Solar Kablo Çeşitleri: PV Teli, USE-2 ve AC Kablolarının Açıklaması

Güneş enerjisi kablosu tipleri arasındaki belirleyici ayrım, bunların DC fotovoltaik diziye doğrudan gömülmek üzere mi, yoksa invertör ile şebeke arasındaki AC ara bağlantısı için mi tasarlandıklarına bağlıdır. PV kablosu (UL 4703), 90°C ıslaklık derecesi ve 150°C kuru derecesi ile DC dizisinde hem doğrudan gömme hem de sürekli güneş ışığına maruz kalma için derecelendirilmiş tek kablo türüdür ve bu, 1.000 veya 1.500 volt DC'de çalışan topraksız transformatörsüz invertör sistemleri için zorunlu hale gelir. KULLANIM-2 kablosu, hâlâ doğrudan gömme için listelenmiş olsa da, modern yüksek voltaj dizilerinin talep ettiği tam güneş ışığı direnci derecesine ve daha yüksek sıcaklık boşluğuna sahip değildir.

Dört ana güneş enerjisi kablosu kategorisi

Bir fotovoltaik sistem, her biri belirli bir kablo tipine ve Ulusal Elektrik Kanunu (NEC) Madde 690 kapsamında karşılık gelen kurulum gereksinimlerine tabi olan farklı elektrik bölgeleri içerir. Diziden ara bağlantı noktasına kadar uygun şekilde tasarlanmış bir sistemde görünen dört kablo tipi aşağıdaki gibidir.

UL 4703 ve söz konusu standart UL 4703'e göre listelenen PV kablosu, tek iletkenli bir kablodur. çapraz bağlı polietilen (XLPE) yalıtım ve güneş ışığına dayanıklı bir dış ceket. Bunun için derecelendirildi 600 V, 1.000 V veya 2.000 V yalıtım kalınlığına bağlı olarak, 1.500 VDC şebeke ölçekli diziler için belirtilen 2.000 V değişkeni ile. XLPE izolasyonu termoset stabilite sağlar; bu da kablonun, iletkenin maksimum 90°C ıslak ve 150°C kuru çalışma sıcaklığına uzun süre maruz kaldıktan sonra bile dielektrik gücünü ve mekanik özelliklerini koruduğu anlamına gelir. ASTM B174 Sınıf B veya C'ye göre çok damarlı kalaylı bakır iletken, onlarca yıllık hizmet süresi boyunca izolasyona nüfuz eden nemin aşındırıcı etkilerine karşı dayanıklıdır. PV kablosu, güneş enerjisi endüstrisinde bir kablo taşıyan tek kablodur. VW-1 alev derecesi ve doğrudan gömülme derecesi Eş zamanlı olarak hem çatı üstü kurulumlarda yangın güvenliği gerekliliğini hem de yere monteli DC toplama sistemlerinde yer altı yönlendirme ihtiyacını karşılar.

UL 854'e göre üretilmiş ve NEC Madde 338 tarafından tanınan USE-2 kablosu, yer altı servis girişi için derecelendirilmiş tek iletkenli bir kablodur. Kullanır XLPE izolasyonu Kimya açısından PV teliyle aynıdır ancak yeraltı kablo kanalından çekilme ve doğrudan toprak temasından kaynaklanan mekanik aşınmaya dayanacak şekilde tasarlanmış daha kalın, daha sağlam bir ceket uygular. Gerilim değeri 600 V ile sınırlıdır ve maksimum iletken sıcaklığı 90°C ıslak ve 90°C kuru PV kablosuyla karşılaştırıldığında kritik bir sınırlamadır. 150°C kuru derecenin bulunmaması, modül arka tabaka sıcaklıklarının rutin olarak 75°C ila 85°C'ye ulaştığı ve tam yük altında iletken sıcaklık artışının yalıtımı termal aşırı yük bölgesine ittiği bir çatı dizisi içindeki serbest havada USE-2'nin kullanılamayacağı anlamına gelir.

