تتسبب كابلات التيار المستمر ذات الحجم الصغير في انخفاض الجهد الكهربائي وفقدان الطاقة ومخاطر الحريق. الكابلات كبيرة الحجم تهدر المال على النحاس. الهدف من تحديد حجم الكابل هو العثور على الحد الأدنى من المقطع العرضي الذي يحمل تيار التصميم بأمان مع انخفاض مقبول في الجهد وارتفاع درجة الحرارة طوال عمر الكابل البالغ 25 عامًا. يغطي هذا الدليل الخطوات الهندسية لتحديد حجم كابلات التيار المستمر من سلاسل الطاقة الكهروضوئية إلى العاكس، وفقًا لممارسة IEC 60364 وEN 50618.
الخطوة 1: تحديد تيار التصميم
بالنسبة لكابل السلسلة الكهروضوئية، فإن الحد الأقصى لتيار التشغيل هو تيار الدائرة القصيرة للوحدة (Isc) عند STC. يجب أن يحمل الكابل هذا دون تجاوز التيار المقدر له في ظل أسوأ ظروف التشغيل.
تيار التصميم لكابلات سلسلة DC هو:
إيديزاين = 1.25 × إيسك (STC)
يمثل العامل 1.25 ظروف الإشعاع التي تزيد عن 1000 واط/م² (والتي تحدث لفترة وجيزة أثناء أحداث تعزيز حافة السحابة) ويوفر هامش أمان وفقًا للمواصفة IEC 60364-7-712.
بالنسبة لوحدة 400 Wp نموذجية مع Isc = 10.0 A: Idesign = 12.5 A لكل سلسلة.
بالنسبة لكابل الإخراج المجمع الذي يخدم سلاسل N على التوازي: Idesign = 1.25 × Isc × N.
الخطوة 2: تطبيق خفض درجة الحرارة
يتم تحديد تصنيفات تيار الكابل عند درجة حرارة محيطة مرجعية (عادةً 30 درجة مئوية للكابلات المدفونة، و40 درجة مئوية للقناة/الهواء الحر). في درجات الحرارة المرتفعة، يجب خفض مستوى الكابل:
| درجة الحرارة المحيطة | عامل التخفيض (كابل النحاس، عزل XLPE) |
|---|---|
| 30 درجة مئوية (مرجع) | 1.00 |
| 40 درجة مئوية | 0.87 |
| 50 درجة مئوية | 0.71 |
| 60 درجة مئوية | 0.50 |
| 70 درجة مئوية | 0.00 (الكابل غير مناسب فوق 70 درجة مئوية لمعيار XLPE) |
في المناخات الحارة حيث تصل أسطح الأسطح إلى 60-70 درجة مئوية، يجب أن تستخدم الكابلات التي يتم توجيهها على طول الجانب السفلي من الألواح كابلات ذات درجات حرارة أعلى (كابلات كهروضوئية مصنفة 120 درجة مئوية أو 150 درجة مئوية - معتمدة من EN 50618) بدلاً من 90 درجة مئوية XLPE القياسية. حدد دائمًا درجة حرارة التثبيت، وليس درجة حرارة الهواء المحيط، عند تغيير حجم الكابلات في المناخات الحارة.
