حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية، تعمل الكابلات على وصل مكونات النظام الشمسي جميعها، لذلك فهي عصب منظومة الطاقة الشمسية.
ومن الضروري دراسة موضوع كابلات الطاقة الشمسية بدقة والاعتماد على القوانين الكهربائية الصحيحة في عملية الحساب لكي تسهل عليك تحديد قطر الكابل الكهربائي المناسب.
ولا يفوتنا أن ننوه إلى أن التصميم الصحيح للنظام الشمسي وخصوصاً حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية هو ما يحدد لك جودة العمل السليم، ولذلك ينبغي لنا الحرص على أبعد الحدود عند اختيار قطر الكابل الكهربائي للتيار المستمر.
اقرأ أيضاً
توصيل كابلات الطاقة الشمسية
نحتاج إلى كابلات مخصصة للنظام الشمسي من أجل توصيل التيار ما بين المكونات المتواجدة بالنظام، ويمكننا أن نجدها في مواضع خمس كالآتي:
- بين الألواح الشمسية والشاحن.
- بين الشاحن والبطارية.
- بين البطارية والعاكس.
- بين العاكس وأحمال التيار المتناوب.
- بين الشاحن وأحمال التيار المستمر.
إلا أن الكابلات تعد مصدراً مهماً للفاقد الكهربائي نتيجة هبوط الجهد خلالها والخسائر الحرارية لذلك علينا تصميم هذه الكابلات بحيث لا نتجاوز المعايير المبينة في الجدول الآتي:
| مسار الكابل بين | الحد الأقصى لهبوط الجهد |
|---|---|
| اللوحات الشمسية ومنظم الشحن | 3% |
| منظم الشحن والبطارية | 1% |
| البطارية والعاكس | 1% |
| العاكس وأحمال التيار المتناوب | 3% |
| منظم الشحن وأحمال التيار المستمر | 3% |
قوانين حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية
عادة تعمل أنظمة الطاقة المنفصلة على فرق جهد منخفض وتيارات كهربائية عالية؛ فإننا بحاجة إلى حساب مقطع كابلات القادرة على تحمل هذه التيارات العالية مع الحفاظ على مستويات هبوط فرق الجهد المشار إليها في الجدول السابق.
يمكن حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية باستخدام المعادلات الآتية:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
مقطع كابل التيار المتناوب (1 فاز) = (1.4 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
حيث:
| 1.4 | معامل أمان |
| L | طول الكابل |
| I | شدة التيار المار |
| P | المقاومة النوعية (للنحاس 0.01724) |
| V | فرق الجهد |
حساب مقطع الكابل بين الألواح ومنظم الشحن
خطوات الحساب:
- بداية عليك مراعاة أن الهبوط في الجهد يجب ألا يتجاوز عن 3%.
- قياس طول الكابل بين الألواح ومنظم الشحن.
- تحديد إجمالي جهد الألواح في حالة التوصيل على التوالي (أي على شكل سترينجات).
- تحديد إجمالي التيار المار في هذا المسار، وذلك بتحديد عدد السترينجات الموصلة على التوازي وضربها في تيار اللوح الواحد لكل سترينج
- استخدام قانون حساب مقطع كابلات التيار المستمر.
تحديد مقطع الكابل المناسب بين الألواح والمنظم
تم توصيل أربع ألواح شمسية كالآتي: كل لوحين موصلين على التوالي لتشكيل سترينج (String)، وربط السترينجين على التوازي معاً. علماً بأن المسافة بين الألواح ومنظم الشحن 20 متر، والمقاومة النوعية للنحاس 0.01724، وأقصى هبوط مسموح به في الجهد 3%.
- احسب إجمالي الجهد والتيار الكلي الخارج من الألواح.
