richtig
solar cable conductor sizing balances current carrying capacity with voltage drop limitations. Undersized conductors create safety risks and efficiency losses, while oversized cables increase costs unnecessarily.
Verständnis der aktuellen Tragfähigkeit
Die Durchlässigkeit des Leiters bestimmt den maximalen Strom, den ein Kabel sicher transportieren kann, ohne die Temperaturgrenzen zu überschreiten. Für Solaranwendungen sind dabei mehrere kritische Faktoren beteiligt.
Anforderungen an den Sicherheitsfaktor:
Elektrische Codes erfordern in der Regel eine Leitergröße von 125% des maximalen Stromkreises. Bei einem Solarstrang, der 10 Ampere produziert, müssen die Leiter kontinuierlich mindestens 12,5 Ampere verarbeiten.
Temperatur-Derating:
Die Standardbelastbarkeitswerte gehen von einer Umgebungstemperatur von 30 ° C. Solaranlagen arbeiten oft unter heißeren Bedingungen. Ein Leiter, der für 20 Ampere bei 30 ° C ausgelegt ist, kann nur 16 Ampere sicher tragen, wenn die Umgebungstemperaturen 50 ° C erreichen.
Installationsbedingungen:
Mehrere Kabel, die in einer Leitung gebündelt sind, erzeugen kombinierte Wärme. Drei Kabel zusammen erfordern in der Regel eine Verringerung um 70-80% im Vergleich zu einzelnen Kabeln. Direkte Sonneneinstrahlung reduziert die Stromkapazität weiter, insbesondere bei dunklen Kabelmänteln.
Grundlagen der Spannungsabfallberechnung
Ein übermäßiger Spannungsabfall verringert den Systemwirkungsgrad und kann einen optimalen Wechselrichterbetrieb verhindern. Die meisten Solaranlagen streben einen Spannungsabfall von maximal 3% für Gleichstromkreise an.
Grundlegende Berechnung:
Spannungsabfall = 2 Stromwiderstandslänge
Der Faktor 2 gilt sowohl für positive als auch für negative Leiter. Die Widerstandswerte variieren je nach Leitergröße und Material.
Praktisches Beispiel:
Ein 50 Meter langes Kabel mit 20 Ampere und einem 6 mm ² großen Kupferleiter:
- Kupferwiderstand bei 75C: ca. 3,4 Ω / km
- Spannungsabfall = 2 20A 3,4 Ω / km 0,05km = 6,8V
Bei einem 600-V-System entspricht dies einem Abfall von 1,1% - akzeptabel. Bei einem 48-V-System entsprechen dieselben 6,8 V 14% Abfall - was größere Leiter erfordert.
Auswirkungen der Systemspannung
Höhere Systemspannungen verbessern die Leistung des Spannungsabfalls bei gleichwertigen Leitergrößen erheblich.
600V-Systeme für Wohngebäude:
Diese in kleineren Anlagen üblichen Systeme erfordern eine sorgfältige Leitergrößenbestimmung für längere Kabelverläufe, um akzeptable Spannungsabfallprozentsätze zu erhalten.
Kommerzielle 1000V-Systeme:
Eine höhere Spannung verringert den prozentualen Spannungsabfall bei gleichem absoluten Spannungsverlust und ermöglicht längere Saitenlängen mit kleineren Leitern.
1500V-Systeme im Versorgungsmaßstab:
Große Anlagen profitieren wesentlich vom 1500-V-Betrieb. Der gleiche absolute Spannungsabfall entspricht einem geringeren Prozentsatz der Gesamtspannung, was den Leiterbedarf erheblich reduziert.
Verfahren zur Auswahl von Leitern
Die richtige Dimensionierung erfordert die Bewertung sowohl der Strombelastbarkeit als auch der Spannungsabfallbeschränkungen:
- Berechnung des maximalen Stroms von angeschlossenen Sonnenkollektoren
- Anwendung eines Sicherheitsfaktors von 125% gemäß den elektrischen Vorschriften
- Identifizieren Sie alle Derating-Faktoren (Temperatur, Bündelung, Exposition)
- Berechnen Sie die erforderliche Ampacity nach dem Derating
- Überprüfen Sie, ob der Spannungsabfall die Projektgrenzen erfüllt
- Wählen Sie eine Leitergröße, die beide Anforderungen erfüllt
Häufige Größenfehler
Ignorieren der Installationsbedingungen:
Die Auswahl von Leitern auf der Grundlage von Standardwerten von 30 ° C für Wüstenanlagen, die bei einer Umgebungstemperatur von 45-50 ° C betrieben werden, führt zu Überhitzung und vorzeitigem Ausfall.
