ВЫБОР СОЛНЕЧНОГО КАБЕЛЯ: МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА
Узнайте, как выбрать кабель для солнечной электростанции. Никаких формул и расчетов! Только практические советы от инженера-энергетика.
Сразу оговорюсь. У меня нет технического образования, и все мои познания в этой сфере ограничиваются курсом физики средней школы. Поэтому при подготовке материала я обратилась за помощью к ведущему инженеру-энергетику компании Ecotech Ukraine Ростиславу Александровичу.
Что такое солнечный кабель, и в чем его преимущества
К кабелю для солнечных панелей предъявляются особые требования. Срок его эксплуатации должен быть не менее срока службы всей фотоэлектрической системы, то есть не менее 25-30 лет. В течение этого времени токопроводящие жилы обязаны оставаться целыми при экстремальных температурах окружающей среды (-30. +120 ° С). Оболочка солнечного кабеля отличается стойкостью к воздействию ультрафиолетового излучения, озона, аммиака, масел, химикатов, атмосферных осадков. Она не должна гореть в кратковременном открытом пламени.
Что нужно учитывать при подборе кабеля для солнечных батарей
Это далеко не вся информация. В следующей статье вас ждет обзор лучших производителей солнечных кабелей, представленных на украинском рынке. Если у вас есть вопросы, пишите в Facebook. Мы с удовольствием ответим.
Кабель для солнечных батарей
Сегодня ни одна электростанция, преобразующая энергию солнечного света в электрическую, не может обойтись без набора солнечных кабелей, объединяющих в одно целое все оборудование, необходимое для решения этой задачи.
Требования к солнечному кабелю
Кабель для солнечных панелей должен удовлетворять следующим условиям:
иметь сечение, достаточное для того, чтобы обеспечить минимальные потери по мощности и напряжению при прохождении по нему тока, отдаваемого комплектом солнечных батарей. Величина тока определяется количеством панелей и способом их включения;
быть устойчивым к воздействию атмосферных условий – УФ-излучению, осадкам, перепадам температуры;
желательно иметь срок службы, сравнимый с ресурсом используемого оборудования.
Для солнечных панелей можно применять как специально разработанные для этого кабели, так и самые обычные – с некоторыми ограничениями.
Солнечный кабель PV-1F
С целью соответствия вышеуказанным требованиям был разработан и выпускается кабель PV-1F, также называемый солнечным. Производят его, например, такие компании как HELUKABEL® (Германия) под названием SOLARFLEX-Х, Prysmian Group (Италия) под названием TEXSUN(PV).
Кабель представляет собой луженые медные проволочки в двойной безгалогеновой изоляции из полиэлефина, стойкую к ультрафиолету, озону, атмосферным осадкам, кислотам, щелочам, аммиаку, гидролизу. Ожидаемый срок службы – 25 лет.
Кабель производится трех цветов, что удобно при монтажных работах – черного, синего и красного.
Солнечный кабель ПК SOLAR
Кабель выпускается российской компанией ООО «Прокабель». Изготовлен из огнестойкого компаунда. Имеет один слой изоляции. По конструкции характеристикам, а также цвету аналогичен кабелю PV-1F.
Название кабеля расшифровывается как Кабель Гибкий. Его жила состоит из множества тонких проволок, покрытых общей резиновой изоляцией.
При желании вместо солнечного кабеля допустимо использовать обычный кабель с медными жилами, – например, КГ, – пропустив его в стойкой к УФ-излучению гофротрубе ПНД. Тем более что защита от ультрафиолета необходима только в непосредственной близости от батарей, постоянно находящихся на солнце.
