استفاده از هادی‌های آلومینیومی در سیستم‌های خورشیدی (فتوولتائیک) به دلیل هزینه کمتر و وزن سبک‌تر نسبت به مس، به‌ویژه در کابل‌های انتقال اصلی (Main DC Cables) که فواصل طولانی را طی می‌کنند، بسیار جذاب است. با این حال، استفاده از آلومینیوم چالش‌های فنی خاصی دارد که اگر نادیده گرفته شوند، می‌توانند منجر به داغ شدن اتصالات، افت ولتاژ شدید و حتی آتش‌سوزی شوند.

در ادامه، راهنمای فنی طراحی کابل‌های خورشیدی با هادی آلومینیوم را در سه بخش کلیدی بررسی می‌کنیم:

1. محاسبات افت ولتاژ (Voltage Drop)

در سیستم‌های DC خورشیدی، مدیریت افت ولتاژ حیاتی است زیرا مستقیماً بر بازده انرژی تأثیر می‌گذارد. از آنجا که مقاومت ویژه (Resistivity) آلومینیوم حدود 1.6 برابر مس است، برای دستیابی به رسانایی مشابه، باید سطح مقطع کابل را افزایش دهید.

فرمول محاسبه

برای محاسبه افت ولتاژ در جریان DC از رابطه زیر استفاده کنید:

$$\Delta V = \frac{2 \times L \times I \times \rho}{A}$$

که در آن:

• $\Delta V$: افت ولتاژ (ولت)
• $L$: طول کابل (متر – مسیر رفت)
• $I$: شدت جریان (آمپر – معمولاً $I_{mp}$ یا $I_{sc}$ بسته به استاندارد طراحی)
• $A$: سطح مقطع کابل ($mm^2$)
• $\rho$: مقاومت ویژه هادی (برای آلومینیوم تقریباً $0.028 \ \Omega \cdot mm^2/m$ در دمای 20 درجه سانتی‌گراد)

نکته مهم: همیشه محاسبات را برای دمای کاری کابل (مثلاً 60 یا 90 درجه سانتی‌گراد) تنظیم کنید، زیرا مقاومت با افزایش دما بالا می‌رود.

استاندارد پذیرش

• سمت DC (استرینگ‌ها تا اینورتر): پیشنهاد می‌شود افت ولتاژ زیر 1٪ تا 1.5٪ نگه داشته شود.
• معمولاً برای جایگزینی کابل مسی با آلومینیومی، باید سایز کابل آلومینیومی را دو سایز بالاتر انتخاب کنید (مثلاً جایگزینی مس 50 با آلومینیوم 95).

2. چالش‌های فنی در سیستم DC

کابل‌های خورشیدی در معرض شرایط محیطی سخت و ولتاژهای بالا (تا 1500 ولت DC) هستند. آلومینیوم در این شرایط رفتارهای خاصی دارد:

• خزش (Cold Flow): آلومینیوم فلزی نرم است و تحت فشار پیچ ترمینال به مرور زمان تغییر شکل می‌دهد (له می‌شود). این باعث شل شدن اتصال و ایجاد نقطه داغ (Hot Spot) می‌شود.
• اکسیداسیون سریع: آلومینیوم به محض مجاورت با هوا، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم تشکیل می‌دهد که عایق الکتریکی است. این لایه باید قبل از اتصال شکسته شود.
• انبساط حرارتی: ضریب انبساط آلومینیوم با مس و فولاد متفاوت است. در چرخه‌های گرم و سرد شدن روز و شب، این تفاوت باعث شل شدن اتصالات می‌شود.

3. انتخاب تِرمینال و اتصالات (بسیار حیاتی)

بزرگترین اشتباه در استفاده از کابل آلومینیومی، اتصال مستقیم آن به ترمینال‌های مسی یا برنجی معمولی (مثلاً ورودی‌های مسی اینورتر یا کانکتورهای MC4 استاندارد) است. این کار باعث خوردگی گالوانیک می‌شود.

راهکارهای صحیح اتصال:

1. استفاده از کابلشوهای بیو‌متال (Bi-metallic Lugs):این کابلشوها دارای بدنه‌ای از جنس آلومینیوم (برای کریمپ شدن روی کابل) و سری از جنس مس (برای پیچ شدن به شینه یا ترمینال مسی) هستند. این قطعه از خوردگی بین دو فلز جلوگیری می‌کند.
2. کانکتورهای مخصوص (PV Connectors):اکثر کانکتورهای استاندارد MC4 فقط برای مس طراحی شده‌اند. هرگز کابل آلومینیومی را مستقیماً وارد یک MC4 معمولی نکنید. برای اتصال کابل آلومینیوم اصلی به استرینگ‌ها، باید از جعبه تقسیم (Combiner Box) استفاده کنید که در آن کابل آلومینیوم با کابلشو به شینه متصل شده و سپس به تجهیزات می‌رود.
3. گریس‌های بازدارنده اکسید (Contact Grease/Paste):هنگام اتصال کابل آلومینیومی، باید از گریس‌های مخصوص (مانند پنسروخ) استفاده شود. این گریس از نفوذ اکسیژن و رطوبت جلوگیری کرده و هدایت الکتریکی را بهبود می‌بخشد.
4. واشرهای فنری و تخت (Cupal Washers):برای مدیریت انبساط و انقباض حرارتی، استفاده از واشرهای فنری استاندارد (ترجیحاً دیسکی/Bleville) زیر پیچ ترمینال الزامی است تا فشار اتصال همیشه حفظ شود.

جدول مقایسه سریع (مس در برابر آلومینیوم)

جمع‌بندی و گام اجرایی

استفاده از کابل آلومینیومی در بخش “Homerun” (فاصله بین آخرین پنل یا کامباینر باکس تا اینورتر مرکزی) بسیار اقتصادی است، اما در سیم‌کشی بین پنل‌ها (Inter-module) توصیه نمی‌شود.