با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی های تجدید پذیر ، انرژی خورشیدی به یکی از محبوب ترین منابع انرژی پاک تبدیل شده و به طور گسترده در خانه ها ، مشاغل و صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. هنگام ساخت و نصب یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی (سیستم PV) ، انتخاب سطح ولتاژ مناسب ، کابل خورشیدی و سیم خورشیدی برای اطمینان از عملکرد کارآمد و ایمن سیستم مهم است. دامنه ولتاژ یک سیستم PV معمولاً به اندازه ، طراحی و سناریوی کاربرد سیستم بستگی دارد. در این مقاله به تفصیل سطح ولتاژ مشترک سیستم های PV و تجزیه و تحلیل نحوه انتخاب کابلها و سیمهای خورشیدی مناسب بر اساس الزامات ولتاژ مورد بررسی قرار می گیرد.
1. نمای کلی از ولتاژ سیستم های PV
ولتاژ یک سیستم PV به ولتاژ منتقل شده از پانل های خورشیدی (ماژول های PV) به اینورترها ، تابلوهای توزیع و سایر اجزای الکتریکی اشاره دارد. هنگام انتخاب کابل ها و سیم های PV ، درک نیازها و کاربردهای سطح ولتاژ مختلف مهم است. سیستم های PV خورشیدی به طور کلی از سه ولتاژ زیر استفاده می کنند:
سیستم ولتاژ کم (12V {1}} V)
سیستم ولتاژ متوسط (60V {1}} V)
سیستم ولتاژ بالا (1000V {1}} V)
هر سیستم ولتاژ با مقیاس های مختلف کاربردهای خورشیدی ، از سیستم های کوچک خانگی گرفته تا سیستم های تجاری و صنعتی در مقیاس بزرگ مطابقت دارد و نیاز به طراحی کابل های مختلف و تنظیمات برقی دارد.
2 ولتاژ کمسیستم های فتوولتائیک (12V - 48V)
سیستم های ولتاژ کم اغلب برای سیستم های خورشیدی کوچک خارج از شبکه ، به ویژه در برنامه های کاربردی در خانه ها و مناطق از راه دور استفاده می شود. ولتاژ چنین سیستمهایی معمولاً 12 ولت ، 24 ولت یا 48 ولت است و این سیستم ها با استفاده از پانل های خورشیدی کوچکتر و دستگاه های کم مصرف مانند ذخیره سازی باتری کوچک و بارهای DC مشخص می شوند.
2.1 ویژگی های سیستم های ولتاژ کم
دامنه برنامه:سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ کم به طور گسترده در روشنایی منزل ، سیستم های منبع تغذیه خارج از شبکه ، لوازم کوچک یا برنامه های شارژ استفاده می شود.
باتری و بار:سیستم های ولتاژ کم معمولاً مجهز به باتری های اسید سرب 12 ولت یا 24 ولت (یا انواع دیگر دستگاه های ذخیره سازی) هستند و بار کمی دارند.
انتخاب ولتاژ:از سیستم های 12 ولت معمولاً برای دستگاه های کوچک و منبع تغذیه اضطراری استفاده می شود و از سیستم های 24 ولت و 48V برای برنامه هایی که نیاز به انرژی بیشتری دارند استفاده می شود.
2.2 مورد نیاز کابل برای سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ کم
اگرچه ولتاژ سیستم های ولتاژ کم کمتر است ، اما هنوز هم برای اطمینان از ایمنی و ثبات ، کابل های خورشیدی مناسب را انتخاب کنید. به طور کلی ، انتخاب کابل خورشیدی ** (کابل خورشیدی) و سیم خورشیدی (سیم خورشیدی) ** باید عوامل زیر را در نظر بگیرد:
مواد هادی:مواد هادی کابل متداول در سیستم های ولتاژ کم مس یا آلومینیوم هستند. کابل های مس هدایت بالاتری را ارائه می دهند اما نسبتاً گران هستند ، در حالی که کابلهای آلومینیومی دارای مزایای هزینه هستند.
ولتاژ دارای کابل ها:انتخاب کابل هایی با سطح ولتاژ مناسب بسیار مهم است. به عنوان مثال ، یک سیستم 12 ولت به ولتاژ دارای کابل حداقل 20 ٪ بیشتر از ولتاژ سیستم نیاز دارد و کابل های دارای رتبه بندی شده در 30 ولت ، 50 ولت یا بالاتر معمولاً انتخاب می شوند.
