Η επιλογή και ο σχεδιασμός καλωδίων για φωτοβολταϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι ένας από τους βασικούς κρίκους για τη διασφάλιση της αποτελεσματικής και ασφαλούς λειτουργίας του συστήματος. Η λογική επιλογή καλωδίων μπορεί όχι μόνο να μειώσει την απώλεια ενέργειας, αλλά και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του συστήματος και να μειώσει το κόστος συντήρησης.
Βασικά σημεία επιλογής και σχεδιασμού καλωδίων
Σύμφωνα με την επιλογή ονομαστικής τάσης του φωτοβολταϊκού συστήματος:το καλώδιο πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις ονομαστικής τάσης του φωτοβολταϊκού συστήματος. Για παράδειγμα, σε φωτοβολταϊκό σταθμό παραγωγής ενέργειας με τάση λειτουργίας συνεχούς ρεύματος 600 V ή μεγαλύτερη, θα πρέπει να επιλέγονται καλώδια που αντέχουν το αντίστοιχο επίπεδο τάσης.
Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά φορτίου:Είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά φορτίου μεταξύ του φωτοβολταϊκού πίνακα και του μετατροπέα, συμπεριλαμβανομένου του μέγιστου ρεύματος, του ρεύματος βραχυκυκλώματος κ.λπ., προκειμένου να προσδιοριστεί το μέγεθος της διατομής και η φέρουσα ικανότητα του καλωδίου. Για οικιακά φωτοβολταϊκά συστήματα, τα καλώδια πυρήνα αλουμινίου χρησιμοποιούνται συνήθως για τον έλεγχο του κόστους, αλλά τα καλώδια με πυρήνα χαλκού προτιμώνται περισσότερο για διέγερση κινητήρα, σημαντικές πηγές ενέργειας και άλλες περιπτώσεις.
Αντοχή στις καιρικές συνθήκες και περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα:Τα καλώδια εξωτερικού χώρου πρέπει να έχουν αδιάβροχες και ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία λειτουργίες, καθώς και καλή αντοχή στη θερμότητα και επιβράδυνση φλόγας, ειδικά για καλώδια που λειτουργούν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, όπως αυτά που είναι θαμμένα στο έδαφος, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην απόδοση απαγωγής θερμότητας.
Επίπεδο μόνωσης και επίπεδο προστασίας:Το επίπεδο μόνωσης των καλωδίων ισχύος για τη μετάδοση συνεχούς ρεύματος θα πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις της εσωτερικής υπέρτασης. Το επίπεδο τάσης αντοχής σε κρούση των καλωδίων στο σύστημα επικοινωνίας θα πρέπει επίσης να συμμορφώνεται με τους τυπικούς κανονισμούς. Επιπλέον, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ο αντίκτυπος των μεθόδων τοποθέτησης καλωδίων στα μονωτικά υλικά.
Συντελεστής διόρθωσης τρέχουσας φέρουσας ικανότητας:Ρυθμίστε την πραγματική ικανότητα μεταφοράς ρεύματος του καλωδίου σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους τοποθέτησης (άμεση ταφή, διείσδυση σωλήνα κ.λπ.), θερμοκρασία περιβάλλοντος και άλλους παράγοντες. Για παράδειγμα, υπό συνθήκες υψηλότερης θερμοκρασίας, η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος των καλωδίων θα μειωθεί, επομένως είναι απαραίτητο να αφήσετε κάποιο περιθώριο κατά την επιλογή.
Έλεγχος απώλειας γραμμής και πτώσης τάσης:Προκειμένου να διασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος, η απώλεια γραμμής των φωτοβολταϊκών καλωδίων συνεχούς ρεύματος δεν πρέπει γενικά να υπερβαίνει το 2%, ενώ η πτώση τάσης των πλευρικών καλωδίων DC συνήθως χρειάζεται να ελέγχεται μεταξύ 1% και 2%.