TC-ER kablosu, açıkta çalışma dereceli tepsi kablosu, birleştirici kutu ile invertör girişi arasında veya papatya dizimi konfigürasyonunda birden fazla dizi invertör arasında DC toplama hattı olarak hizmet eder. TC-ER, PVC iç yalıtımlı ve naylon veya PVC dış kılıflı, tipik olarak üç iletken artı topraktan oluşan çok iletkenli bir düzenektir. Bunun için derecelendirildi 600 V ve 90°C kuru ve listelenmesi, açıkta kalan hat için kablo kanalı olmadan kablo kanalına yönlendirmeye izin verir. Çok iletkenli yapı, tek iletkenli kabloları tek tek çekmeye kıyasla kablolamayı basitleştirir, ancak PVC kılıf ultraviyole radyasyon altında bozulur, bu nedenle TC-ER, doğrudan güneş ışığı altında dış mekana kurulduğunda kapatılmalıdır.

THHN/THWN-2 bina kablosu, özel bir güneş enerjisi kablosu olmasa da, invertör çıkışının AC tarafında ana servis paneline veya yardımcı bağlantı noktasına kadar görünür. derecelendirildi 600 V ve 90°C kuru, 75°C wet PVC yalıtım üzerine naylon kılıfla, uygun maliyetlidir, yaygın olarak bulunur ve invertörün aşağı yönündeki tüm iç mekan AC kabloları için kodlarla uyumludur. Güneş ışığına dayanıklılığı sıfırdır ve doğrudan gömülme listesi yoktur, dolayısıyla kullanımı kesinlikle iç kanallar, kablo kanalları ve kapalı AC birleştirici panellerle sınırlıdır.

Güneş enerjisi kablo tipleri için karşılaştırmalı spesifikasyon tablosu

Gerilim sınıfı seçimi ve 1.500 V geçişi

Şebeke ölçeğindeki fotovoltaik tesislerde 1.000 VDC'den 1.500 VDC sistem mimarisine geçiş, aynı güç çıkışı için DC toplama akımını yaklaşık üçte bir oranında azaltarak birleştirici kutuların, DC besleyicilerin ve ilgili kanal açma sayısını benzer bir oranda azaltır. Ancak daha yüksek voltaj, daha sıkı yalıtım gereksinimleri gerektirir. 1.500 VDC'lik bir dizi, aşağıdaki özelliklere sahip PV kablo gerektirir: 2.000VDC 1000 VDC değil. 2.000 V PV telindeki yalıtım kalınlığı yaklaşık olarak 10 AWG iletken için 2,4 mm, 1.000 V modeli için 1,14 mm . Bu artan duvar kalınlığı, kablonun esnekliğini azaltır ve minimum bükülme yarıçapını artırır; bu, modül bağlantı kutuları ve invertör DC muhafazaları içindeki kablo yönetimini zorlaştıran bir faktördür.

Kuzey Amerika dışında küresel olarak uygulanan IEC 62930 standardı, 1.500 V PV kablolara yönelik performans gereksinimlerini uyumlu hale getirir. Minimum yalıtım direncini belirtir. 20°C'de 10 MΩ·km , sevkıyattan önce her makarada fabrika üretim testleri sırasında doğrulanan bir rakam. Kurulu 1.500 V PV kablosunun 5.000 V megohmmetre ile saha testi, en az yalıtım direnci değerleri vermelidir. dizi başına 4 MΩ dizi invertöre bağlanmadan önce, kılıftaki kurulum hasarını veya yanlış kıvrılmış MC4 konnektör contalarını tanımlayan bir devreye alma kapısı bulunur.

