هل أحتاج 4 أم 6 ملم ؟الكابلات الشمسيةهذا هو التحدي التقني الأول الحقيقي الذي يواجهه كل من يقوم بتثبيت الطاقة الشمسية عند توصيل وحدات الطاقة الشمسية.يمكن أن يؤدي اختيار مواصفات الكابل الخاطئة إلى انخفاض في الجهد وتقليل إنتاج الطاقة، أو حتى تسبب ارتفاع درجة حرارة الكابلات ، وتقدم العزل ، والحرائق. اختيار المواصفات الصحيحة يضمن أن النظام يعمل بأمان وكفاءة لأكثر من 25 عاما.

I. لماذا سمك الكابل مهم جدا؟

كثير من المبتدئين ينفقون ميزانيتهم على وحدات عالية الكفاءة و محولات عالية الجودة، متجاهلين الكابلات التي تربطها.في الواقع، هذا النهج خطير جداً.الوظيفة الأساسية للكابلات الشمسية هي نقل التيار المستمر مع خسارة منخفضة. عندما يتدفق التيار عبر الموصل ، فإن مقاومة الموصل تحول بعض الطاقة الكهربائية إلى حرارة.كلما كان الكابل رقيقاً، كلما كانت المقاومة أعلى، كلما كان إنتاج الحرارة أكثر شدة، وأقل الجهد الذي يتم نقله إلى المرحلة التالية من المعدات.

انخفاض الجهد هو مؤشر رئيسي لهذه الخسارة. في الهندسة ، من المطلوب عمومًا أن لا يتجاوز انخفاض الجهد على الجانب المباشر من اللوحة الشمسية 3٪.تجاوز هذه القيمة سوف يقلل بشكل كبير من تصنيف أداء النظام (PR)أكثر خطورة، العمل لفترة طويلة من الكابلات الرقيقة في درجات حرارة عالية تسريع العزل الشيخوخة، مما قد يؤدي إلى حلقات قصيرة وحرائق.الاختيار بين كابلات 4mm2 و 6mm2 يتضمن أساسا توازن التياروالمسافة والتكلفة والسلامة

المعلمات النموذجية والسيناريوهات المطبقة للكابلات الشمسية 4 ملم مربع

4mm2 هي المواصفات الأكثر شيوعًا في الأنظمة السكنية والصغيرة خارج الشبكة. مساحة القسم العرضي الاسمية للقلب النحاسي هي 4 مليمترات مربعة ،مع قطر خارجي شائع الاستخدام حوالي 6.0-6.5 ملم ، ومقاومة الموصل حوالي 4.61Ω / كم (في 20 درجة مئوية). في ظل ظروف التثبيت القياسية (تركيب واحد مكشوف ، درجة حرارة المحيط 30 درجة مئوية) ،السعة المستمرة الموصى بها للكابل 4mm2 عادةً ما تكون 55A (49A في بعض المعايير)ومع ذلك، يرجى ملاحظة أن القدرة الفعلية على تحمل التيار الحالي تحتاج إلى خصم بناء على عوامل مثل درجة الحرارة، وتركيب القنوات، وتجميع الكابلات المتعددة.

متى يجب اختيار 4mm2؟

اتصالات المسافات القصيرة: المسافة من الوحدة إلى مربع المجمع هي ≤20 متر.

التيار المنخفض: التيار التشغيلي لسلسلة واحدة من الوحدات أقل من 30A. بالنسبة للوحدات الشمسية النصفية القياسية 182/210 ، يكون التيار لكل سلسلة عادة 13-15A ،والذي يتناسب تماماً مع كابلات 4 ملم مربع.

جهد النظام الأعلى: إذا كنت تستخدم نظام 1500 فولت ، فيمكن خفض التيار إلى النصف لنفس الطاقة المخرجة ، مما يجعل ميزة كابلات 4mm2 أكثر وضوحًا.

