Кабели постоянного тока недостаточного сечения вызывают падение напряжения, потерю мощности и опасность возгорания. Негабаритные кабели тратят деньги на медь. Цель определения размера кабеля — найти минимальное поперечное сечение, которое безопасно пропускает расчетный ток с приемлемым падением напряжения и повышением температуры на протяжении 25-летнего срока службы кабеля. В этом руководстве описаны этапы проектирования кабелей постоянного тока от фотоэлектрических цепочек до инвертора в соответствии с практикой IEC 60364 и EN 50618.
Шаг 1. Определите расчетный ток
Для кабеля фотоэлектрической цепочки максимальный рабочий ток равен току короткого замыкания модуля (Isc) в STC. Кабель должен выдерживать это напряжение, не превышая его номинальный ток в наихудших условиях эксплуатации.
Расчетный ток для цепных кабелей постоянного тока составляет:
Idesign = 1,25 × Isc(STC)
Коэффициент 1,25 учитывает условия освещенности выше 1000 Вт/м² (которые кратковременно возникают во время событий усиления границ облаков) и обеспечивает запас безопасности в соответствии со стандартом IEC 60364-7-712.
Для типичного модуля мощностью 400 Вт с Isc = 10,0 А: Idesign = 12,5 А на цепочку.
Для выходного кабеля сумматора, обслуживающего N цепочек параллельно: Idesign = 1,25 × Isc × N.
Шаг 2. Примените температурное снижение номинальных характеристик.
Номинальные значения тока кабеля указаны при стандартной температуре окружающей среды (обычно 30°C для подземных кабелей, 40°C для кабелепровода/свободного воздуха). При более высоких температурах характеристики кабеля должны быть снижены:
| Температура окружающей среды | Коэффициент снижения номинальных характеристик (медный кабель, изоляция из сшитого полиэтилена) |
|---|---|
| 30°C (справочная) | 1.00 |
| 40°С | 0.87 |
| 50°С | 0.71 |
| 60°С | 0.50 |
| 70°С | 0,00 (кабель не подходит для стандартного сшитого полиэтилена при температуре выше 70°C) |
В жарком климате, где температура поверхности крыши достигает 60–70°C, для прокладки кабелей вдоль нижней стороны панелей следует использовать кабели с более высоким температурным классом (фотоэлектрические кабели, рассчитанные на температуру 120°C или 150°C — сертифицированы по стандарту EN 50618), а не стандартные кабели из сшитого полиэтилена, рассчитанные на температуру 90°C. При выборе кабелей в жарком климате всегда указывайте температуру установки, а не температуру окружающего воздуха.
Шаг 3. Примените метод установки для снижения номинальных характеристик.
Кабели, находящиеся в кабелепроводе или связанные вместе, нагреваются сильнее, чем одиночные кабели на открытом воздухе. Коэффициент снижения мощности при методе установки:
| Способ установки | Коэффициент снижения мощности |
|---|---|
| Одиночный кабель, свободный воздух | 1.00 |
| 2 кабеля соприкасаются, свободный воздух | 0.87 |
| 3 кабеля в плоском положении, свободный воздух | 0.79 |
| 3 кабеля в кабелепроводе (не более 2 цепей) | 0.70 |
| Кабели в коробах для поверхностного монтажа | 0.75 |
Для минимально необходимого номинала кабеля: Irated(мин) = Idesign ÷ (температурное снижение номинальных характеристик × снижение номинальных характеристик установки)
Пример: расчетный ток 12,5 А, температура окружающей среды 50°C, в кабелепроводе:
Irated(мин) = 12,5 ÷ (0,71 × 0,70) = 12,5 ÷ 0,497 = 25.2 Минимальный номинал кабеля
Согласно таблицам кабелей, медный фотоэлектрический кабель сечением 4 мм² (EN 50618) имеет номинальный ток на открытом воздухе около 50 А, что после снижения номинальных характеристик дает 50 × 0,497 = 24,8 А — незначительно недостаточно. Укажите 6 мм² (номинальный ток ~65 А, снижен до 32,3 А) — с запасом достаточно.
Шаг 4. Проверьте падение напряжения
Падение напряжения в кабелях цепей постоянного тока уменьшает рабочий диапазон MPPT инвертора и вызывает резистивные потери мощности. Максимально допустимое падение напряжения для струнных кабелей обычно составляет:
- 1% от Vmpp в STC — для качественного монтажа
- 2% от Vmpp в ЮТК — максимально приемлемое (руководство IEC 60364)
Формула падения напряжения: ΔV = 2 × L × I × ρ/А
Где L = длина одностороннего кабеля (м), I = расчетный ток (А), ρ = удельное сопротивление (0,0175 Ом·мм²/м для меди), A = поперечное сечение кабеля (мм²). Коэффициент 2 учитывает как положительные, так и отрицательные проводники.
Для прокладки струны длиной 100 м (в одну сторону), кабель 12,5 А, сечением 4 мм²:
ΔV = 2 × 100 × 12,5 × 0,0175/4 = 10,9 В
Если Vmpp на цепочку = 30 модулей × 32 В = 960 В, то 10,9/960 = 1,14 % — приемлемо. При беге на 200 м падение напряжения увеличивается вдвое до 2,3% — превышает предел в 2%. Увеличьте размер до 6 мм² или уменьшите длину струны.
Шаг 5: Выберите кабель
Кабели фотоэлектрического постоянного тока должны быть сертифицированы по стандарту EN 50618 (или эквивалентному стандарту IEC 62930) для наружного фотоэлектрического применения. Ключевые сертификаты:
- устойчивость к ультрафиолетовому излучению: Фотоэлектрические кабели должны выдерживать более 25 лет воздействия ультрафиолета без растрескивания.
- Температурный рейтинг: Стандартные кабели EN 50618, рассчитанные на 90°C, непрерывные. Укажите 120°C или 150°C для установки на крыше в жарком климате.
- Напряжение системы: Должно быть рассчитано на напряжение системы — 1000 В или 1500 В.
- Без галогенов: Требуется большинством стандартов для установок, где выделение токсичных дымов при пожаре является проблемой.
Обычное поперечное сечение, используемое в солнечной энергии: 4 мм² (жилые, короткие кабели C&I), 6 мм² (большинство кабелей C&I), 10 мм² (выходы сумматора, длинные участки), 16 мм² или 25 мм² (магистральные магистральные кабели постоянного тока от сумматоров к инвертору).