La scelta e la progettazione dei cavi per impianti fotovoltaici rappresenta uno degli anelli fondamentali per garantire il funzionamento efficiente e sicuro del sistema. Una scelta ragionevole dei cavi può non solo ridurre la perdita di energia, ma anche prolungare la durata del sistema e ridurre i costi di manutenzione.
Punti chiave della scelta e della progettazione dei cavi
In base alla scelta della tensione nominale dell'impianto fotovoltaico:il cavo deve soddisfare i requisiti di tensione nominale dell'impianto fotovoltaico. Ad esempio, in una centrale fotovoltaica con una tensione di lavoro CC di 600 V o superiore, è necessario selezionare cavi in grado di sopportare il livello di tensione corrispondente.
Considerando le caratteristiche del carico:È necessario tenere conto delle caratteristiche del carico tra pannello fotovoltaico e inverter, compresa la corrente massima, corrente di cortocircuito, ecc., per determinare la sezione e la capacità di carico del cavo. Per i sistemi fotovoltaici domestici, i cavi con nucleo in alluminio vengono solitamente utilizzati per controllare i costi, ma i cavi con nucleo in rame sono più preferiti per l'eccitazione del motore, importanti fonti di energia e altre occasioni.
Resistenza agli agenti atmosferici e adattabilità ambientale:I cavi per esterni dovrebbero avere funzioni impermeabili e resistenti ai raggi UV, nonché una buona resistenza al calore e ritardanti di fiamma, soprattutto per i cavi che lavorano in ambienti ad alta temperatura, come quelli interrati nel terreno, particolare attenzione dovrebbe essere prestata alle loro prestazioni di dissipazione del calore.
Livello di isolamento e livello di protezione:Il livello di isolamento dei cavi di alimentazione per la trasmissione di corrente continua deve soddisfare i requisiti di sovratensione interna; Anche il livello di tensione di resistenza agli urti dei cavi nel sistema di comunicazione deve essere conforme alle normative standard. Inoltre, è necessario considerare anche l’impatto dei metodi di posa dei cavi sui materiali isolanti.
Fattore di correzione della capacità di carico corrente:Regolare la capacità di carico di corrente effettiva del cavo in base ai diversi metodi di posa (interramento diretto, penetrazione del tubo, ecc.), alla temperatura ambientale e ad altri fattori. Ad esempio, in condizioni di temperatura più elevata, la capacità di carico dei cavi diminuirà, quindi è necessario lasciare un certo margine nella scelta.
Controllo perdita di linea e caduta di tensione:Per garantire l’efficienza del sistema, la perdita di linea dei cavi DC fotovoltaici non dovrebbe generalmente superare il 2%, mentre la caduta di tensione dei cavi lato DC solitamente deve essere controllata tra l’1% e il 2%.
La selezione dei tipi di cavo:Esistono requisiti diversi per i tipi di cavo in diversi scenari applicativi. Ad esempio, per apparecchiature elettriche mobili o situazioni con particolari requisiti di affidabilità, si consiglia di utilizzare cavi con anima in rame.
Conformità agli standard di settore:La selezione dei cavi deve inoltre fare riferimento agli standard nazionali pertinenti, come il GB50217-2007 "Code for Design of Cables in Power Engineering", nonché agli standard pubblicati dalla Commissione elettrotecnica internazionale (IEC), per garantire che la selezione sia conforme a le ultime specifiche tecniche.
Principio guida
1. Ambiente applicativo
È necessario specificare le condizioni ambientali specifiche in cui verrà installato il cavo. Se utilizzati in ambienti interni scegliere cavi standard che non necessitano di strati protettivi aggiuntivi; E i cavi per esterni devono considerare fattori come la protezione UV, l’impermeabilità e la resistenza al freddo. Inoltre, è necessario valutare se nelle vicinanze sono presenti temperature elevate, basse temperature, sostanze chimiche, macchie di olio o altre condizioni gravose che possono influenzare la scelta dei cavi.
2. Livello di tensione
Determinare la tensione massima che il cavo deve sopportare è un passaggio cruciale. La tensione nominale del cavo deve essere superiore o uguale alla tensione operativa effettiva del sistema per garantire sicurezza e affidabilità. Ad esempio, negli impianti fotovoltaici, la tensione operativa sul lato CC è solitamente di 600 V o superiore, quindi è necessario selezionare cavi con il livello di tensione corrispondente.