حساسة للتكلفة: كابلات 4 ملم مربع أرخص بنحو 30٪ لكل متر من كابلات 6 ملم مربع ، مما يؤدي إلى فرق كبير في الأسعار للتنفيذ على نطاق واسع.

مثال: في نظام سقف سكني بقوة 5 كيلوواط ، يبلغ تيار الدائرة القصيرة لكل سلسلة من الوحدات حوالي 14A ، وطول كابل DC من كل سلسلة إلى المحول 15 مترًا فقط.باستخدام كابلات 4mm2 في هذه الحالة، انخفاض الجهد المحسوب هو حوالي 1.8٪، والتي تلبي بالكامل المتطلبات.

المعلمات النموذجية والسيناريوهات المطبقة للكابلات الشمسية 6 ملم مربع
تزداد مساحة القسم العرضي للقلب النحاسي للكابلات 6mm2 بنسبة 50٪ ، مما يقلل من مقاومة الموصل إلى حوالي 3.08Ω/km وزيادة القدرة على تحمل التيار إلى حوالي 70A (في نفس الظروف)يبلغ قطره الخارجي حوالي 7.2-7.8 ملم ، مما يجعله أكثر سمكاً وصلبة ويسمح بمحيط ثني أكبر. وتبلغ التكلفة حوالي 40-50٪ أعلى من كابلات 4 ملم مربع.

متى يكون 6 ملم مربع ضروري؟

إرسال على مسافة طويلة: عندما تتجاوز المسافة في الاتجاه الواحد من الوحدة إلى المحول أو جهاز التحكم في الشحن 30 مترًا ، خاصة عند الاقتراب من 50 مترًا.

سيناريوهات التيار العالي: عندما يتجاوز التيار الإجمالي لسلسلتين أو أكثر متصلتين بالتوازي 40A. على سبيل المثال في الأنظمة السكنية الكبيرة،عندما تستخدم "سلاسل 2 بالتوازي" لتحقيق التيار الإجمالي أكثر من 26A، 6mm2 هو أكثر موثوقية لمسافات أطول.

أنظمة الجهد المنخفض: أنظمة صغيرة خارج الشبكة من 12 فولت أو 24 فولت. بسبب الجهد المنخفض ، فإن التيار ضخم لنفس الطاقة. على سبيل المثال ، نظام 1200 و 24 فولت له تيار يصل إلى 50A ،تتطلب استخدام 6mm2 أو حتى 10mm2.

البيئات ذات درجات الحرارة العالية: على الأسطح أو في الصحاري أو في سلاسل الكابلات ذات التهوية السيئة ، حيث تتجاوز درجة الحرارة 40 درجة مئوية ، يجب تقليل قدرة الحمل الحالية بنسبة 0.8 أو حتى 0.7سيناريوهات حيث 4mm2 سيكون كافيا يتطلب الترقية إلى 6mm2 تحت درجات الحرارة العالية.

مثال: تعمل لوحة ضوئية من طاقة 300 واط 12 فولت عند 25 أ. إذا كانت المسافة بين الوحدة والجهاز التحكم هي 25 مترًا ، فإن انخفاض الجهد باستخدام كابل 4 ملم مربع سيتجاوز 4٪.في هذه الحالة، يجب استخدام كابل 6mm2 للسيطرة على انخفاض الجهد إلى أقل من 2.5%.

IV. التيار والمسافة: صيغة الحساب الأكثر عملية

لا تحتاج إلى حفظ صيغ الهندسة الكهربائية المعقدة؛ تحتاج فقط إلى إتقان خوارزمية التقريب الهندسي.الصيغة لتقدير نسبة انخفاض الجهد هي::
انخفاض في الجهد (%) = (2 × التيار × المسافة × المقاومة) /جهد النظام × 100٪

حيث:

2 يمثل السلكين (الإيجابي والسلبي، جولة ذهاب وإياب).

التيار (أ): التيار التشغيلي ، الذي يعتبر عموماً 1.25 مرة من التيار الدائرة القصيرة للوحدة.