الخطوة 3: تطبيق طريقة التثبيت deating
تعمل الكابلات الموجودة في القناة أو المجمعة معًا بشكل أكثر سخونة من الكابلات المفردة في الهواء الحر. طريقة التثبيت عامل deating:
| طريقة التثبيت | عامل التدهور |
|---|---|
| كابل واحد، هواء حر | 1.00 |
| 2 كابلات لمس، هواء حر | 0.87 |
| 3 كابلات في شكل مسطح، هواء حر | 0.79 |
| 3 كابلات في القناة (لا تزيد عن دائرتين) | 0.70 |
| الكابلات في الكابلات المثبتة على السطح | 0.75 |
للحصول على الحد الأدنى المطلوب لتقييم الكابل: Irated(min) = Idesign ÷ (تخفيض درجة الحرارة × تخفيض التثبيت)
مثال: 12.5 تيار تصميمي، درجة حرارة محيطة 50 درجة مئوية، في القناة:
إيراتد (دقيقة) = 12.5 ÷ (0.71 × 0.70) = 12.5 ÷ 0.497 = 25.2 الحد الأدنى لتصنيف الكابل
من طاولات الكابلات، يتمتع الكابل الكهروضوئي النحاسي مقاس 4 مم² (EN 50618) بتصنيف هواء حر يبلغ حوالي 50 أمبير، والذي يعطي بعد خفض القدرة 50 × 0.497 = 24.8 أمبير - غير كافٍ إلى حد ما. تحديد 6 ملم² (تصنيف ~65 أمبير، تم تخفيضه إلى 32.3 أمبير) - مناسب بالهامش.
الخطوة 4: التحقق من انخفاض الجهد
يؤدي انخفاض الجهد في كابلات سلسلة التيار المستمر إلى تقليل نطاق تشغيل MPPT للعاكس ويسبب فقدًا مقاومًا للطاقة. الحد الأقصى المقبول لانخفاض الجهد لكابلات السلسلة هو عادةً:
- 1% من Vmpp لدى شركة الاتصالات السعودية - للمنشآت عالية الجودة
- 2% من Vmpp لدى شركة الاتصالات السعودية — الحد الأقصى المقبول (إرشادات IEC 60364)
صيغة انخفاض الجهد: ΔV = 2 × L × I × ρ / A
حيث L = طول الكابل أحادي الاتجاه (م)، I = تيار التصميم (A)، ρ = المقاومة (0.0175 Ω·mm²/m للنحاس)، A = المقطع العرضي للكابل (mm²). يمثل العامل 2 كلاً من الموصلات الإيجابية والسلبية.
لسلك بطول 100 متر (في اتجاه واحد)، كابل 12.5 أمبير، 4 مم²:
ΔV = 2 × 100 × 12.5 × 0.0175 / 4 = 10.9 فولت
إذا كان Vmpp لكل سلسلة = 30 وحدة × 32 فولت = 960 فولت، فإن 10.9/960 = 1.14% — مقبول. بالنسبة لمسافة 200 متر، يتضاعف انخفاض الجهد إلى 2.3% - وهو ما يتجاوز حد 2%. تكبير الحجم إلى 6 مم² أو تقليل طول السلسلة.
الخطوة 5: حدد الكابل
يجب أن تكون كابلات PV DC معتمدة وفقًا للمعيار EN 50618 (أو ما يعادله من المواصفة IEC 62930) للتطبيقات الكهروضوئية الخارجية. الشهادات الرئيسية:
- مقاومة للأشعة فوق البنفسجية: يجب أن تتحمل الكابلات الكهروضوئية أكثر من 25 عامًا من التعرض للأشعة فوق البنفسجية دون أن تتشقق
- تصنيف درجة الحرارة: كابلات قياسية EN 50618 مصنفة بدرجة حرارة 90 درجة مئوية متواصلة. حدد 120 درجة مئوية أو 150 درجة مئوية للتركيبات على الأسطح ذات المناخ الحار
- جهد النظام: يجب أن يتم تصنيفه وفقًا لجهد النظام — 1000 فولت أو 1500 فولت
- خالي من الهالوجين: مطلوب وفقًا لمعظم المعايير للمنشآت التي يشكل فيها انبعاث الأبخرة السامة أثناء الحريق مصدرًا للقلق
المقاطع العرضية الشائعة المستخدمة في الطاقة الشمسية: 4 مم² (سكنية، سلاسل C&I قصيرة)، 6 مم² (معظم كابلات سلسلة C&I)، 10 مم² (مخرجات المجمع، المسارات الأطول)، 16 مم² أو 25 مم² (كابلات جذع التيار المستمر الرئيسية من المجمعات إلى العاكس).