Jaki kabel do fotowoltaiki? Zasady obliczania przekroju

Co to jest kabel do fotowoltaiki?

Zanim przejdziemy do szczegółowego omówienia cech użytkowych kabli PV, warto pokrótce nakreślić, co mamy na myśli pisząc “kable do fotowoltaiki”. W tej szerokiej definicji mieszczą się bowiem:

• przewody do łączenia poszczególnych modułów między sobą,
• kable do łączenia ciągów modułów,
• przewody doprowadzające prąd z paneli do falownika.

Wszystkie wskazane powyżej przypadki dotyczą przewodów typu DC, doprowadzających prąd stały. Ich znaczenie w systemach PV podkreśla fakt, że została dla nich opracowana specjalna norma. PN EN 50618:2015-03 “Kable i przewody elektryczne do systemów fotowoltaicznych” dotyczy w głównej mierze kabli i przewodów jednożyłowych stosowanych właśnie po stronie DC.

Kable fotowoltaiczne muszą być odporne na szereg czynników, takich jak: promieniowanie UV, ekstremalne temperatury, wilgoć i deszcz, chemikalia czy uszkodzenia mechaniczne. Te właściwości gwarantują, że kable fotowoltaiczne będą bezpieczne i niezawodne przez cały okres eksploatacji systemu.

Jak obliczyć potrzebny przekrój kabla solarnego?

Aby obliczyć przekrój kabla solarnego można wykorzystać np. kalkulator przekroju kabla do fotowoltaiki. Podobne narzędzie z łatwością znajdziecie w Internecie. Jeśli macie ambicje samodzielnie dokonać obliczeń, załączamy wzór na przekrój przewodu.

Przekrój przewodu (w mm2) = (I * n) / U * k * 0,01

Gdzie:

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),
0,01 - dopuszczalne straty na obwodach (przyjęte 1%, czyli 0,01).

Warto w tym miejscu jeszcze wspomnieć, dlaczego do obliczeń przekroju przewodów w kontekście napięcia wykorzystuje się parametry paneli fotowoltaicznych dla NOCT, a nie STC. Robi się tak dlatego, że moduły PV bardzo rzadko osiągają parametry określone według STC. Przewymiarowanie przewodów solarnych nie ma zatem ekonomicznego uzasadnienia (podobna zasada dotyczy doboru falownika fotowoltaicznego).

Uwaga! Wyjątek od tej reguły stanowią obliczenia dotyczące obciążalności prądowej przewodów DC. Jako że kwestia ta dotyczy bezpieczeństwa, przy obliczeniach obciążalności prądowej kabli do fotowoltaiki po stronie DC należy wziąć pod uwagę możliwie największy prąd (prąd zwarciowy ISC dla warunków STC). Dodatkowo, w wyliczeniach uwzględnia się współczynnik bezpieczeństwa na poziomie 1,25 (który uwzględnia ryzyko zwiększonego promieniowania słonecznego ponad warunki przyjęte w STC).

Dobór przekroju kabla do mocy instalacji

Istnieją dwie podstawowe zasady doboru kabli solarnych.

Po pierwsze, dopuszczalne natężenie prądu określone dla przewodu musi być wyższe niż maksymalny prąd, który będzie przez niego płynął. Dlaczego? Jest to kwestia bezpieczeństwa (przeciążenie przewodów prowadzi do wydzielania się ciepła i może powodować pożar).

Po drugie, dobierając kable do fotowoltaiki musimy zadbać o to, by spadek napięcia w obwodzie nie był większy niż 1%. Kwestia ta jest związana efektywnością pracy instalacji fotowoltaicznej - spadek napięcia prowadzi bowiem do spadku mocy. Odstępstwo od tej zasady dopuszcza się jedynie w przypadku bardzo długich obwodów, w których koszty okablowania przewyższyłyby zyski z zachowania zasady 1% spadku napięcia. W takiej sytuacji, spadek napięcia nie powinien jednak przekroczyć 3%.

Co jeszcze należy wiedzieć na temat spadku napięcia? Jak go ograniczać? Wszystko zależy od natężenia prądu, długości obwodu, przekroju przewodów oraz napięcia i przewodności właściwej żyły kabla. Straty mocy w ujęciu procentowym można wyliczyć za pomocą następującego wzoru:

Strata mocy = (I * n ) / ( U2 * k * A ) * 100%

Gdzie:

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).

