גלי חום והורדת כבלים סולאריים: מה על מהנדסי PV לבדוק מחדש

ב-10 ביולי 2026, עומס החשמל הלאומי של סין הגיע לשיא שנתי חדש של 1.518 מיליארד קילוואט. המשך החום, הביקוש לקירור והייצור התעשייתי צפויים לדחוף את שיא הקיץ עוד יותר. במקביל, מתקנים סולאריים פועלים בכמה מהתנאים התרמיים הקשים ביותר של השנה-לא רק בגלל טמפרטורת האוויר, אלא גם בגלל החום המצטבר על גגות, מגשי כבלים ומשטחי מתכת חשופים.מינהל האנרגיה הלאומי של סין.

עבור מהנדסי PV, זוהי תזכורת בזמן: החתך הנומינלי-המודפס על כבל סולארי אינו קובע, כשלעצמו, כמה זרם יכול הכבל לשאת בבטחה.

טמפרטורת הסביבה, שיטת ההתקנה, קיבוץ הכבלים, טמפרטורת המוליכים, נפילת המתח ואיכות המחבר צריכים להיבדק ביחד.

נתוני מזג האוויר מייצגים בדרך כלל טמפרטורת אוויר מוצלת. כבל PV המותקן מתחת למודולים, על גג חשוך או קרוב למבנה מתכת עשוי לחוות סביבה מקומית הרבה יותר חמה.

מספר מקורות חום יכולים לפעול בו זמנית:

• קרינת שמש ישירה
• חום המוחזר או נפלט מהגג
• זרימת אוויר מוגבלת מתחת למודולים
• חום נספג במגשי מתכת או צינורות
• הפסדי חשמל בתוך המוליך
• חום שנוצר במחברים ובסיומים

המשמעות היא שהמהנדסים לא צריכים להשתמש בתחזית מזג האוויר האזורית כטמפרטורה העיצובית היחידה. יש לקחת בחשבון את תוואי הכבלים בפועל.

כבל תלוי באוויר חופשי יפזר בדרך כלל חום בצורה יעילה יותר מאשר אותו כבל המותקן בתוך צינור או מקובץ בחוזקה עם כבלים טעונים אחרים. לפיכך, לשני כבלים בעלי אותו גודל מוליך יכולים להיות זרמים מותרים שונים.

כבל H1Z2Z2-K המיוצר בהתאם ל-EN 50618 מיועד ליישומי PV חיצוניים תובעניים. בדרך כלל הוא משתמש במוליך נחושת משומר- Class 5 עם חומרי בידוד וחומרי מעטה צולבים-ללא הלוגן.

עם זאת, דירוג הטמפרטורה שלו לפעמים לא מובן.

כבל מסוג EN 50618- מתוכנן בדרך כלל לטמפרטורת מוליך מקסימלית של 90 מעלות במהלך פעולה רציפה רגילה. פעולה ב-120 מעלות מוגבלת לסך של 20,000 שעות בתנאים המוגדרים בתקן - זה אינו יעד התכנון הרציף הרגיל. מפרט יצרן מייצג מאשר את הגבול הרגיל של 90 מעלות ואת המצב המוגבל של 120 מעלות.נתונים טכניים של LAPP H1Z2Z2-K

ההבחנה חשובה כי:

• טמפרטורת הסביבה היא הטמפרטורה סביב הכבל.
• טמפרטורת המוליך היא הטמפרטורה שהושגה בתוך הכבל.
• כושר נשיאת זרם- הוא הזרם ששומר על המוליך בטמפרטורה המותרת שלו בתנאי התקנה מוגדרים.

כבל המסומן "90 מעלות" אינו מתאים אוטומטית לשאת את זרם הייחוס שפורסם באוויר הסביבה של 90 מעלות. אם הסביבה כבר חמה, לכבל יש הרבה פחות יכולת לשחרר את החום שנוצר מההתנגדות שלו.

