کابل پنل خورشیدی: سایز کابل DC، نمره ۴ یا ۶ و محاسبهٔ افت ولتاژ

کابل خورشیدی چه فرقی با کابل معمولی دارد؟

کابل DC پنل بیست‌وپنج سال زیر آفتاب، گرما، سرما و باران می‌ماند. کابل خورشیدی استاندارد (با نام‌های H1Z2Z2-K یا PV1-F) برای همین ساخته شده:

• مس قلع‌اندود و افشان: در برابر خوردگی مقاوم و انعطاف‌پذیر برای عبور از سازه
• عایق دولایه و مقاوم در برابر اشعهٔ فرابنفش: کابل معمولی ساختمانی زیر آفتاب در چند سال ترک برمی‌دارد
• ولتاژ نامی بالا: H1Z2Z2-K برای ۱۵۰۰ ولت DC ساخته شده، در حالی که ولتاژ رشته‌های نیروگاهی به ۱۰۰۰ ولت هم می‌رسد
• بازهٔ دمایی وسیع: از سرمای زیر صفر زمستان تا دمای بالای پشت پنل در تابستان

استفاده از کابل معمولی ساختمانی در بخش DC صرفه‌جویی نیست؛ ترک عایق در ولتاژ DC بالا، خطر قوس الکتریکی و آتش‌سوزی دارد.

قدم اول: جریان طراحی رشته

جریان هر رشته همان جریان یک پنل است، چون پنل‌ها سری‌اند. برای طراحی، جریان اتصال کوتاه پنل (Isc) × ۱٫۲۵ را مبنا می‌گیرند تا تابش‌های بالاتر از استاندارد هم پوشش داده شود:

پنل	Isc از دیتاشیت	جریان طراحی رشته
AE Solar Aurora ۵۵۰	۱۳٫۶۷ آمپر	۱۷٫۱ آمپر
AE Solar Meteor ۵۸۰	۱۴٫۴ آمپر	۱۸٫۰ آمپر
AE Solar Meteor ۶۳۰	۱۶٫۰۹ آمپر	۲۰٫۱ آمپر
AE Solar Meteor ۷۳۰	۱۸٫۴۹ آمپر	۲۳٫۱ آمپر

در جدول‌های سازندگان کابل خورشیدی استاندارد، ظرفیت جریان یک رشته کابل در هوای آزاد برای نمره ۴ حدود ۵۵ آمپر و برای نمره ۶ حدود ۷۰ آمپر است. داخل لوله، در دسته‌های چندتایی یا در دمای بالا این عدد کم می‌شود، ولی حتی با این کاهش، هر دو نمره برای جریان یک رشته کافی‌اند. پس آنچه نمره را تعیین می‌کند، افت ولتاژ است.

قدم دوم: افت ولتاژ

جریان در مسیر رفت و برگشت کابل، بخشی از ولتاژ را به گرما تبدیل می‌کند. فرمولش:

افت ولتاژ (ولت) = ۲ × طول یک‌طرفهٔ مسیر (متر) × جریان کاری (آمپر) × مقاومت ویژهٔ مس ÷ سطح مقطع (میلی‌متر مربع)

• ضریب ۲ برای رفت و برگشت (کابل مثبت و منفی) است.
• مقاومت ویژهٔ مس در دمای کار کابل (حدود ۷۰ درجه) حدود ۰٫۰۲۱ اهم‌میلی‌مترمربع بر متر است.
• برای افت ولتاژ، جریان کاری (Imp) به کار می‌رود، نه جریان طراحی.

درصد افت = افت ولتاژ ÷ ولتاژ کاری رشته. هدف رایج برای بخش DC، زیر ۱ تا ۱٫۵ درصد است.

مثال‌های عددی

رشته	ولتاژ کاری	طول مسیر (یک‌طرفه)	نمره ۴	نمره ۶
۶ پنل ۵۵۰، خانگی تک‌فاز	۲۵۵ ولت	۲۰ متر	۱٫۱ درصد	۰٫۷ درصد
۶ پنل ۵۵۰، خانگی تک‌فاز	۲۵۵ ولت	۴۰ متر	۲٫۱ درصد	۱٫۴ درصد
۱۵ پنل ۵۵۰، سه‌فاز	۶۳۹ ولت	۳۰ متر	۰٫۶ درصد	۰٫۴ درصد
۱۵ پنل ۵۵۰، سه‌فاز	۶۳۹ ولت	۱۰۰ متر	۲٫۱ درصد	۱٫۴ درصد
۱۴ پنل ۷۳۰، سه‌فاز	۵۸۴ ولت	۵۰ متر	۱٫۶ درصد	۱٫۰ درصد
۲۰ پنل ۷۳۰، نیروگاهی	۸۳۴ ولت	۱۵۰ متر	۳٫۳ درصد	۲٫۲ درصد

دو الگو از جدول پیداست:

• رشتهٔ کوتاه خانگی ولتاژ پایین‌تری دارد و به افت حساس‌تر است. ۶ پنل با ۴۰ متر کابل ۴ میلی‌متری، بیش از ۲ درصد افت می‌دهد.
• پنل‌های پرجریان مثل Meteor ۷۳۰ با جریان کاری ۱۷٫۵ آمپر، در همان طول افت بیشتری دارند و زودتر به نمره ۶ نیاز پیدا می‌کنند.

در نیروگاه‌های بزرگ با مسیرهای ۱۵۰ متری، رشته‌ها معمولاً در جعبه‌تقسیم (کامباینر باکس) نزدیک پنل‌ها جمع می‌شوند و از آنجا با کابل ضخیم‌تر به اینورتر می‌روند، یا اینورترهای رشته‌ای نزدیک‌تر به پنل‌ها نصب می‌شوند تا مسیر DC کوتاه بماند.

