xung quanh hệ thống quang điện có thể lên tới gần 100°C trong điều kiện nắng. Đồng thời, cáp còn phải chịu bức xạ tia cực tím trong thời gian dài, sự dao động nhiệt độ ngày đêm và ứng suất cơ học.
Trong điều kiện như vậy, cáp PVC tiêu chuẩn hoặc cáp cao su thông thường không thể duy trì hiệu suất ổn định lâu dài. Ngay cả cáp cao su được đánh giá hoạt động ở 90°C hoặc cáp PVC được đánh giá ở 70°C cũng dễ bị lão hóa lớp cách điện, nứt vỏ và suy giảm hiệu suất nhanh chóng khi được sử dụng trong các hệ thống quang điện ngoài trời, làm giảm đáng kể tuổi thọ của hệ thống.
3. Hiệu năng cốt lõi của cáp quang điện: Vật liệu cách điện và vỏ bọc chuyên dụng
Những ưu điểm vượt trội về hiệu suất của cáp quang điện chủ yếu đến từ các hợp chất cách điện và lớp vỏ bọc chuyên dụng cho quang điện. Hệ thống vật liệu chính được sử dụng hiện nay là polyolefin liên kết ngang bằng bức xạ, thường dựa trên polyetylen (PE) chất lượng cao hoặc các polyolefin khác.
Thông qua chiếu xạ chùm electron, các chuỗi phân tử của vật liệu trải qua quá trình liên kết chéo, chuyển đổi cấu trúc từ nhựa nhiệt dẻo sang nhựa nhiệt rắn. Quá trình này giúp tăng cường đáng kể khả năng chịu nhiệt, khả năng chống lão hóa và hiệu suất cơ học. Vật liệu polyolefin liên kết chéo bằng bức xạ cho phép cáp quang điện hoạt động liên tục ở nhiệt độ 90–120°C, đồng thời cung cấp độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ thấp, khả năng chống tia UV, chống ozone và chống nứt do ứng suất môi trường. Ngoài ra, các vật liệu này không chứa halogen và thân thiện với môi trường.
4. So sánh cấu trúc và vật liệu: Cáp quang điện so với cáp thông thường
4.1 Cấu trúc và vật liệu điển hình của cáp quang điện
Dây dẫn: Dây dẫn bằng đồng đã ủ hoặc dây dẫn bằng đồng mạ thiếc, kết hợp khả năng dẫn điện cao với khả năng chống ăn mòn.
Lớp cách điện: Hợp chất cách điện polyolefin liên kết ngang bức xạ (vật liệu cách điện chuyên dụng cho cáp PV)
Lớp vỏ bọc: Hợp chất polyolefin liên kết ngang bức xạ, cung cấp khả năng bảo vệ lâu dài ngoài trời.
4.2 Cấu trúc và vật liệu điển hình của các loại cáp thông thường
Dây dẫn: Dây dẫn bằng đồng hoặc dây dẫn bằng đồng mạ thiếc.
Lớp cách nhiệt: Hợp chất cách nhiệt PVC hoặcXLPE (polyetylen liên kết chéo)hợp chất cách điện
Lớp vỏ bọc:PVChợp chất bao bọc
5. Sự khác biệt cơ bản về hiệu năng do lựa chọn vật liệu
Xét về cấu tạo dây dẫn, cáp quang điện và cáp thông thường về cơ bản là giống nhau. Sự khác biệt cơ bản nằm ở việc lựa chọn vật liệu cách điện và vật liệu vỏ bọc.
Vật liệu cách điện PVC và vỏ bọc PVC được sử dụng trong cáp thông thường chủ yếu phù hợp với môi trường trong nhà hoặc môi trường có điều kiện tương đối ôn hòa, có khả năng chịu nhiệt, tia UV và lão hóa hạn chế. Ngược lại, vật liệu cách điện và vỏ bọc polyolefin liên kết ngang bằng bức xạ được sử dụng trong cáp quang điện được phát triển đặc biệt để hoạt động ngoài trời lâu dài và có thể duy trì hiệu suất điện và cơ học ổn định trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Do đó, mặc dù việc thay thế cáp thông thường bằng cáp quang điện có thể giảm chi phí ban đầu, nhưng nó làm tăng đáng kể rủi ro bảo trì và rút ngắn tuổi thọ tổng thể của hệ thống quang điện.
6. Kết luận: Việc lựa chọn vật liệu quyết định độ tin cậy lâu dài của hệ thống quang điện.
Cáp quang điện không chỉ đơn thuần là sản phẩm thay thế cho cáp thông thường, mà là các sản phẩm cáp chuyên dụng được thiết kế riêng cho các ứng dụng quang điện. Độ tin cậy lâu dài của chúng phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn vật liệu cách điện và vật liệu vỏ bọc cáp quang điện hiệu suất cao, đặc biệt là việc ứng dụng đúng cách các hệ vật liệu polyolefin liên kết ngang bằng bức xạ.
Đối với các nhà thiết kế, lắp đặt hệ thống quang điện và nhà cung cấp vật liệu cáp, việc hiểu rõ sự khác biệt về vật liệu giữa cáp quang điện và cáp thông thường là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn, ổn định và lâu dài của các nhà máy điện mặt trời.
Thời gian đăng bài: 31/12/2025