銅製ソーラーケーブルに代わるアルミ製ソーラーケーブルの動向分析
世界の太陽光発電設備容量の増加に伴い （IEAのデータによると、2030年までに世界の再生可能エネルギー発電容量を3倍にすることは野心的だが達成可能な目標である）発電所建設は「大規模な拡張」から「微細なコスト削減」へと移行し、太陽光発電プロジェクトの面積が拡大する一方で、コストと品質のバランスを追求するようになりました。従来の銅芯ケーブルは優れた導電性を備えていますが、原材料費の高さと重量の欠点により、大規模地上発電所のケーブル敷設効率と分散型プロジェクトの投資収益率が大幅に制限されています。このような状況において、アルミ導体太陽光ケーブルは、材料革新とプロセスアップグレードによってコストと性能の矛盾を解決する重要なソリューションとなっています。アルミ導体太陽光ケーブルは、以下のコアとなる利点を備え、分散型および大規模発電所の最適なソリューションになりつつあります。
同じ導電率の場合、アルミニウムの1キログラムあたりの価格は銅よりも約30〜50％安く、この価格差は太陽光発電プロジェクトの規模が拡大するにつれてさらに顕著になるでしょう。
EPCは、銅製の太陽光発電用電線をアルミニウム製の太陽光発電用電線に置き換えることで、発電運用効果に影響を与えずに予算を最適化し、プロジェクトコストを大幅に削減できます。
同時に、アルミニウムの資源は豊富で価格も安定しており、銅の価格変動による購買圧力を効果的に軽減することができます。
*5月上旬、SUNKEANのCU-ALワイヤーハーネスソリューションは、ドイツで開催されるミュンヘンエネルギー展示会に出展されます。詳細については、ブースA4.117までお越しください。
アルミ導体太陽光ケーブルの軽量化
電流容量が同じ場合、アルミニウムは銅に比べて約50%～70%の軽量化が可能です。軽量化により、太陽光ケーブルの輸送、保管、設置が容易になり、人件費と設置時間をさらに削減できます。さらに、例えば屋上太陽光発電システムでは、アルミニウム電線接続ソリューションは軽量化の利点を活かして屋根構造全体の重量を軽減することができ、これは建物の荷重安全制限があるプロジェクトにとって非常に重要です。
アルミニウム導体ソーラーケーブルは環境的に持続可能
アルミニウムは地殻に最も多く存在する金属元素（約8%を占める）ですが、銅の埋蔵量はアルミニウムのわずか20分の1に過ぎず、世界の銅資源は枯渇の危機に直面しています（銅鉱山は30～40年しか採掘できないと予想されています）。持続可能性の観点から、カーボンフットプリント指標を別の指標として使用することができます。カーボンフットプリントの会計は、原材料の採掘、生産、輸送、リサイクルの全サイクルをカバーしています。アルミニウム導体の製造プロセスでは、銅導体よりも炭素排出量が70%以上低くなります。100MWの太陽光発電所の場合、アルミニウムソーラーケーブルのライフサイクル全体での炭素排出量は銅ソーラーケーブルよりも約35%低く、これはEU、フランスなどの国や地域の太陽光発電製品のカーボンフットプリントに関する厳しい要件を満たしています。 ケーブルの技術革新により、 スチールベルト装甲アルミニウムソーラーケーブル SUNKEANが開発したこの製品は、耐腐食性と生産エネルギー消費の最適化を考慮しており、重金属汚染のリスクを効果的に低減し、地球環境の質を保護することができます。
ケーブルの銅-アルミニウム変換における技術的困難と安全上の危険性
太陽光発電システムにおいて、銅-アルミ導体の直接接続は、材料特性の違いにより、多くの技術的ボトルネックを形成します。SUNKEANは、低損失で非常に安定した銅-アルミ伝送方式の実現に多大な研究開発投資を行い、お客様にワンストップの銅-アルミケーブル接続ソリューションを提供することに尽力しています。
アルミニウムケーブルの電気化学的腐食現象
