Jenis Kabel Suria: Wayar PV, Kabel USE-2 & AC Diterangkan

Perbezaan yang menentukan antara jenis kabel solar ialah sama ada ia direka untuk pengebumian terus dalam tatasusunan fotovoltaik DC atau untuk sambungan AC antara penyongsang dan grid utiliti. Kawat PV (UL 4703) ialah satu-satunya jenis kabel yang dinilai untuk kedua-dua pengebumian terus dan pendedahan berterusan kepada cahaya matahari dalam tatasusunan DC, dengan penarafan basah 90°C dan penarafan kering 150°C, menjadikannya wajib untuk sistem penyongsang tanpa pengubah tidak berasas yang beroperasi pada 1,000 atau 1,500 volt DC. Kabel KEGUNAAN-2, walaupun masih disenaraikan untuk pengebumian terus, tidak mempunyai penarafan rintangan cahaya matahari penuh dan ruang kepala suhu yang lebih tinggi yang diminta tatasusunan voltan tinggi moden.

Empat kategori kabel solar utama

Sistem fotovoltaik mengandungi zon elektrik yang berbeza, setiap satu ditadbir oleh jenis kabel tertentu dan set keperluan pemasangan yang sepadan di bawah Kod Elektrik Kebangsaan (NEC) Perkara 690. Empat jenis kabel yang muncul dalam sistem yang direka bentuk dengan betul dari tatasusunan ke titik interkoneksi adalah seperti berikut.

Kawat PV, disenaraikan kepada UL 4703 dan subjek standard UL 4703, ialah kabel konduktor tunggal dengan penebat polietilena bersilang (XLPE). dan jaket luar yang tahan cahaya matahari. Ia dinilai untuk 600 V, 1,000 V, atau 2,000 V bergantung pada ketebalan penebat, dengan varian 2,000 V ditentukan untuk tatasusunan skala utiliti 1,500 VDC. Penebat XLPE memberikan kestabilan termoset, bermakna kabel mengekalkan kekuatan dielektrik dan sifat mekanikalnya walaupun selepas pendedahan berpanjangan kepada suhu operasi maksimum konduktor iaitu 90°C basah dan 150°C kering. Konduktor kuprum tin, terkandas mengikut ASTM B174 Kelas B atau C, menahan kesan menghakis lembapan yang meresap penebat selama beberapa dekad perkhidmatan. Kawat PV adalah satu-satunya kabel dalam industri suria yang membawa a Penarafan nyalaan VW-1 dan penarafan pengebumian langsung serentak, memenuhi kedua-dua keperluan keselamatan kebakaran dalam pemasangan atas bumbung dan keperluan penghalaan bawah tanah dalam sistem pengumpulan DC pemasangan tanah.

Kabel USE-2, dibina pada UL 854 dan diiktiraf oleh NEC Article 338, ialah kabel konduktor tunggal yang dinilai untuk pintu masuk perkhidmatan bawah tanah. Ia menggunakan penebat XLPE sama dalam kimia dengan wayar PV tetapi menggunakan jaket yang lebih tebal dan lebih teguh yang direka untuk menahan lelasan mekanikal yang ditarik melalui saluran bawah tanah dan sentuhan bumi terus. Penarafan voltannya terhad kepada 600 V, dan suhu konduktor maksimumnya ialah 90°C basah dan 90°C kering , had kritikal berbanding wayar PV. Ketiadaan penarafan kering 150°C bermakna USE-2 tidak boleh digunakan dalam udara bebas dalam susunan atas bumbung di mana suhu lembaran belakang modul secara rutin mencecah 75°C hingga 85°C dan kenaikan suhu konduktor di bawah beban penuh menolak penebat ke dalam wilayah beban lampau terma.