کابل های سیستم کم ولتاژ کم در 300 ولت یا 600 ولت رتبه بندی می شوند. این کابل ها معمولاً از مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش ، مقاومت در برابر پیری و مقاومت در برابر خوردگی برخوردار هستند و برای محیط های فضای باز مناسب هستند.
3 ولتاژ متوسطسیستم های فتوولتائیک (60V - 600V)
از سیستم های ولتاژ متوسط معمولاً در سیستم های بزرگتر مسکونی ، تجاری و کوچک فتوولتائیک صنعتی استفاده می شود. در این سیستم ها ، ولتاژ پانل های خورشیدی به طور کلی بین 60 ولت و 600 ولت است. برای این سیستم ها ، ولتاژ مورد نیاز بیشتر است ، بنابراین کابل های ویژه برای اطمینان از کارآیی و ایمنی انتقال نیرو باید انتخاب شوند.
3.1 ویژگی های سیستم های ولتاژ متوسط
دامنه برنامه:سیستم های ولتاژ متوسط معمولاً در سیستم های خورشیدی پشت بام مسکونی ، سیستم های تولید انرژی فتوولتائیک در ساختمانهای تجاری یا پارک های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
مقیاس سیستم:پانل ها و اینورترهای این سیستم ها به طور کلی در برابر ولتاژهای عملیاتی بالاتر برای بهبود راندمان انتقال نیرو مقاومت می کنند.
الزامات اینورتر:این سیستم ها معمولاً از اینورترهای 600 ولت استفاده می کنند ، که برای برنامه هایی که قدرت DC به قدرت AC تبدیل می شود مناسب است و به شبکه منتقل می شود.
3.2 مورد نیاز کابل برای سیستم های فتوولتائیک ولتاژ متوسط
برای سیستم های ولتاژ متوسط ، انتخاب کابلهای فتوولتائیک بیشتر از سیستم ولتاژ کم ، عمدتاً از جمله جنبه های زیر خواستار است:
امتیاز ولتاژ:انتخاب ولتاژ مناسب کابل بسیار مهم است. برای سیستمهایی از 60 ولت تا 600 ولت ، ولتاژ رتبه بندی شده کابل معمولاً 600 ولت ، 1000 ولت یا بالاتر است.
مقاومت دما:با توجه به ولتاژ سیستم بالا ، مقاومت درجه حرارت بالا کابل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. کابل های مناسب برای این سیستم ها معمولاً دارای درجه دما از درجه {0}} درجه تا درجه {1}} هستند.
مواد غلاف بیرونی:غلاف بیرونی کابل باید در برابر اشعه ماوراء بنفش ، خوردگی شیمیایی و پیری مقاوم باشد و معمولاً از موادی مانند پلی اتیلن متقاطع (XLPE) ساخته می شود.
کابل های فتوولتائیک معمولاً از لایه های عایق مضاعف استفاده می کنند تا اطمینان حاصل شود که جریان در شرایط ولتاژ بالا نشت نمی کند و از این طریق ایمنی سیستم را تضمین می کند.
4. سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ بالا (1000 ولت {3}} V)
سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ بالا برای نیروگاه های خورشیدی تجاری و صنعتی در مقیاس بزرگ ، به ویژه آرایه های فتوولتائیک مجهز به زمین مناسب هستند. گروه های پانل خورشیدی در این سیستم ها معمولاً به صورت سری به هم متصل می شوند تا ولتاژ خروجی را برای تأمین نیازهای انتقال قدرت بالاتر افزایش دهند. دامنه ولتاژ سیستم های ولتاژ بالا معمولاً 1000 ولت تا 1500 ولت است.
4.1 ویژگی های سیستم های ولتاژ بالا
دامنه برنامه:سیستم های ولتاژ بالا به طور گسترده در نیروگاه های خورشیدی در مقیاس بزرگ ، امکانات تولید انرژی فتوولتائیک تجاری و سیستم های فتوولتائیک پشت بام کارخانه مورد استفاده قرار می گیرند.
