Διατομή καλωδίου φωτοβολταϊκών: 2,5–10 mm²

Η διατομή του καλωδίου φωτοβολταϊκών κρίνει αν η επένδυσή σας φτάνει σαν ισχύς στο ίνβερτερ ή χάνεται σαν θερμότητα. Κάθε μέτρο υποδιαστασιολογημένου καλωδίου DC σπαταλά ενέργεια σε θέρμανση αντί να τη φέρνει στο ίνβερτερ. Με 15 A σε καλώδιο 2,5 mm² και διαδρομή 20 m, χάνετε περίπου 3,5% της ισχύος σας σε αυτή τη θέρμανση — και το καλώδιο ζεσταίνεται αρκετά για να υποβαθμίζει με τον χρόνο τη δική του μόνωση. Αυτή η υποβάθμιση δημιουργεί κίνδυνο πυρκαγιάς που μεγαλώνει κάθε χρόνο.

Η λύση είναι απλή: ταιριάξτε τη διατομή του καλωδίου με το πραγματικό ρεύμα και την απόσταση. Αυτός ο οδηγός σας δίνει τον τύπο, έναν πίνακα αναφοράς και ένα λυμένο παράδειγμα, ώστε να διαλέξετε σωστό καλώδιο με σιγουριά. Αφού υπολογίσετε τα string σας με τον υπολογιστή μας, γυρίστε εδώ για να επιλέξετε το καλώδιο που κρατά το σύστημα ασφαλές και αποδοτικό.

Η πτώση τάσης είναι η ενέργεια που χάνεται όσο το ρεύμα περνά μέσα από την αντίσταση του καλωδίου. Όσο μεγαλύτερο το καλώδιο, όσο λεπτότερος ο αγωγός ή όσο μεγαλύτερο το ρεύμα — τόσο περισσότερη τάση χάνετε. Το πρότυπο του κλάδου είναι να κρατάτε τη συνολική πτώση τάσης DC από τα πάνελ στο ίνβερτερ κάτω από 2%. Κάτω από 1% είναι ιδανικό για μικρές διαδρομές.

Ο συντελεστής 2 καλύπτει και τον θετικό και τον αρνητικό αγωγό — το ρεύμα φεύγει προς το ίνβερτερ και επιστρέφει από το καλώδιο επιστροφής. Διαδρομή 20 m σημαίνει 40 m συνολικού αγωγού. Στοχεύστε σε 1% ή λιγότερο σε μικρές διαδρομές κάτω από 15 m και κρατήστε το στο 2% ή κάτω για μεγαλύτερες διαδρομές έως 40 m. Αν ο υπολογισμός σας ξεπερνά το 2%, ανεβείτε ένα μέγεθος καλωδίου.

Ο πίνακας δείχνει το μέγιστο συνιστώμενο μήκος μονής διαδρομής με πτώση τάσης 2% για συνηθισμένες διατάξεις. Οι τιμές ρεύματος υποθέτουν ένα τυπικό string σύγχρονων πάνελ 550 W (Impp γύρω στα 13 A), τάση string 335 V και αγωγό σε ζεστή στέγη στους 85 °C — την ίδια συντηρητική βάση με τον υπολογιστή διατομής καλωδίου.

Δεδομένα: string με 8 πάνελ, Impp = 13,12 A, Vmpp ανά πάνελ = 41,95 V και Vmpp string 335,6 V. Η διαδρομή του καλωδίου είναι 15 m μονή, από το κουτί διακλάδωσης στη στέγη μέχρι το ίνβερτερ στο γκαράζ. Ποια διατομή χρειαζόμαστε;

Για 4 mm²: (2 × 15 × 13,12 × 0,0175) / (4 × 335,6) × 100 = 6,885 / 1342,4 × 100 = 0,51%. Για 6 mm²: 6,885 / 2013,6 × 100 = 0,34%. Και τα δύο είναι άνετα κάτω από το όριο του 2%. Το καλώδιο 4 mm² δουλεύει τεχνικά για αυτή τη διαδρομή των 15 m, αλλά τα 6 mm² δίνουν επιπλέον περιθώριο ασφαλείας και διευκολύνουν μια μελλοντική επέκταση, αν προσθέσετε πάνελ ή αυξήσετε το ρεύμα.