By uniknąć strat, można zwiększyć liczbę modułów w stringu. Jeśli ta opcja nie wchodzi w grę, należy zwiększyć przekrój poprzeczny przewodu do fotowoltaiki.

Jaki kabel do fotowoltaiki 10 kW?

Do instalacji o mocy ok. 10 kW zwykle zaleca się użycie kabla o przekroju 6 mm², aby zapewnić odpowiednią wydajność i bezpieczeństwo, zwłaszcza przy dłuższych odległościach między panelami a inwerterem.

Jaki kabel do fotowoltaiki 6 kW?

W instalacjach o mocy 6 kW zazwyczaj stosuje się kabel o przekroju 4 mm². Taki przekrój jest wystarczający, aby uniknąć nadmiernych strat energii przy standardowych odległościach.

Kabel do fotowoltaiki 5 kW

W przypadku fotowoltaiki 5 kW można zastosować przewód o przekroju 4 mm² taki sam, jak w przypadku fotowoltaiki 6 kW.

Kabel do fotowoltaiki 4 kW

Dla fotowoltaiki o mocy 4 kW zalecana średnica kabla solarnego powinna wynosić 4 mm².

Dobór kabla do uziemienia instalacji

Dobór kabla do uziemienia instalacji fotowoltaicznej jest kluczowy dla zapewnienia bezpieczeństwa i efektywności systemu. Zgodnie z normą PN-EN 62305, należy szczególnie uwzględnić przekrój przewodów, który musi być dopasowany do specyfiki instalacji. Dla połączeń mechanicznych wymagany jest przekrój co najmniej 4 mm², a dla połączeń z główną szyną – co najmniej 6 mm² lub 16 mm², w zależności od klasy zabezpieczeń SPD, jak określa norma IEC 60364-7-712.

Odpowiedni dobór przewodu zapobiega potencjalnym uszkodzeniom instalacji oraz minimalizuje ryzyko porażenia prądem. Przy projektowaniu uziemienia warto również pamiętać o regularnym przeglądzie i konserwacji, aby utrzymać wysoką skuteczność ochrony przez cały okres eksploatacji instalacji.

Ile kosztuje kabel solarny?

Kable solarne 4-6 mm2 można kupić za około 3 - 10 zł za metr. Stawka może być nieco niższa, jeśli kupimy produkt w większej ilości (np. kilkaset metrów). Ostateczna cena kabla solarnego zależy jednak też od jego przekroju, długości, ale też jakości czy posiadanych certyfikatów spełnienia norm.

FAQ - kable do fotowoltaiki

1. Dlaczego przekrój kabla w instalacji fotowoltaicznej jest tak ważny? Kable do fotowoltaiki mają ogromny wpływ na stabilność pracy i wydajność całej instalacji. Zły dobór przekroju może skutkować m.in. wyłączaniem się fotowoltaiki przy wysokim napięciu. Są one również istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa instalacji. Ich uszkodzenia wywołane np. niską jakością to jedna z przyczyn pojawienia się łuku elektrycznego w fotowoltaice i w efekcie pożarów instalacji fotowoltaicznych.
2. Czy kabel solarny różni się od standardowego kabla elektrycznego? Tak, kabel solarny jest specjalnie zaprojektowany do pracy w trudnych warunkach zewnętrznych. Charakteryzuje się m.in. podwójną izolacją i zwiększoną odpornością na promieniowanie UV, wilgoć oraz ekstremalne temperatury.
3. Czy długość kabla solarnego ma wpływ na wybór jego przekroju? Tak, długość kabla ma bezpośredni wpływ na wybór jego przekroju. Im dłuższy kabel, tym większe straty napięcia, co może wymagać zastosowania przewodu o większym przekroju, aby utrzymać efektywność instalacji.
   
4. Jakie normy regulują dobór kabli do instalacji fotowoltaicznych? Jakość i sposób doboru kabli w przewodach fotowoltaicznych regulują m.in. normy: PN EN 50618:2015-03 czy N-SEP-E-004.
5. Czy kabel solarny można zakopać w ziemi? Tak, kabel solarny można zakopać w ziemi, ale pod pewnymi warunkami. Aby to było bezpieczne i zgodne z normami, kabel musi być odpowiednio przystosowany do tego typu instalacji. Przewody powinny mieć dodatkową, wzmocnioną izolację, odporną na wilgoć, uszkodzenia mechaniczne oraz wpływ czynników chemicznych występujących w glebie. Oprócz tego zaleca stosowanie peszli ochronnych.