W systemach fotowoltaicznych najczęściej skupia się uwagę na panelach oraz falownikach, pomijając znaczenie takich elementów jak kable solarne. Tymczasem to właśnie one odpowiadają za przesył wyprodukowanej energii z modułów do falownika, co wpływa na sprawność i bezpieczeństwo całej instalacji. Dobór odpowiednich przewodów ma bezpośrednie przełożenie na efektywność działania systemu. Dlatego warto zwrócić uwagę na ich parametry techniczne, takie jak przekrój czy odporność na warunki atmosferyczne. Właściwie dobrany kabel zapewnia niezawodność przesyłu prądu oraz ogranicza straty energii. W dłuższej perspektywie ma istotne znaczenie dla użytkowania instalacji.
Przeczytaj także:
- Nowa taryfa G14 – najważniejsze informacje
- Produkcja wodoru z fotowoltaiki
- Co to jest zestyk elektryczny w fotowoltaice?
Czym jest kabel do fotowoltaiki?
Przed omówieniem właściwości użytkowych przewodów wykorzystywanych w instalacjach fotowoltaicznych, warto doprecyzować, co kryje się pod pojęciem kabli do PV. W jego zakres wchodzą przewody stosowane do łączenia modułów ze sobą, przewody spinające całe ciągi paneli, a także te, które przesyłają energię z instalacji do falownika. Wszystkie te elementy dotyczą obwodów prądu stałego i mają za zadanie zapewnić niezawodny transport energii wewnątrz systemu.
Dla tego typu przewodów opracowano specjalną normę techniczną – PN EN 50618:2015-03 – która odnosi się przede wszystkim do jednożyłowych kabli używanych po stronie DC. Przewody te muszą wykazywać wysoką odporność na działanie promieniowania UV, zmienne warunki atmosferyczne, wilgoć, substancje chemiczne oraz uszkodzenia mechaniczne. Odpowiednia jakość wykonania i trwałość materiałów zapewniają, że przewody będą spełniać swoją funkcję przez cały okres działania instalacji fotowoltaicznej.
W jaki sposób można obliczyć przekrój kabla do PV?
Do określenia odpowiedniego przekroju kabla w instalacji fotowoltaicznej można posłużyć się specjalistycznymi kalkulatorami dostępnym online. Osoby, które wolą samodzielnie podejść do tematu mogą skorzystać z konkretnego wzoru, który pozwala uwzględnić wszystkie istotne parametry techniczne instalacji. W obliczeniach bierze się pod uwagę natężenie prądu w warunkach NOCT, długość całkowitą obwodu, napięcie robocze oraz przewodność materiału, z którego wykonano przewód. Przyjmuje się także dopuszczalny poziom strat napięcia, zwykle na poziomie 1%.
Przekrój przewodu (w mm2) = (I * n) / U * k * 0,01
Zastosowanie danych z warunków NOCT, a nie STC, wynika z faktu, że rzeczywista praca modułów fotowoltaicznych rzadko odpowiada parametrom laboratoryjnym. Dzięki temu możliwe jest dobranie przewodów o właściwych parametrach bez niepotrzebnego przewymiarowania, co przekłada się na bardziej opłacalne i racjonalne rozwiązania.
Wyjątek stanowią jednak sytuacje, w których analizuje się obciążalność prądową przewodów. W takim przypadku konieczne jest uwzględnienie maksymalnego możliwego prądu, czyli wartości zwarciowej w warunkach STC. Dodatkowo stosuje się współczynnik bezpieczeństwa, który ma na celu zabezpieczenie przewodów przed skutkami chwilowego wzrostu natężenia prądu spowodowanego nadmiernym nasłonecznieniem. Taka praktyka zapewnia nie tylko trwałość systemu, ale przede wszystkim jego bezpieczne użytkowanie.
Jak dobrać przekrój kabla solarnego do mocy instalacji fotowoltaicznej?