Τα βύσματα MC4 (Multi-Contact 4 mm) είναι το καθολικό πρότυπο για τις συνδέσεις DC των ηλιακών πάνελ. Κουμπώνουν μεταξύ τους και σχηματίζουν στεγανή σύνδεση, ανθεκτική στην υπεριώδη ακτινοβολία, με διάρκεια 30+ χρόνια σε εξωτερικό χώρο. Κάθε σύγχρονο ηλιακό πάνελ έρχεται με βύσματα συμβατά με MC4 ήδη πρεσαρισμένα στα καλώδιά του, οπότε αγοράζετε βύσματα μόνο για τα καλώδια προέκτασης.

Τέσσερις κανόνες: (1) Χρησιμοποιήστε γνήσια βύσματα συμβατά με MC4 από καταξιωμένους κατασκευαστές — τα φθηνά αντίγραφα οξειδώνονται σε λίγα χρόνια και δημιουργούν ηλεκτρικά τόξα. (2) Πρεσάρετε πάντα με το σωστό εργαλείο MC4 — οι συνδέσεις που πρεσάρονται «με το χέρι» είναι η νούμερο ένα αιτία συνδέσεων υψηλής αντίστασης. (3) Μην αναμειγνύετε ποτέ διαφορετικές μάρκες MC4 στο ίδιο ζεύγος σύνδεσης — οι ανοχές διαφέρουν και μπορεί να εμποδίσουν τη σωστή στεγανοποίηση. (4) Τα βύσματα MC4 είναι κατάλληλα για συγκεκριμένες διατομές, συνήθως 4 mm² έως 6 mm².

Στις περισσότερες χώρες η απάντηση είναι όχι. Τα IEC 60364-7-712 και NEC 690.31 απαιτούν φυσικό διαχωρισμό της καλωδίωσης DC και AC. Αυτό σημαίνει χωριστούς σωλήνες, χωριστές σχάρες καλωδίων ή τουλάχιστον χωριστά διαμερίσματα μέσα σε κοινή σχάρα. Ο λόγος είναι πρακτικός: τα τόξα DC σβήνουν πολύ δυσκολότερα από τα τόξα AC, γιατί το ρεύμα δεν περνά ποτέ από το μηδέν, και η ανάμειξη κυκλωμάτων DC και AC δημιουργεί σύγχυση στη συντήρηση και αυξάνει τον κίνδυνο τυχαίας επαφής.

Ορισμένοι κανονισμοί επιτρέπουν εξαιρέσεις για συγκεκριμένους τύπους καλωδίων — καλώδια DC με διπλή μόνωση μπορούν σε ορισμένες περιπτώσεις να μοιραστούν σχάρα με αγωγούς AC. Όμως η ασφαλέστερη και πιο καθολικά αποδεκτή προσέγγιση είναι πάντα η χωριστή διαδρομή. Σημάνετε καθαρά όλους τους σωλήνες DC με προειδοποιήσεις όπως «ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ DC — ΜΗΝ ΑΠΟΣΥΝΔΕΕΤΕ ΥΠΟ ΦΟΡΤΙΟ», για να αποφευχθούν ατυχήματα σε συντήρηση ή έκτακτη ανάγκη.

Εδώ ο υπολογισμός του string και η επιλογή του καλωδίου συνδέονται άμεσα. Τα string σε σειρά (περισσότερα πάνελ σε σειρά) δίνουν μεγαλύτερη τάση με το ίδιο ρεύμα. Τα παράλληλα string δίνουν την ίδια τάση, αλλά πολλαπλασιάζουν το ρεύμα. Μεγαλύτερο ρεύμα απαιτεί χοντρότερα καλώδια. Άρα η σύνδεση σε σειρά δεν σας βοηθά μόνο να φτάσετε την ελάχιστη τάση MPPT του ίνβερτερ — σας επιτρέπει και να χρησιμοποιήσετε λεπτότερα, φθηνότερα καλώδια για την ίδια ισχύ.