Kabel TC-ER, kabel dulang berkadar larian terdedah, berfungsi sebagai batang koleksi DC di antara kotak penggabung dan input penyongsang, atau antara berbilang penyongsang rentetan dalam konfigurasi rantai daisy. TC-ER ialah pemasangan berbilang konduktor, biasanya tiga konduktor ditambah tanah, dengan penebat dalam PVC dan jaket luar nilon atau PVC. Ia dinilai untuk 600 V dan 90°C kering , dan penyenaraiannya membenarkan penghalaan dalam dulang kabel tanpa konduit untuk larian terdedah. Pembinaan berbilang konduktor memudahkan pendawaian berbanding dengan menarik kabel konduktor tunggal individu, tetapi jaket PVC merosot di bawah sinaran ultraungu, jadi TC-ER mesti disertakan apabila dipasang di luar dalam cahaya matahari langsung.

Wayar bangunan THHN/THWN-2, walaupun bukan kabel suria khusus, muncul pada bahagian AC output penyongsang melalui ke panel perkhidmatan utama atau titik interkoneksi utiliti. Dinilai 600 V dan 90°C kering, 75°C wet , dengan jaket nilon di atas penebat PVC, ia adalah kos efektif, tersedia secara meluas dan mematuhi kod untuk semua pendawaian AC dalaman di hiliran penyongsang. Rintangan cahaya mataharinya adalah sifar, dan ia tidak mempunyai penyenaraian pengebumian langsung, jadi penggunaannya terhad kepada laluan perlumbaan dalaman, saluran dan panel penggabung AC tertutup.

Jadual spesifikasi perbandingan untuk jenis kabel solar

Pemilihan kelas voltan dan peralihan 1,500 V

Peralihan daripada seni bina sistem 1,000 VDC kepada 1,500 VDC dalam loji fotovoltaik skala utiliti mengurangkan arus pengumpulan DC sebanyak kira-kira satu pertiga untuk daya pemprosesan yang sama, mengurangkan bilangan kotak penggabung, penyuap DC dan parit yang berkaitan dengan perkadaran yang sama. Walau bagaimanapun, voltan yang lebih tinggi mengenakan keperluan penebat yang lebih ketat. Tatasusunan 1,500 VDC memerlukan wayar PV yang dinilai untuk 2,000 VDC , bukan 1,000 VDC. Ketebalan penebat pada wayar PV 2,000 V adalah lebih kurang 2.4 mm untuk 10 konduktor AWG, berbanding 1.14 mm untuk varian 1,000 V . Peningkatan ketebalan dinding ini mengurangkan fleksibiliti kabel dan meningkatkan jejari selekoh minimum, faktor yang merumitkan pengurusan wayar dalam kotak simpang modul dan kepungan DC penyongsang.

Piawaian IEC 62930, digunakan secara global di luar Amerika Utara, menyelaraskan keperluan prestasi untuk kabel PV 1,500 V. Ia menentukan rintangan penebat minimum sebanyak 10 MΩ·km pada 20°C , angka yang disahkan semasa ujian pengeluaran kilang pada setiap kekili sebelum penghantaran. Ujian medan bagi wayar PV 1,500 V yang dipasang dengan megohmmeter 5,000 V mesti menghasilkan nilai rintangan penebat tidak kurang daripada 4 MΩ setiap rentetan sebelum rentetan disambungkan ke penyongsang, pintu pentauliahan yang mengenal pasti kerosakan pemasangan pada jaket atau pengedap penyambung MC4 yang dikelim dengan tidak betul.