טבלאות קיבולת נשיאה-נוכחיות מבוססות על תנאי ייחוס ספציפיים. אלה עשויים לכלול כבל בודד באוויר חופשי, טמפרטורת סביבה מוגדרת, טמפרטורת מוליך מסוימת ושיטת התקנה משוערת.

לדוגמה, גיליון נתונים אחד של כבל Prysmian H1Z2Z2-K בגודל 6 מ"מ מעניק דירוגי זרם שונים, תלוי אם הכבל מותקן באופן חופשי באוויר או מותקן על משטח. הערכים המצוינים מבוססים על טמפרטורת סביבה של 60 מעלות, המדגימים מדוע התנאים מאחורי מספר אמפאטיות חשובים כמו המספר עצמו. גיליון נתונים של Prysmian TECSUN H1Z2Z2-K

בפועל, הזרם המותר יכול להתבטא באופן רעיוני כ:

גורמי התיקון חייבים להגיע מהתקן החשמלי הרלוונטי, מהקוד המקומי או מנתוני יצרן מאומתים. אין להעריך אותם.

מהנדסים צריכים לאשר לפחות את הדברים הבאים:

בינלאומי, IEC 62548-1 מכסה את דרישות התכנון של מערך PV, כולל חיווט מערך DC והגנה חשמלית. גודל הכבלים צריך גם לעקוב אחר הכללים הלאומיים הרלוונטיים הנגזרים מתקנים כגון סדרת IEC 60364. IEC 62548-1:2023

קיבוץ כבלים חשוב במיוחד סביב קופסאות קומבינר, כניסות למהפך, עיקולי מגש וקטעי צינור.

כאשר מספר כבלים טעונים מותקנים קרוב זה לזה, כל כבל מחמם את האחרים וזרימת האוויר מצטמצמת. גם אם רוב המסלול פתוח ומאוורר היטב, קטע פקוק קצר עלול להפוך לצוואר הבקבוק התרמי.

אזורים טיפוסיים הדורשים תשומת לב כוללים:

• כבלי מחרוזת מרובים קשורים לצרור הדוק
• מוליכים חיוביים ושליליים הצטופפו בצינור אחד
• מגשי כבלים מלאים מעבר להנחת העיצוב שלהם
• חיווט צפוף מיד מתחת לקופסת קומבינר
• כבלים הנשענים ישירות על חומרי קירוי חמים
• כבל עודף מפותל שנותר מאחור מודולים

קשרי כבלים הדוקים יכולים גם ליצור לחץ מכני ולהגביל את התנועה במהלך התפשטות תרמית. יש לתמוך בכבלים מבלי להימעך, ויש לכבד את רדיוס הכיפוף המינימלי של היצרן.

במקום מעשי, הגדלת המרווחים או שיפור האוורור יכולים להיות יעילים יותר מאשר הגדלת גודל המוליך.

טמפרטורת הכבלים משפיעה יותר מחיי הבידוד. ההתנגדות החשמלית של הנחושת עולה ככל שהמוליך מתחמם.

להערכות הנדסיות, התנגדות הנחושת עולה בכ-0.39% עבור כל עלייה של מעלה אחת מעל טמפרטורת הייחוס. למוליך הפועל ב-80 מעלות תהיה אפוא התנגדות גבוהה משמעותית מאשר אותו מוליך שנמדד ב-20 מעלות.

התוצאה היא:

• נפילת מתח גדולה יותר
• הפסדי I2RI^2RI2R גבוהים יותר
• כוח אספקה ​​נמוך יותר
• חימום מוליך נוסף

התנגדות כבל PV מצוינת בדרך כלל ב-20 מעלות תחת IEC 60228. IEC 60228 מגדיר את בניית המוליכים ודרישות ההתנגדות המקסימלית, כולל מוליכים גמישים מסוג Class 5 הנפוצים בכבלים סולאריים.IEC 60228:2023

חישובי-נפילת מתח צריכים אפוא להשתמש בהתנגדות מתוקנת לטמפרטורת הפעולה הצפויה-לא רק בערך הקטלוגי ב-20 מעלות.

