בלעדי: איפיון כבלים תקניים ומוסמכים למערכות סולאריות להפקת חשמל

מאת: עמיר יערי

מהנדס כבלים  בחברת Beres Technologies

1. מבוא

בעת בחירת הרכיבים השונים הדרושים לבניית מערכת סולארית להפקת חשמל (להלן מס"ח) נדרש המתכנן להכיר ולהבין מגוון של טכנולוגיות על מנת לבחור את הרכיב האופטימלי מבחינת איכות, עלות, התאמה לדרישות, בטיחות ועוד. מערכות סולאריות נמצאות בסיכון גבוה לכשלים, בהיותן מותקנת בתנאי חוץ, תוך חשיפה לקרינת השמש, לגשם ולחות, לרוח (ויברציות), לברד, לטמפרטורות גבוהות (במיוחד בקייץ הישראלי) ועוד משתנים המשפיעים על הכבלים.

מעטים מהעוסקים בתחום מקדישים תשומת לב של ממש למערכת הכבילה כך שאיפיון הכבלים מסתכם לעיתים בדרישות מצומצמות ביותר (כגון שטח חתך המוליך וצבע המעטה). ההגדרה המצומצמת הזאת מועברת לספק הכבלים וזה מציע כבלים לפי הבנתו ובעיקר לפי מה שיש ביכולתו להציע.

מסקר שנערך התברר שרבות מהחברות המספקות ומתקינות מס"ח בארץ רוכשות ומתקינות כבלים סולאריים שאינם מאושרים ע"י שום גורם מוכר כמתאימים ליעודם. במקרים רבים הדבר נעשה משום שאף אחד מהמעורבים לא ידע שקיימים בתחום זה תקנים מסודרים ומערכת הסמכות מוגדרת היטב. לפעמים זה מצליח ולפעמים לא.

כאשר מערכת הכבילה אינה מתאימה ליעודה אז יעילות המערכת הסולרית נפגמת (כלומר מספקת פחות חשמל ליחידת זמן, במקרה הטוב) או שהיא הופכת למפגע בטיחותי חמור (כולל שריפות, נזקים לרכוש, נפגעים ותביעות משפטיות, במקרה הפחות טוב). מטרתו של מאמר זה היא להבהיר מה יש לעשות על מנת להבטיח את התאמת הכבלים ליעודם, לצמצם את הכשלים ולהוריד את עלויות הביטוח של מס"ח ככל האפשר, וזאת ע"י איפיון מוצרים תקינים ומאושרים בלבד.

2. תקינה בינלאומית למערכות כבילה סולארית

לאחר כשני עשורים של פעילות תעשייתית נרחבת בתחום הסולארי התגבשו תקנים מסודרים ומערכת הסמכות ברורה ויעילה לאיפיון, בדיקה והסמכה של כבלים לשימוש במערכות סולאריות.

2.1 תקינה אירופית:

התקן המוכר באירופה הוא TÜV 2 Pfg 1169/08.2007: Requirements for cables for use in photovoltaic-systems

זהו תקן יעודי, היחיד מסוגו בעולם, שמגדיר באופן פרטני את מבנה הכבלים ואת רשימת הבדיקות שעליהם לעבור על מנת להיות מוגדרים כתואמים לשימוש במס"ח. רוב הבדיקות מבוססות על שיטות בדיקה של תקנים אירופאיים ובינלאומיים.

רשימת הבדיקות שעל הכבל לעבור כוללת בדיקות מכאניות, בדיקות חשמליות, בדיקות עמידה בקרינת השמש, בדיקות בערה, בדיקת פליטת גזים קורוזיביים ועוד, וכולן נועדו לדמות את התנאים שאליהם נחשף כבל סולארי לאורך השנים. (ראה תוספת בסעיף 4)

התקן נכתב ע"י מעבדות TÜV עצמן, ובהיותו הראשון (והיחיד עד כה) המגדיר כבלים למס"ח הוא זה שנדרש בכל פרויקט סולארי רציני באירופה ולמעשה בשאר ארצות העולם פרט ליבשת אמריקה.

בנוסף, הכבלים המאופיינים בתקן זה תואמים במלואם לדרישות תקן IEC העוסק בהתקנת מס"ח:

IEC 60364: ELECTRICAL INSTALLATIONS OF BUILDINGS Part 7-712: Requirements for special installations or locations – Solar photovoltaic (PV) power supply systems

תקן זה מהווה מדריך חשוב לכל העוסקים בהתקנה של מס"ח.
תקנים אירופאיים המגדירים רכיבי מס"ח אחרים נכתבים ע"י קבוצות עבודה של IEC TC 82.

2.2  תקינה אמריקאית:

בארה"ב נמצא בשימוש תקן PHOTOVOLTAIC WIRE :UL 4703

זהו תקן המגדיר את הכבלים באופן חלקי בלבד והוא יישים בארצות שבהן תקנות ה – NEC תקפות ( קרי ארה"ב, קנדה וחלק מארצות אמריקה המרכזית).

3. הסמכות

3.1 הסמכה אירופית

ההסמכה היחידה המקובלת באירופה ובארץ לכבלים המיועדים למס"ח היא ההסמכה של מעבדות TÜV בגרמניה לפי תקן TÜV 2 Pfg 1169/08.2007.