Επιλογή τύπων καλωδίων:Υπάρχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τύπους καλωδίων σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής. Για παράδειγμα, για κινητό ηλεκτρικό εξοπλισμό ή καταστάσεις με ειδικές απαιτήσεις αξιοπιστίας, συνιστάται η χρήση καλωδίων με πυρήνα χαλκού.
Συμμόρφωση με τα πρότυπα του κλάδου:Η επιλογή καλωδίων θα πρέπει επίσης να αναφέρεται σε σχετικά εθνικά πρότυπα, όπως το GB50217-2007 "Code for Design of Cables in Power Engineering", καθώς και τα πρότυπα που δημοσιεύονται από τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC), για να διασφαλιστεί ότι η επιλογή συμμορφώνεται με τις πιο πρόσφατες τεχνικές προδιαγραφές.
Κατευθυντήρια αρχή
1. Περιβάλλον εφαρμογής
Είναι απαραίτητο να καθοριστούν οι συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες υπό τις οποίες θα εγκατασταθεί το καλώδιο. Εάν χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους, επιλέξτε τυπικά καλώδια που δεν απαιτούν πρόσθετα προστατευτικά στρώματα. Και τα καλώδια εξωτερικού χώρου πρέπει να λαμβάνουν υπόψη παράγοντες όπως η προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία, η αδιαβροχοποίηση και η αντοχή στο κρύο. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να αξιολογηθεί εάν υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες, χαμηλές θερμοκρασίες, χημικά, λεκέδες λαδιού ή άλλες σκληρές συνθήκες γύρω, που μπορεί να επηρεάσουν την επιλογή των καλωδίων.
2. Επίπεδο τάσης
Ο καθορισμός της μέγιστης τάσης που πρέπει να αντέξει το καλώδιο είναι ένα κρίσιμο βήμα. Η ονομαστική τάση του καλωδίου πρέπει να είναι υψηλότερη ή ίση με την πραγματική τάση λειτουργίας του συστήματος για να διασφαλιστεί η ασφάλεια και η αξιοπιστία. Για παράδειγμα, στα φωτοβολταϊκά συστήματα, η τάση λειτουργίας στην πλευρά DC είναι συνήθως 600 V ή μεγαλύτερη, επομένως θα πρέπει να επιλέγονται καλώδια της αντίστοιχης στάθμης τάσης.
3. Τρέχον φορτίο
Είναι σημαντικό να προσδιορίσετε την περιοχή διατομής ενός καλωδίου με βάση το μέγιστο ρεύμα που χρειάζεται να μεταφέρει. Σύμφωνα με τον τύπο υπολογισμού, μονοφασικό I=P/(U × cos Φ), τριφασικό I=P/(√ 3 × U × cos Φ), όπου P είναι ισχύς ( W), το U είναι η τάση (V) και το cos Φ είναι ο συντελεστής ισχύος (συνήθως λαμβάνεται ως 0.8). Για συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογής, όπως φωτοβολταϊκοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το ρεύμα εξόδου των εξαρτημάτων και το μέγιστο ρεύμα εξόδου του μετατροπέα.
4. Τύπος καλωδίου
Σταθερή εγκατάσταση: Κατάλληλο για τις περισσότερες καταστάσεις καλωδίωσης σε κτίρια, που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν καλώδια με μόνωση διασταυρωμένου πολυαιθυλενίου (XLPE), καλώδια με μόνωση από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) κ.λπ.
Κινητή εγκατάσταση: Όταν τα καλώδια πρέπει να λυγίζουν ή να δονούνται συχνά, όπως μέσα σε μηχανικό εξοπλισμό, πρέπει να επιλέγονται καλώδια με μόνωση από καουτσούκ ή καλώδια με μόνωση από καουτσούκ σιλικόνης, καθώς έχουν καλύτερη ευελιξία και αντοχή στη φθορά.
5. Μονωτικά υλικά
Η επιλογή του μονωτικού υλικού εξαρτάται από το συγκεκριμένο σενάριο χρήσης. Για παράδειγμα, η μόνωση XLPE είναι κατάλληλη για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής τάσης, ενώ η μόνωση PVC είναι πιο κατάλληλη για χρήση σε γενικά περιβάλλοντα.