Таблица 1. Сравнение солнечных кабелей
Температурный диапазон эксплуатации
Максимальная температура проводника
Токовая нагрузка, А
постоянного тока, B
Расчет сечения кабеля для солнечных панелей
В состав солнечной электростанции входит следующее оборудование:
параллельный (выходное напряжение комплекта равно напряжению одной батареи, сила тока равна сумме токов батарей);
последовательный (выходное напряжение равно сумме, сила тока – току одной);
смешанный – несколько включенных последовательно групп, каждая из которых состоит из одинакового количества параллельно соединенных батарей (напряжение – сумма групп, сила тока – сумма токов в одной из групп);
2. контроллер – прибор, осуществляющий зарядку аккумуляторов и отключающий их по ее окончании;
3. комплект аккумуляторов – соединяются точно так же, как и батареи, то есть параллельным, последовательным или смешанным способом;
4. инвертор – преобразователь постоянного напряжения аккумуляторов в напряжение промышленной сети – переменное 220В, необходимое для питания электроприборов. То есть ему на вход поступает постоянное напряжение 12, 24, 48 В (в зависимости от варианта соединения батарей и аккумуляторов), преобразующееся на выходе в 220В.
Комплект для солнечной электростанции
Все эти компоненты – батареи, контроллер, аккумуляторы, инвертор – должны быть соединены с помощью отрезков кабеля, сечение которого определяется идущим по нему током, сила которого зависит от следующих факторов:
мощности, потребляемой инвертором;
величины напряжения в цепи (батареи-контроллер-аккумулятор-инвертор);
Таким образом, если считать, что:
потребление инвертора = 400 Вт;
напряжение = 12В (одна батарея или несколько, соединенных параллельно);
Еще условие, которое часто стараются соблюсти – потеря напряжения в цепи не должна превышать 2%. Для 12 В это 0,24 В.
Длина проводника, на котором падает U = 0,24 В, считается следующим образом:
U – падение напряжения на проводе;
S – сечение провода;
? – удельное сопротивление меди.
Необходимо иметь в виду, что под длиной L подразумевается суммарная длина всех проводов, по которым идет ток.
Ниже приведена таблица сечения кабеля как функция мощности инвертора (столбец 2), а также с дополнительным учетом длины кабелей, равной 10 м (столбец 2). Напряжение батареи – 12 В.
Выбор сечения кабеля для солнечных панелей
Итак, Вы уже остановили свой выбор на солнечных панелях, определились с набором дополнительного оборудования, преобразователем, креплениями для солнечных батарей, АКБ для Вашей системы. Осталось подобрать соединительный комплект, а именно приобрести электропровода для подключения всех элементов вместе. И вот тут многие покупатели попадают в крайне неловкую ситуацию, просто не зная как это сделать. С чего начать, с кем посоветоваться, у кого спросить? В статье мы постараемся простым языком описать, как правильно выбрать электрокабель, чтоб вся конструкция функционировала долго, без сбоев и поломок.
Что такое монтажные кабели, как их выбрать
При поиске кабеля надо учитывать несколько параметров, а именно:
Если первые пункты огнестойкость, термостойкость и устойчивость к воздействию внешних факторов примерно равны для разных видов предлагаемой продукции, используемых в системах энергообеспечения на основе солнечных блоков, то электротехнические свойства абсолютно разные, и к подбору электрокабеля с оптимальными свойствами для именно Вашей солнечной установки отнеситесь очень тщательно.
Выбор сечения кабеля по мощности (диаметра жилы)
Основным, даже главным критерием при подборе провода с оптимальными электрическими свойствами является сечение кабеля. Именно от этого напрямую зависит долговечность и бесперебойность работы всей структуры. Что же это такое. По сути это диаметр внутренней (без защитной оболочки) токопроводящей жилы. Измеряется он в квадратных миллиметрах. Поэтому если Вы услышите формулировку, например, кабель 1 на 6, знайте что имеется ввиду электропровод, с одной токопроводящей жилой диаметром 6 мм².
Почему же так важно выбрать электрокабель необходимого сечения? Да потому, что при неправильном подборе он или просто сгорит, если сечение меньше требуемого, или между двумя устройствами будет большая потеря электричества, связанная с большим сопротивлением (в случае использование материала намного большего диаметра, чем требуется).
Итак, попробуем разобраться, какой размер нам может быть полезен. И как правильно произвести его просчет.