ברשת,רשימת כל היצרנים המוסמכים נמצאת באתר TÜV וניתן לבדוק בקלות ובמהירות איזה יצרן מוסמך לייצר כבלים אלה. כתובת האתר: www.tuvdotcom.com

יצרן שאיננו מופיע ברשימה זו איננו מוסמך ע"י TÜV ואין זה משנה כמה הוא חשוב, גדול או מפורסם. מן הראוי לציין שקיים הסכם רשמי לשיתוף פעולה בין TÜV לבין מכון התקנים הישראלי ע"פ סכמה של  IECEE כך שהסמכה של TÜV תוכר ע"י מת"י אם וכאשר תהיה תקינה ישראלית בנושא.

3.2 . הסמכה אמריקאית

מעבדות UL מספקות הסמכה לכבלים מסוג PV ע"פ תקן 4703  UL . הסמכה זו נדרשת כאשר המערכות מותקנות ביבשת אמריקה.

4. הערות ותוספות

4.1 מסמך זה דן בכבלים בלבד, אך מה שנכתב בו תקף גם לשאר רכיבי המערכת הפסיבית. ניתן למצוא באתר של TÜV רשימת יצרנים המוסמכים לייצור רכיבים נוספים למס"ח.

4.2 יצרני כבלים רבים נמנעים מהגשת הכבלים שלהם להסמכה רשמית.

רבים מצהירים שהכבלים שלהם עומדים בדרישות תקן TÜV ואינם ממהרים להודות שאין להם הסמכה רשמית. הדבר נובע הן מעלויות תהליך ההסמכה והן מהדרישות המחמירות של התקן.לפיכך מומלץ לבדוק ברשימת החברות המוסמכות האם יצרן הכבלים שמציע את מרכולתו כמוסמכת אמנם קיבל תעודת הסמכה רשמית ואם כן, האם תעודה זו כוללת את תחום החתכים והצבעים הנדרש. היות ולצבע המעטה השפעה על עמידות הכבל בקרינת השמש נדרשת הסמכה נפרדת ומפורשת לכל אחד מ- 3 הצבעים המקובלים: שחור, אדום וכחול.

4.3 מידות הכבלים הסולאריים המוגדרות בתקן כוללות עובי בידוד ועובי מעטה מזעריים בלבד ( 0.5 מ"מ). קוטר הכבלים איננו מוגדר.

4.4 . מתח העבודה של הכבלים הסולאריים גורם ללא מעט אי-הבנות, שכן ישנן שתי הגדרות שונות:
מתח העבודה הרשמי לפי הגדרות תקני החשמל האירופים הוא .0.6/1.0Kv AC. המתח המקסימלי המותר בין המוליכים ללא עומס הוא .1.8Kv

4.5 טמפרטורת השימוש המוגדרת של הכבלים הסולאריים גורמת אף היא לאי הבנות: טמפרטורת הסביבה שבה הכבלים נדרשים לתפקד היא בתחום שבין -40 עד +90 מ"צ. חומר הבידוד נדרש לעמוד בטמפרטורה של +120 מ"צ (עקב חימום המוליך).

במקרים של זרם יתר במוליך חומר הבידוד נדרש לעמוד עד טמפרטורה של +200 מ"צ למשך 5 שניות. בהקשר זה יש לציין שכבלים שחורים בהחלט עלולים להגיע לטמפרטורה של 90 מ"צ בתנאי האקלים בארץ. תקן TÜV מגדיר אורך חיים של 25 שנה בטמפרטורת הסביבה המותרת.

מספר זה מתבסס על בליה מואצת של הכבל ב 120- מ"צ למשך 20,000 שעות, עם שמירה על 50%
מההתארכות המקורית של הבידוד והמעטה.

4.6 . מבנה המוליך חייב להיות עשוי מנחושת מצופה בדיל (למיזעור הקורוזיה) וברמת גמישות המוגדרת בתקן וזאת על מנת לצמצם שברים במוליך עקב הויברציות שנגרמות ע"י הרוח.

4.7. יכולת העברת הזרם של הכבלים(AMPACITY) מוגדרת בתקן כתלות בטמפרטורת הסביבה.

4.8 . הכבלים מוגדרים כ- HFFR כלומר מעכבי בערה ונטולי הלוגנים (Halogen-Free) יש לנושא זה חשיבות רבה, בעיקר על מנת לצמצם את כמות הגזים הקורוזיביים הנפלטים בזמן בערה.

(כבלי PVC פולטים בזמן בערה  HCl שהופך לחומצה כלורית כאשר הוא מומס במיים).

4.9 הכבלים חייבים להיות מזוהים בשם היצרן או בקוד המזהה אותו באופן ברור. כבלים שאינם מאפשרים זיהוי כזה אינם נחשבים מוסמכים ע"י TÜV.

לסיכום:

מערכות סולאריות לייצור חשמל מחייבות שימוש ברכיבים מוגדרים כיאות על מנת שיתאימו לתפקידם וישרתו את המשתמש שנים רבות במינימום כשלים ותקלות.

הדרך היחידה להבטיח זאת היא ע"י איפיון והתקנה של כבלים תקניים המאושרים רשמית ע"י מעבדות TÜV ע"פ תקן TÜV 2 Pfg 1169/08.2007. פשרות וקיצורי דרך יכולים לחסוך כסף בטווח הקצר, אולם בטווח הארוך הם עלולים לגרום לנזקים, לנפגעים, לאבדן הביטוח ולהפסד כספי ניכר.

לעיון והורדת מסמך האפיון המורחב בפורמט PDF