Podczas doboru kabli stosowanych w instalacjach fotowoltaicznych należy przestrzegać dwóch podstawowych zasad, które mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i wydajność całego systemu. Przede wszystkim, maksymalne natężenie prądu przepływającego przez przewód nie może przekraczać wartości dopuszczalnej określonej dla danego kabla. Przekroczenie tego limitu może prowadzić do przegrzania przewodów, a w skrajnych przypadkach – do zagrożenia pożarowego.
Drugi aspekt dotyczy ograniczenia spadku napięcia w obwodzie. W dobrze zaprojektowanej instalacji wartość ta nie powinna przekraczać 1%, ponieważ każde większe odchylenie może prowadzić do zauważalnej utraty mocy. Dopuszcza się odstępstwa od tej zasady jedynie w wyjątkowych sytuacjach, na przykład w przypadku bardzo długich odcinków przewodów, gdzie koszt zastosowania grubszego kabla byłby niewspółmierny do zysków energetycznych. W takich przypadkach maksymalny spadek napięcia nie powinien przekraczać 3%.
Ostateczny wpływ na wielkość strat napięcia mają takie czynniki jak długość obwodu, wartość natężenia prądu, przekrój przewodów, napięcie systemowe oraz właściwości przewodzące materiału, z którego wykonano żyłę kabla. Wartości te można uwzględnić w specjalnym wzorze, który pozwala precyzyjnie obliczyć straty mocy w procentach i dostosować instalację do wymaganych parametrów:
Strata mocy = (I * n ) / ( U2 * k * A ) * 100%
n – całkowita długość obwodu w metrach,
I – natężenie prądu IMpp w warunkach NOCT (w amperach),
U – napięcie obowdu UMPP w warunkach NOCT (w woltach),
k – przewodność właściwa materiału, z którego wykonano przewód (np. miedź 48-54 m/ohm * mm),
A – przekrój przewodu (w mm2).
W celu ograniczenia strat energii w instalacji fotowoltaicznej możliwe jest zwiększenie liczby modułów w jednym ciągu. W sytuacji, gdy taka zmiana nie jest możliwa, rozwiązaniem może być zastosowanie przewodu o większym przekroju poprzecznym, co pozwala na zmniejszenie spadków napięcia i poprawę efektywności przesyłu energii w obrębie systemu.
Jaki przekrój kabla do fotowoltaiki 4, 6 i 10 kW?
Dla systemów fotowoltaicznych o mocy 4 kW standardowo stosuje się przewody o przekroju 4 mm², co zapewnia odpowiednią sprawność przesyłu energii przy typowych odległościach instalacyjnych. Taki sam przekrój znajduje zastosowanie również w instalacjach o mocy 6 kW, gdzie spełnia wymagania dotyczące ograniczenia strat napięcia.
W przypadku większych układów, takich jak systemy o mocy około 10 kW, zaleca się użycie przewodów o przekroju 6 mm², szczególnie tam, gdzie odległość pomiędzy panelami a falownikiem jest większa. Dobór przekroju powinien zawsze uwzględniać nie tylko moc instalacji, ale również długość trasy kablowej i warunki pracy systemu.
Na jakiej zasadzie dobiera kabel solarny do uziemienia?
Dobór przewodu do uziemienia instalacji fotowoltaicznej ma bezpośredni wpływ na poprawne i bezpieczne funkcjonowanie całego systemu. Zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie PN-EN 62305, należy uwzględnić odpowiedni przekrój kabla, dostosowany do konkretnego zastosowania. W przypadku połączeń mechanicznych niezbędne jest zastosowanie przewodów o przekroju co najmniej 4 mm², natomiast przy połączeniach z główną szyną uziemiającą wymagane wartości to 6 mm² lub 16 mm² – w zależności od klasy zabezpieczeń przeciwprzepięciowych, zgodnie z normą IEC 60364-7-712.
Zastosowanie przewodu o właściwych parametrach technicznych ogranicza ryzyko uszkodzeń systemu i poprawia ochronę przed porażeniem prądem. Aby instalacja uziemiająca działała skutecznie przez długi czas, zaleca się okresowe przeglądy i konserwację wszystkich elementów odpowiedzialnych za ochronę odgromową i przepięciową.