Ein-Faktor-Analyse:
Die gleichzeitige Auswertung nur der Stromkapazität oder nur des Spannungsabfalls und nicht beider, führt zu einer unzureichenden Leiterauswahl.
Unzureichende Spannungsabfallspanne:
Eine genaue Dimensionierung auf 3% Spannungsabfall lässt keinen Spielraum für zukünftige Verschlechterung oder Messunsicherheit. Die 2-2.5% bietet eine operative Sicherheitsmarge.
Blick auf die zukünftige Expansion:
Leiter mit minimaler Größe verhindern eine Systemerweiterung. Eine mäßige Überdimensionierung ermöglicht künftige Kapazitätserhöhungen bei minimalen zusätzlichen Anfangskosten.
Wirtschaftliche Überlegungen
Die Leiterkosten skalieren mit der Querschnittsfläche, aber größere Leiter reduzieren die Energieverluste über die Lebensdauer des Systems.
Bei langen Kabellängen gleicht die wirtschaftliche Optimierung die anfänglichen Materialkosten gegen mehr als 25 Jahre Widerstandsverluste aus. Diese Analyse rechtfertigt manchmal Leitergrößen, die wesentlich größer sind als die Mindestanforderungen der Vorschriften.
Berechnung des Schadens:
Leistungsverlust = Current² Widerstand Betriebsstunden
Für ein Kabel, das 20A mit 0,17Ω Gesamtwiderstand trägt und 2500 Stunden jährlich arbeitet: Jahresverlust = 20² 0,17 2500 = 170.000 Wattstunden = 170 kWh
Bei typischen Strompreisen stellt dies messbare wirtschaftliche Auswirkungen über Jahrzehnte hinweg dar.
Einhaltung von Normen
NEC Artikel 690:
US-Anlagen folgen den Anforderungen des National Electrical Code, der Strombelastbarkeitsberechnungen, Derating-Faktoren und Empfehlungen für Spannungsabfälle vorschreibt.
IEC-Normen:
Internationale Anlagen verweisen auf IEC-Normen für die Dimensionierung und Installationspraxis von Leitern.
Die Projektspezifikationen können strengere Anforderungen als die vorgeschriebenen Mindestanforderungen stellen. Überprüfen Sie immer die geltenden Normen für bestimmte Installationsorte.
Leitlinien für die praktische Anwendung
Kurze Kabelstrecken (unter 20 Meter):
Der Spannungsabfall schränkt die Auswahl der Leiter selten ein. Die Anforderungen an die Ampulsität bestimmen in der Regel die Mindestgröße.
Mittlere Läufe (20-100 Meter):
Sowohl die Strombelastbarkeit als auch der Spannungsabfall müssen bewertet werden. Die Leitergröße übersteigt oft die Mindestanforderungen an die Strombelastbarkeit, um den Spannungsabfall zu kontrollieren.
Lange Läufe (über 100 Meter):
Spannungsabfälle dominieren typischerweise Größenentscheidungen. Die wirtschaftliche Optimierung der Verlustreduzierung gegenüber den Leiterkosten wird wichtig.
Auswirkungen des Temperaturkoeffizienten
Der Leiterwiderstand steigt mit der Temperatur. Der Kupferwiderstand steigt über der Referenztemperatur von 20 ° C um etwa 0,4% pro Grad Celsius.
Für
PV cables operating at elevated temperatures, use resistance values at expected operating temperature rather than room temperature values. This ensures voltage drop calculations reflect actual operating conditions.
Schlussfolgerung
richtig
solar cable conductor sizing requires comprehensive analysis of current carrying capacity, voltage drop, installation conditions, and economic factors. Careful evaluation ensures safe, efficient operation throughout 25+ year system lifetimes while avoiding unnecessary costs from excessive oversizing.
