Solarkabel
Übertragen Sie sowohl Gleichstrom von den Paneelen zu den Wechselrichtern als auch Wechselstrom von den Wechselrichtern zum Netz. Das Verständnis der Widerstandsunterschiede zwischen Gleichstrom- und Wechselstromanwendungen gewährleistet genaue Berechnungen des Spannungsabfalls und die richtige Leitergröße für jeden Teil der Photovoltaikanlage.

Grundlegender Unterschied

DC-Widerstand:
Gleichstrom verteilt sich gleichmäßig über den Leiterquerschnitt. Der Gleichstromwiderstand hängt ausschließlich vom Leitermaterial, der Querschnittsfläche, der Länge und der Temperatur ab. Diese unkomplizierte Beziehung macht die Berechnung und Messung des Gleichstromwiderstands relativ einfach.

AC-Widerstand:
Wechselstrom erzeugt zeitlich veränderliche Magnetfelder, die Wirbelströme in Leitern induzieren. Diese Effekte führen dazu, dass sich der Strom auf Leiteroberflächen konzentriert - der Skin-Effekt - und erhöht den effektiven Widerstand im Vergleich zu Gleichstrommessungen.

Mechanismus der Hauteffekte

Stromverteilung:
Bei höheren Wechselstromfrequenzen bewirkt die elektromagnetische Induktion, dass der Strom hauptsächlich in einer dünnen Schicht nahe der Leiteroberfläche fließt. Das Leiterzentrum trägt nur minimalen Strom, wodurch die stromführende Querschnittsfläche effektiv verringert und der Widerstand erhöht wird.

Die Hauttiefe - die Tiefe, in der die Stromdichte auf 37% des Oberflächenwerts sinkt - nimmt mit zunehmender Frequenz ab. Bei einer Netzfrequenz von 50-60 Hz übersteigt die Hauttiefe in Kupfer 8 mm, was bedeutet, dass der Skin-Effekt Leiter unter 16 mm Durchmesser nur minimal beeinträchtigt.

Frequenzabhängigkeit:
Höhere Frequenzen erzeugen einen stärkeren Hauteffekt. Bei der Netzfrequenz (50-60 Hz) wirkt sich der Hauteffekt nur geringfügig auf typische
PV cable sizes. At kilohertz frequencies from inverter switching, skin effect becomes more pronounced.

Praktische Auswirkungen auf Sonnensysteme

Überlegungen zur DC-Schaltung:
Die Verkabelung von Solarpanel zu Wechselrichter führt Gleichstrom, wo kein Skin-Effekt auftritt. Bei der Berechnung von Spannungsabfällen und Leistungsverlusten werden Gleichstromwiderstandswerte bei Betriebstemperatur verwendet.

Für einen 6mm² Kupferleiter:

• Gleichstromwiderstand: ca. 3,39 Ω / km bei 20C
  
• Temperaturkoeffizient: 0,00393 pro C
  

Überlegungen zur AC-Schaltung:
Wechselrichter-Netzanschluss führt Wechselstrom, wobei der Skin-Effekt den Widerstand leicht erhöhen kann. Bei typischen Leitergrößen und Netzfrequenzen bleibt der Anstieg bescheiden - typischerweise 2-5% bei Leitern unter 50 mm ²

Größere Leiter, die in Installationen im Versorgungsbereich verwendet werden, haben einen stärkeren Skin-Effekt, wobei der Wechselstromwiderstand bei Leitern über 95 mm ² möglicherweise 10-15% höher ist als der Gleichstromwiderstand

Berechnung von Widerstandsdifferenzen

Kleine Leiter (≤16mm²):
Der Skin-Effekt bei 50-60 Hz ist vernachlässigbar. AC- und DC-Widerstand unterscheiden sich innerhalb der Messunsicherheit um weniger als 1-2%. Konstrukteure können DC-Widerstandswerte sowohl für AC- als auch für DC-Teile kleiner Systeme verwenden.

Mittlere Leiter (25-50mm²):
Der Skin-Effekt führt zu einer Widerstandssteigerung von 2-5% bei der Netzfrequenz. Dieser bescheidene Unterschied wirkt sich selten auf Entscheidungen zur Leitergrößenbestimmung aus, sollte aber bei präzisen Berechnungen des Spannungsabfalls für lange AC-Kabel berücksichtigt werden.

Große Leiter (≥70mm²):
Der Skin-Effekt wird erheblich, wobei der AC-Widerstand 5-15% über den DC-Werten liegt. Anlagen im Versorgungsmaßstab mit großen Leitern erfordern getrennte AC- und DC-Widerstandswerte für eine genaue Systemauslegung.

Auswirkungen auf die Temperatur

Sowohl der AC- als auch der DC-Widerstand steigen mit der Temperatur bei gleichem Temperaturkoeffizienten für Kupfer (0,00393 pro C). Der Skin-Effekt ändert sich nicht signifikant mit der Temperatur, so dass das Verhältnis zwischen AC- und DC-Widerstand über die Betriebstemperaturbereiche hinweg relativ konstant bleibt.

