Dobór odpowiedniego kabla AC w instalacjach fotowoltaicznych to kluczowy element zapewniający bezpieczeństwo, efektywność energetyczną oraz zgodność z lokalnymi przepisami. Niewłaściwie dobrany przewód może prowadzić do znacznych spadków napięcia, strat mocy, a nawet nieprawidłowego działania inwertera. W niniejszym artykule przedstawimy najważniejsze kryteria oraz wzory niezbędne przy doborze kabla AC.

Dlaczego właściwy dobór kabla jest istotny?

Podstawowym zadaniem kabla w instalacji AC jest bezpieczne przesyłanie energii elektrycznej od inwertera do punktu przyłączenia do sieci użytecznej. Właściwy dobór kabla zapewnia:

• Minimalizację strat energii: Odpowiednio dobrana średnica przewodu zmniejsza spadki napięcia, co przekłada się na mniejsze straty mocy.
• Stabilność działania inwertera: Nadmierny wzrost napięcia na wyjściu może powodować zablokowanie pracy inwertera (tzw. voltage trip).
• Zgodność z przepisami: Instalacje muszą być wykonane zgodnie z lokalnymi normami i przepisami elektrycznymi, które często określają maksymalne dopuszczalne spadki napięcia.

Podstawowe parametry wpływające na dobór kabla

Przy wyborze kabla AC należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

1. Długość przewodu (L): Im dłuższa trasa, tym większe straty. W przypadku instalacji, gdzie kabel biegnie na duże odległości, może być konieczne zwiększenie przekroju przewodu.
2. Prąd znamionowy (I): Maksymalny prąd, jaki przepływa przez kabel, bezpośrednio wpływa na straty napięcia i moc traconą na kablu.
3. Przekrój przewodu (A): Większy przekrój obniża opór, co skutkuje mniejszym spadkiem napięcia.
4. Materiał kabla: Najczęściej stosowanymi materiałami są miedź i aluminium. Miedź charakteryzuje się niższym współczynnikiem oporu (ρ = 1,68∙10⁻⁸ Ω∙m) w porównaniu do aluminium (ρ = 2,82∙10⁻⁸ Ω∙m).
5. Dopuszczalny spadek napięcia (∆V): Zaleca się, aby spadek napięcia nie przekraczał 2% napięcia sieci, a w niektórych lokalizacjach nawet 1%.

Podstawowe równania przy doborze kabla

1. Obliczanie oporu przewodu

Opór kabla można wyznaczyć ze wzoru:

  R = ρ · L / A

gdzie:

• R – opór przewodu [Ω],
• ρ – oporność właściwa materiału (dla miedzi: 1,68∙10⁻⁸ Ω∙m),
• L – długość przewodu [m],
• A – przekrój przewodu [mm²].

2. Obliczanie spadku napięcia

Spadek napięcia (∆V) na kablu można obliczyć korzystając z prawa Ohma:

  ∆V = I · R

gdzie:

• I – maksymalny prąd [A].

3. Obliczanie strat mocy

Straty mocy związane z przesyłem energii przez kabel można obliczyć ze wzoru:

  ∆P = ∆V · I

Dla oceny efektywności często wykorzystuje się również procentowy spadek napięcia, który oblicza się jako:

  ∆V% = (∆V / V) · 100%

gdzie:

• V – napięcie sieciowe.

4. Obliczanie minimalnego przekroju przewodu

Aby zapewnić, że spadek napięcia pozostanie w dopuszczalnych granicach, minimalny przekrój przewodu można wyznaczyć ze wzoru:

  A_min = (P · ρ · L) / (V · ∆V_max)

gdzie:

• P – moc szczytowa inwertera (z danych technicznych),
• L – odległość między inwerterem a punktem przyłączenia do sieci (dla instalacji jednofazowych – wartość ta jest mnożona przez 2, dla trójfazowych dzielona przez 3),
• V – napięcie sieci,
• ∆V_max – maksymalnie dopuszczalny spadek napięcia.

Przykładowe zastosowanie

Rozważmy przykład inwertera SE4000 (jednofazowego) umieszczonego 25 m od punktu przyłączenia do sieci. Przy założeniu, że maksymalny prąd wynosi 22 A, a wybrano przewód miedziany o przekroju 10 mm², obliczenia przebiegają następująco:

1. Obliczenie oporu kabla:

  R = ρ · L / A

  Przybliżone wartości (zgodne z dokumentacją) mogą dać wynik rzędu 1,11 Ω.

1. Obliczenie spadku napięcia:

  ∆V = I · R = 22 A · 1,11 Ω ≈ 1,66 V

Przy napięciu sieciowym 230 V, procentowy spadek wynosi około 0,8%, co jest znacznie poniżej zalecanego maksimum 2%.

1. Dobór minimalnego przekroju:

Jeśli obliczenia wskazywałyby na spadek przekraczający 2% lub zgodnie z lokalnymi normami wymagany jest spadek poniżej 1%, należałoby zwiększyć przekrój przewodu. Wówczas wzór na A_min pozwala wyznaczyć nową wartość, którą trzeba przekroczyć.

Wskazówki dodatkowe

• Konsultacja z normami: Każda instalacja musi być wykonana zgodnie z lokalnymi przepisami i normami, które mogą wymagać m.in. niższego maksymalnego spadku napięcia.
• Przewody o większym przekroju: Jeśli obliczenia wskazują na konieczność zastosowania przewodów o większym przekroju, należy pamiętać, że nie powinno się ich bezpośrednio podłączać do terminali inwertera. Konieczne może być zastosowanie zewnętrznego skrzynki rozdzielczej lub specjalnych przejściówek.
• Materiały: Miedź, mimo że droższa, oferuje niższy opór, co przekłada się na mniejsze straty. Aluminium może być stosowane, ale wymaga odpowiedniego przeliczenia przekroju.

Podsumowanie

Dobór kabla AC to proces, który wymaga uwzględnienia wielu czynników: długości przewodu, maksymalnego prądu, rodzaju materiału czy dopuszczalnego spadku napięcia. Korzystając z powyższych wzorów i zaleceń, można zapewnić nie tylko efektywne przesyłanie energii, ale także bezpieczeństwo i zgodność z obowiązującymi normami. 

Kalkulator doboru kabla AC

Wprowadź dane, aby obliczyć minimalny przekrój kabla:

Moc szczytowa inwertera (kW):

Długość instalacji (m):

Dopuszczalny spadek napięcia (%) :

System fazowy: Jednofazowy (napięcie 230 V, droga ×2) Trójfazowy (napięcie 400 V)

Materiał kabla: Miedź (ρ = 1.68×10⁻⁸ Ω·m) Aluminium (ρ = 2.82×10⁻⁸ Ω·m)

Oblicz minimalny przekrój