Kabel und Solarkabel: Das Bindeglied der Zukunft der Energie

Im Zuge der heutigen Energiewende ist die Stromübertragung von entscheidender Bedeutung. Kabel sind der Schlüssel dazu, und Solarkabel stellen eine neue Kraft im Bereich der neuen Energien dar. Dieses Buch untersucht den Zusammenhang zwischen beiden und lüftet das Geheimnis.

I. Einleitung
Im Zeitalter des rasanten technologischen Fortschritts entwickeln sich die Bereiche Energieübertragung und -nutzung stetig weiter. Kabel, als grundlegende Komponente der Energieübertragung, finden in verschiedenen Branchen und im Alltag breite Anwendung. Angesichts des zunehmenden Interesses an erneuerbaren Energien spielt das speziell für Solaranlagen entwickelte Solarkabel eine entscheidende Rolle im Bereich der neuen Energien. Obwohl sie scheinbar unabhängig voneinander agieren, sind sie eng miteinander verbunden und bilden gemeinsam ein modernes Energieübertragungsnetz, das zur nachhaltigen Entwicklung der Menschheit beiträgt.

II. Grundkenntnisse und vielfältige Anwendungsgebiete von Kabeln
(I) Definition und Struktur
Ein Kabel besteht üblicherweise aus einem oder mehreren isolierten Leitern, die von einer oder mehreren Schutzschichten umhüllt sind, um eine sichere und stabile Stromübertragung zu gewährleisten. Sein Grundaufbau umfasst Leiter, Isolierschichten, Schirmungen (falls vorhanden) und Kabelmäntel. Die Leiter bestehen in der Regel aus Metallen mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Die Isolierschichten bestehen aus isolierenden Materialien wie Gummi und Kunststoff, um Stromverluste zu verhindern. Die Schirmungen dienen der Reduzierung externer elektromagnetischer Störungen, und die Kabelmäntel schützen die innere Struktur des Kabels vor mechanischen Beschädigungen, chemischer Korrosion und Umwelteinflüssen.

(II) Traditionelle Anwendungsgebiete
Baufeld
In der Stromversorgung von Gebäuden verlaufen Kabel durch verschiedene Räume und Etagen und versorgen Beleuchtung, Elektrogeräte, Aufzüge usw. mit Strom. Vom Verteilerkasten bis zu jedem einzelnen Stromanschluss werden Kabel unterschiedlicher Dimensionierung entsprechend der Lastgröße verlegt, um eine effiziente und sichere Stromverteilung zu gewährleisten. Beispielsweise verlaufen in Hochhäusern zahlreiche Stromkabel in den Schächten und verbinden die Stromzählerkästen der einzelnen Haushalte mit den Verteilerkästen im Gebäude, um den täglichen Strombedarf der Bewohner zu decken.

Industrieproduktion
Sämtliche Produktionsanlagen in Fabriken, wie Werkzeugmaschinen, Motoren und automatisierte Produktionslinien, sind auf Kabel zur Übertragung von Strom und Steuersignalen angewiesen. Industriekabel müssen eine hohe Spannungsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen, um den rauen Produktionsbedingungen standzuhalten. In Stahlwerken verbinden hochfeste Kabel riesige Stahlöfen und verschiedene Hebezeuge und widerstehen hohen Temperaturen und Belastungen, um die Kontinuität und Stabilität des Produktionsprozesses zu gewährleisten.

III. Eigenschaften von Solarkabeln und ihre Schlüsselrolle in Solarenergiesystemen

(I) Besondere Leistungsanforderungen
Witterungsbeständigkeit
Solarkabel sind über lange Zeit der Witterung ausgesetzt und müssen den Belastungen durch direkte Sonneneinstrahlung, UV-Strahlung, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Wind, Sand und andere natürliche Faktoren standhalten. Daher besteht ihr Mantelmaterial aus speziellen Kunststoffen mit hervorragender Witterungsbeständigkeit, wie beispielsweise vernetztem Polyethylen (XLPE) oder Polyvinylchlorid (PVC). Diese Materialien widerstehen wirksam der schädlichen Wirkung von UV-Strahlung, verhindern die Alterung und Rissbildung des Kabelmantels und gewährleisten die Isolationsleistung und mechanische Festigkeit des Kabels im Langzeiteinsatz.