افت ولتاژ یعنی برق از‌دست‌رفته

افت ۲ درصد در بخش DC یعنی حدود ۲ درصد از تولید پنل‌ها در ساعت‌های پرتابش، هر روز و در تمام عمر نیروگاه، تبدیل به گرما می‌شود. اختلاف قیمت کابل ۶ میلی‌متری با ۴ میلی‌متری یک هزینهٔ یک‌باره است، ولی تلفات هر روز تکرار می‌شود. برای همین در مسیرهای طولانی، این مقایسه معمولاً به نفع کابل ضخیم‌تر تمام می‌شود. اثر این تلفات را در شاخص نسبت عملکرد نیروگاه می‌بینید.

کانکتور MC4

اتصال پنل‌ها به هم و به کابل با کانکتور MC4 انجام می‌شود. سه قاعده:

• نر و مادهٔ هم‌برند و هم‌نوع: کانکتورهای دو سازندهٔ مختلف ممکن است ظاهراً جفت شوند ولی تماس کامل نداشته باشند؛ همین اتصال سست، داغ می‌کند و یکی از دلیل‌های رایج آتش‌سوزی در نیروگاه‌هاست.
• پرس با ابزار مخصوص: کانکتور با انبر پرس مخصوص MC4 بسته می‌شود، نه با انبردست.
• هیچ‌وقت زیر بار جدا نکنید: قطع اتصال DC زیر جریان، قوس الکتریکی می‌سازد. اول اینورتر و کلید DC را قطع کنید.

کانکتور و ابزار نصب را در فروشگاه ببینید.

فیوز رشته

وقتی سه رشته یا بیشتر روی یک ورودی موازی می‌شوند، هر رشته فیوز DC لازم دارد؛ اگر یک رشته اتصال کوتاه شود، جریان بقیه به سمت آن برمی‌گردد و فیوز جلویش را می‌گیرد. اندازهٔ فیوز معمولاً حدود ۱٫۵ برابر Isc انتخاب می‌شود و نباید از «حداکثر فیوز سری» دیتاشیت پنل بیشتر شود: ۲۵ آمپر برای Aurora ۵۵۰ و Meteor ۵۸۰، و ۳۰ آمپر برای Meteor ۶۳۰ و ۷۳۰. با یک یا دو رشته روی هر ورودی، معمولاً فیوز رشته لازم نیست. قواعد موازی کردن رشته‌ها را در رشته‌بندی پنل خورشیدی ببینید.

خطاهای رایج کابل‌کشی DC

• کابل آویزان و بی‌مهار: باد کابل را به لبهٔ تیز سازه می‌ساید و عایق را می‌برد. کابل را با بست مقاوم در برابر UV به سازه ببندید.
• حلقهٔ بزرگ بین مثبت و منفی: کابل مثبت و منفی هر رشته را کنار هم ببرید؛ حلقهٔ باز، در صاعقهٔ نزدیک ولتاژ القایی می‌گیرد.
• کابل روی سقف داغ یا داخل آب‌رو: گرمای زیاد ظرفیت جریان را کم می‌کند و آب ایستاده به کانکتورها می‌رسد.
• بی‌برچسب بودن رشته‌ها: هر رشته را در دو سر برچسب بزنید؛ عیب‌یابی بعدی بدون برچسب ساعت‌ها طول می‌کشد.

کابل سمت AC (از اینورتر تا تابلو) حساب جداگانه‌ای دارد که از جریان خروجی اینورتر و فاصلهٔ تابلو می‌آید. جریان طراحی رشته‌های پروژهٔ شما را ماشین‌حساب ابعاد تجهیزات در فهرست تجهیزات نشان می‌دهد.

پرسش‌های پرتکرار

کابل پنل خورشیدی چند میلی‌متری باشد؟

برای رشته‌های پنل معمولاً ۴ یا ۶ میلی‌متر مربع. در مسیرهای کوتاه خانگی ۴ میلی‌متر کافی است؛ در مسیرهای بالای حدود ۵۰ متر یا با پنل‌های پرجریان ۷۰۰ واتی به بالا، ۶ میلی‌متر افت ولتاژ را زیر حد مجاز نگه می‌دارد.

کابل خورشیدی نمره ۴ بهتر است یا نمره ۶؟

هر دو جریان یک رشته را تحمل می‌کنند؛ فرقشان در افت ولتاژ است. نمره ۶ حدود یک‌سوم افت کمتری دارد و برای مسیرهای طولانی ارزشش را دارد. برای مسیرهای کوتاه، نمره ۴ کافی و ارزان‌تر است.

می‌شود به‌جای کابل خورشیدی از کابل معمولی استفاده کرد؟

در بخش DC نه. عایق کابل معمولی ساختمانی در برابر اشعهٔ فرابنفش مقاوم نیست و برای ولتاژهای DC بالای رشته‌ها ساخته نشده؛ ترک‌خوردن آن خطر قوس الکتریکی و آتش‌سوزی دارد.

افت ولتاژ مجاز در کابل DC خورشیدی چقدر است؟

هدف رایج زیر ۱ تا ۱٫۵ درصد ولتاژ کاری رشته است. افت ولتاژ با طول مسیر و جریان زیاد می‌شود و با سطح مقطع کابل کم می‌شود.

جریان کابل هر رشته چطور حساب می‌شود؟

جریان اتصال کوتاه پنل (Isc از دیتاشیت) × ۱٫۲۵. برای پنل ۵۵۰ واتی Aurora حدود ۱۷ آمپر و برای Meteor ۷۳۰ حدود ۲۳ آمپر.