Podstawowe parametry przewodów w systemach słonecznych
Przewód do fotowoltaiki musi spełniać szczególne wymagania techniczne ze względu na specyfikę pracy z prądem stałym. Te kable pracują w trudnych warunkach atmosferycznych przez ponad 25 lat. Temperatura otoczenia może wahać się od -40°C do +90°C w przypadku bezpośredniego nasłonecznienia. Standardowe przewody mieszkaniowe nie wytrzymują takich obciążeń termicznych.
Izolacja kabli fotowoltaicznych wykonana jest z materiałów odpornych na promieniowanie UV. Najbardziej popularne są przewody z izolacją XLPE lub EPR, które zachowują elastyczność przez dekady. Ich żywotność wynosi minimum 25 lat przy zachowaniu wszystkich parametrów elektrycznych. Grubość izolacji musi wynosić co najmniej 1,8 mm dla przewodów o przekroju do 10 mm².
Napięcie robocze przewodów fotowoltaicznych wynosi zazwyczaj 1,5 kV DC lub 1,8 kV DC. Te wartości są znacznie wyższe niż w standardowych instalacjach elektrycznych 230V/400V AC. Wynika to z faktu, że przewód do fotowoltaiki musi wytrzymać szczytowe napięcia systemu, które mogą przekraczać 1000V DC. Współczynnik bezpieczeństwa wynosi 1,5-1,8 w stosunku do maksymalnego napięcia roboczego instalacji.
Przekrój przewodu dobiera się na podstawie prądu zwarciowego modułów oraz długości trasy. Najczęściej stosowane przekroje to 4 mm², 6 mm² oraz 10 mm² dla połączeń między panelami. Dla głównych tras DC wykorzystuje się przewody o przekrojach 16 mm², 25 mm² lub większych. Spadek napięcia nie powinien przekraczać 3% dla całej trasy DC.
Dobór przekroju kabla według mocy instalacji
Moc instalacji fotowoltaicznej bezpośrednio wpływa na wymagany przekrój przewodów. Dla systemu o mocy 5 kW wystarczą przewody 4 mm² przy długości trasy do 20 metrów. Instalacje o mocy 10 kW wymagają już przewodów 6 mm² dla podobnych odległości. Te wartości dotyczą standardowych warunków pracy przy temperaturze otoczenia 30°C.
Systemy przemysłowe o mocy 50 kW i więcej wymagają szczególnej analizy rozkładu prądów. Główne trasy DC wykorzystują przewody o przekrojach 25-50 mm² w zależności od konfiguracji. Fotowoltaika wielkoskalowa często stosuje rozwiązania z kilkoma równoległymi trasami o mniejszych przekrojach. Pozwala to na lepszą elastyczność montażu i redukcję kosztów kabli.
Długość trasy kabla ma kluczowe znaczenie dla doboru przekroju. Przy trasach dłuższych niż 50 metrów konieczne jest zwiększenie przekroju o jedną kategorię. Na przykład zamiast 4 mm² należy zastosować 6 mm², a zamiast 6 mm² – przewód 10 mm². Dotyczy to tras od paneli do falownika oraz od falownika do rozdzielnicy głównej.
Temperatura pracy przewodów wpływa na ich rzeczywistą obciążalność prądową. W lecie temperatura kabli może osiągać 70-80°C przy bezpośrednim nasłonecznieniu. Oznacza to redukcję obciążalności o 20-30% względem wartości katalogowych. Dlatego zawsze należy uwzględniać współczynniki korekcyjne temperatury przy obliczeniach przekroju.
Wymagania normowe i certyfikaty bezpieczeństwa
Norma PN-EN 50618 określa wymagania dla przewodów fotowoltaicznych w Europie. Kable muszą posiadać oznaczenie H1Z2Z2-K dla przewodów jednożyłowych lub PV1-F zgodnie ze starszą klasyfikacją. Te oznaczenia gwarantują odporność na warunki atmosferyczne przez cały okres eksploatacji. Certyfikat TÜV lub podobnej jednostki notyfikowanej jest obowiązkowy.
Przewody muszą wytrzymać test odporności na promieniowanie UV przez 720 godzin zgodnie z normą IEC 60216. Po tym okresie nie mogą wykazywać pęknięć ani utraty elastyczności izolacji. Test przeprowadza się w temperaturze 100°C z jednoczesnym naświetlaniem lampami UV o określonej mocy. Tylko kable, które przejdą te testy, otrzymują certyfikat do stosowania w fotowoltaice.
Odporność na niskie temperatury również podlega rygorystycznym testom. Kabel musi zachować elastyczność w temperaturze -40°C przez okres 4 godzin. Następnie wykonuje się test zginania z promieniem równym 5-krotności średnicy przewodu. Panele fotowoltaiczne pracują w każdych warunkach pogodowych, dlatego ich okablowanie musi spełniać te same wymagania.
Klasyfikacja ogniowa przewodów fotowoltaicznych to minimum Cca zgodnie z rozporządzeniem CPR. Oznacza to ograniczoną palność i niską emisję dymu oraz toksycznych gazów. W budynkach użyteczności publicznej wymagana może być klasa B2ca lub wyższa. Wszystkie certyfikaty muszą być aktualne i wydane przez akredytowane laboratoria.
Praktyczne wskazówki montażowe dla instalatorów
Poprawne prowadzenie przewodów znacząco wpływa na żywotność całej instalacji. Kable należy zabezpieczyć przed uszkodzeniami mechanicznymi za pomocą koryt lub osłon. Minimalna wysokość montażu nad gruntem wynosi 2,5 metra dla przewodów nieosłoniętych. W przypadku prowadzenia po dachu konieczne jest zastosowanie uchwytów co 0,5 metra.
Promień gięcia przewodu nie może być mniejszy niż 5-krotność jego średnicy zewnętrznej. Przy kablach o średnicy 8 mm minimalny promień wynosi 40 mm. Zbyt małe promienie powodują uszkodzenia izolacji i mogą prowadzić do przebić elektrycznych. Szczególną uwagę należy zwrócić na miejsca przejść przez elementy konstrukcyjne.
Złącza przewodów muszą być wykonane za pomocą dedykowanych konektorów MC4 lub MC4-EVO. Te systemy gwarantują szczelność IP67 oraz niską rezystancję przejścia poniżej 0,5 mΩ. Ręczne skręcanie przewodów z izolowaniem taśmą jest niedozwolone w instalacjach fotowoltaicznych. Każde złącze powinno być zabezpieczone przed naprężeniami mechanicznymi.
Oznakowanie przewodów ułatwia późniejszy serwis i diagnostykę instalacji. Kable dodatnie oznacza się kolorem czerwonym lub napisem „DC+”, a ujemne kolorem czarnym lub napisem „DC-„. Oznaczenia powinny być umieszczone co 3 metry oraz w każdym miejscu rozgałęzienia. Warto również prowadzić dokumentację z numeracją stringów i tras kablowych dla przyszłych potrzeb eksploatacyjnych.
