Drukuj
Nadrzędna kategoria: Artykuły tematyczne

rysunek1 wioW instalacji fotowoltaicznej z energii słonecznej jest wytwarzana energia elektryczna, którą następnie przesyła się przewodami. Bardzo ważne jest prawidłowe dobranie przekroju przewodów łączących poszczególne stringi z inwerterem oraz inwerter z instalacją elektryczną. Pozwoli to zminimalizować straty mocy i spadki napięcia elektrycznego.

Pole przekroju a straty mocy

Wraz ze wzrostem długości przewodów oraz wzrostem przewodzonej mocy rosną straty mocy na przewodzie. Zwiększanie napięcia prądu płynącego przewodem zmniejsza te straty. Jak pamiętamy z poprzedniej części artykułu, w instalacji fotowoltaicznej napięcie po stronie stałego napięcia zależy od konfiguracji (sposobu połączenia) paneli fotowoltaicznych oraz temperatury roboczej panelu. Dlatego też ograniczenie spadku mocy na przewodach uzyskuje się przez dobór ich odpowiedniego pola przekroju. Przewody elektryczne są wykonane z miedzi lub aluminium. Miedź jest droższym materiałem, ale charakteryzuje się większą przewodnością właściwą niż aluminium, toteż przekrój kabli miedzianych może być mniejszy niż aluminiowych przy tym samym spadku mocy. Ze względu na oczywistą chęć maksymalizowania uzysków energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznych, przyjmuje się maksymalnie stratę mocy rzędu 1%. Straty mocy na przewodzie oddawane są w postaci ciepła.

Przydatne wzory – straty mocy i spadki napięcia
tabela wio

Straty mocy na przewodach powodują z kolei spadek napięcia obwodu, przy czym spadek tego napięcia będzie uzależniony od:

Parametry przewodów, straty mocy i napięcia instalacji

Przypomnijmy, że w poprzedniej części artykułu analizowano instalację składającą się z 45 paneli fotowoltaicznych ułożonych w 3 rzędach po 15 paneli w szeregu. Uwzględniając założone parametry techniczne tych paneli:

Jeśli więc chcielibyśmy wyznaczyć średnicę przewodów łączących panele fotowoltaiczne z inwerterem, znamy wymagane powyższymi wzorami parametry.

Obliczenie długości przewodów
Zanim przejdziemy do obliczeń związanych ze stratami mocy na przewodach i spadkami napięcia należy jeszcze określić długość przewodów. W przypadku rzeczywistej instalacji na pewno pomocny byłby rysunek sytuacyjny z planem rozmieszczenia poszczególnych paneli oraz rozplanowaniem przewodów. Istotne jest, aby prowadząc przewody łączące nie dopuszczać do otaczania przewodami powierzchni (rys. 1), gdyż może to prowadzić to wytwarzania napięć indukcyjnych. Przewody dodatni i ujemny powinny być ułożone możliwie blisko siebie i bez niepotrzebnego krzyżowania się. Nie jest zalecane krzyżowanie się przewodów napięcia stałego z przewodami z napięciem przemiennym lub z instalacją odgromową. Kolejna ważna sprawa: długość przewodów musi być tak dobrana, aby nie były one naprężone, ale nie mogą też być zbyt długie. Nie powinno się przy tym przewodów zwijać w pętle, które działają jak cewka. Niestety, rzadko spotyka się idealnie docięte na wymiar przewody łączące. Zwykle są one zbyt długie i nadmiar długości przewodów instalatorzy na różne sposoby starają się zniwelować ich ułożeniem w instalacji.
Na potrzeby niniejszego artykułu przyjmijmy, że analizowana instalacja składa się z następujących odcinków przewodów:

Łączna długość przewodów DC w stringu wyniesie zatem: 2 x 45 m + 30 m + 25 m = 145 m.

Obliczenie przekroju przewodów DC
Zgodnie z naszymi założeniami:

Wymagana grubość przewodu zgodnie ze wzorem omówionym wcześniej powinna zatem wynieść:

wzor1 wio

Ponieważ przewody dostępne na rynku mają pola przekrojów 1 mm2; 2,5 mm2; 4 mm2; 6 mm2; 10 mm2 itd., należy przyjąć, że do tej konkretnej instalacji potrzebne będą przewody o przekroju 6 mm2.

