Seminario Solis Episodio 19: Cómo seccionar el cable de CA para sistemas solares fotovoltaicos

Contexto

En los sistemas fotovoltaicos, se deben utilizar tres tipos de cables: cable fotovoltaico, cables de CA y cable de puesta a tierra.

Los cables fotovoltaicos generalmente se colocan al aire libre y se deben proteger de la humedad, luz solar directa, temperaturas frías y rayos ultravioleta. Es esencial elegir cableado con certificación fotovoltaica, no debe ser reemplazado por cableado convencional debido a que la protección UV, protección de aislamiento y la resistencia de voltaje CC (generalmente 600 V CC) del cable con certificación fotovoltaica son superiores a los cables convencionales. El cableado más utilizado es PV1-F * 4 mm2.
Los cables de puesta a tierra se utilizan para brindar protección contra rayos al sistema. Se debe verificar que el cable de conexión a tierra que se utilice cumple con los requisitos de resistencia de tierra del sistema.
Los cables de CA se utilizan para conectar la salida de CA del inversor a la red. Generalmente se instalan en exteriores, por lo que también necesitan las mismas características de protección que los cables de CC. Debido a las diferentes corrientes de salida del inversor, la selección del cableado de CA se vuelve más complicada. Actualmente, la base principal para seleccionar el cableado de CA es la relación entre el diámetro del cable y su ampacidad, sin embargo, generalmente se ignora la influencia que tiene la temperatura ambiente, la pérdida de voltaje y el método de tendido en la capacidad de transporte de corriente del cable. En este Seminario Solis, discutiremos cómo elegir correctamente el cableado de CA en el sistema fotovoltaico.

Selección de cable de CA

La selección de cables para un sistema fotovoltaico solar debe considerar lo siguiente:

1. Pérdida de voltaje

La pérdida de voltaje en un sistema fotovoltaico solar se puede expresar como:
Pérdida de tensión = corriente de paso * longitud del cable * factor de tensión
La pérdida de voltaje es proporcional a la longitud del cable.

Al diseñar e instalar el sistema, se debe seguir el principio de que la distancia de la matriz de los módulos fotovoltaicos al inversor, y del inversor al punto de conexión a la red debe ser lo más cercana posible.
Necesitamos asegurarnos de que la pérdida de voltaje de CC entre el conjunto fotovoltaico y el inversor sea inferior al 3% del voltaje de salida del conjunto, y que la pérdida de voltaje de CA entre el inversor y el punto de conexión a la red no supere el 2% de la salida voltaje del inversor.

Fórmula de cálculo：△U=（I*L*2）/(r*S)

Nota: △ U ： Caída de voltaje del cable -V
I: La corriente máxima que el cable necesita soportar -A
L: longitud de tendido de cables -m
S: área de la sección transversal del cable -mm²
r ： Conductividad del conductor -m / （Ω * mm²） ， r de cobre = 57 ， r de aluminio = 34

2. Cálculo de la capacidad de carga

Cuando calculamos la capacidad de carga de corriente del cable, además de hacer referencia a los parámetros de la tabla de carga de corriente, también debemos considerar el tipo de cable, el método de instalación, la temperatura ambiente y obtener el valor de corriente real a través de estos factores de corrección.

Tabla-1 Tamaño del cable y clasificación de corriente normal

La capacidad de carga actual del cable cambiará dependiendo de la temperatura ambiente. La hoja de datos del cable de cada fabricante tendrá una tabla de factores de corrección de temperatura correspondiente para que se pueda realizar la selección correcta.

Factores de corrección de la tabla 2 para la temperatura ambiente

3. Problema de tendido en paralelo de varios cables multinúcleo

En un escenario de instalación real, los cables de CA del sistema fotovoltaico se pueden instalar en paralelo con varios cables de varios núcleos. Por ejemplo, en un sistema trifásico de pequeña capacidad, el cable de CA adopta "1 cable de cuatro núcleos" o "1 cable de cinco núcleos". Un sistema monofásico utilizará "1 cable de dos núcleos" o "1 cable de tres núcleos". En un sistema trifásico de gran capacidad, se utilizan varios cables en paralelo para el cableado de CA en lugar de cables de un solo núcleo de gran diámetro. En este caso, se atenuará la capacidad de carga de corriente del cable real. Necesitamos considerar esta atenuación al comienzo del diseño del proyecto, como se muestra en la Tabla 2.

Tabla-3 el factor de corrección de carga actual de múltiples cables paralelos o multipolares

Ejemplo de Sistema

Usamos un ejemplo de un proyecto residencial instalado con inversor monofásico S5-GR1P6K para calcular el cable de CA. El cable de CA en el sitio está a 30 metros del punto de conexión a la red. Usamos cables de CA con cubiertas protectoras de PVC.
Para obtener los datos completos del inversor, consulte la hoja de datos S5-GR1P6K. Esto nos muestra:
• Corriente nominal de salida = 26,0 A
• Corriente de salida máxima = 27,3 A

Tipo de cable: 1 cable de CA de dos hilos con protección de PVC;
• Sección del cable: La corriente de salida CA máxima de S5-GR1P6K es 27,3 A, y la corriente nominal normal del cable de 4 mm2 es 39 A (en el aire) obtenida de la tabla 1.
• En el caso de una temperatura ambiente de 45 ° C, el factor de corrección de temperatura es 0,79;
• El inversor monofásico utiliza 1 cable de CA de dos núcleos y el factor de corrección es 0,85;
Cálculo de la capacidad de transporte de corriente real (corrección de coeficiente):

39A*0.79*0.85≈26.2A ＜ 27.3A

Pérdida de voltaje: △U=（I*L*2）/(r*S)=（27.3*30*2）/（57*4）≈7.18V；
El voltaje de la red es 230V, asi que la pérdida de voltaje es mayor a 230V*2%=4.6V.

Conclusión del ejemplo:
Dado que la capacidad máxima de transporte de corriente para un funcionamiento sin fallos es menor que la corriente de salida máxima del inversor utilizado, el cable de CA seleccionado no se puede utilizar en este ejemplo.

Solución del ejemplo：
Utilice un cable de 6 mm2
La corriente nominal normal del cable de 6 mm2 es de 50 A (en el aire) obtenida de la tabla 1.
Cálculo de la capacidad de transporte de corriente real (corrección de coeficiente):

50A*0.79*0.85= 33.575A ＞ 27.3A

Pérdida de voltaje:△U=（I*L*2）/(r*S)=（27.3*30*2）/（57*6）≈4.78V；El voltaje de la red es 230V, asi que la pérdida de voltaje es cercano a 230*2%=4.6V。

Por lo tanto, el cable de 6 mm2 es la mejor opción.

Conclusión

Para evitar pérdidas de voltaje considerables y fallas dentro del sistema fotovoltaico solar, es esencial seleccionar el cable correcto. Cada sistema necesita soluciones de cableado integradas en la etapa de diseño para considerar las distancias entre los componentes clave (módulos, inversores, conexión a la red) y cualquier otro factor externo que pueda afectar la capacidad de transporte de corriente del cableado, como la temperatura ambiente exterior. La elección de cableado con certificación fotovoltaica junto con el diseño correcto del sistema, garantizará que su próxima instalación de energía solar fotovoltaica tenga la solución de cableado más segura y eficaz.