6. Υλικό θήκης
Το υλικό της θήκης πρέπει επίσης να ταιριάζει με το περιβάλλον χρήσης. Τα κοινά υλικά περιβλήματος περιλαμβάνουν θήκη PVC, θήκη PE, θήκη από καουτσούκ κ.λπ. Για περιπτώσεις με ειδικές απαιτήσεις όπως αντοχή σε λάδι, αντίσταση σε οξέα και αλκάλια, αντίσταση στο κρύο, αντοχή στη θερμότητα κ.λπ., θα πρέπει να επιλέγονται αντίστοιχα ειδικά καλώδια.
7. Υλικό αγωγού
Τα υλικά αγωγών χωρίζονται κυρίως σε δύο τύπους: χαλκό και αλουμίνιο. Ο χαλκός έχει καλύτερη αγωγιμότητα από το αλουμίνιο, αλλά το κόστος του είναι υψηλότερο. Τα καλώδια αγωγών αλουμινίου είναι ελαφρύτερα και χαμηλότερα σε κόστος, αλλά τα καλώδια με πυρήνα χαλκού έχουν μεγαλύτερη ικανότητα μεταφοράς ρεύματος και καλύτερη απόδοση απαγωγής θερμότητας κάτω από την ίδια περιοχή διατομής.
8. Απόδοση επιβράδυνσης φλόγας και αντίστασης στη φωτιά
Σε ορισμένα συγκεκριμένα περιβάλλοντα, όπως στο εσωτερικό των κτιρίων, μπορεί να είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν καλώδια με επιβραδυντικές φλόγας ή πυρίμαχες ιδιότητες για τη βελτίωση της ασφάλειας.
9. Οικονομία
Τέλος, ενώ πληρούνται όλα τα τεχνικά πρότυπα και πρότυπα ασφαλείας, πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας των καλωδίων. Αυτό σημαίνει όχι μόνο την εξέταση της αρχικής τιμής αγοράς, αλλά και το μακροπρόθεσμο κόστος συντήρησης και άλλα πιθανά κόστη.
10. Πρότυπα και προδιαγραφές
Είναι πολύ σημαντικό να συμμορφώνεστε με τα σχετικά εθνικά και βιομηχανικά πρότυπα και προδιαγραφές, όπως GB/T, IEC, ASTM, κ.λπ. Αυτά τα πρότυπα παρέχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις για το σχεδιασμό, την κατασκευή, τη δοκιμή και άλλες πτυχές καλωδίων, διασφαλίζοντας τη συνέπεια και την αξιοπιστία του προϊόντος ποιότητα.
Παράδειγμα
Υποθέτοντας ότι πρέπει να σχεδιάσουμε ένα σχέδιο καλωδίων για έναν μεγάλο επίγειο φωτοβολταϊκό σταθμό παραγωγής ενέργειας, ανατρέξτε στα ακόλουθα συγκεκριμένα βήματα:
Επιλογή καλωδίου DC
Εξάρτημα σε κιβώτιο συνδυαστή: Για το καλώδιο DC μεταξύ της φωτοβολταϊκής μονάδας και του κουτιού συνδυασμού, λαμβάνοντας υπόψη την υψηλή ένταση ρεύματος, επιλέγεται το PV1-F καλώδιο προδιαγραφών 1 * 6 mm ². Αυτός ο τύπος καλωδίου έχει καλή μηχανική αντοχή και ηλεκτρική απόδοση και είναι κατάλληλος για μακροχρόνια έκθεση σε εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες.
Από το κιβώτιο συνδυασμού στον μετατροπέα: Αυτή η απόσταση είναι σχετικά μικρή, αλλά εάν το ρεύμα είναι υψηλό, απαιτείται καλώδιο μεγαλύτερης διατομής, όπως PV1-F 1 * 10 mm ² ή μεγαλύτερο μέγεθος. Ταυτόχρονα, το ζήτημα της πτώσης πίεσης θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη για να διασφαλιστεί ότι δεν υπερβαίνει το καθορισμένο ποσοστό.
