Кабель для солнечных панелей: какой нужен, какое сечение и как посчитать потери

Коротко

• В солнечной станции три участка кабеля, и на каждом свой: от панелей до инвертора — специальный солнечный, от батареи — гибкий силовой большого сечения, от инвертора до щита — обычный силовой.
• Солнечный кабель — по стандарту EN 50618, маркировка H1Z2Z2-K: стоек к ультрафиолету, рассчитан на 1500 В постоянного тока. Бытовой ВВГ на крышу не годится.
• Сечение от панелей выбирают по потерям напряжения, а не по нагреву: 4 мм² — для длинных цепочек на сотни вольт при длине до 30–40 м, 6 мм² — для длинных линий, коротких цепочек и токов 17–18 А.
• Сечение от батареи и до щита берут из руководства инвертора: у Deye на 5 кВт это 35 мм² к батарее и 6 мм² на выходе переменного тока.

Три участка — три разных кабеля

Ошибка на любом участке стоит по-разному. Тонкий кабель от панелей теряет выработку годами, но без аварий. Тонкий кабель от батареи греется при каждом мощном включении — это риск пожара. Тонкий кабель до щита не даст поставить нужный автомат.

Солнечный кабель: чем он отличается

Кабель от панелей до инвертора работает в условиях, для которых обычный бытовой кабель не рассчитан:

• ультрафиолет и температура — годами на крыше, от мороза до нагрева на солнце;
• напряжение постоянного тока до 1000–1500 В в цепочке;
• двойная изоляция — защита от повреждения при монтаже и от перетирания на кромках.

Для этого выпускают специальные кабели для фотоэлектрических систем. Современный европейский стандарт — EN 50618, кабели по нему маркируются H1Z2Z2-K; раньше широко применялась маркировка PV1-F. Жила — гибкая, луженая медь, изоляция и оболочка — из сшитых материалов, стойких к солнцу и озону.

Бытовой кабель вроде ВВГ для этого участка не подходит: его оболочка не рассчитана на ультрафиолет и трескается на солнце, а жёсткая жила плохо переносит обжим в разъёмы MC4.

Что смотреть при покупке

• Маркировка на оболочке — H1Z2Z2-K или PV1-F, сечение и производитель через каждый метр.
• Цвет. Красный и чёрный кабель удобнее: плюс и минус не перепутать при подключении.
• Сечение жилы, а не диаметр кабеля: у кабеля с двойной изоляцией наружный диаметр большой, и на глаз 4 и 6 мм² легко спутать.
• Под разъём. Разъём подбирают под сечение и наружный диаметр кабеля: у разъёма MC4 в нашем каталоге допуск по сечению — 1,5–6 мм².

Сечение: 4 или 6 мм²

Ток цепочки — это ток одной панели: у современных модулей 10–18 А. По нагреву такой ток спокойно выдерживает и 4 мм². Выбор сечения решают потери напряжения на длине линии — их стараются держать в пределах 1–2 %.

Минимальное сечение задаёт и производитель инвертора. Deye для однофазных гибридов SG04LP1 рекомендует на входе панелей кабель от 2,5 мм², для трёхфазных SG04LP3 — 2,5–4 мм². Это нижняя граница по нагреву; на длинной линии берут больше, чтобы не терять выработку.

Формула потерь:

ΔU = I × ρ × 2L ÷ S

где I — ток цепочки, А; ρ — удельное сопротивление меди, около 0,0175 Ом·мм²/м; L — длина линии в одну сторону, м (множитель 2 — провод туда и обратно); S — сечение, мм².

Пример. Цепочка из 8 панелей LONGi Hi-MO 7 на 610 Вт: рабочее напряжение около 355 В, ток 13,76 А.

Вывод: при высоковольтных цепочках и длине до 30–40 м хватает 4 мм², при большей длине или токе 17–18 А у крупных модулей — берут 6 мм².

Короткие цепочки — большие потери. Если в цепочке 2–3 панели, как у автономных инверторов с низковольтным входом, напряжение всего 100–150 В, и те же 3 В потерь составляют уже 2–3 %. Для таких систем сечение выбирают больше или сокращают длину линии.

Пример расчёта для станции на 5 кВт

Комплект на 5 кВт — десять панелей LONGi LR8-66HVD на 640 Вт двумя цепочками по пять. Рабочее напряжение цепочки — 5 × 40,78 ≈ 204 В, ток — 15,69 А. Инвертор стоит в подсобке, до панелей 20 м.

1. Потери на 4 мм²: 15,69 × 0,0175 × 40 ÷ 4 ≈ 2,7 В — 1,35 %.
2. Потери на 6 мм²: 15,69 × 0,0175 × 40 ÷ 6 ≈ 1,8 В — 0,9 %.
3. В ваттах: сопротивление линии 4 мм² — 0,175 Ом, на полном токе цепочка теряет в кабеле около 43 Вт; на 6 мм² — около 29 Вт.
4. Вывод: оба сечения укладываются в норму 1–2 %. Цепочка короткая и ток большой, поэтому 6 мм² снижает потери с 1,35 до 0,9 %; он оправдан, если трасса может стать длиннее или цепочку позже нарастят. Солнечного кабеля нужно 2 цепочки × 2 жилы × 20 м = 80 м плюс запас на разводку по крыше.

Потери на полном токе бывают только в солнечный полдень; за год в кабеле теряется меньше, чем в этом расчёте. Но каждый лишний процент — это процент выработки на весь срок службы панелей, а производители дают на неё гарантию 30 лет.

