Cách chọn cáp AC cho hệ thống PV năng lượng mặt trời

Nâng cấp hệ thống PV năng lượng mặt trời hòa lưới thành hệ thống lưu trữ năng lượng

Lựa chọn aptomat phù hợp cho biến tần trong hệ thống PV năng lượng mặt trời

Ngăn chặn dòng điện rò rỉ trong biến tần của nhà máy điện mặt trời

Thông tin khái quát

Chúng ta cần xem xét ba loại cáp: Cáp PV, cáp AC và cáp nối đất đối với hệ thống PV.

Cáp PV thường được đặt ngoài trời và cần được bảo vệ để tránh ẩm, ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ lạnh và tia cực tím. Cần chọn cáp PV có giấy chứng nhận, không thể thay thế bằng cáp thông thường (khả năng chống tia cực tím, bảo vệ cách điện của cáp PV có giấy chứng nhận và khả năng chịu điện áp DC (thường là 600 VDC) tốt hơn so với cáp thông thường). Cáp PV1-F * 4 mm² được sử dụng phổ biến hơn.

Cáp nối đất được sử dụng chủ yếu để ngăn ngừa sét đánh vào hệ thống. Chúng ta chỉ cần đảm bảo rằng cáp nối đất mà chúng ta đã sử dụng đáp ứng các yêu cầu về điện trở nối đất của hệ thống.

Cáp AC được sử dụng để kết nối đầu ra AC của biến tần với lưới điện. Cáp AC thường được lắp đặt ngoài trời nên cũng cần có các đặc tính bảo vệ tương tự như cáp DC. Việc lựa chọn cáp AC phức tạp hơn do dòng điện đầu ra khác nhau của biến tần. Hiện nay, căn cứ chính để lựa chọn cáp AC là mối quan hệ giữa đường kính cáp và cường độ, nhưng thường không chú ý đến tác động của nhiệt độ môi trường xung quanh, hao tổn điện áp và phương pháp đặt cáp dựa trên công suất tải dòng điện của cáp. Trong bài viết này, Solis sẽ thảo luận về cách chọn đúng cáp AC phù hợp trong hệ thống PV.

Lựa chọn cáp AC

Việc lựa chọn cáp cho hệ thống PV năng lượng mặt trời cần phải xem xét những điều sau:

1/ Hao tổn điện áp:

Tổn thất điện áp trong hệ thống PV năng lượng mặt trời có thể được biểu thị bằng:

Tổn thất điện áp = dòng điện đi qua * chiều dài cáp * hệ số điện áp

Tổn thất điện áp tỷ lệ với chiều dài của cáp.

Khi thiết kế và lắp đặt hệ thống, chúng ta nên theo nguyên tắc là khoảng cách từ bảng mô-đun PV đến biến tần và khoảng cách từ biến tần đến điểm nối lưới điện càng gần càng tốt.

Chúng ta cần đảm bảo rằng tổn thất điện áp DC giữa bảng mô-đun PV và bộ biến tần nhỏ hơn 3% điện áp đầu ra của bảng mô-đun và tổn thất điện áp AC giữa bộ biến tần và điểm kết nối lưới điện không vượt quá 2% đầu ra điện áp của biến tần.

Công thức tính: △U=(I*L*2)/(r*S)

Chú thích: △U: Giảm điện áp cáp -V

I: Dòng điện tối đa mà cáp cần tải được -A

L: Chiều dài đặt cáp -m

S: Diện tích mặt cắt ngang của cáp -mm²

r: Độ dẫn điện của dây dẫn -m/(Ω*mm²), r của đồng=57, r của nhôm=34

2/ Tính công suất thực hiện:

Khi chúng ta tính toán công suất dòng điện của cáp, ngoài việc tham khảo các thông số trong bảng công suất dòng điện, chúng ta cũng cần xem xét loại dây, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường và có được giá trị dòng điện thực tế thông qua các hệ số điều chỉnh này.

Bảng 1: Kích thước cáp và công suất dòng điện bình thường.

Công suất dòng điện của cáp sẽ thay đổi dựa vào nhiệt độ môi trường xung quanh. Bảng thông số kỹ thuật đối với từng loại cáp của nhà sản xuất sẽ có bảng hệ số điều chỉnh nhiệt độ tương ứng để có thể lựa chọn chính xác.

Bảng 2: Hệ số điều chỉnh đối với nhiệt độ môi trường.