זה חשוב במיוחד עבור:

• מעגלי מיתר ארוכים
• פריסות מהפך מרכזיות
• צמחים קרקעיים- גדולים
• מערכות גג עם מסלולי כבלים עקיפים
• מערכות הפועלות קרוב לגבול מתח MPPT התחתון של המהפך

מעגלי PV אינם עומסי DC רגילים ויציבים. זרם התכנון שלהם חייב לשקף את הזרם המקסימלי שהמערך יכול להפיק תחת תקן העיצוב הרלוונטי והרגולציה המקומית.

יתכן שצריך לשקול בחישוב:

• זרם קצר-של המודול
• מיתרים מקבילים
• גורמים בטיחותיים נדרשים או-מתמשכים
• רווח דו-פנים
• קרינה מעל תנאי הבדיקה הסטנדרטיים
• הפוך-תרומה נוכחית
• הגנה מפני זרם יתר
• שינויים עתידיים בתצורת מודול או מחרוזת

טעות נפוצה היא להשוות את זרם ההפעלה של המודול ישירות עם דירוג קטלוג כבלים. זה יכול להתעלם הן מהגורם הנוכחי של עיצוב ה-PV- והן מההורדה התרמית הנגרמת על ידי סביבת ההתקנה.

הרצף הנכון הוא:

• קבע את זרם עיצוב מעגל PV.
• קבע את עוצמת כבל הייחוס.
• החל את כל גורמי התיקון הנדרשים.
• ודא שהאפקט המתוקן עולה על זרם התכנון.
• בדוק נפילת מתח ואובדן חשמל.
• ודא הגנה ותאימות מחברים.

העברת רק אחת מהבדיקות הללו אינה מספיקה.

כבל בגודל נכון לא יכול לפצות על חיבור לקוי.

עליית טמפרטורת המחבר עשויה להיגרם על ידי:

• כיווץ שגוי או לא שלם
• כלי כיווץ שגוי או למות
• חתך כבל- מחוץ לטווח המאושר של המחבר
• הקוטר החיצוני של הכבל אינו תואם את החותם
• מגעים מזוהמים או פגומים
• מחברים שאינם מחוברים במלואם
• ערבוב רכיבי מחברים מיצרנים שונים
• חדירת מים וקורוזיה
• מתח מכני מוגזם בחיבור

פגמים אלה מגבירים את ההתנגדות למגע. מכיוון שיצירת חום עוקבת אחר P=I2RP=I^2RP=I2R, אפילו עליית התנגדות קטנה יחסית יכולה ליצור חימום מקומי משמעותי כאשר הזרם גבוה.

NREL תיעדה איזון PV-של-כשלים במחברי המערכת הכוללים התחממות יתר, ריכוך ועיוות פיזי, כאשר מקרים חמורים עלולים להוביל למעגלים פתוחים, קשתות או שריפה. מאזן NREL-של-מחקר עמידות המערכת

במהלך גל חום, לחיבור שולי יש פחות מרווח גחון תרמי. לפיכך על המהנדסים להתייחס לכבל ולמחבר כמערכת מותאמת אחת ולא כמוצרים נפרדים.

ניתוב טוב מפחית מתח תרמי ומכני כאחד.

היכן שאפשר:

• הרחק כבלים ממשטחים שצוברים חום קיצוני.
• שמור על זרימת אוויר סביב כבלי DC חשופים.
• הימנע מקיבוץ מיותר ומצינורות ארוזים היטב.
• הגן על כבלים מקצוות מתכת חדים.
• מנע מכבלים לנוח במים או פסולת.
• תמכו במחברים כך שהמשקל שלהם לא יישא בכבל.
• הימנע מכבלים רופפים הנוגעים במשטח האחורי של המודולים.
• הפרד חיווט DC מציוד לא קשור-שמפיק חום.
• השתמש בתמיכות עמידות UV- ומזג אוויר-המתאימים לחיי הפרויקט.