Что бы провести верный расчет сечения провода, нам надо знать несколько значений:
Первая величина обычно указана производителем в технической документации к инвертору, а расстояние между АКБ и инвертором Вы можете высчитать опытным путем, ну или проще говоря померить. Зная эти параметры, Вы можете воспользоваться данными из таблицы, выложенной мною дальше по тексту и высчитать нужное сечение, требуемое для Вашего проекта:
Оптимальное сечение кабеля для длины 2 м:
| Таблица Сечение кабеля от АКБ до инвертора (длина 2 м) | |||
| Мощность инвертора, Вт | Напряжение АКБ, В | ||
| 12 | 24 | 48 | |
| 150 | 10 мм 2 | 6 мм 2 | — |
| 250 | 16 мм 2 | 6 мм 2 | — |
| 500 | 35 мм 2 | 10 мм 2 | — |
| 1000 | 50 мм 2 | 25 мм 2 | — |
| 1500 | 50 мм 2 | 35 мм 2 | — |
| 2000 | 70 мм 2 | 50 мм 2 | — |
| 2500 | 95 мм 2 | 70 мм 2 | 50 мм 2 |
| 3000 | — | 95 мм 2 | 50 мм 2 |
| 3500 | — | 95 мм 2 | 70 мм 2 |
| 4500 | — | — | 70 мм 2 |
Часто, при использовании электрооборудования произведённого в Штатах и для западных потребителей, Вы можете встретить размеры сечения в других единицах исчисления, называемой AWG. Далее выкладываю информацию, с помощью которой Вы сможете перевести размер в понятные нам квадратные миллиметры.
Таблица преобразования метрических единиц
| Преобразование American Wire Gauge в мм 2 | ||
| AWG | Максимальный ток на 1 проводник, А | Сечение, мм 2 |
| 20 | 7 | 0.52 |
| 18 | 10 | 0.82 |
| 16 | 15 | 1.31 |
| 14 | 20 | 2 |
| 12 | 25 | 3.31 |
| 10 | 40 | 6.68 |
| 8 | 65 | 8.37 |
| 6 | 95 | 13.3 |
| 4 | 125 | 21.15 |
| 2 | 170 | 33.62 |
| 1 | 195 | 42.41 |
| 1/0 | 230 | 53.5 |
| 2/0 | 265 | 67.43 |
| 3/0 | 310 | 85 |
| 4/0 | 360 | 107.2 |
| 250 | 405 | 126.7 |
| 300 | 445 | 152 |
| 500 | 620 | 253.4 |
| 750 | 785 | 300.66 |
| 1000 | 935 | 506.7 |
Расчет длины монтажного провода для солнечных батарей
Еще одним параметром при выборе нужного сечения является значение понижения напряжения в кабеле. И при выборе, нужно стремиться к тому, чтоб потеря напряжения не превышало 2%. Так для комплексов работающих от 12V это значение не должно быть выше 0,25V.
Ниже привожу следующую таблицу, по которой Вы подберете максимальную длину кабеля с необходимым сечением, чтоб потеря не превышала тех самых 2%. Обратите внимание что для оборудования работающего от 24V и 48V, длинна, возможно, увеличится в 2 или 4 раза соответственно. В энергосистеме с номиналом 220V бывает намного больше вплоть до 20 раз.
