Przekrój przewodu do instalacji off-grid – jak dobrać odpowiedni?

W temacie fotowoltaiki, zazwyczaj skupia się uwagę na panelach słonecznych i falownikach. Niestety, często pomija się znaczenie kabli solarnych, które są równie istotne. To one odpowiadają między innymi za przesył wyprodukowanej energii z paneli, do falownika. Jakie kable fotowoltaiczne powinno się wybierać? Jaki przekrój kabla fotowoltaicznego będzie odpowiedni? Oto kluczowe informacje.

Czym wyróżniają się przewody stosowane w fotowoltaice?

Zanim zagłębimy się w szczegółowe omówienie cech użytkowych przewodów fotowoltaicznych, warto najpierw zdefiniować, co rozumiemy przez „kable fotowoltaiczne”. W tej szerokiej kategorii znajdują się:

 

• przewody służące do połączenia poszczególnych modułów między sobą,
• kable służące do połączenia ciągów modułów,
• przewody prowadzące prąd z paneli do falownika.

 

Wszystkie wymienione przypadki odnoszą się do przewodów typu DC, które przesyłają prąd stały. Ich znaczenie w systemach fotowoltaicznych podkreśla fakt, że dla nich opracowano specjalną normę. Norma PN EN 50618:2015-03 dotyczy głównie kabli i przewodów jednożyłowych, używanych po stronie DC.

Podstawowe kryteria konstrukcji przewodów do fotowoltaiki

Przewody przeznaczone do fotowoltaiki są zwykle wykonane z elastycznych drutów miedzianych, ocynkowanych, które tworzą pojedynczą żyłę. Ta żyła powinna być otoczona podwójną warstwą izolacji.

 

Inne wymagania, jakie muszą spełniać przewody przeznaczone do fotowoltaiki, zgodnie z normą PN EN 50618:2015-03 „Kable i przewody elektryczne do systemów fotowoltaicznych”, to m.in.:

 

• Podwójna izolacja – przewody DC używane w instalacjach PV powinny mieć zarówno izolację podstawową, jak i dodatkową, aby w przypadku uszkodzenia jednej z nich druga mogła nadal zapewniać ochronę przed porażeniem elektrycznym, łukiem elektrycznym i pożarem.
• Właściwy materiał – izolacja kabli fotowoltaicznych musi być wykonana z wytrzymałych materiałów, takich jak polietylen usieciowany (XLPE) lub gumy termoutwardzalnej bezhalogenowej (LSZH), aby radzić sobie z trudnymi warunkami otoczenia, w tym wysokimi temperaturami i żrącymi substancjami.
• Temperatura pracy – przewody PV powinny mieć standardową maksymalną temperaturę pracy wynoszącą 90°C, przy czym powinny być odporne na krótkotrwałe temperatury do 120°C (przez 20 tys. godzin) w otoczeniu o temperaturze 90°C. Dodatkowo muszą być odporne na niskie temperatury, co najmniej do -40°C.
• Wytrzymałość – kable fotowoltaiczne powinny mieć przewidywaną żywotność co najmniej 25 lat i być odporne na promieniowanie UV.
• Giętkość – żyły w przewodach fotowoltaicznych powinny być 5-tej lub 6-tej klasy, a sam przewód powinien być giętki, aby zapobiec uszkodzeniom i ułatwić montaż.
• Bezpieczeństwo przeciwpożarowe – przewody do fotowoltaiki powinny być maksymalnie odporne na rozprzestrzenianie się ognia, emitować jak najmniej gęstych dymów i nie wydzielać gazów korozyjnych w przypadku zapłonu. Dodatkowo, powinny być pokryte izolacją niezawierającą halogenów, aby ograniczyć szkodliwe skutki pożaru.

Który kabel wybrać do instalacji fotowoltaicznej?

Dopuszczalne natężenie prądu dla przewodu musi być większe, niż maksymalny prąd przepływający przez niego. Jest to istotne dla zapewnienia bezpieczeństwa, ponieważ przeciążenie przewodów może prowadzić do nadmiernego nagrzewania się i potencjalnie wywołać pożar.

 

Dodatkowo należy zadbać o to, aby spadek napięcia w obwodzie nie przekraczał 1%. Jest to istotne dla efektywności pracy instalacji fotowoltaicznej, ponieważ większy spadek napięcia prowadzi do spadku mocy. Wyjątek od tej zasady można zaakceptować jedynie w przypadku bardzo długich obwodów, gdzie koszty okablowania mogą przewyższyć korzyści wynikające z zachowania 1% spadku napięcia. Jednak w takiej sytuacji spadek napięcia nie powinien przekroczyć 3%.

