การกำหนดขนาดสายไฟ DC สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ PV: คู่มือทางวิศวกรรมทีละขั้นตอน

สายไฟ DC ขนาดเล็กเกินไปทำให้เกิดแรงดันไฟตก การสูญเสียพลังงาน และอันตรายจากไฟไหม้ สายเคเบิลขนาดใหญ่เปลืองเงินกับทองแดง เป้าหมายของการกำหนดขนาดสายเคเบิลคือการค้นหาส่วนตัดขวางขั้นต่ำที่นำกระแสการออกแบบได้อย่างปลอดภัย โดยมีแรงดันตกคร่อมและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ยอมรับได้ตลอดอายุการใช้งาน 25 ปีของสายเคเบิล คู่มือนี้ครอบคลุมขั้นตอนทางวิศวกรรมสำหรับการกำหนดขนาดสายเคเบิล DC จากสตริง PV ไปยังอินเวอร์เตอร์ ตามแนวทางปฏิบัติ IEC 60364 และ EN 50618

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดกระแสการออกแบบ

สำหรับสายเคเบิลสตริง PV กระแสไฟฟ้าที่ใช้งานสูงสุดคือกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (Isc) ของโมดูลที่ STC สายเคเบิลต้องมีกระแสไฟฟ้าไม่เกินที่กำหนดภายใต้สภาวะการทำงานที่เลวร้ายที่สุด

กระแสการออกแบบสำหรับสายสตริง DC คือ:

การออกแบบ = 1.25 × Isc(STC)

ปัจจัย 1.25 คำนึงถึงสภาวะการฉายรังสีที่สูงกว่า 1,000 วัตต์/ตร.ม. (ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงสั้นๆ ระหว่างเหตุการณ์การปรับปรุง Cloud Edge) และให้ค่าเผื่อด้านความปลอดภัยตามมาตรฐาน IEC 60364-7-712

สำหรับโมดูล 400 Wp ทั่วไปที่มี Isc = 10.0 A: Idesign = 12.5 A ต่อสตริง

สำหรับสายเคเบิลเอาต์พุตของ Combiner ที่ให้บริการสตริง N แบบขนาน: Idesign = 1.25 × Isc × N

ขั้นตอนที่ 2: ใช้การลดอุณหภูมิ

อัตรากระแสไฟของสายเคเบิลระบุไว้ที่อุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิง (โดยทั่วไปคือ 30°C สำหรับสายเคเบิลแบบฝัง, 40°C สำหรับท่อร้อยสาย/อากาศอิสระ) ที่อุณหภูมิสูงกว่า สายเคเบิลจะต้องถูกลดพิกัด:

ในสภาพอากาศร้อนที่พื้นผิวหลังคามีอุณหภูมิสูงถึง 60–70°C สายเคเบิลที่เดินตามด้านล่างของแผงต้องใช้สายเคเบิลที่มีพิกัดอุณหภูมิที่สูงกว่า (สายเคเบิล PV พิกัด 120°C หรือ 150°C — ได้รับการรับรอง EN 50618) แทนที่จะเป็น XLPE มาตรฐาน 90°C ระบุอุณหภูมิการติดตั้งเสมอ ไม่ใช่อุณหภูมิอากาศโดยรอบ เมื่อปรับขนาดสายเคเบิลในสภาพอากาศร้อน

ขั้นตอนที่ 3: ใช้วิธีการติดตั้งการลดพิกัด

สายเคเบิลในท่อร้อยสายหรือมัดรวมกันจะร้อนกว่าสายเคเบิลเส้นเดียวในอากาศฟรี ปัจจัยการลดวิธีการติดตั้ง:

สำหรับพิกัดสายเคเบิลขั้นต่ำที่ต้องการ: Irated(min) = Idesign ÷ (การลดพิกัดอุณหภูมิ × การลดพิกัดการติดตั้ง)

ตัวอย่าง: 12.5 กระแสการออกแบบ A โดยรอบ 50°C ในท่อร้อยสาย:
จัดอันดับแล้ว(นาที) = 12.5 ۞ (0.71 × 0.70) = 12.5 ۞ 0.497 = 25.2 พิกัดสายเคเบิลขั้นต่ำ