Επιλογή καλωδίων επικοινωνίας
Έξοδος μετατροπέα προς μετασχηματιστή: Αυτό το τμήμα του καλωδίου είναι κυρίως υπεύθυνο για τη μετάδοση της μετατρεπόμενης ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος, επομένως είναι απαραίτητο να εξεταστεί εάν η χωρητικότητα μεταφοράς ρεύματος είναι επαρκής για να αντιμετωπίσει την ισχύ εξόδου αιχμής. Γενικά, χρησιμοποιούνται θωρακισμένα καλώδια τριών πυρήνων ή πολλαπλών πυρήνων και το υλικό πρέπει να επιλέγεται ως πυρήνας χαλκού ή αλουμινίου σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση.
Ειδικός χειρισμός υποθέσεων
Η εφαρμογή φωτοβολταϊκών μονάδων διπλής όψης: Με την αυξανόμενη χρήση φωτοβολταϊκών πλαισίων διπλής όψης, η επιλογή καλωδίων πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την πρόσθετη αύξηση ρεύματος που προκαλεί το αντίστροφο κέρδος. IEC 61215: Το 2021, εισήχθη η ηλιακή ακτινοβολία διπλής όψης (BNPI) και η ηλιακή ακτινοβολία διπλής όψης αξιοπιστίας (BSI), η οποία βοηθά στην καλύτερη αξιολόγηση της κατάστασης λειτουργίας των εξαρτημάτων διπλής όψης και στην ανάλογη προσαρμογή της επιλογής καλωδίων.
Πώς να αποφύγετε την απώλεια της γραμμής καλωδίου και την πτώση τάσης;
Τεχνικές μέθοδοι:
1. Επιλέξτε λογικά τις προδιαγραφές καλωδίων
Επιλέξτε τη διατομή του σύρματος με βάση το ρεύμα φορτίου: για μικρές αποστάσεις, περιορίστε τη διατομή του σύρματος με βάση τις συνθήκες θέρμανσης (ασφαλής ικανότητα μεταφοράς ρεύματος) και για μεγάλες αποστάσεις επιλέξτε τη διατομή του σύρματος με βάση τις συνθήκες απώλειας τάσης τη βάση της ασφαλούς ικανότητας μεταφοράς ρεύματος για να διασφαλιστεί ότι η τάση λειτουργίας στο σημείο φόρτωσης είναι εντός του κατάλληλου εύρους. Για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό μιας γραμμής ισχύος 50 kW και μήκους 300 μέτρων, εάν χρησιμοποιείται καλώδιο πυρήνα χαλκού 25 mm ², η μονοφασική πτώση τάσης είναι 20 V και η συνολική πτώση τάσης μεταξύ των δύο φάσεων φτάνει τα 40 V, με αποτέλεσμα η τάση ακροδεκτών να πτώση στα 360V. Μετά τη χρήση καλωδίων με πυρήνες χαλκού 35 τετραγωνικών χιλιοστών ή πυρήνες αλουμινίου 50 τετραγωνικών χιλιοστών, οι τάσεις των ακροδεκτών διατηρούνται περίπου στα 370 V και 366 V, αντίστοιχα, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις για κανονική λειτουργία του εξοπλισμού.
Λάβετε υπόψη τις επιπτώσεις των περιβαλλοντικών παραγόντων: Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος αυξάνεται, η αντίσταση του καλωδίου αυξάνεται και η πτώση τάσης αυξάνεται επίσης ανάλογα. Επομένως, η χρήση καλωδίων σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να αποφεύγεται και για εξοπλισμό που λειτουργεί συνεχώς για μεγάλα χρονικά διαστήματα, συνιστάται η χρήση καλωδίων μεγαλύτερης προδιαγραφής για τη διασφάλιση σταθερής λειτουργίας υπό διακυμάνσεις τάσης.
