Cáp DC có kích thước quá nhỏ gây sụt áp, mất điện và nguy cơ cháy nổ. Cáp quá khổ gây lãng phí tiền cho đồng. Mục tiêu của việc định cỡ cáp là tìm ra mặt cắt tối thiểu mang dòng điện thiết kế một cách an toàn với độ giảm điện áp và độ tăng nhiệt độ chấp nhận được trong suốt vòng đời 25 năm của cáp. Hướng dẫn này bao gồm các bước kỹ thuật để định cỡ cáp DC từ chuỗi quang điện đến bộ biến tần, tuân theo thông lệ IEC 60364 và EN 50618.
Bước 1: Xác định dòng điện thiết kế
Đối với cáp chuỗi PV, dòng điện hoạt động tối đa là dòng ngắn mạch (Isc) của mô-đun tại STC. Cáp phải mang dòng điện này mà không vượt quá dòng định mức trong điều kiện hoạt động tồi tệ nhất.
Dòng điện thiết kế của cáp chuỗi DC là:
Idesign = 1,25 × Isc(STC)
Hệ số 1,25 giải thích cho điều kiện bức xạ trên 1.000 W/m2 (xảy ra trong thời gian ngắn trong các sự kiện tăng cường rìa đám mây) và cung cấp giới hạn an toàn theo IEC 60364-7-712.
Đối với mô-đun 400 Wp điển hình có Isc = 10,0 A: Idesign = 12,5 A trên mỗi chuỗi.
Đối với cáp đầu ra của bộ kết hợp phục vụ song song N chuỗi: Idesign = 1,25 × Isc × N.
Bước 2: Áp dụng giảm nhiệt độ
Xếp hạng dòng điện của cáp được chỉ định ở nhiệt độ môi trường tham chiếu (thường là 30°C đối với cáp chôn, 40°C đối với ống dẫn/không khí tự do). Ở nhiệt độ cao hơn, cáp phải được giảm định mức:
| Nhiệt độ môi trường xung quanh | Hệ số suy giảm (cáp Cu, cách điện XLPE) |
|---|---|
| 30°C (tham khảo) | 1.00 |
| 40°C | 0.87 |
| 50°C | 0.71 |
| 60°C | 0.50 |
| 70°C | 0,00 (cáp không phù hợp trên 70°C đối với XLPE tiêu chuẩn) |
Ở vùng khí hậu nóng, nơi bề mặt mái đạt tới 60–70°C, cáp đi dọc mặt dưới của các tấm phải sử dụng cáp có mức nhiệt độ cao hơn (cáp PV định mức 120°C hoặc 150°C - được chứng nhận EN 50618) thay vì XLPE tiêu chuẩn 90°C. Luôn chỉ định nhiệt độ lắp đặt chứ không phải nhiệt độ không khí xung quanh khi định cỡ cáp ở vùng có khí hậu nóng.
Bước 3: Áp dụng phương pháp cài đặt giảm tải
Cáp trong ống dẫn hoặc bó lại với nhau sẽ nóng hơn cáp đơn lẻ trong không khí tự do. Hệ số giảm dần của phương pháp cài đặt:
| Phương pháp cài đặt | Hệ số suy giảm |
|---|---|
| Cáp đơn, không khí miễn phí | 1.00 |
| 2 dây cáp chạm nhau, không khí tự do | 0.87 |
| 3 dây cáp xếp phẳng, không khí tự do | 0.79 |
| 3 dây cáp trong ống dẫn (không quá 2 mạch) | 0.70 |
| Cáp trong đường trục gắn trên bề mặt | 0.75 |
Đối với định mức cáp yêu cầu tối thiểu: Irated(min) = Idesign ÷ (giảm tốc độ × giảm tốc độ cài đặt)
Ví dụ: 12.5 Dòng điện thiết kế, nhiệt độ môi trường xung quanh 50°C, trong ống dẫn:
Xếp hạng (phút) = 12,5 `(0,71 × 0,70) = 12,5 ` 0,497 = 25.2 Xếp hạng cáp tối thiểu
Từ các bảng cáp, cáp PV đồng 4 mm² (EN 50618) có định mức không khí tự do khoảng 50 A, sau khi giảm định mức sẽ cho 50 × 0,497 = 24,8 A - không đủ. Chỉ định 6mm2 (định mức ~65 A, giảm xuống còn 32,3 A) — vừa đủ với biên độ.
Bước 4: Kiểm tra sụt áp
Sự sụt giảm điện áp trong cáp chuỗi DC làm giảm phạm vi hoạt động MPPT của biến tần và gây ra tổn thất điện trở. Độ sụt áp tối đa có thể chấp nhận được đối với cáp dây thường là:
- 1% Vmpp tại STC - để cài đặt chất lượng cao
- 2% Vmpp tại STC - mức tối đa có thể chấp nhận được (hướng dẫn IEC 60364)
Công thức giảm điện áp: ΔV = 2 × L × I × ρ / A
Trong đó L = chiều dài cáp một chiều (m), I = dòng điện thiết kế (A), ρ = điện trở suất (0,0175 Ω·mm2/m đối với đồng), A = tiết diện cáp (mm2). Hệ số 2 tính cho cả dây dẫn dương và dây âm.
Để chạy dây 100 m (một chiều), cáp 12,5 A, 4 mm²:
ΔV = 2 × 100 × 12,5 × 0,0175 / 4 = 10,9 V
Nếu Vmpp trên mỗi chuỗi = 30 mô-đun × 32 V = 960 V thì 10,9/960 = 1,14% — có thể chấp nhận được. Khi chạy 200 m, điện áp rơi tăng gấp đôi lên 2,3% — vượt quá giới hạn 2%. Tăng kích thước lên 6 mm2 hoặc giảm độ dài chuỗi.
Bước 5: Chọn cáp
Cáp PV DC phải được chứng nhận theo EN 50618 (hoặc IEC 62930 tương đương) cho các ứng dụng quang điện ngoài trời. Các chứng nhận chính:
- Chống tia cực tím: Cáp PV phải chịu được hơn 25 năm tiếp xúc với tia cực tím mà không bị nứt
- Đánh giá nhiệt độ: Cáp tiêu chuẩn EN 50618 được định mức liên tục ở 90°C. Chỉ định 120°C hoặc 150°C để lắp đặt trên mái nhà có khí hậu nóng
- Điện áp hệ thống: Phải được định mức cho điện áp hệ thống — 1.000 V hoặc 1.500 V
- Không chứa halogen: Yêu cầu của hầu hết các tiêu chuẩn đối với hệ thống lắp đặt nơi có vấn đề phát thải khói độc hại trong lửa
Mặt cắt phổ biến được sử dụng trong năng lượng mặt trời: 4 mm2 (dân dụng, dây C&I ngắn), 6 mm2 (hầu hết các loại cáp dây C&I), 10 mm2 (đầu ra bộ kết hợp, chạy dài hơn), 16 mm2 hoặc 25 mm2 (cáp trục DC chính từ bộ kết hợp đến bộ biến tần).