Penyahkadaran suhu dan pembetulan ampacity

Jadual ampacity dalam Artikel 310.15 NEC menganggap suhu ambien 30°C dan tidak lebih daripada tiga konduktor pembawa arus dalam raceway. Sistem pengumpulan DC suria secara rutin melanggar kedua-dua andaian. Di atas bumbung di Phoenix, Arizona, di mana suhu udara ambien 12 inci di atas permukaan bumbung mencecah 65°C pada petang musim panas, faktor pembetulan suhu untuk wayar PV berkadar 90°C ialah 0.58 mengikut Jadual NEC 310.15(B)(1)(1). Wayar 10 AWG PV dengan keluasan 30°C 40 amp dengan itu dinyahkadar kepada 23.2 amp pada 65°C. Jika wayar yang sama diikat dengan tiga rentetan pembawa arus lain dalam konduit untuk jarak melebihi 24 inci, faktor pelarasan tambahan 0.80 terpakai, seterusnya mengurangkan ampacity yang dibenarkan kepada 18.6 amp.

Hasilnya ialah konduktor 10 AWG, yang kelihatan sangat besar untuk arus rentetan 9-amp pada pandangan pertama, beroperasi pada hampir 50% daripada kapasiti yang dinyahkadarnya selepas pembetulan suhu dan gabungan . Amalan kejuruteraan untuk sistem atas bumbung menentukan 10 AWG sebagai saiz wayar PV minimum untuk sambungan modul, dengan 8 AWG diperlukan untuk konduktor kendalian rumah yang menyediakan lebih daripada dua rentetan, peraturan biasa yang diperoleh daripada data suhu atas bumbung kes terburuk dan bukannya standard tetap.

Kimia penebat dan kelebihan XLPE

Bahan penebat membezakan kabel solar daripada wayar bangunan tujuan umum lebih daripada sebarang atribut lain. XLPE, polietilena berpaut silang yang digunakan dalam wayar PV dan USE-2, ialah bahan termoset, bermakna rantai polimer dikait silang secara kimia semasa proses pengawetan. Setelah bersilang, bahan tidak boleh cair atau mengalir apabila dipanaskan. Wayar PV yang terdedah kepada suhu konduktor 150°C mengekalkan bentuk fizikal dan kekuatan dielektriknya, manakala wayar THHN berpenebat PVC pada suhu yang sama akan melembutkan, mengalir dan mencipta litar pintas dalaman.

Proses pemautan silang, yang dicapai oleh penawar lembapan berasaskan silane atau penyinaran pancaran elektron, juga meningkatkan rintangan penebat terhadap aliran sejuk di bawah pemampatan. Apabila wayar PV dicubit di antara bingkai modul dan rel pelekap, penebat XLPE menentang set mampatan yang akan menipiskan dinding penebat PVC dari semasa ke semasa. Ketebalan dinding yang dikekalkan selepas 1,000 jam pemuatan mampatan pada 90°C biasanya 85% hingga 90% daripada ketebalan asal untuk XLPE, berbanding 60% atau kurang untuk PVC . Sifat ini penting dalam tatasusunan fotovoltaik di mana pengapit modul dan klip wayar menggunakan titik tekanan setempat yang berterusan untuk jangka hayat reka bentuk sistem selama 25 tahun.

Keserasian penyambung dan standard MC4

Kabel solar itu sendiri hanyalah konduktor; penamatan penyambung ialah titik kegagalan peringkat sistem. Piawaian industri ialah penyambung MC4, pada asalnya dibangunkan oleh Multi-Contact dan kini dihasilkan di bawah lesen oleh lebih sedozen pembekal global. MC4 dinilai untuk 1,500 VDC dan 30 amp arus berterusan dengan wayar PV 4 mm² atau 6 mm² (12 AWG hingga 10 AWG) , dan ia mengekalkan penarafan perlindungan kemasukan IP68 apabila dikawinkan, bermakna ia menahan rendaman berterusan dalam 1 meter air.