Παράδειγμα: 12 πάνελ με 13 A το καθένα. Ως ένα string 12 πάνελ σε σειρά: το ρεύμα είναι 13 A και καλώδιο 4 mm² αρκεί για διαδρομή 20 m. Ως 2 παράλληλα string των 6: το ρεύμα διπλασιάζεται στα 26 A και χρειάζονται 6 mm² ή 10 mm². Ως 3 παράλληλα string των 4: το ρεύμα τριπλασιάζεται στα 39 A και χρειάζονται 10 mm². Η διαφορά κόστους είναι σημαντική σε μεγάλες διαδρομές — το καλώδιο 10 mm² κοστίζει περίπου διπλάσια ανά μέτρο από το 4 mm². Είναι ένας ακόμη λόγος που οι επαγγελματίες εγκαταστάτες προτιμούν μεγαλύτερα string σε σειρά αντί για πολλά παράλληλα, όποτε το επιτρέπει το εύρος τάσης του ίνβερτερ.

1. Χρήση οικιακού καλωδίου για DC φωτοβολταϊκών

   Το κοινό οικιακό καλώδιο (NYM, ΝΥΜ ή αντίστοιχο) δεν είναι κατάλληλο για υπεριώδη ακτινοβολία, για τις μεγάλες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις μιας στέγης ούτε για τις υψηλές τάσεις DC των φωτοβολταϊκών string (συχνά 400–600 V). Χρησιμοποιείτε πάντα ειδικό καλώδιο φωτοβολταϊκών κατά EN 50618 ή USE-2/PV Wire. Το καλώδιο φωτοβολταϊκών έχει διπλή μόνωση, σταθεροποιητές υπεριώδους και θερμοκρασιακές αντοχές σχεδιασμένες για δεκαετίες σε στέγη.

2. Παράβλεψη του αγωγού επιστροφής

   Το ρεύμα περνά και από τον θετικό και από τον αρνητικό αγωγό, και οι δύο προσθέτουν αντίσταση. Ο τύπος της πτώσης τάσης χρησιμοποιεί «2 × μήκος», γιατί πρέπει να μετρήσετε και τα δύο σκέλη του κυκλώματος. Αν το ξεχάσετε, η πραγματική πτώση τάσης βγαίνει διπλάσια από αυτή που υπολογίσατε — το 1% γίνεται 2% στην πράξη.

3. Χρήση πινάκων AWG σε μετρική εγκατάσταση

   Το AWG (αμερικανική κλίμακα αγωγών) και τα mm² είναι εντελώς διαφορετικά συστήματα μέτρησης. Το 10 AWG είναι περίπου 5,26 mm², όχι 10 mm². Η σύγχυση οδηγεί σε επικίνδυνα λεπτά καλώδια. Στην Ευρώπη, την Αυστραλία και το μεγαλύτερο μέρος του κόσμου χρησιμοποιούνται mm². Στις ΗΠΑ χρησιμοποιείται AWG. Αν τα υλικά σας ακολουθούν ένα σύστημα και ο πίνακας αναφοράς το άλλο, κάντε τη μετατροπή πριν διαλέξετε καλώδιο.

4. Παράβλεψη της απομείωσης λόγω θερμοκρασίας

   Οι δημοσιευμένες τιμές ρεύματος των καλωδίων υποθέτουν θερμοκρασία περιβάλλοντος 30°C. Σε μια στέγη το καλοκαίρι, ο αέρας μέσα στους σωλήνες μπορεί να φτάσει 50–60°C. Στους 50°C, ένα καλώδιο 6 mm² με ονομαστική τιμή 40 A στους 30°C απομειώνεται σε περίπου 34 A. Εφαρμόζετε πάντα τους συντελεστές διόρθωσης θερμοκρασίας του EN 50618 ή του πίνακα NEC 310.15 σε εκτεθειμένες εξωτερικές εγκαταστάσεις.

5. Καλώδια DC πολύ κοντά στην άκρη της στέγης

   Καλώδια εκτεθειμένα σε πάτημα, καιρικές ζημιές ή τρωκτικά πρέπει να προστατεύονται μέσα σε σωλήνα — τα κλιπ στερέωσης από μόνα τους δεν αρκούν για εξωτερικές διαδρομές. Περάστε τον σωλήνα κατά μήκος των δοκών της στέγης ή των τοίχων του κτιρίου και χρησιμοποιήστε υλικό ανθεκτικό στην υπεριώδη ακτινοβολία. Ο κοινός σωλήνας PVC χωρίς σταθεροποιητή υπεριώδους γίνεται ψαθυρός και ραγίζει μετά από 2–3 χρόνια στον ήλιο.