2. Βελτιστοποιήστε το σχεδιασμό και την τοποθέτηση γραμμών
Συντόμευση της απόστασης τροφοδοσίας: Προσδιορίστε τη βέλτιστη θέση του κέντρου φορτίου για να μειώσετε ή να αποφύγετε το φαινόμενο της υπέρβασης της ακτίνας τροφοδοσίας. Η γενική απαίτηση για την ακτίνα τροφοδοσίας των γραμμών αγροτικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας είναι ότι η γραμμή 400 V δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο εύρος, το οποίο μειώνει αποτελεσματικά το ρυθμό απώλειας γραμμής.
Βελτίωση της διαδρομής του κυκλώματος: Εγκαθιστώντας νέες γραμμές μεταφοράς και διανομής ή ανακαινίζοντας υπάρχουσες γραμμές, λαμβάνοντας υπόψη την οικονομική απόδοση, την κατάλληλη αύξηση της διατομής του σύρματος και επιλέγοντας κατάλληλα υλικά όπως νέους αγωγούς εξοικονόμησης ενέργειας, χαμηλότερη ηλεκτρική αντίσταση και καλύτερη αγωγιμότητα μπορεί να επιτευχθεί.
Λογικός προγραμματισμός σημείων στροφής: Τα καλώδια τροφοδοσίας έχουν αυστηρές απαιτήσεις για την ακτίνα στροφής. Κατά τη διαδικασία κατασκευής, θα πρέπει να καταβληθούν προσπάθειες για την ελαχιστοποίηση της ροπής στα καλώδια και θα πρέπει να διατηρηθεί η φυσική κάμψη στην περιστροφή του καλωδίου και στα δεσμευμένα μέρη για την αποφυγή εσωτερικών μηχανικών βλαβών.
3. Βελτιώστε την αποτελεσματικότητα του συστήματος
Βελτίωση του συντελεστή ισχύος: Η εγκατάσταση συσκευών αντιστάθμισης άεργου ισχύος και στα δύο άκρα της γραμμής, όπως παράλληλες συστοιχίες πυκνωτών, μπορεί να βελτιώσει τον συντελεστή ισχύος, να μειώσει την επαγωγική άεργο ισχύ και επομένως να μειώσει την τιμή ρεύματος στη γραμμή, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση των απωλειών γραμμής.
Ρύθμιση της ισορροπίας των τριφασικών φορτίων: Η καλύτερη εξισορρόπηση των τριφασικών φορτίων είναι ένα από τα πιο οικονομικά και αποτελεσματικά μέτρα για τη μείωση των απωλειών. Με την ομοιόμορφη κατανομή των μονοφασικών χρηστών στις φάσεις Α, Β και Γ για μείωση του ρεύματος στην ουδέτερη γραμμή, μπορεί να επιτευχθεί ο στόχος της μείωσης της απώλειας γραμμής.
4. Ενίσχυση της καθημερινής διαχείρισης και παρακολούθησης
Τακτική επιθεώρηση και συντήρηση: Καθιερώστε ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης, πραγματοποιήστε επιθεωρήσεις σε περιοχές όπου ενδέχεται να παρουσιαστούν προβλήματα, εντοπίστε έγκαιρα και αντιμετωπίστε πιθανούς κινδύνους όπως γήρανση της μόνωσης, κακές αρθρώσεις κ.λπ., για να αποτρέψετε την κλιμάκωση τους σε σοβαρές βλάβες.
Χρήση προηγμένων τεχνολογικών μέσων: υιοθέτηση προηγμένων διαδικτυακών εργαλείων παρακολούθησης, όπως τεχνολογία παρακολούθησης κυκλοφορίας εξωτερικού περιβλήματος, τεχνολογία μέτρησης θερμοκρασίας οπτικών ινών online και τεχνολογία ανίχνευσης μερικής εκφόρτισης, για ενίσχυση της παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο της κατάστασης λειτουργίας του καλωδίου, έγκαιρη προειδοποίηση ελαττωμάτων και αποτροπή παροχής ρεύματος ατυχήματα λόγω διακοπής λειτουργίας.