UV-Beständigkeit
Ultraviolette Strahlung ist einer der Hauptfaktoren für die Alterung von Kabelmantelmaterialien. Solarkabel verbessern ihre UV-Beständigkeit durch die Zugabe von Additiven wie UV-Stabilisatoren und Antioxidantien. Diese Additive absorbieren die Energie der UV-Strahlung und verhindern so die Zerstörung der Molekülketten des Kabelmaterials. Dadurch wird die Lebensdauer des Kabels verlängert. Experimente zeigen, dass die Leistungsfähigkeit speziell entwickelter Solarkabel auch nach jahrelanger, kontinuierlicher Freilegung im Freien die Anforderungen von Solarenergieanlagen erfüllt.

Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen
Der Betriebstemperaturbereich von Solaranlagen ist relativ groß und reicht von kalten Wintern bis zu heißen Sommern, wobei die Temperaturschwankungen mehrere Dutzend Grad Celsius betragen können. Solarkabel müssen unter solchen Temperaturbedingungen flexibel bleiben und ihre elektrische Leistungsfähigkeit beibehalten. Ihre Isolier- und Mantelmaterialien werden speziell behandelt, sodass sie bei niedrigen Temperaturen nicht spröde oder hart werden und bei hohen Temperaturen nicht weich werden oder fließen. Dadurch wird der einwandfreie Betrieb des Kabels auch unter extremen Temperaturbedingungen gewährleistet. Beispielsweise können in Solarkraftwerken in Wüstengebieten die Tagestemperaturen über 50 °C erreichen, während die Nachttemperaturen unter 0 °C fallen können. Solarkabel können dennoch zuverlässig Strom übertragen und so den stabilen Betrieb des Kraftwerks sicherstellen.

(II) Rolle in Solarenergieerzeugungssystemen
Modulanschluss
Solarkabel verbinden Solarmodule zu einem Batteriespeicher. Dabei beeinflussen Qualität und Leistungsfähigkeit des Kabels direkt die Effizienz und Stabilität der Stromübertragung zwischen den Modulen. Hochwertige Solarkabel gewährleisten eine verlustarme Stromübertragung, reduzieren Energieverluste durch schlechten Kontakt oder zu hohen Widerstand und verbessern die Stromerzeugungseffizienz des gesamten Solarkraftwerks. Beispielsweise sind in großen Freiflächen-Photovoltaikkraftwerken Tausende von Solarmodulen über Solarkabel in Reihe und parallel geschaltet und bilden so eine riesige Stromerzeugungsmatrix. Jeder Fehler in einer Kabelverbindung kann die Stromerzeugung des gesamten Kraftwerks beeinträchtigen.

Anschluss an Wechselrichter
Der Wechselrichter ist eine der Kernkomponenten einer Solaranlage. Er wandelt den von den Batteriemodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom für den Hausgebrauch oder die Netzeinspeisung um. Das Solarkabel verbindet die Batterieanlage mit dem Wechselrichter und überträgt den Gleichstrom zur Umwandlung. Dabei muss die Strombelastbarkeit des Kabels den Systemanforderungen entsprechen, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Wechselrichters zu gewährleisten und Sicherheitsprobleme oder Geräteschäden durch Kabelüberlastung zu vermeiden. Gleichzeitig ist die Schirmung des Kabels von großer Bedeutung, da sie elektromagnetische Störungen während der Gleichstromübertragung reduziert und so den stabilen Betrieb und die Stromqualität des Wechselrichters sicherstellt.