Sıcaklık düşürme ve kapasite düzeltmesi

NEC Madde 310.15'teki hacim tabloları, ortam sıcaklığının 30°C olduğunu ve bir kanalda en fazla üç akım taşıyan iletkenin bulunmadığını varsayar. Bir solar DC toplama sistemi rutin olarak her iki varsayımı da ihlal etmektedir. Phoenix, Arizona'da, çatı yüzeyinin 12 inç üzerindeki ortam hava sıcaklığının bir yaz öğleden sonra 65°C'ye ulaştığı bir çatı katında, 90°C dereceli PV teli için sıcaklık düzeltme faktörü şu şekildedir: 0.58 NEC Tablo 310.15(B)(1)(1)'e göre. 30°C'lik 40 amperlik bir kapasiteye sahip 10 AWG'lik bir PV kablosunun değeri bu nedenle 23,2 amper 65°C'de. Aynı tel, diğer üç akım taşıyan tel ile birlikte 24 inç'i aşan bir mesafe için bir kablo kanalı içinde demetlenmişse, ek bir ayarlama faktörü: 0.80 izin verilen akımı 18,6 ampere düşürerek uygulanır.

Sonuç olarak, ilk bakışta 9 amperlik bir dizi akımı için fazlasıyla büyük görünen 10 AWG'lik bir iletken, Sıcaklık ve demetleme düzeltmelerinden sonra nominal kapasitesinin yaklaşık %50'si . Çatı üstü sistemleri için mühendislik uygulaması, modül ara bağlantıları için minimum PV kablo boyutu olarak 10 AWG'yi belirtir; ikiden fazla diziye hizmet veren evden çalışan iletkenler için 8 AWG gereklidir; bu, sabit bir standart yerine en kötü durum çatı sıcaklığı verilerinden türetilen bir temel kuraldır.

Yalıtım kimyası ve XLPE avantajı

Yalıtım malzemesi, güneş kablosunu genel amaçlı bina telinden diğer tüm özelliklerden daha fazla ayırır. PV telinde ve USE-2'de kullanılan çapraz bağlı polietilen XLPE, termoset bir malzemedir, yani polimer zincirleri kürleme işlemi sırasında kimyasal olarak çapraz bağlanır. Çapraz bağlandıktan sonra malzeme ısıtıldığında eriyemez veya akamaz. 150°C iletken sıcaklığına maruz bırakılan bir PV teli fiziksel şeklini ve dielektrik gücünü korurken, aynı sıcaklıktaki PVC yalıtımlı THHN teli yumuşar, akar ve dahili bir kısa devre oluşturur.

Silan bazlı nem kürü veya elektron ışını ışınlaması ile elde edilen çapraz bağlama işlemi aynı zamanda yalıtımın sıkıştırma altında soğuk akışa karşı direncini de artırır. Modül çerçevesi ile montaj rayı arasına bir PV kablosu sıkıştırıldığında XLPE yalıtımı, zamanla PVC yalıtım duvarını incelten basınç setine karşı direnç gösterir. Sonrasında korunan duvar kalınlığı 90°C'de 1.000 saatlik sıkıştırma yüklemesi, PVC için %60 veya daha azına kıyasla XLPE için tipik olarak orijinal kalınlığın %85 ila %90'ı kadardır. . Bu özellik, modül kelepçelerinin ve tel klipslerin, sistemin 25 yıllık tasarım ömrü boyunca devam eden lokalize basınç noktaları uyguladığı bir fotovoltaik dizide esastır.

Konektör uyumluluğu ve MC4 standardı

Güneş kablosunun kendisi yalnızca iletkendir; konektörün sonlandırılması sistem düzeyinde arıza noktasıdır. Endüstri standardı, orijinal olarak Multi-Contact tarafından geliştirilen ve şu anda bir düzineden fazla küresel tedarikçi tarafından lisans altında üretilen MC4 konektörüdür. MC4 aşağıdakiler için derecelendirilmiştir: 4 mm² veya 6 mm² (12 AWG ila 10 AWG) PV kabloyla 1.500 VDC ve 30 amp sürekli akım ve eşleştirildiğinde IP68 giriş koruma derecesini korur; bu, 1 metre suya sürekli daldırmaya dayanabileceği anlamına gelir.