المسافة (m): الطول في اتجاه واحد من الوحدة إلى جهاز التحكم/المحول.

المقاومة: النحاس ≈ 0.018 Ω·mm2/m (درجة حرارة الغرفة).

فولتاج النظام (V): فولتاج تشغيل السلسلة (Vmp).

الخامس: ثلاث سيناريوهات حقيقية تساعدك على اتخاذ قرار

السيناريو 1: النظام النموذجي المرتبط بالشبكة في سقف السكن

المكونات: وحدات 10 × 550W ، كل منها بطاقة تشغيل 13A وتوتر تشغيل 41V. سلسلة من سلسلتين (5 وحدات لكل سلسلة) ، وتوتر سلسلة 205V ، تيار سلسلة 13A.

المسافة من كل خيط إلى العاكس: 20 متر

الحساب: 13A حالياً، 205V الجهد، 20 متر. باستخدام كابل 4mm2، انخفاض الجهد هو حوالي (2 × 13 × 20 × 0.018) / 205 × 100% ≈ 0.91٪، أقل بكثير من 3٪. الاستنتاج: كابل 4mm2 هو كاف تماماً.

السيناريو 2: نظام خارج الشبكة للسيارات المتنقلة

مكونات: 400 واط، تيار عمل 22A (18 فولت فولت عمل) ، المسافة إلى جهاز التحكم 10 أمتار.

باستخدام كابل مساحته 4 ملم: انخفاض في الجهد (2 × 22 × 10 × 0.018)/18≈ 0.44 فولت، نسبة 2.44٪، بالكاد مقبولة.

• ومع ذلك، في درجات الحرارة العالية في فصل الصيف، قد يزداد تسخين الكابل، و22A قريب من الحد الآمن على المدى الطويل من 4mm2.6mm2 يوصى به من أجل مزيد من السلامة والقدرة على التوسع في المستقبل.

السيناريو 3: مركب المسافات الطويلة في محطة فرعية مثبتة على الأرض

أربعة سلسلة من الوحدات متصلة بالتوازي، كل واحد مع طاقة التيار 15A، التيار الإجمالي 60A، الجهد 500V، المسافة من مربع المزيج إلى عاكس 45 متر.

السعة الحاملة للتيار 4mm2 هي 55A ، أقل من 60A ، ولا يمكن استخدامها مباشرة. السعة الحاملة للتيار 6mm2 هي 70A ، وهو كاف. انخفاض الجهد المحسوب: (2 × 60 × 45 × 0.018) / 500≈ 0.1944V ،% فقط 0.04%؟ ملاحظة: يجب أن تستخدم المقاومة في الصيغة هنا المقاومة لكل متر من 6mm2، 0.00308Ω/m؟ إعادة الحساب: المقاومة R = 0.018/6 = 0.003Ω/m، المقاومة الإجمالية للأسلاك اثنين 0.006Ω/m،المقاومة الإجمالية 45 متر 0.27Ω ، انخفاض الجهد = 60 × 0.27 = 16.2V ، نسبة 3.24٪ ، تتجاوز قليلاً 3 ٪. الاستنتاج: يجب اختيار 10mm2. يوضح هذا المثال أنه عندما يكون التيار كبيرًا جدًا ، فإن 6mm2 غير كافية,و هناك حاجة إلى كابل أكثر سمكاً

ستة تفاصيل تُغفل بسهولة

1. طول الكابل هو الطول الإجمالي للطريق ذهابا وإيابا: "المسافة" × 2 في الصيغة هي لأن التدفقات الحالية من المحطة الإيجابية إلى الحمل ومن ثم العودة من خلال المحطة السلبية.الطول الكلي الفعلي للقلب النحاسي هو ضعف المسافة في الاتجاه الواحد.