3. Carico corrente
È essenziale determinare la sezione trasversale di un cavo in base alla corrente massima che deve trasportare. Secondo la formula di calcolo, I=P/(U × cos Φ) monofase, I=P/(√ 3 × U × cos Φ) trifase, dove P è la potenza ( W), U è la tensione (V) e cos Φ è il fattore di potenza (normalmente considerato come 0,8). Per scenari applicativi specifici, come gli impianti fotovoltaici, è necessario considerare anche la corrente di uscita dei componenti e la corrente massima di uscita dell'inverter.
4. Tipo di cavo
Installazione fissa: adatta per la maggior parte delle situazioni di cablaggio negli edifici, comunemente utilizzata include cavi isolati in polietilene reticolato (XLPE), cavi isolati in polivinilcloruro (PVC), ecc.
Installazione mobile: quando i cavi devono essere piegati o fatti vibrare frequentemente, ad esempio all'interno di apparecchiature meccaniche, è necessario selezionare cavi isolati in gomma o cavi isolati in gomma siliconica poiché hanno una migliore flessibilità e resistenza all'usura.
5. Materiali isolanti
La scelta del materiale isolante dipende dallo scenario di utilizzo specifico. Ad esempio, l'isolamento XLPE è adatto per ambienti ad alta temperatura e alta tensione, mentre l'isolamento in PVC è più adatto per l'uso in ambienti generali.
6. Materiale della guaina
Anche il materiale della guaina deve corrispondere all'ambiente di utilizzo. I materiali di guaina comuni includono guaina in PVC, guaina in PE, guaina in gomma, ecc. Per situazioni con requisiti speciali come resistenza all'olio, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza al freddo, resistenza al calore, ecc., è necessario selezionare i cavi speciali corrispondenti.
7. Materiale conduttore
I materiali conduttori si dividono principalmente in due tipologie: rame e alluminio. Il rame ha una conduttività migliore dell'alluminio, ma il suo costo è più elevato; I cavi conduttori in alluminio sono più leggeri e hanno un costo inferiore, ma i cavi con nucleo in rame hanno una maggiore capacità di trasporto di corrente e migliori prestazioni di dissipazione del calore a parità di sezione trasversale.
8. Prestazioni ignifughe e di resistenza al fuoco
In alcuni ambienti specifici, come all'interno degli edifici, potrebbe essere necessario utilizzare cavi con proprietà ritardanti la fiamma o resistenti al fuoco per migliorare la sicurezza.
9. Economia
Infine, oltre a soddisfare tutti gli standard tecnici e di sicurezza, è necessario considerare anche il rapporto costo-efficacia dei cavi. Ciò significa considerare non solo il prezzo di acquisto iniziale, ma anche i costi di manutenzione a lungo termine e altri costi potenziali.
10. Norme e specifiche
È molto importante rispettare gli standard e le specifiche nazionali e di settore pertinenti, come GB/T, IEC, ASTM, ecc. Questi standard forniscono requisiti specifici per la progettazione, la produzione, i test dei cavi e altri aspetti, garantendo coerenza e affidabilità del prodotto qualità.
Esempio
Supponendo di dover progettare uno schema di cavi per una grande centrale fotovoltaica a terra, fare riferimento ai seguenti passaggi specifici:
Selezione del cavo CC
Dal componente alla scatola combinatrice: per il cavo CC tra il modulo fotovoltaico e la scatola combinatrice, considerando l'elevata intensità di corrente, viene selezionato il cavo PV1-F con specifica 1 * 6mm ². Questo tipo di cavo ha una buona resistenza meccanica e prestazioni elettriche ed è adatto per l'esposizione a lungo termine a condizioni ambientali esterne.
Dalla scatola combinatrice all'inverter: questa distanza è relativamente breve, ma se la corrente è elevata, è necessario un cavo con sezione trasversale maggiore, ad esempio PV1-F 1 * 10mm ² o di dimensioni maggiori. Allo stesso tempo, è opportuno considerare anche il problema della caduta di pressione per garantire che non superi il limite percentuale specificato.
Selezione dei cavi di comunicazione
Uscita dell'inverter al trasformatore: questa parte del cavo è principalmente responsabile della trasmissione della potenza CA convertita, quindi è necessario considerare se la sua capacità di carico di corrente è sufficiente per far fronte alla potenza di picco. Generalmente vengono utilizzati cavi armati a tre conduttori o multiconduttori e il materiale deve essere selezionato come nucleo in rame o alluminio in base alla situazione reale.
Gestione di casi speciali
L'applicazione di moduli fotovoltaici a doppia faccia: Con il crescente utilizzo di moduli fotovoltaici a doppia faccia, la scelta del cavo deve considerare anche l'ulteriore incremento di corrente portato dal guadagno posteriore. IEC 61215: nel 2021 sono stati introdotti l'irradiamento solare sulla targhetta fronte-retro (BNPI) e l'irradiamento solare sull'affidabilità su due lati (BSI), che aiutano a valutare meglio lo stato di funzionamento dei componenti fronte-retro e a regolare di conseguenza la selezione del cavo.