- احسب مقطع الكابل المناسب بين الألواح ومنظم الشحن.
| جهد اللوح عند العمل | 34.2 فولت |
| تيار قصر اللوح (Isc) | 12.28 أمبير |
الحل:
الخطوة الأولى: حساب إجمالي جهد الألواح:
إجمالي جهد الألواح الشمسية (Vmp) = جهد اللوح الواحد × عدد الألواح المتصلة على التوالي
= 34.2 فولت × 2
= 68.4 فولت
الخطوة الثانية: حساب إجمالي تيار الألواح
إجمالي تيار الألواح (Isc) = تيار اللوح الواحد × عدد السترينجات المتصلة على التوازي
= 12.28 × 2
= 24.56 أمبير
الخطوة الثالثة: حساب مقطع الكابل المناسب
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 20 × 24.56 × 0.01724) ÷ (68.4 × 0.03)
= 23.7 ÷ 2
= 11.85 أمبير
أقرب مساحة مقطع كابل متوفر في السوق 16 مم2
حساب مقطع الكابل بين البطاريات ومنظم الشحن
في هذا المسار يسمح لنا بهبوط جهد لا يتجاوز 1%، كما أن التيار الداخل إلى منظم الشحن هو ذاته الخارج منه للبطارية. وعادة ما يكون مساحة مقطع الكابل بين البطارية ومنظم الشحن سميك في أنظمة الجهد المنخفض.
تحديد مقطع الكابل المناسب بين البطاريات والمنظم
لدينا بطارية واحدة بمواصفات كهربائية (12V/100Ah) ومسافة الكابل النحاسي بين المنظم والبطارية 2 متر، ونسبة الهبوط في الجهد المسموح به 1%. احسب مساحة مقطع الكابل المناسب إذا عملت أن تيار المنظم 40A؟
الحل:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 1 × 40 × 0.01724) ÷ (12 × 0.01)
= 1.93 ÷ 0.12
= 16 مم2
نختار مساحة مقطع كابل 16 مم2 ، ويمكنك أيضاً اختيار مساحة مقطع 25 مم2.
حساب مقطع الكابل بين البطارية والعاكس (الانفرتر)
يتم حساب قدرة العاكس بناء على قدرة إجمالي الأحمال الكهربائية بالواط، ويحسب مقطع الكابل ما بين البطارية والعاكس بتقسيم قدرة العاكس على جهد الدخل لديه.
- مثال على تحديد مقطع الكابل المناسب بين البطارية والعاكس
إذا كان لدينا أحمال بقدرة 500 واط ويعمل العاكس على جهد دخل 24V/DC، والمسافة بين العاكس والبطارية 3 متر، ونسبة هبوط الجهد المسموح به لا يتجاوز 1%، احسب مساحة مقطع الكابل المناسب؟
الحل:
تيار الأحمال = (قدرة إجمالي الأحمال × 1.25) ÷ جهد دخل العاكس
= (500 × 1.25) ÷ 24
= 625 ÷ 24
= 26 أمبير
بما أن التيار مستمر نستخدم القانون الآتي:
مقطع كابل التيار المستمر (DC) = (1.4 × 2 × L × I × P) ÷ (V × نسبة الهبوط في الجهد %).
= (1.4 × 2 × 3 × 26 × 0.01724) ÷ (24 × 0.01)
= 3.76 ÷ 0.24
= 15.68
أقرب مساحة مقطع كابل متوفر 16 مم2
ولكن يفضل دائماً حساب مساحة مقطع الكابل بين البطاريات والعاكس بناء على قدرة العاكس وليست الأحمال لكي نضمن تحمل الكابل أقصى تيار يمكن أن يمر عبره من العاكس، ولأننا لا نضمن أيضاً بأن يقوم شخص ما بإضافة حمل إضافي فوق الحمل الذي قدرنا عليه التيار المار.
نفس الشيء ينطبق على حساب مساحة مقطع الكابلات بين العاكس وأحمال التيار المتناوب ومنظم الشحن وأحمال التيار المستمر، واحرص على استخدام القانون الصحيح في عملية الحساب، بمعنى إذا كان الكابل المراد حساب مساحة مقطعه بين العاكس وأحمال التيار المتناوب استخدم قانون التيار المتناوب، وهكذا.
المصادر والمراجع
- فولتيات وبعض الكتب التعليمية
- electricaltechnology
3 تعليقات