Der Leiterwiderstand steigt mit der Temperatur, was sich direkt auf die
solar cable performance and efficiency. Understanding temperature coefficient impact enables accurate system design and helps prevent performance degradation in high-temperature installations.

Verstehen des Temperaturkoeffizienten

Definition:
Der Temperaturkoeffizient des Widerstands beschreibt, wie sich der elektrische Widerstand mit der Temperatur ändert. Bei Kupferleitern steigt der Widerstand um etwa 0,4% pro Grad Celsius über die Referenztemperatur von 20 ° C.

Diese Beziehung folgt einem vorhersehbaren Muster, ausgedrückt als: R (T) = R (20C) [1 + α (T - 20C)]

Wobei α (alpha) den Temperaturkoeffizienten darstellt - etwa 0,00393 pro C für Kupfer.

Praktische Bedeutung:
Ein Kupferleiter mit einem Widerstand von 1,0 Ω bei 20 ° C weist bei 90 ° C einen Widerstand von etwa 1,28 Ω auf - eine Steigerung um 28%. Diese wesentliche Änderung wirkt sich erheblich auf die Berechnung von Spannungsabfällen und Leistungsverlusten in Solaranlagen aus.

Einfluss der Temperatur auf den Kabelwiderstand

Betriebstemperaturbereich:
Solarkabel arbeiten je nach Installationsbedingungen in weiten Temperaturbereichen:

• Minimum: -40 ° C in kalten Klimazonen in Winternächten
  

• Maximum: + 90C in heißen Klimazonen mit direkter Sonneneinstrahlung und hoher elektrischer Belastung
  

Die Beständigkeit bei diesen Temperaturextremen weicht erheblich von den üblichen Raumtemperaturwerten ab.

Kabelheizquellen:
Mehrere Faktoren tragen dazu bei
PV cable operating temperature:

Interne Erwärmung durch Widerstandsverluste (IR-Erwärmung), wenn Strom durch Leiter fließt. Dieser Selbsterwärmungseffekt nimmt bei höheren Stromlasten zu und wird bei unterdimensionierten Leitern stärker ausgeprägt.

Umgebungstemperatur in der Installationsumgebung. In Wüstenanlagen herrschen routinemäßig Umgebungsbedingungen von 45-50 ° C, während in tropischen Regionen hohe Temperaturen mit hoher Luftfeuchtigkeit kombiniert werden.

Solarstrahlungsheizkabelmäntel, die direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Schwarze Kabelmäntel können Oberflächentemperaturen von 20-30 ° C über der Umgebungstemperatur erreichen, wenn sie der vollen Sonne ausgesetzt sind.

Bündelungseffekte, wenn mehrere Kabel zusammen in Leitungen oder Kabelrinnen verlegt werden, wodurch die Wärmeableitung begrenzt und die Temperaturen über die Betriebsbedingungen für einzelne Kabel hinaus erhöht werden.

Spannungsabfallberechnungen mit Temperatur

Standard vs. Betriebstemperatur:
Die meisten Berechnungen des Spannungsabfalls verwenden Widerstandswerte bei 75 ° C, die typische Betriebsbedingungen darstellen. Die tatsächlichen Betriebstemperaturen variieren jedoch je nach den spezifischen Installationsbedingungen.

Berechnungsbeispiel:
Betrachten Sie einen 6mm² Kupferleiter mit einem Gleichstromwiderstand von 3,39 Ω / km bei 75C:

Bei 20C: R = 3,39 [1 + 0,00393 (20-75)] = 2,66 Ω / km Bei 90C: R = 3,39 [1 + 0,00393 (90-75)] = 3,59 Ω / km

Für eine 50 Meter lange Kabelführung mit 20 Ampere:

• Bei 20C: Spannungsabfall = 2 20A 2,66 Ω / km 0,05km = 5,32V
  

• Bei 90C: Spannungsabfall = 2 20A 3,59 Ω / km 0,05km = 7,18V
  

Der Anstieg des Spannungsabfalls um 35% bei erhöhter Temperatur wirkt sich erheblich auf die Systemleistung aus, insbesondere in Systemen mit niedrigerer Spannung, wo der prozentuale Spannungsabfall kritischer ist.

