Złącza fotowoltaiczne powszechnie znane jako MC4 stworzyła i wprowadziła na rynek szwajcarska firma Multi-Contact (czyli MC). Cyfra „4” w nazwie pochodzi od średnicy kontaktu elektrycznego równego 4 mm. Złącza są powszechnie kopiowane przez wiele firm, w tym także europejskich (rys. 1).
Fot. 1. Oryginalne złącza MC4 – pierwsze z lewej – i ich kopie
Nadal to jednak oryginalne złącza firmy MC zapewniają minimalne straty wyprodukowanej energii od momentu uruchomienia i przez cały czas działania instalacji oraz jej bezpieczeństwo, ponieważ:
- Kontakty elektryczne wykonane są z miedzi cynowanej (w kopiach spotyka się np. stop CuNiSi);
- Pokrycie cyną miedzianych pinów zmniejsza tempo korozji elektrochemicznej, powodującej wzrost w czasie rezystancji połączenia (posrebrzanie kontaktów jest gorszym rozwiązaniem ze względu na większą wartość potencjału elektrochemicznego na połączeniu Cu-Ag);
- Kontakty żeńskie wyposażone są w elementy sprężyste polepszające siłę styku;
- Kontakty elektryczne łączy się z przewodem za pomocą zaciskania, co zapewnia lepszy kontakt elektryczny niż zatrzaski.
Dzięki ww. cechom rezystancja kontaktu jest minimalna nawet po 20–25 latach i nigdy nie przekroczy wartości 0,35 mΩ, co potwierdziły wyniki testów starzeniowych wykonanych przez firmę Multi-Contact. Maksymalna wartość rezystancji kontaktu w monitorowej przez 12 lat instalacji PV wybudowanej na dachu firmy MC, zmierzonej w warunkach rzeczywistych, nie przekroczyła wartości 0,18 mΩ (wykres 1).
Wykres 1. Rezystancja kontaktu R (μΩ) w funkcji czasu t (dni)
Wybierając złącza do instalacji fotowoltaicznej, należy zdawać sobie sprawę, że choć prawie wszystkie wyglądają podobnie, to ich obraz termowizyjny w czasie przepływu prądu produkowanego przez moduły może znacznie się różnić, o czym świadczy opublikowany wynik testu wykonanego w 2004 przez TÜV Rheiland (źródło: TÜV Rheiland 12/2004). TÜV wybrał do testu złącza PV dostępne na rynku (fot. 2), obciążył je i zmierzył temperaturę kamerą termowizyjną (fot. 3).
Fot. 2. Złącza wybrane przez TÜV Rheiland do testu
Fot. 3. Obraz termowizyjny obciążonych złączy PV
Temperatura niektórych złączy w czasie przepływu prądu była bardzo wysoka, co oznacza, że duża część wyprodukowanej energii wydzieliła się w postaci ciepła, czyli została stracona. Innym, bardzo ważnym, skutkiem zbyt wysokiej temperatury jest niszczenie izolacji złączy i przewodów.
Jedna z firm, która produkuje złącza łudząco podobne do złączy MC4, podawała w katalogu z 2010 r. rezystancję kontaktu swoich złączy ≤ 5.0 mΩ. Poniższe 2 przykłady obliczenia energii wydzielonej się w postaci ciepła na złączach obrazują, jak duże wartości mogą wchodzić w grę.
(...)
Przykład nr 1
Obliczenie energii straconej na jednym połączeniu w ciągu 1 godziny na rezystancji kontaktu R= 4 mΩ, dla prądu I=10A
En=R x I²x t = 4mΩ x (10A) ² x 1h=400 mWh= 0,4 Wh
Na 100 połączeniach (wtyk/gniazdo) będzie to wartość 40 Wh, czyli stracimy tyle energii, ile pobiera żarówka 40 W (!!!)
Przykład nr 2 (złącza MC4 firmy Multi-Contact)
Obliczenie energii straconej na jednym połączeniu w ciągu 1 godziny na rezystancji kontaktu R= 0,35 mΩ, dla prądu I=10A
En=R x I²x t = 0,35mΩ x (10A) ² x 1h=35 mWh= 0,035 Wh
Na 100 połączeniach (wtyk/gniazdo) będzie to wartość tylko 3,5 Wh
Oczywistym jest, że im większa instalacja, tym większa ilość złączy, a w konsekwencji większa możliwa wartość energii straconej na rezystancji kontaktu, a co za tym idzie, mniejsza efektywność energetyczna danej instalacji.