2لا تنظر فقط إلى القدرة على تحمل التيار، ولكن أيضا انخفاض الجهد: يعتقد العديد من المستخدمين خطأ أنه طالما أن التيار لا يتجاوز القدرة على تحمل التيار الاسمي للكابل،لا بأسفي الواقع، فإن انخفاض الجهد غالبا ما يصبح العامل المحدد قبل توليد الحرارة.

3إن جودة الجهاز ذات أهمية متساوية: حتى عند استخدام كابل 6mm2، إذا كان رابط MC4 ضعيفًا أو تم تكسير طبقة القصدير،مقاومة الاتصال سوف تسبب درجات حرارة عالية محليةيُنصح بشراء أشرطة الأسلاك المثبتة مسبقاً مع مصابيح الشركة المصنعة الأصلية.

4- الاختلافات في معايير الشهادة: يتطلب التصدير إلى أوروبا شهادة TÜV (EN 50618) ، ويتطلب التصدير إلى الولايات المتحدة شهادة UL 4703.تعريفات الحمل الحالية للأسلاك 4mm2 و 6mm2 تختلف قليلا بين المعاييرالرجاء الرجوع إلى ورقة بيانات المنتج للحصول على تفاصيل.

عملية اتخاذ القرار النهائي (أسلوب ثلاث خطوات)

الخطوة الأولى: حساب التيار الكلي
التيار الحالي لسلسلة واحدة = Module Imp (أو Isc × 1.25).

بالنسبة لسلسلة متعددة متصلة بالتوازي، التيار الإجمالي = التيار الحالي للسلسلة الواحدة × عدد السلاسل المتوازية.

الخطوة الثانية: قياس المسافة في الاتجاه الواحد (مترا)
استخدم شريط قياس أو تقدير المسافة في خط مستقيم من الوحدة إلى المحول / جهاز التحكم ، وترك هامش 10 ٪.

الخطوة الثالثة: تطبيق القواعد البسيطة
إذا كان الجهد في النظام ≥ 100 فولت، والتيار ≤ 20A، والمسافة ≤ 40 متر → 4mm2.

إذا كان الجهد في النظام ≥ 100 فولت، والتيار ≤ 30A، والمسافة ≤ 25 متر → 4mm2.

إذا كان جهد النظام ≤48 فولت، التيار ≥25A، أو المسافة ≥30 متر والتيار ≥15A → 6mm2.

إذا كان التيار الإجمالي ≥45A ، أو المسافة ≥50 متر والتيار ≥20A → اعتبر 10mm2 أو أكبر.

إذا كنت غير متأكد ، فإن الحجم الأكبر هو دائمًا أكثر أمانًا. إنفاق بضع مئات أكثر على كابل 6 ملم مربع سيؤدي إلى انخفاض خسارة الخط ، وانخفاض ارتفاع درجة الحرارة ، وزيادة المرونة لتوسيع النظام في المستقبل.تذكري: الكابل هو أرخص ومع ذلك أكثر المكونات أهمية في نظام الطاقة الشمسية الخاص بك.

باختصار، العودة إلى السؤال الأولي: هل أحتاج إلى كابل شمسي 4 ملم أو 6 ملم؟ الإجابة تعتمد على نظامك التيار والمسافة النقل.بالنسبة لمعظم الأنظمة السكنية المشتركة المتصلة بالشبكة (الجهد فوق 100 فولت)، التيار أقل من 15A ، المسافة في غضون 30 متر) ، كابل 4mm2 هو خيار اقتصادي وكاملة كافية.أسلاك لمسافات طويلة (أكثر من 30 مترًا)، سلسلة متعددة والاتصالات المتوازية (التيار الإجمالي يقترب من 40A) ، أو بيئات الحرارة العالية، لا تتردد في اختيار كابلات 6mm2 أو حتى أكثر سمكا.إن اختيار مواصفات الكابلات بشكل صحيح سيسمح لنظام الطاقة الشمسية الخاص بك بتوليد مئات أو حتى آلاف الكيلوواطات الساعات من الكهرباء، مع تجنب مخاطر السلامة.