Güvenilirlik için kritik kural konnektör homojenliğidir: tek bir dizideki erkek ve dişi konnektörler aynı üreticiden olmalıdır. Amfenol H4 konektörünün orijinal Staubli MC4 ile birleştirilmesi, fiziksel uyumluluklarına ve UL listesine rağmen, baz metaller ve kaplama kalınlıkları farklı olduğundan kontak arayüzünde galvanik korozyon riski oluşturur. Dört telli bir miliohm metre ile ölçülen sonuçta ortaya çıkan temas direnci kabul edilebilir bir değerde başlayabilir. 0,5 miliohm ancak yükselebilir Üç yıl içinde 5 miliohm veya daha fazla Bu noktada konnektördeki I²R ısınması çevredeki kablo sıcaklığını aşar ve oksidasyonu hızlandırır. Uyumsuz konektörlerden kaynaklanan saha arızaları, konut çatı sistemlerindeki en yaygın sigorta talebidir.

Topraklama ve ekipman bağlama iletkeni gereksinimleri

Bir güneş panelindeki ekipman topraklama iletkeni (EGC), arıza akımı dönüş yolu olarak görev yapar ve dizinin nominal sıcaklığını aşmadan tüm kısa devre akımını taşıyacak şekilde boyutlandırılmalıdır. NEC Tablo 250.122, aşırı akım koruma cihazı derecelendirmesine dayalı olarak EGC boyutlandırmasını yönetir, ancak DC toprak arıza tespitinin entegre edildiği transformatörsüz invertörler için, kod tarafından daha küçük bir boyuta izin verildiğinde bile, en iyi mühendislik uygulaması tarafından en büyük DC devre iletkeninden daha küçük olmayan bir EGC önerilir. Topraklanmamış DC pozitif iletken olarak kullanılan 10 AWG PV kabloya bir adet minimum 10 AWG EGC , NEC'nin 690.45'ine göre boyutlandırılmıştır.

AC tarafı için, invertör ile ana servis paneli arasındaki EGC tipik olarak, invertörün AC çıkış aşırı akım koruma derecesine göre Tablo 250.122'ye göre boyutlandırılmış, yeşil yalıtımlı bir THHN/THWN-2 iletkenidir. 40 amperlik bir invertör çıkış kesicisi gerektirir minimum 10 AWG bakır EGC . EGC, normal çalışmada akım taşıyan bir iletken değildir ancak aşırı akım cihazının arızayı temizlemesi için gereken süre boyunca, modern akım sınırlayıcı devre kesiciler için tipik olarak 0,1 saniyeden daha kısa bir süre boyunca tam toprak arıza akımını iletebilmelidir.

Kablo yönetimi ve UV'ye maruz kalma koruması

Güneş ışığına dayanıklı PV kabloları bile keskin kenarlara, yaban hayatının verdiği zarara ve gerilim noktalarında yoğun UV bozulmasına karşı fiziksel koruma gerektirir. Zemine montaj dizisindeki kablolar, metalik veya yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) kablo kanalından geçirilir ve paslanmaz çelik kablo bağlarıyla aşağıdakileri aşmayan aralıklarla sabitlenir: 1,5 metre . Kablo bağları yalıtımı aşırı sıkıştırmamalıdır; Üreticinin spesifikasyonunu aşan bir bağlantı gerilimi, XLPE yalıtımına soğuk akıtabilir ve tek bir termal döngü içinde bağlantı noktasındaki duvar kalınlığını %50 azaltabilir.

Çatı üstü kurulumlarda, PV kablosunun çatı yüzeyinden kablo klipsleri veya modül çerçevesine entegre kablo yönetim kanalları ile desteklenmesi gerekir. Kablo kılıfı ile asfalt kiremit arasındaki doğrudan temas, ısıyı çatı yüzeyinden kabloya aktararak iletken sıcaklığını tahmini olarak artırır. Ortam hava sıcaklığının 5°C ila 10°C üzerinde , tam yük akımı ve yüksek modül arka tabaka radyasyonu ile birleştirildiğinde iletken sıcaklığını 90°C ıslaklık derecesinin üzerine çıkarabilecek bir marj. Kablonun ayrıca, donma-çözülme döngülerinin buz oluşumlarının tekrar tekrar genleşmesi ve daralması nedeniyle ceketi zorladığı çatının alçak noktalarında su birikmesini önleyecek şekilde yönlendirilmesi gerekir.