3/ Vấn đề đặt song song của nhiều cáp đa lõi:

Theo lắp đặt thực tế, cáp AC của hệ thống PV có thể được đặt song song với nhiều cáp đa lõi.

Ví dụ: Trong hệ thống ba pha công suất nhỏ, cáp AC sử dụng "1 cáp bốn lõi" hoặc "1 cáp năm lõi". Hệ thống một pha sẽ sử dụng "1 cáp hai lõi" hoặc "1 cáp ba lõi"; Trong hệ thống ba pha công suất lớn, nhiều cáp song song được sử dụng để đi dây AC thay vì cáp đơn lõi có đường kính lớn. Trong trường hợp này, công suất dòng điện của cáp thực tế sẽ bị suy giảm. Chúng ta cần xem xét sự suy giảm này khi bắt đầu thiết kế dự án, như trong Bảng 2. 

Bảng 3: Hệ số điều chỉnh công suất dòng điện của nhiều cáp song song hoặc nhiều lõi

Hệ thống ví dụ:

Chúng ta đưa ra một ví dụ về dự án đặt bộ biến tần một pha S5-GR1P6K ở khu dân cư để tính cáp AC. Cáp AC tại chỗ cách điểm đấu nối lưới điện 30 mét. Chúng ta sử dụng cáp AC có vỏ bảo vệ PVC.

Để có dữ liệu biến tần đầy đủ, vui lòng tham khảo bảng dữ liệu S5-GR1P6K. Điều này thể hiện như sau:

- Dòng điện đầu ra định mức = 26.0A

- Dòng điện đầu ra tối đa = 27.3A

Loại cáp: 1 cáp AC hai lõi với lớp bảo vệ PVC.

- Phần cáp: Dòng điện đầu ra AC tối đa của biến tần S5-GR1P6K là 27,3A và định mức dòng điện bình thường của cáp 4mm2 là 39A (trong không khí) lấy từ bảng -1.

- Trong trường hợp nhiệt độ môi trường là 45 °C, hệ số điều chỉnh nhiệt độ là 0,79.

- Bộ biến tần một pha sử dụng 1 cáp AC hai lõi và hệ số điều chỉnh là 0,85.

Tính toán công suất dòng điện thực tế (hệ số điều chỉnh):

39A*0.79*0.85≈26.2A ＜ 27.3A

Tổn thất điện áp: △U=(I*L*2))/(r*S)=(27.3*30*2)/((57*4)≈7.18V.

Điện áp lưới điện là 230 V nên tổn thất điện áp lớn hơn 230V*2% = 4.6V.

Kết luận ví dụ:

Vì công suất dòng điện tối đa để hoạt động không có sự cố thấp hơn dòng điện đầu ra tối đa của biến tần được sử dụng, nên không thể sử dụng cáp AC đã chọn trong ví dụ này.

Giải pháp cho ví dụ:

- Sử dụng cáp 6mm.²

- Công suất dòng điện bình thường của cáp 6mm² là 50A (trong không khí) có được từ bảng -1.

- Actual current-carrying capacity calculation (hệ số điều chỉnh):

50A*0.79*0.85= 33.575A ＞ 27.3A

- Tổn thất điện áp: △U=(I*L*2)/(r*S)=(27.3*30*2)/(57*6)≈4.78V; Điện áp lưới điện là 230V, vậy tổn thất điện áp gần 230*2%=4.6V.

- Vì vậy, cáp 6mm² là lựa chọn tốt nhất.

Kết luận

Để tránh tổn thất điện áp đáng kể và thể tránh các lỗi trong hệ thống PV năng lượng mặt trời, cần phải chọn đúng cáp mỗi lần. Với mọi hệ thống, cần quyết định hệ thống cáp được tích hợp sẵn ở giai đoạn thiết kế để xem xét khoảng cách giữa các thành phần chính - mô-đun, (các) biến tần, kết nối lưới điện - và bất kỳ yếu tố bên ngoài nào khác có thể tác động đến công suất dòng điện của hệ thống cáp như nhiệt độ môi trường bên ngoài.

Chọn hệ thống cáp PV có giấy chứng nhận cùng với thiết kế hệ thống chính xác sẽ đảm bảo có giải pháp cáp an toàn và hiệu quả nhất cho lần lắp đặt hệ thống PV năng lượng mặt trời tiếp theo của bạn./.

SOLIS