پیکربندی پانل:به منظور بهبود کارآیی انتقال نیرو ، این سیستم ها از گروه های پانل خورشیدی بزرگتر استفاده می کنند و اغلب نیاز به استفاده از اینورترهای ولتاژ بالا (مانند اینورترهای 1000 ولت یا 1500 ولت) دارند.
انتقال قدرت از مسافت طولانی: سیستم های ولتاژ بالا در انتقال مسافت طولانی کارآمدتر هستند و می توانند تلفات قدرت را کاهش دهند ، بنابراین اغلب در پروژه های فتوولتائیک که نیاز به انتقال مسافت طولانی دارند استفاده می شود.
4.2 مورد نیاز کابل برای سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ بالا
برای سیستم های فتوولتائیک با ولتاژ بالا ، طراحی کابل ها و سیم های خورشیدی باید استانداردهای سختگیرانه ای را رعایت کند تا از ایمنی و ثبات طولانی مدت سیستم اطمینان حاصل شود. الزامات اصلی عبارتند از:
امتیاز ولتاژ:برای سیستم های فتوولتائیک با دامنه ولتاژ 1000 ولت تا 1500 ولت ، ولتاژ دارای امتیاز کابل معمولاً 1000 ولت یا 1500 ولت است تا اطمینان حاصل شود که کابل می تواند در برابر انتقال این ولتاژهای بالا مقاومت کند.
مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی:کابل های سیستم های ولتاژ بالا نیاز به مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی دارند زیرا کابل ها در معرض عوامل طبیعی مانند نور خورشید ، باران ، باد و ماسه قرار می گیرند. ماده غلاف بیرونی کابل معمولاً از پلی اتیلن متقاطع (XLPE) یا پلی اتیلن (PE) با مقاومت در برابر دمای بالا ، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی ساخته می شود.
طراحی عایق دوتایی:برای اطمینان از انتقال ایمن جریانهای ولتاژ بالا ، کابل ها معمولاً یک طرح عایق مضاعف را اتخاذ می کنند تا اطمینان حاصل شود که جریان نشت نخواهد کرد و از ایمنی بیشتری برخوردار است.
5. چگونه می توان یک کابل خورشیدی مناسب را انتخاب کرد؟
انتخاب کابل خورشیدی مناسب برای اطمینان از عملکرد مناسب سیستم PV شما ، به ویژه با توجه به الزامات سطح ولتاژ مختلف ، مهم است. در اینجا چند عامل مهم در هنگام انتخاب کابل خورشیدی در نظر گرفته شده است:
5.1 سطح ولتاژ کابل
ابتدا باید کابل مناسب را بر اساس ولتاژ عملیاتی سیستم PV خود انتخاب کنید. اگر ولتاژ سیستم کم است (مانند 12 ولت یا 48 ولت) ، می توانید کابل مناسب برای ولتاژ کم را انتخاب کنید. اگر ولتاژ سیستم زیاد است (مانند 600 ولت یا 1000 ولت) ، باید کابل را انتخاب کنید که بتواند ولتاژهای بالاتر را تحمل کند.
5.2 مواد کابل
مواد هادی متداول برای کابل های PV شامل مس و آلومینیوم است. کابل های مس به دلیل هدایت عالی آنها به طور گسترده در سیستم های با راندمان بالا مورد استفاده قرار می گیرند ، در حالی که کابلهای آلومینیومی سبک تر و مناسب برای کاربردهای کم هزینه هستند.
5.3 درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر اشعه ماورا
از آنجا که سیستم های PV معمولاً در خارج از منزل نصب می شوند ، انتخاب کابل هایی که در برابر درجه حرارت بالا و اشعه ماوراء بنفش مقاوم هستند بسیار مهم است. غلاف بیرونی کابل باید از مواد مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش (مانند پلی اتیلن متقاطع یا پلی اتیلن) استفاده کند تا اطمینان حاصل شود که در محیط های درجه حرارت بالا به راحتی پیر ، ترک خورده یا تخریب نمی شود.
5.4 صدور گواهینامه ایمنی و استانداردها
حتماً کابل هایی را انتخاب کنید که مطابق با استانداردهای ایمنی بین المللی ، مانند Tüv ، UL و غیره باشد. این گواهینامه ها می توانند ایمنی و ثبات کابل ها را در شرایط مختلف کار تضمین کنند.