銅とアルミニウムの電極電位差によりガルバニック効果が発生し、湿気の多い環境ではアルミニウムの酸化が加速され、接触抵抗の増加、局所的な加熱、さらには火災につながる可能性があります。
この現象はどのようにして発生するのでしょうか？銅とアルミニウムが直接接触すると、電解質（雨水や湿った空気など）中で両金属がマイクロ電池を形成し、アルミニウムは急速に酸化・溶解して陽極となり、銅は陰極として安定した状態を保ちます。この過程で酸化アルミニウム（Al₂O₃）などの絶縁物質が生成され、接触抵抗が初期のマイクロオームレベルからキロオームレベルへと急上昇し、局所的な温度が200℃を超えることがあります。
さらに、研究によると、塩水噴霧環境下では銅とアルミニウムの接合部はわずか30日で顕著な腐食層を形成し、接触抵抗が300%以上増加する可能性があります。そのため、国際規格では、銅とアルミニウムの接続部には、銅とアルミニウムの接合端子やめっき処理などの接合技術を用いることが明確に規定されています。
アルミケーブルの熱膨張と機械的特性の違い
アルミニウムの熱膨張係数は銅よりも大きく、昼夜の温度差が大きい太陽光発電所では、接合部が熱膨張と収縮の繰り返しによりミクロンレベルの変位を生じ、圧着箇所が緩むことがあります。実験によると、1,000回の熱冷交代後、アルミニウム接合部の接触抵抗は平均35%増加するのに対し、銅はわずか8%の増加にとどまります。さらに、アルミニウムはクリープ強度が低く（約50MPa）、長期の電流負荷下では塑性変形を起こしやすく、接続不良のリスクをさらに高めます。SUNKEANは、アルミニウムの熱膨張とクリープ応答に的を絞ったソリューションを採用し、最終的にアルミニウム導体ケーブルの電気的パラメータとアプリケーション安定性の完璧なバランスを実現しました。
アルミケーブルの従来の接続プロセスの限界
アルミニウム表面の自然酸化物層（Al₂O₃）の抵抗率は非常に高く、従来の圧着プロセスではこの層を完全に破壊することが困難であり、有効導電面積が 60% 以上減少してしまいます。たとえば、直径 6 mm のアルミ線を圧着した後、実際の導電断面積は公称値の 40% 未満になる場合があります。さらに、サイズの制限により、小断面ケーブルは標準的な銅-アルミニウム移行端子に適合させることが難しく、建設側は銅線巻きなどの一時的な対策を講じざるを得なくなり、安全上の危険性がさらに増大します。
SUNKEANは、独自の溶接技術に加え、完成品の引張試験、プロファイル分析、温度上昇試験も実施し、アルミ太陽光ケーブルの圧着問題を解決し、アルミ太陽光ケーブルが内部構造と外部性能の両面で最大25年の耐用年数を維持できるようにします。
SUNKEAN は、生産プロセスの厳格な管理に加えて、サポート用の圧着ツールとフル仕様の端子製品も開発し、専門的な圧着手順のガイダンスと銅 - アルミニウム ケーブル仕様の比較選択表を提供し、豊富なプロジェクト実装経験を活用して、お客様が設置プロセス中に遭遇する可能性のあるさまざまな問題を解決します。
将来の動向: アルミニウム導体技術は、太陽光発電業界にどのような変化をもたらすのでしょうか?
銅アルミニウム変換における3つの主要な困難は密接に関連しており、材料科学、プロセス工学、標準化された設計の連携イノベーションを通じて突破口を開く必要があります。国際規格の普及に伴い、アルミ導体太陽光ケーブルの信頼性と経済性はさらに向上し、グリーンエネルギー送電の主流の選択肢となるでしょう。高伝導性アルミ合金材料のブレークスルーにより、中電圧ケーブル分野におけるアルミ導体の代替能力は大幅に向上しました。環境保護の面では、アルミニウムの低エネルギー消費と高いリサイクル率は、世界的なカーボンニュートラルの目標と一致しています。インテリジェント化の潮流の中で、センサーを内蔵した銅アルミニウム端子は、温度上昇と抵抗をリアルタイムで監視し、故障を防ぎ、システムの安全性を向上させることができます。2030年までに、世界のアルミ導体太陽光ケーブル市場は大幅な年間複合成長率を達成すると予想されています。
