Zbyt małe kable prądu stałego powodują spadek napięcia, utratę mocy i ryzyko pożaru. Kable o dużych rozmiarach to strata pieniędzy na miedź. Celem doboru kabla jest znalezienie minimalnego przekroju, który bezpiecznie przewodzi prąd projektowy przy akceptowalnym spadku napięcia i wzroście temperatury przez cały 25-letni okres użytkowania kabla. W tym przewodniku opisano etapy projektowania wymiarowania kabli prądu stałego od stringów fotowoltaicznych do falownika, zgodnie z praktyką IEC 60364 i EN 50618.
Krok 1: Określ prąd projektowy
W przypadku kabla stringów fotowoltaicznych maksymalny prąd roboczy to prąd zwarciowy modułu (Isc) w STC. Kabel musi przenosić ten prąd bez przekraczania prądu znamionowego w najgorszych warunkach pracy.
Prąd projektowy dla kabli stringów prądu stałego wynosi:
Idesign = 1,25 × Isc(STC)
Współczynnik 1,25 uwzględnia warunki natężenia promieniowania powyżej 1000 W/m² (które występują krótko podczas zdarzeń związanych ze wzmocnieniem krawędzi chmur) i zapewnia margines bezpieczeństwa zgodnie z normą IEC 60364-7-712.
Dla typowego modułu 400 Wp z Isc = 10,0 A: Idesign = 12,5 A na ciąg.
Dla kabla wyjściowego sumatora obsługującego N ciągów równolegle: Idesign = 1,25 × Isc × N.
Krok 2: Zastosuj obniżenie temperatury
Wartości znamionowe prądu kabli podano w referencyjnej temperaturze otoczenia (zwykle 30°C dla kabli podziemnych, 40°C dla przewodów kablowych/wolnego powietrza). Przy wyższych temperaturach należy obniżyć parametry znamionowe kabla:
| Temperatura otoczenia | Współczynnik obniżenia wartości znamionowych (kabel Cu, izolacja XLPE) |
|---|---|
| 30°C (odniesienie) | 1.00 |
| 40°C | 0.87 |
| 50°C | 0.71 |
| 60°C | 0.50 |
| 70°C | 0,00 (kabel nie nadaje się do pracy w temperaturze powyżej 70°C dla standardowego XLPE) |
W gorącym klimacie, gdzie powierzchnie dachowe osiągają temperaturę 60–70°C, w kablach poprowadzonych wzdłuż spodniej strony paneli należy stosować kable o wyższych temperaturach znamionowych (kable fotowoltaiczne o temperaturze znamionowej 120°C lub 150°C — certyfikat EN 50618) zamiast standardowych kabli XLPE o temperaturze 90°C. Przy doborze kabli w gorącym klimacie zawsze określaj temperaturę instalacji, a nie temperaturę powietrza otoczenia.
Krok 3: Zastosuj metodę instalacji obniżającą parametry znamionowe
Kable w kanałach lub wiązkach razem nagrzewają się bardziej niż pojedyncze kable w wolnym powietrzu. Współczynnik obniżania wartości znamionowych metody instalacji:
| Metoda instalacji | Współczynnik obniżający |
|---|---|
| Pojedynczy kabel, wolne powietrze | 1.00 |
| 2 kable stykające się, wolne powietrze | 0.87 |
| 3 kable w układzie płaskim, wolne powietrze | 0.79 |
| 3 kable w peszle (nie więcej niż 2 obwody) | 0.70 |
| Kable w listwach natynkowych | 0.75 |
Minimalne wymagane parametry kabla: Irated (min) = Idesign ÷ (obniżanie wartości znamionowych × obniżanie wartości znamionowych instalacji)
Przykład: prąd obliczeniowy 12,5 A, temperatura otoczenia 50°C, w przewodzie:
Irated (min) = 12,5 ÷ (0,71 × 0,70) = 12,5 ÷ 0,497 = 25.2 Minimalne parametry kabla
Z tabel kabli wynika, że miedziany kabel fotowoltaiczny o przekroju 4 mm² (EN 50618) ma obciążalność znamionową w otwartej przestrzeni około 50 A, co po obniżeniu wartości znamionowych daje 50 × 0,497 = 24,8 A — marginalnie niewystarczające. Określ 6 mm² (wartość znamionowa ~65 A, obniżona do 32,3 A) — odpowiednia z marginesem.
Krok 4: Sprawdź spadek napięcia
Spadek napięcia w kablach pasma prądu stałego zmniejsza zakres roboczy MPPT falownika i powoduje rezystancyjne straty mocy. Maksymalny dopuszczalny spadek napięcia dla kabli łańcuchowych wynosi zazwyczaj:
- 1% Vmpp w STC — dla wysokiej jakości instalacji
- 2% Vmpp w STC — maksymalne dopuszczalne (wytyczne IEC 60364)
Wzór na spadek napięcia: ΔV = 2 × L × I × ρ / A
Gdzie L = długość kabla jednokierunkowego (m), I = prąd obliczeniowy (A), ρ = rezystywność (0,0175 Ω·mm²/m dla miedzi), A = przekrój poprzeczny kabla (mm²). Współczynnik 2 uwzględnia zarówno przewodniki dodatnie, jak i ujemne.
Dla przewodu o długości 100 m (w jedną stronę), kabel 12,5 A, 4 mm²:
ΔV = 2 × 100 × 12,5 × 0,0175 / 4 = 10,9 V
Jeżeli Vmpp na ciąg = 30 modułów × 32 V = 960 V, to 10,9/960 = 1,14% — akceptowalne. W przypadku biegu na 200 m spadek napięcia podwaja się do 2,3% — przekracza limit 2%. Zwiększ rozmiar do 6 mm² lub zmniejsz długość sznurka.
Krok 5: Wybierz kabel
Kable PV DC muszą posiadać certyfikat EN 50618 (lub równoważny IEC 62930) do zastosowań fotowoltaicznych na zewnątrz. Kluczowe certyfikaty:
- Odporność na promieniowanie UV: Kable fotowoltaiczne muszą wytrzymać ponad 25 lat ekspozycji na promieniowanie UV bez pęknięć
- Ocena temperatury: Standardowe kable EN 50618 o wytrzymałości ciągłej 90°C. Określ temperaturę 120°C lub 150°C dla instalacji na dachu w klimacie gorącym
- Napięcie systemowe: Musi być przystosowany do napięcia systemowego – 1000 V lub 1500 V
- Bezhalogenowy: Wymagany przez większość norm dla instalacji, w których problemem jest emisja toksycznych dymów podczas pożaru
Typowe przekroje stosowane w instalacjach fotowoltaicznych: 4 mm² (mieszkalne, krótkie ciągi C&I), 6 mm² (większość kabli łańcuchowych C&I), 10 mm² (wyjścia łącznika, dłuższe przebiegi), 16 mm² lub 25 mm² (główne kable magistrali DC od sumatorów do falownika).