Obliczenie straty mocy przewodu DC i instalacji
Sprawdźmy, jaka będzie strata mocy, jeśli zastosujemy przewody o polu przekroju 6 mm2

wzor2 wio

W warunkach STC (co to) strata mocy instalacji wynosić będzie na pojedynczym stringu: 3750 W x 0,79% = 29,6 W. Ponieważ instalacja składa się z trzech identycznych stringów, łączna strata mocy instalacji w warunkach STC będzie wynosić: 3 x 29,6 W = 88,8 W.
Stosując zatem przewody o przekroju 6 mm2, możemy tracić ok. 90 W mocy na całej instalacji.

Obliczenie spadku napięcia obwodu DC

Wyznaczmy jeszcze spadek napięcia obwodu:

wzor3 wio

Przypomnijmy, że natężenie na stringu w warunkach pracy w punkcie mocy maksymalnej wynosi 8,31 A. Zatem notowany spadek napięcia wyniesie ok. 3,6 V.

rysunek1 wio
1. Rozmieszczenie przewodów. Źródło: www.solarpraxis.de

 

Obliczenie przekroju przewodów AC
Pozostaje jeszcze określenie średnicy przewodów po stronie napięcia przemiennego. Przyjmijmy, że długość przewodów AC pomiędzy inwerterem a rozdzielnią, gdzie przewody włączone są do sieci, wynosi 10 m, czyli łącznie przewód L i N mają długość 20 m. Całkowita moc instalacji wynosi 11 250 Wp, a napięcie wyjściowe instalacji 230 V.
Wymagana grubość przewodu miedzianego:
wzor4 wio

Obliczenie straty mocy na przewodach AC i w instalacji
Przyjęto przewody o przekroju 10 mm2, zatem strata mocy na przewodach AC wyniesie: 

wzor5 wio
Natomiast strata mocy po stronie napięcia przemiennego wyniesie: 11 250 W x 0,76% = 85,5 W

Łączne straty mocy
Łączne straty mocy na analizowanej instalacji fotowoltaicznej mogą wynieść ok. 89 W po stronie DC i ok. 86 W po stronie AC – razem ok. 175 W. Podsumowując, przyjęliśmy przewody DC o przekroju 6 mm2, oraz przewody AC o przekroju 10 mm2.

Izolacja przewodów

Nie bez znaczenia jest również materiał izolacji, z której wykonano przewody. Odcinki wystawione na działanie światła słonecznego powinny mieć izolację z materiałów odpornych na działanie promieniowania ultrafioletowego. Odcinki przewodów układanych bezpośrednio pod panelami fotowoltaicznymi z oczywistych względów narażone są na pracę w wysokiej temperaturze, toteż izolacja tych przewodów powinna być na nią odporna. Ze względu na to, że przewody pracują w sposób ciągły pod napięciem stałym dochodzącym nawet do 1000 V, nie warto oszczędzać na „kablach”. Udział kosztowy dobrej jakości przewodów w kosztach całej instalacji zawsze będzie stosunkowo mały.

W kolejnej części artykułu omówione zostaną między innymi zalecane zabezpieczenia instalacji.

Autor: Paweł Kowalski

Kolejna część już jutro!

Cykl warsztatów instalatora OZE to projekt edukacyjny przygotowywany we współpracy redakcji Polskiego Instalatora oraz Polskiej Korporacji Techniki Sanitarnej, Grzewczej, Gazowej i Klimatyzacji – z dużymi firmami z branży OZE, mającymi bogate doświadczenie projektowe, produkcyjne, montażowe i serwisowe. Kierujemy go do potencjalnych projektantów i wykonawców takich instalacji, a być może także docelowych użytkowników. Kontynuujemy cykl o małych instalacjach fotowoltaicznych z firmą Viessmann. Dotychczas w ramach cyklu ukazały się artykuły: „Energia słoneczna”, „Rodzaje i parametry techniczne modułów” oraz „Dobór modułów i inwertera”.