Temperaturabhängigkeit bei Leistungsverlust

Widerstandsfähiger Leistungsverlust:
Die in Leitern dissipierte Leistung folgt P = IR. Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand, die Leistungsverluste nehmen proportional zu.

Unter Verwendung des vorherigen Beispiels bei 20A Strom:

• Bei 20C: Verlustleistung = 20² 2,66 0,05 = 53,2W pro 50m
  

• Bei 90C: Verlustleistung = 20² 3,59 0,05 = 71,8W pro 50m
  

Diese 35% ige Erhöhung der Verlustleistung bei erhöhter Temperatur verringert die Effizienz des Systems und erzeugt zusätzliche Wärme, wodurch eine Rückkopplungsschleife entsteht, bei der eine höhere Temperatur die Verluste erhöht, wodurch mehr Wärme erzeugt wird.

Konstruktionsüberlegungen für Temperatureffekte

Konservativer Designansatz:
Eine umsichtige Systemauslegung berücksichtigt eher die ungünstigsten Temperaturbedingungen als Durchschnitts- oder Standardbedingungen.

Leitergröße:
Bei der Größenbestimmung
solar cables, calculate voltage drop using expected maximum operating temperature rather than standard 75°C reference. This ensures voltage drop remains acceptable even during peak temperature conditions.

Für Installationen in heißen Klimazonen oder mit begrenzter Belüftung sollten für Konstruktionsberechnungen Widerstandswerte von 90 ° C oder höher verwendet werden. Dieser konservative Ansatz verhindert unerwartete Spannungsabfälle während des tatsächlichen Betriebs.

Ampacity Derating:
Die Strombelastbarkeit der Kabel setzt bestimmte Betriebstemperaturen voraus. Wenn Umgebungs- oder Installationsbedingungen zu höheren Starttemperaturen führen, wird eine zusätzliche, über die Standardfaktoren hinausgehende Verringerung erforderlich.

Auswirkungen auf die Installationsumgebung

Wüsten-Installationen:
Umgebungstemperaturen von über 45 ° C in Verbindung mit direkter Sonneneinstrahlung schaffen besonders schwierige thermische Bedingungen. Kabel, die auf Dächern oder in oberirdischen Leitungen verlegt werden, können in Spitzenproduktionszeiten 80-90 ° C erreichen.

Bei Konstruktionsberechnungen für diese Anlagen sollten 85-90 ° C als Betriebstemperaturannahme zugrunde gelegt werden, um angemessene Leistungsspannen zu gewährleisten.

Tropische Klimazonen:
Hohe Luftfeuchtigkeit in Verbindung mit erhöhten Temperaturen stellt andere Herausforderungen dar. Während die Spitzentemperaturen möglicherweise nicht das Wüstenniveau erreichen, verhindern anhaltend hohe Temperaturen das ganze Jahr über thermische Erholungsphasen.

Installation von Leitungen und Kabelkanälen:
Geschlossene Anlagen mit begrenzter Luftzirkulation erleiden höhere Temperaturen als Kabel in freier Luft. Mehrere Kabel in der Leitung erzeugen Bündelungseffekte, die die Temperaturen über die Bedingungen mit nur einem Kabel hinaus weiter erhöhen.

Überwachung und Verifizierung

Wärmebildtechnik:
Infrarotkameras erkennen Hotspots, die auf einen übermäßigen Widerstand durch schlechte Anschlüsse oder unterdimensionierte Leiter hinweisen. Temperaturmessungen bestätigen Konstruktionsannahmen und identifizieren potenzielle Probleme, bevor Ausfälle auftreten.

Leistungsüberwachung:
Der Vergleich des tatsächlichen Spannungsabfalls unter Last mit Auslegungsvorhersagen hilft zu überprüfen, ob die Temperatureffekte innerhalb der erwarteten Bereiche liegen. Ein unerwartet hoher Spannungsabfall kann darauf hindeuten, dass der temperaturbedingte Widerstandserstieg die Auslegungsannahmen übersteigt.