Кабель от батареи до инвертора

Здесь всё наоборот: напряжение низкое, ток огромный. Инвертор на 5 кВт при полной нагрузке берёт из батареи 48 В около 100 А, на 12 кВт — около 250 А, а на пике пуска — ещё больше.

Сечение для каждой модели указано в руководстве инвертора. У Deye так:

Болты батарейных клемм затягивают моментом из того же руководства: 5,2 Н·м у однофазных SG04LP1 и SG05LP1, 24,5 Н·м у трёхфазных SG04LP3.

Обратите внимание на первую строку: у 3-киловаттной модели под батарею 24 В кабель втрое толще, чем у той же мощности на 48 В. Напряжение вдвое ниже — ток вдвое выше.

Сечения в таблице рассчитаны на короткую линию: батарея рядом с инвертором. Потери и нагрев растут с длиной, поэтому длинный кабель берут толще рекомендованного.

• Длина — как можно короче: батарею ставят рядом с инвертором. При 100 А метр лишнего кабеля 25 мм² — это ещё 0,14 В потерь туда и обратно и лишний нагрев.
• Кабель — гибкий медный, с наконечниками, обжатыми инструментом под нужное сечение; затяжка клемм — моментом из инструкции.
• Защита. Deye прямо требует отдельный автомат или предохранитель постоянного тока между батареей и инвертором, даже там, где разъединитель не нужен.
• Одинаковая длина кабелей от каждого модуля при параллельном соединении — иначе модули будут нагружаться неравномерно.
• Ток на один разъём батареи. У Deye RW-F16 предел — 160 А: больший ток перегревает разъёмы и кабель. С инвертором мощнее 8 кВт батарею подключают по второй схеме из руководства.

Что даёт правильное сечение, видно на цифрах. Инвертор на 5 кВт, ток около 98 А, кабель по 2 м в каждую сторону. На 35 мм² сопротивление линии около 0,002 Ом — потери около 19 Вт. На 16 мм² — около 0,0044 Ом и 42 Вт: вдвое больше тепла в том же месте, при каждом включении мощной нагрузки.

Кабели переменного тока

Сеть, резервная нагрузка и генератор подключаются обычным силовым кабелем. Сечение подбирают по номиналу автомата и способу прокладки по правилам устройства электроустановок. Для ориентира: однофазный инвертор на 5–6 кВт отдаёт около 22–26 А; трёхфазный на 12 кВт — около 17–18 А на фазу.

Руководство Deye к однофазным SG04LP1 даёт конкретные цифры:

Заземление инвертора Deye называет обязательным. Если в щите стоит внешнее УЗО на линии инвертора, оно должно быть типа A и с током срабатывания не меньше 300 мА — иначе инвертор может работать неправильно. Это требование к линии самого инвертора: розеточные группы, которые он питает, по ПУЭ по-прежнему защищают своими УЗО на 30 мА.

Разъёмы MC4 и соединения

• Обжимайте разъёмы специальным инструментом под ваше сечение; пайка и плоскогубцы дают плохой контакт.
• Не соединяйте разъёмы разных производителей — небольшая разница в размерах со временем вызывает нагрев. У панелей свои разъёмы: у Jinko — JK03M, у Trina — TS4 или MC4 EVO2. Ответную часть берут того же типа.
• Не допускайте скруток на линиях постоянного тока.
• Разъёмы не должны лежать в воде и на кровле: закрепите их на конструкции.
• Разветвители MC4 для параллельного соединения рассчитаны на свой ток: у разветвителей в нашем каталоге — до 30 А. Две цепочки по 15 А на один разветвитель — предел.

Прокладка

• Кабели цепочек прокладывают по раме и закрепляют стойкими к ультрафиолету стяжками или клипсами — провисающий кабель перетирается. Для рейки EPR-R1 есть клипсы EPR-SCC.
• Плюс и минус одной цепочки ведут рядом: большая петля между ними работает как антенна для наводок от грозовых разрядов.
• Ввод в дом — через гильзы или кабельные вводы с уплотнением.
• Рамы панелей и конструкцию заземляют отдельным проводником; для этого есть зажимы заземления на рейку.
• Перед инвертором на линии панелей ставят автомат постоянного тока — Deye требует его отдельно, — а Deye рекомендует ещё и распределительную коробку с УЗИП на стороне панелей. Автоматы и УЗИП — в разделе защиты и автоматики.

Сколько кабеля нужно

Считают по схеме: длина от каждой цепочки до инвертора туда и обратно, плюс перемычки между рядами панелей и запас на обжим. Для цепочки на крыше частного дома обычно выходит 30–60 м солнечного кабеля.

Как устроена схема целиком, показано в статье о подключении гибридного инвертора, а как соединить панели в цепочки — в статье о схеме подключения панелей.

Частые ошибки

• Бытовой кабель ВВГ на крыше: через пару лет оболочка трескается.
• Сечение кабеля батареи «как у сварки» без сверки с руководством — или наоборот, тоньше рекомендованного.
• Батарея в другой комнате, кабель к ней 5–7 м того же сечения, что и на 1,5 м.
• Разъёмы MC4 разных производителей в одной паре.
• Обжим разъёмов плоскогубцами.
• Нет автомата постоянного тока между батареей и инвертором.
• Плюс и минус цепочки разведены широкой петлёй по крыше.

Вопросы