עבור מערכות גג, ניתוב צריך לשקול גם גישה לצורך תחזוקה וכיבוי אש. גודל מוליך נכון מבחינה טכנית אינו הופך מעגל מנותב גרוע לאמין.

גלי חום מספקים הזדמנות שימושית לזהות נקודות תורפה מכיוון שבעיות תרמיות הופכות גלויות יותר תחת קרינה גבוהה וזרם גבוה.

הבדיקה צריכה להתבצע על ידי צוות מוסמך בתנאי הפעלה ייצוגיים. המחאות שימושיות כוללות:

• בדיקת אינפרא אדום של מחברים, קופסאות קומבינר וסיומות
• השוואת טמפרטורה בין מיתרים דומים
• בדיקה חזותית לאיתור שינוי צבע, עיוות או כיסויי כבלים סדוקים
• אימות חיבור המחבר
• בדיקת תומכי כבלים ורדיוס כיפוף
• השוואה נוכחית בין מיתרים מקבילים
• בדיקת עמידות-בידוד בעת הצורך
• בדיקת התקני הגנה ומומנט מסוף לפי נוהל היצרן

טמפרטורה מוחלטת לבדה לא תמיד מזהה את הבעיה. מחבר או קטע כבל שחם במידה ניכרת מרכיבים מקבילים הנושאים זרם דומה ראוי לבדיקה.

אין להפעיל מחדש את המעגל פשוט- לאחר הידוק או החלפת חלק. המהנדסים צריכים לזהות את הסיבה הבסיסית, כגון כיווץ שגוי, רכיב לא תואם, עומס יתר, מוליך פגום או ניתוב לקוי.

לפני אישור עיצוב חדש-או לפני התקופה הבאה של חום קיצוני-מהנדסי PV צריכים לבדוק שוב:

 הטמפרטורה המקומית המקסימלית, לא רק טמפרטורת מזג האוויר שפורסמה

 תנאי הייחוס מאחורי טבלת עוצמת הכבלים

 טמפרטורה, קיבוץ וגורמי תיקון התקנה

 זרם עיצוב מעגל PV בפועל

 נפילת מתח בטמפרטורת המוליך הצפויה

 דירוג זרם כבלים ומחברים

 תאימות של -חתך וקוטר- חיצוני של כבל

 כלי כיווץ והליכי התקנה

 קטעים צפופים ליד קופסאות קומבינרים וממירים

 תוצאות בדיקה תרמית ממערכות הפעלה

 תיאום הגנה ותקלות-דרישות נוכחיות

 עמידה בתקנים החלים של הפרויקט ובקוד המקומי

בחירת כבל H1Z2Z2-K מוסמך היא נקודת התחלה חשובה, אך ההסמכה אינה מבטלת את הצורך בחישובים הנדסיים.

ביצועים אמינים בזמן חום קיצוני תלויים במערכת השלמה: איכות המוליכים, מבנה הכבלים, שיטת ההתקנה, גורמי תיקון, בקרת נפילות-מתח, תאימות מחברים וביצוע ההתקנה.

עבור קבלני EPC ורוכשי פרויקטים, הגישה הבטוחה ביותר היא לבדוק את התנאים הללו לפני הרכש. שינוי גודל כבל או מפרט מחבר במהלך התכנון הוא פשוט יחסית. החלפת חיווט שחומם יתר על המידה לאחר ההפעלה אינה.

SINELINKמספקת כבלים סולאריים מאושרים, מחברי PV תואמים ואביזרים תומכים עבור פרויקטים בקנה מידה של גגות ופרויקטים-תשתיים. ניתן לעיין בחתך -כבל, קוטר חיצוני, תאימות מחברים ותיעוד ספציפי-לפרויקט לפני הצעת מחיר וייצור.