Таблица расчета длинны кабеля для солнечных батарей
| Сечение кабеля (мм 2 ) | ||||||||||||
| Ток, А | 1 | 1.5 | 2.5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 75 | 100 |
| 1 | 7 | 10.91 | 17.65 | 28.57 | 42.86 | 70.6 | 109.1 | 176.5 | 244.9 | — | — | — |
| 2 | 3.53 | 5.45 | 8.82 | 14.29 | 21.4 | 35.3 | 54.5 | 88.2 | 122.4 | 171.4 | — | — |
| 4 | 1.76 | 2.73 | 4.41 | 7.14 | 10.7 | 17.6 | 27.3 | 44.1 | 61.2 | 85.7 | 130.4 | — |
| 6 | 1.18 | 1.82 | 2.94 | 4.76 | 7.1 | 11.7 | 18.2 | 29.4 | 40.8 | 57.1 | 87 | 117.6 |
| 8 | 0.88 | 1.36 | 2.2 | 3.57 | 5.4 | 8.8 | 13.6 | 22 | 30.6 | 42.9 | 65.25 | 88.2 |
| 10 | 0.71 | 1 | 1.76 | 2.86 | 4.3 | 7.1 | 10.9 | 17.7 | 24.5 | 34.3 | 52.2 | 70.6 |
| 15 | — | 0.73 | 1.18 | 1.9 | 2.9 | 4.7 | 7.3 | 11.8 | 16.3 | 22.9 | 34.8 | 47.1 |
| 20 | — | — | 0.88 | 1.43 | 2.1 | 3.5 | 5.5 | 8.8 | 12.2 | 17.1 | 26.1 | 35.3 |
| 25 | — | — | — | 1.14 | 1.7 | 2.8 | 4.4 | 7.1 | 9.8 | 13.7 | 20.9 | 28.2 |
| 30 | — | — | — | — | 1.4 | 2.4 | 3.6 | 5.9 | 8.2 | 11.4 | 17.4 | 23.5 |
| 40 | — | — | — | — | — | 1.8 | 2.7 | 4.4 | 6.1 | 8.5 | 13 | 17.6 |
| 50 | — | — | — | — | — | — | 2.2 | 3.5 | 4.9 | 6.9 | 10.4 | 14.1 |
| 100 | — | — | — | — | — | — | — | 1.7 | 2.4 | 3.4 | 5.2 | 7.1 |
| 150 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 2.3 | 3.5 | 4.7 |
| 200 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 2.6 | 3.5 |
Расчет сечения провода по току 12в на примере
А теперь на примере посмотрим как наверняка вычислить сечение провода. Для этого можете воспользоваться формулой:
R=E/I*L,
R – это удельное сопротивление материала измеряемое в Ом/м,
Е — верхний показатель допускаемого падение напряжения в проводе в V,
I – сила тока, проходящего через кабель измеряемая в А,
L – вся длинна, которую Вы планируете использовать, в м (обратите внимание, величину надо умножать на 2, для плюсового и минусового кабеля)
Нагрузка 60 Вт (ток при этом равняется 60/12 = 5А), расположен на удалении 10 метров от блока АКБ, номиналом напряжения 12V. Помним, что максимум допускается потеря напряжение до 2% (0,25V):
R = 0,25V / <(5А)х(10м*2)>= 0,0025 Ом/м
То-есть удельное сопротивление составляет не менее 0,0025 Ом/м
Подставляем значение в таблицу приведенную ниже и вычисляем самую малую величину 6 квадратных миллиметров.
Таблица расчета удельного сопротивления.
| Сечение провода | Максимальный допустимый ток, А | Сопротивление | |||
| Количество проводов в кабеле | Количество проводов в кабеле | Ом/м | |||
| мм 2 | 2-жильный | 3-жильный | 2-жильный | 3-жильный | на жилу |
| 1.0 | 11 | 9 | 12 | 10 | 0.018 |
| 1.5 | 13 | 12 | 15 | 13 | 0.012 |
| 2.5 | 18 | 16 | 21 | 18 | 0.0074 |
| 4.0 | 24 | 22 | 27 | 24 | 0.0046 |
| 6.0 | 30 | 27 | 35 | 30 | 0.0031 |
| 10.0 | 40 | 37 | 48 | 41 | 0.0018 |
| 16.0 | 53 | 47 | 64 | 54 | 0.0012 |
| 25.0 | 60 | 53 | 71 | 62 | 0.00073 |
| 35.0 | 74 | 65 | 87 | 72 | 0.00049 |
Особенности соблюдения стандартов при монтаже
Стоит упомянуть, что в энергосистемах с напряжением от 48V и выше, снижение показателя напряжения практически не чувствуется. Например для оборудования использующего напряжение 48V, 2% составляют всего 1V и для передачи той же мощности может использоваться провод с меньшим диаметром.
Обязательно не забудьте, для надежной и долговечной работы всего комплекса, все соединения должны быть надежными, при их монтаже обязательно использование только профессиональных расходных материалов (наконечники, гильзы) и профессионального инструмента.