Auswirkungen auf die Materialqualität

Effekte auf die Kupferreinheit:
Hochreines sauerstofffreies Kupfer weist einen etwas niedrigeren Temperaturkoeffizienten auf als Standardkupfersorten. Obwohl der Unterschied bescheiden ist, trägt es zu einer geringeren temperaturbedingten Leistungsverschlechterung bei.

KUKA CABLE verwendet verzinnte sauerstofffreie Kupferleiter, die gleichbleibende elektrische Eigenschaften über Temperaturbereiche hinweg gewährleisten und Widerstandsschwankungen, die die Systemleistung beeinträchtigen könnten, minimieren.

Verbindungsqualität:
Schlechte Verbindungen weisen einen höheren Widerstand auf und erzeugen übermäßige Wärme. Effekte des Temperaturkoeffizienten verstärken Verbindungsprobleme - eine marginale Verbindung bei Raumtemperatur kann bei erhöhten Betriebstemperaturen vollständig ausfallen.

Normen und Prüfanforderungen

Normen für die Temperaturbewertung:
IEC 62930 und UL 4703 spezifizieren Temperaturwerte für
solar cables, typically 90°C for standard cables and 120°C for enhanced temperature ratings.

Diese Nennwerte stellen sicher, dass die Isolierung auch bei maximalen Leitertemperaturen unversehrt bleibt. Die Konstrukteure müssen jedoch die Auswirkungen des Temperaturkoeffizienten auf die elektrische Leistung innerhalb dieser Temperaturgrenzen berücksichtigen.

Prüfprotokolle:
Die Kabelprüfung umfasst eine Überprüfung der Hochtemperaturleistung, die bestätigt, dass die elektrischen Eigenschaften über den gesamten Nenntemperaturbereich innerhalb der Spezifikationen bleiben. Dazu gehören Widerstandsmessungen bei erhöhten Temperaturen und die Überprüfung des Spannungsabfalls unter thermischer Belastung.

Praktische Gestaltungsrichtlinien

Geeignete Referenztemperatur verwenden:
Wählen Sie die Auslegungsberechnungstemperatur auf der Grundlage der erwarteten maximalen Betriebsbedingungen und nicht der Standardreferenzwerte. Dies verhindert eine Unterdimensionierung und gewährleistet angemessene Leistungsspannen.

Berücksichtigen Sie alle Heizquellen:
Berücksichtigen Sie bei der Schätzung der Betriebstemperatur die kombinierten Auswirkungen von Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlung und IR-Heizung. Verlassen Sie sich nicht nur auf die Spezifikationen der Umgebungstemperatur.

Überprüfen Sie Worst-Case-Szenarien:
Auslegung für thermische Spitzenbelastungsbedingungen - Sommerbetrieb in heißen Klimazonen mit maximaler elektrischer Belastung. Systeme, die für durchschnittliche Bedingungen geeignet sind, können während Spitzenbelastungszeiten Probleme haben.

Überwachung der tatsächlichen Leistung:
Verwenden Sie installierte Systemdaten, um Konstruktionsannahmen zu validieren. Unerwarteter Spannungsabfall oder Effizienzverluste können auf Temperatureffekte hinweisen, die die Konstruktionsvorhersagen übersteigen und Korrekturmaßnahmen erfordern.

Schlussfolgerung

Der Einfluss des Temperaturkoeffizienten auf den Leiterwiderstand wirkt sich erheblich aus
solar cable performance, particularly in installations experiencing elevated operating temperatures. Accurate system design requires accounting for resistance increases at actual operating temperatures rather than relying on room temperature or standard reference values.

Durch das Verständnis und die korrekte Berücksichtigung von Temperaturkoeffizienteneffekten können Konstrukteure sicherstellen, dass Solaranlagen eine angemessene Spannungsregelung aufrechterhalten und Widerstandsverluste während ihrer gesamten Betriebsdauer minimiert werden - selbst bei thermischen Spitzenbelastungen.

Wenden Sie sich an das technische Team von KUKA CABLE, um Unterstützung bei der Planung zu erhalten und die Auswirkungen des Temperaturkoeffizienten unter Ihren spezifischen Solaranlagenbedingungen zu berücksichtigen.