Inwestorzy dużych elektrowni PV najpewniej nie zdają sobie sprawy, że zamawiając dużą ilość paneli fotowoltaicznych, mogą żądać od ich producentów, aby wyposażyli je w puszki odprowadzające prąd ze złączami zaufanej firmy lub dostarczyli je bez złączy, ponieważ każdy panel, to jedna para złączy, (czyli pojedyncze źródło strat).
14 października 2015 r. Polska Grupa Energetyczna Energia Odnawialna S.A. (http://www.pgeeo.pl/o-spolce/projekty-dofinansowane#elektrowniafotowoltaiczna-na-gorze-zar) oddała do użytku elektrownię fotowoltaiczną o mocy 600 kW na Górze Żar w Międzybrodziu Żywieckim, w której zainstalowano 2400 paneli PV (fot. 4). Instalację zrealizowała firma Mybatt z Warszawy, która we wszystkich swoich instalacjach stosuje wyłącznie oryginalne złącza MC4.
Fot. 4. Elektrownia fotowoltaiczna należąca do PGE Energia Odnawialna S.A. na Górze Żar (http://www.gkpge.pl/)
Biorąc pod uwagę dane z przykładu nr 1, gdyby panele wyposażone były w złącza złej jakości, straty energii wyprodukowanej w tej elektrowni tylko w ciągu 1 godziny dla prądu 10A mogłyby wynieść 2400 x 0,4 Wh = 960 Wh (prawie 1 kWh!).
Ważną informacją dla inwestorów oraz projektantów dużych elektrowni może być to, że złącza MC4 firmy Multi-Contact mogą być stosowane w instalacjach o napięciu 1500 V, na co firma MC posiada stosowny certyfikat TÜV (warunkiem jest ogrodzenie ograniczające dostęp).
Wszystkie elementy połączeniowe produkowane przez firmę Multi-Contact odpowiadają obowiązującym normom (DIN V VDE V 01263, ochrona przed dotykiem bezpośrednim – IP2X, według normy IEC60529), zapewniając bezpieczeństwo użytkowania nawet w sytuacji rozłączenia obwodu, a należy zdać sobie sprawę, że napięcie nominalne instalacji może wynosić nawet 1000V-1500V.
Jak rozpoznać oryginalne złącza MC4?
1. Na obudowie wtyku ( MINUS) znajdują się białe napisy: z jednej strony „ STOP”, a z drugiej „Do not disconnect under load” („Nie rozłączaj w czasie przepływu prądu”)
2. Czarny kolor uszczelki wykonanej z poliamidu (PA) o bardzo wysokiej odporności na starzenie termiczne
3. Na obudowie gniazda (PLUS) widnieją wytłoczone pierwsze litery nazwy firmy, czyli MC, oraz UR informujące o posiadanym amerykańskim certyfikacie UL
Złącza firmy Multi-Contact posiadają następujące certyfikaty:
1. TÜV
2. UL (USA) (Większość producentów złączy posiada tylko certyfikat TÜV)
3. CSA (Kanada)
4. GOST (Rosja)
5. Odporności na sole zawarte w powietrzu
6. Odporności na amoniak zawarty w powietrzu (ważne w okolicach rolniczych)
Podsumowanie
Zastosowanie oryginalnych złączy MC4 firmy Multi-Contact zapewnia:
- Bezpieczeństwo pożarowe i elektryczne (skutkiem przegrzewania złączy może być zniszczona izolacja, co powoduje groźbę powstania łuku elektrycznego, a w jego następstwie pożaru);
- Niezawodność (brak przerw serwisowych w pracy instalacji);
- Dużą sprawność instalacji w długim okresie;
- Większy zysk całkowity inwestycji (mniejsze straty energii na rezystancji złączy i przewodów).
Wszystko to znacznie przewyższa znaczenie zwiększonych, wstępnych kosztów inwestycji, które według szacunków firmy MC mogą wynosić 1 USD/ 1 kWp mocy zainstalowanej.
mgr inż. Alicja Miłosz
Semicon Sp. z o.o.
www.semicon.com.pl
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 01/2016