Systemverkabelung und Energieübertragung
Neben der Modulverbindung und der Verbindung mit dem Wechselrichter übernimmt das Solarkabel auch die Verkabelung und Stromübertragung des gesamten Solarstromsystems. Der vom Wechselrichter erzeugte Wechselstrom wird über das Kabel zum Verteilerkasten geleitet und von dort an verschiedene elektrische Geräte verteilt oder ins Stromnetz eingespeist. Dabei realisiert das Solarkabel die Verbindung und Integration mit herkömmlichen Kabeln und bildet gemeinsam mit diesen eine vollständige Stromübertragungskette. Beispielsweise wird bei dezentralen Solaranlagen auf Dächern das Solarkabel von den Dachmodulen entlang der Wände oder Kabelkanäle zum Verteilerkasten im Haus verlegt. Von dort aus wird der Strom über herkömmliche Kabel an die Haushaltsgeräte weitergeleitet, wodurch der Solarstrom lokal verbraucht und überschüssiger Strom ins Netz eingespeist wird.

IV. Die Verbindung und gegenseitige Beeinflussung zwischen Kabel und Solarkabel
(I) Technologisches Erbe und Innovation
Solarkabel haben in gewissem Maße die Fertigungstechnologien und -prozesse traditioneller Kabel übernommen, wie beispielsweise das Verseilen der Leiter, das Extrudieren der Isolierschichten, das Verflechten der Schirmschichten und das Ummanteln. Um jedoch den besonderen Anforderungen von Solarenergieanlagen gerecht zu werden, wurden bei Solarkabeln zahlreiche Innovationen in der Materialauswahl, im Strukturdesign und in der Leistungsoptimierung umgesetzt. So werden beispielsweise neue, hochtemperatur- und witterungsbeständige Isolier- und Mantelmaterialien verwendet und Querschnittsform und -größe des Kabels optimiert, um die Strombelastbarkeit und Wärmeableitung zu verbessern. Diese innovativen Technologien liefern wiederum neue Ideen und Entwicklungsrichtungen für die traditionelle Kabelindustrie und fördern den Fortschritt der gesamten Kabeltechnologie.

(II) Gemeinsamkeit von Normen und Spezifikationen
Obwohl Solarkabel spezifische Leistungsanforderungen und Anwendungsbereiche haben, folgen sie in Bezug auf grundlegende elektrische Eigenschaften, Sicherheitsstandards und Qualitätsvorgaben vielen gemeinsamen Prinzipien und Normen mit herkömmlichen Kabeln. So müssen beispielsweise beide bestimmte elektrische Sicherheitsmerkmale wie Spannungsfestigkeit, Isolationswiderstand und Flammwidrigkeit erfüllen und den relevanten nationalen und internationalen Normen für Kabelherstellung und Installation entsprechen. Diese Gemeinsamkeiten ermöglichen es Kabelherstellern, ihre Produktion von Solarkabeln im Rahmen des bestehenden Produktionssystems und Qualitätskontrollrahmens auszuweiten, die Produktionskosten zu senken und gleichzeitig die Qualität und Zuverlässigkeit von Solarkabeln zu sichern sowie deren Markteinführung und Anwendung zu fördern.

(III) Synergie zwischen Marktnachfrage und industrieller Entwicklung
Angesichts des stetig wachsenden globalen Bedarfs an sauberer Energie verzeichnet der Markt für Solarenergie einen Boom, der die Nachfrage nach Solarkabeln direkt ankurbelt. Die Entwicklung der Solarkabelindustrie wiederum fördert die strukturelle Anpassung und Modernisierung der gesamten Kabelindustrie. Traditionelle Kabelunternehmen haben einerseits ihre Investitionen in Forschung, Entwicklung und Produktion von Solarkabeln erhöht, um die Marktnachfrage nach Kabeln für neue Energien zu decken. Andererseits hat die Entwicklung von Solarkabeln auch mehr Kapital und Technologie in die Kabelindustrie gelenkt und so technologische Innovationen und die industrielle Integration gefördert. Beispielsweise konzentrieren sich einige aufstrebende Kabelunternehmen auf die Forschung, Entwicklung und Produktion von Solarkabeln . Dank ihrer technologischen Vorteile und ihres Marktanteils im Bereich der neuen Energien haben sie sich nach und nach in der Branche etabliert und sind zu einer neuen Triebkraft für die Entwicklung der Kabelindustrie geworden.