Come evitare perdite di linea e cadute di tensione?
Metodi tecnici:
1. Scegliere in modo ragionevole le specifiche del cavo
Selezionare la sezione del cavo in base alla corrente di carico: per brevi distanze limitare la sezione del cavo in base alle condizioni di riscaldamento (portata di corrente sicura) e per lunghe distanze selezionare la sezione del cavo in base alle condizioni di perdita di tensione su la base della capacità di trasporto di corrente sicura per garantire che la tensione operativa nel punto di carico rientri nell'intervallo qualificato. Ad esempio, quando si calcola una potenza di 50 kW e una linea lunga 300 metri, se viene utilizzato un cavo con anima in rame da 25 mm², la caduta di tensione monofase è di 20 V e la caduta di tensione totale tra le due fasi raggiunge 40 V, causando una tensione ai terminali scendere a 360 V; Dopo aver utilizzato cavi con nuclei in rame da 35 millimetri quadrati o nuclei in alluminio da 50 millimetri quadrati, le tensioni dei terminali vengono mantenute rispettivamente a circa 370 V e 366 V, soddisfacendo i requisiti per il normale funzionamento dell'apparecchiatura.
Considerare l'impatto dei fattori ambientali: quando la temperatura ambiente aumenta, aumenta la resistenza del cavo e di conseguenza aumenta anche la caduta di tensione. Pertanto, l'uso di cavi in ambienti ad alta temperatura dovrebbe essere evitato e, per le apparecchiature che funzionano continuamente per lunghi periodi di tempo, si consiglia di utilizzare cavi con specifiche più grandi per garantire un funzionamento stabile in presenza di fluttuazioni di tensione.
2. Ottimizzare la progettazione e la posa della linea
Accorciare la distanza di alimentazione: determinare la posizione ottimale del centro di carico per ridurre o evitare il fenomeno del superamento del raggio di alimentazione. Il requisito generale per il raggio di alimentazione delle linee della rete elettrica rurale è che la linea da 400 V non superi un determinato intervallo, il che riduce efficacemente il tasso di perdita della linea.
Miglioramento del percorso del circuito: installando nuove linee di trasmissione e distribuzione o rinnovando le linee esistenti, tenendo conto del rapporto costo-efficacia, aumentando adeguatamente la sezione trasversale del cavo e selezionando materiali appropriati come nuovi conduttori a risparmio energetico, minore resistività elettrica e migliore conduttività può essere raggiunto.
Pianificazione ragionevole dei punti di svolta: i cavi elettrici hanno requisiti severi per il raggio di svolta. Durante il processo di costruzione, è necessario impegnarsi per ridurre al minimo la coppia sui cavi e mantenere la flessione naturale nella rotazione dei cavi e nelle parti riservate per prevenire danni meccanici interni.
3. Migliorare l'efficienza del sistema
Miglioramento del fattore di potenza: l'installazione di dispositivi di compensazione della potenza reattiva su entrambe le estremità della linea, come banchi di condensatori paralleli, può migliorare il fattore di potenza, ridurre la potenza reattiva induttiva e quindi abbassare il valore della corrente nella linea, contribuendo a ridurre le perdite di linea.
Regolazione del bilanciamento dei carichi trifase: un migliore bilanciamento dei carichi trifase è una delle misure più economiche ed efficaci per ridurre le perdite. Distribuendo uniformemente gli utenti monofase sulle fasi A, B e C per ridurre la corrente sulla linea neutra, è possibile raggiungere l'obiettivo di ridurre la perdita di linea.
4. Rafforzare la gestione e il monitoraggio quotidiani
Ispezione e manutenzione regolari: stabilire un sistema di gestione completo, condurre ispezioni nelle aree in cui possono verificarsi problemi, identificare e affrontare tempestivamente potenziali pericoli come l'invecchiamento dell'isolamento, giunti scadenti, ecc., per evitare che si trasformino in guasti gravi.
Utilizzo di mezzi tecnologici avanzati: adozione di strumenti avanzati di monitoraggio online come la tecnologia di monitoraggio della circolazione della guaina esterna, la tecnologia di misurazione della temperatura in fibra ottica online e la tecnologia di rilevamento delle scariche parziali, per rafforzare il monitoraggio in tempo reale dello stato di funzionamento del cavo, l'allarme tempestivo di difetti e prevenire l'alimentazione incidenti dovuti a interruzioni.