Überlegungen zur Messung

DC-Widerstandsmessung:
Die Vier-Draht-Messung (Kelvin) eliminiert den Widerstand der Prüfleitung und liefert genaue DC-Widerstandswerte. Die Prüfung bei bekannter Temperatur ermöglicht eine Korrektur der Standardreferenztemperaturen.

AC-Widerstandsmessung:
Die Messung des Wechselstromwiderstands erfordert spezielle Geräte, die bei der Messung des Spannungsabfalls Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz anlegen. Die Messung erfasst die kombinierten Auswirkungen von Gleichstromwiderstand und Skin-Effekt.

Standard-Spezifikationen

Kabel-Datenblätter:
Die Herstellerspezifikationen geben in der Regel Gleichstromwiderstandswerte bei 20 ° C oder 90 ° C vor. Für Solaranwendungen, bei denen Gleichstromkreise vorherrschen, dienen Gleichstromwiderstandswerte den meisten Konstruktionsberechnungen.

Einige Hersteller bieten sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromwiderstand für größere Leitergrößen an, bei denen der Skin-Effekt erheblich ist.

Konstruktionsstandards:
IEC- und NEC-Normen beziehen sich in erster Linie auf den Gleichstromwiderstand für Spezifikationen von Photovoltaikkabeln. Spezifikationen für den Wechselstromwiderstand erscheinen hauptsächlich bei Systemkonstruktionen im Versorgungsmaßstab mit größeren Leitern.

Auswirkungen der Leiterkonstruktion

Stranding Vorteile:
Litzen minimieren den Skin-Effekt im Vergleich zu massiven Leitern mit gleichwertigem Querschnitt. Einzelne Litzen haben einen kleineren Durchmesser, wobei der Skin-Effekt vernachlässigbar ist, auch wenn die Gesamtleiterfläche groß sein kann.

KUKA CABLE verwendet verzinnte Kupferlitzen, die sowohl die DC- als auch die AC-Leistung optimieren und gleichzeitig eine flexible Installation ermöglichen.

Näherungseffekt:
Wenn mehrere Wechselstromleiter parallel laufen, führt die Magnetfeldwechselwirkung zu einer zusätzlichen Widerstandserhöhung, die über den einfachen Skin-Effekt hinausgeht. Dieser Näherungseffekt wirkt sich auf die Gruppierung von Wechselstromkabeln aus, nicht aber auf DC-Solarstromkreise.

Praktische Anleitung zur Gestaltung

DC-Systemgröße:
Verwenden Sie DC-Widerstandswerte für alle Berechnungen bei der Verkabelung von Solarmodulen zu Wechselrichtern. Wenden Sie eine geeignete Temperaturkorrektur für die Betriebsbedingungen an.

AC-Systemgröße:
Für kleine Systeme (Wohnen / Gewerbe) mit Leitern unter 50 mm ² bieten Gleichstromwiderstandswerte eine ausreichende Genauigkeit. Verwenden Sie bei Systemen im Versorgungsbereich mit großen Leitern Wechselstromwiderstandswerte, die den Skin-Effekt berücksichtigen.

Analyse des Spannungsabfalls:
Gleichstromkreise: Berechnen Sie unter Verwendung des Gleichstromwiderstands bei maximalem temperature.AC Stromkreisen: Verwenden Sie den Wechselstromwiderstand für große Leiter; der Gleichstromwiderstand ist für kleine Leiter mit minimalem Fehler akzeptabel.

Überlegungen zum Wechselrichterausgang

Hochfrequenz-Komponenten:
Moderne Wechselrichter produzieren hochfrequente Schaltkomponenten, die der Netzfrequenz AC überlagert sind. Diese Hochfrequenzkomponenten haben einen stärkeren Skin-Effekt, der zu zusätzlichen Verlusten in den Leitern führt.

Qualität
solar cables maintain low AC resistance even at higher frequencies, minimizing losses from inverter-generated harmonics.

Schlussfolgerung

Der Gleichstromwiderstand bestimmt die meisten Photovoltaikkabel, da Sonnenkollektoren Gleichstrom erzeugen. Der Wechselstromwiderstand wird für Wechselrichter-zu-Netz-Verbindungen relevant und betrifft vor allem große Leiter in Versorgungssystemen. Das Verständnis, wann jeder Widerstandstyp wichtig ist, gewährleistet genaue Berechnungen des Spannungsabfalls und die richtige Leitergröße.

Die verseilten verzinnten Kupferleiter von KUKA CABLE bieten eine optimale Leistung sowohl für den Gleichstrom- als auch für den Wechselstrombereich von Solaranlagen und gewährleisten eine effiziente Stromübertragung während der gesamten Anlage.

Wenden Sie sich an das technische Team von KUKA CABLE, um cc und AC-Widerstandsspezifikationen für Ihre Solarkabelanforderungen zu erhalten.