 

Zasady doboru przewodów DC

Aby dokonać obliczeń przekroju przewodu do instalacji fotowoltaicznej, można skorzystać z dostępnych w Internecie kalkulatorów przekroju kabla do fotowoltaiki. Jednakże, dla osób zainteresowanych samodzielnym wykonaniem obliczeń, poniżej przedstawiamy wzór na przekrój przewodu:

 

gdzie:

• S – przekrój przewodu (w mm²),
• I – maksymalne natężenie prądu (w A),
• L – długość przewodu (w m),
• k – współczynnik przewodzenia (w S/m),
• U – dopuszczalne napięcie spadku (w V),
• cos(ϕ) – współczynnik mocy (zwykle przyjmuje się wartość 1)

 

Przykładowo średnica 4mm2 umożliwia łatwe podłączenie paneli o mocy 5W-320W na odległość do 15 metrów, bez istotnych spadków napięcia. Natomiast przewód 6mm2 pozwalają już na podłączenie paneli o mocy w przedziale 160W-320W.

 

Jeśli zaś chodzi o moc falownika, która mieści się w zakresie od 3 do 7,5 kW, zaleca się użycie kabla solarnego o przekroju 4 mm. Dla falowników o mocy od 7,5 do 11 kW lepszym wyborem będzie kabel solarny o przekroju 6 mm. Oto kilka przykładowych wartości przekroju przewodu solarnego dla odpowiednich mocy falowników:

 

• Do 1,5 kW: Przekrój żyły 1,5 mm²
• 1,5 kW – 3 kW: Przekrój żyły 2,5 mm²
• 3 kW – 7,5 kW: Przekrój żyły 4 mm²
• 7,5 kW – 11 kW: Przekrój żyły 6 mm²
• 11 kW – 18,5 kW: Przekrój żyły 10 mm²
• 18,5 kW – 22 kW: Przekrój żyły 16 mm²
• 22 kW – 30 kW: Przekrój żyły 25 mm²

 

Przewody przeznaczone do połączenia paneli fotowoltaicznych różnią się od typowych kabli używanych w domach. Przede wszystkim są one wyposażone w grubsze izolacje oraz pokryte ocynkowaną linką miedzianą. Dlatego ich średnica jest większa, a konstrukcja umożliwia prowadzenie ich pod modułami bez konieczności dodatkowych zabezpieczeń.

 

Kable używane po stronie DC powinny być izolowane za pomocą polietylenu usieciowanego (XLPE) lub gumy termoutwardzalnej bezhalogenowej (LSZH), które charakteryzują się temperaturą pracy od -40°C do 90°C. Należy pamiętać, że przewody muszą spełniać wymagania testów wytrzymałości termicznej określone w normie UNE-EN 60216 i być dostosowane do pracy przy wysokich napięciach (do 1000 VDC). Elastyczność i mały promień gięcia przewodu są również istotne, ponieważ ułatwiają układanie kabli.

 

Przewody AC to te, które prowadzą prąd z falownika (inwertera) do domowej rozdzielni elektrycznej. Po stronie prądu zmiennego (AC) należy uwzględnić odległość między falownikiem a rozdzielnia główną.

Podsumowanie

Kable przeznaczone do instalacji fotowoltaicznych stanowią istotny element systemów PV. Muszą one wykazywać odporność na obciążenia mechaniczne, zmienne warunki atmosferyczne oraz wysokie napięcia. Dodatkowo, konieczne jest spełnienie rygorystycznych norm dotyczących ochrony przeciwpożarowej, które wymagają ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia, minimalizacji emisji dymu oraz eliminacji żrących substancji. Wybór i poprawne prowadzenie tych kabli ma kluczowe znaczenie dla efektywności działania systemu fotowoltaicznego oraz zapewnienia bezpieczeństwa użytkowników. Warto zatem powierzyć te kwestie ekspertom, na przykład korzystając z rekomendacji firm fotowoltaicznych. Ich wiedza i doświadczenie mogą przyczynić się do optymalnego funkcjonowania instalacji PV oraz zapewnienia naszego bezpieczeństwa.

O autorze