จากโต๊ะวางสายเคเบิล สายเคเบิล PV ทองแดงขนาด 4 มม.² (EN 50618) มีพิกัดอากาศอิสระประมาณ 50 A ซึ่งหลังจากลดพิกัดแล้วจะได้ 50 × 0.497 = 24.8 A ซึ่งถือว่าไม่เพียงพอเล็กน้อย ระบุ 6 มม.² (พิกัด ~65 A, ลดลงเหลือ 32.3 A) — เพียงพอกับระยะขอบ

ขั้นตอนที่ 4: ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตก

แรงดันไฟฟ้าตกในสายเคเบิล DC ช่วยลดช่วงการทำงานของ MPPT ของอินเวอร์เตอร์ และทำให้สูญเสียกำลังไฟฟ้าจากตัวต้านทาน โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าตกสูงสุดที่ยอมรับได้สำหรับสายเคเบิลแบบสตริงคือ:

• 1% ของ Vmpp ที่ STC — เพื่อการติดตั้งคุณภาพสูง
• 2% ของ Vmpp ที่ STC — สูงสุดที่ยอมรับได้ (คำแนะนำ IEC 60364)

สูตรลดแรงดันไฟฟ้า: ΔV = 2 × ยาว × ผม × ρ / A

โดยที่ L = ความยาวสายเคเบิลทางเดียว (ม.), I = กระแสการออกแบบ (A), ρ = ความต้านทาน (0.0175 Ω·มม.²/ม. สำหรับทองแดง), A = หน้าตัดของสายเคเบิล (มม.²) ปัจจัยของ 2 บัญชีสำหรับตัวนำทั้งบวกและลบ

สำหรับการวิ่งด้วยสาย 100 ม. (เที่ยวเดียว) สายเคเบิล 12.5 A, 4 มม.²:
ΔV = 2 × 100 × 12.5 × 0.0175 / 4 = 10.9 โวลต์

หาก Vmpp ต่อสตริง = 30 โมดูล × 32 V = 960 V ดังนั้น 10.9/960 = 1.14% — ยอมรับได้ สำหรับการวิ่ง 200 ม. แรงดันไฟฟ้าตกจะเพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 2.3% ซึ่งเกินขีดจำกัด 2% ขยายขนาดเป็น 6 มม.² หรือลดความยาวสาย

ขั้นตอนที่ 5: เลือกสายเคเบิล

สายเคเบิล PV DC ต้องได้รับการรับรองตามมาตรฐาน EN 50618 (หรือเทียบเท่า IEC 62930) สำหรับการใช้งานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์กลางแจ้ง การรับรองที่สำคัญ:

• ทนต่อรังสียูวี: สายไฟ PV จะต้องทนต่อรังสี UV ได้นาน 25 ปีขึ้นไป โดยไม่แตกร้าว
• ระดับอุณหภูมิ: สายเคเบิลมาตรฐาน EN 50618 พิกัด 90°C ต่อเนื่อง ระบุ 120°C หรือ 150°C สำหรับการติดตั้งบนหลังคาที่มีสภาพอากาศร้อน
• แรงดันไฟฟ้าของระบบ: ต้องได้รับพิกัดแรงดันไฟฟ้าของระบบ — 1,000 V หรือ 1,500 V
• ปราศจากฮาโลเจน: เป็นข้อกำหนดตามมาตรฐานส่วนใหญ่สำหรับการติดตั้งที่มีปัญหาการปล่อยควันพิษจากเพลิงไหม้

หน้าตัดทั่วไปที่ใช้ในพลังงานแสงอาทิตย์: 4 มม.² (สายไฟสำหรับบ้านพักอาศัย, สาย C&I แบบสั้น), 6 มม.² (สายเคเบิลแบบสาย C&I ส่วนใหญ่), 10 มม.² (เอาต์พุตแบบรวม, ระยะการทำงานที่ยาวกว่า), 16 มม.² หรือ 25 มม.² (สายเคเบิลหลัก DC Trunk จากตัวรวมสัญญาณไปยังอินเวอร์เตอร์)