Peraturan kritikal untuk kebolehpercayaan ialah kehomogenan penyambung: penyambung lelaki dan perempuan pada satu rentetan mestilah daripada pengeluar yang sama. Mengawan penyambung Amphenol H4 dengan Staubli MC4 tulen, walaupun keserasian fizikalnya dan penyenaraian UL, memperkenalkan risiko kakisan galvanik pada antara muka sentuhan kerana logam asas dan ketebalan penyaduran berbeza. Rintangan sentuhan yang terhasil, diukur dengan meter miliohm empat wayar, mungkin bermula pada yang boleh diterima 0.5 miliohm tetapi boleh naik ke 5 miliohm atau lebih dalam tempoh tiga tahun kitaran haba, di mana pemanasan I²R pada penyambung melebihi suhu kabel sekeliling dan mempercepatkan pengoksidaan. Kegagalan medan yang dikesan kepada penyambung yang tidak sepadan adalah satu-satunya tuntutan insurans yang paling biasa pada sistem atas bumbung kediaman.

Keperluan konduktor ikatan pembumian dan peralatan

Konduktor pembumian peralatan (EGC) dalam tatasusunan suria berfungsi sebagai laluan pemulangan arus kerosakan dan mesti bersaiz untuk membawa arus litar pintas penuh tatasusunan tanpa melebihi suhu terkadarnya. NEC Jadual 250.122 mengawal saiz EGC berdasarkan penarafan peranti perlindungan arus lebih, tetapi untuk penyongsang tanpa pengubah di mana pengesanan kerosakan tanah DC disepadukan, EGC tidak lebih kecil daripada konduktor litar DC terbesar disyorkan oleh amalan terbaik kejuruteraan, walaupun saiz yang lebih kecil dibenarkan oleh kod. Kawat PV 10 AWG yang digunakan sebagai konduktor positif DC yang tidak dibumikan mesti disertakan dengan minimum 10 AWG EGC , bersaiz setiap 690.45 NEC.

Untuk bahagian AC, EGC antara penyongsang dan panel servis utama lazimnya ialah konduktor THHN/THWN-2 dengan penebat hijau, bersaiz mengikut Jadual 250.122 berdasarkan penarafan perlindungan arus lebih keluaran AC penyongsang. Pemutus keluaran penyongsang 40 amp memerlukan a minimum 10 AWG tembaga EGC . EGC bukanlah konduktor pembawa arus dalam operasi biasa tetapi mesti mampu mengalirkan arus kerosakan tanah penuh untuk masa yang diperlukan untuk peranti arus lebih untuk membersihkan kerosakan, tempoh biasanya kurang daripada 0.1 saat untuk pemutus litar pengehad arus moden.

Pengurusan kabel dan perlindungan pendedahan UV

Malah wayar PV tahan cahaya matahari memerlukan perlindungan fizikal terhadap tepi tajam, kerosakan hidupan liar dan degradasi UV tertumpu pada titik tekanan. Kabel pada tatasusunan lekap tanah disalurkan melalui dulang kabel logam atau polietilena berketumpatan tinggi (HDPE), diikat dengan ikatan kabel keluli tahan karat pada selang waktu tidak melebihi 1.5 meter . Ikatan kabel tidak boleh terlalu memampatkan penebat; ketegangan ikatan yang melebihi spesifikasi pengeluar boleh mengalirkan sejuk penebat XLPE dan mengurangkan ketebalan dinding pada titik ikatan sebanyak 50% dalam satu kitaran haba.

Dalam pemasangan atas bumbung, wayar PV mesti disokong dari permukaan bumbung dengan klip kabel atau saluran pengurusan wayar bersepadu bingkai modul. Sentuhan terus antara jaket kabel dan kayap asfalt memindahkan haba dari permukaan bumbung ke kabel, meningkatkan suhu konduktor dengan anggaran 5°C hingga 10°C melebihi suhu udara ambien , margin yang boleh menolak suhu konduktor melebihi penarafan basah 90°C apabila digabungkan dengan arus beban penuh dan sinaran lembaran belakang modul tinggi. Kabel juga mesti dialihkan untuk mengelakkan genangan air di bahagian bawah bumbung, di mana kitaran pencairan beku menekankan jaket melalui pengembangan berulang dan pengecutan pembentukan ais.