در نیروگاههای خورشیدی، جریان DC تولید شده توسط پنلها باید به اینورتر منتقل شود. افت ولتاژ در مسیر کابلهای DC باعث کاهش توان قابل انتقال میشود و در نتیجه عملکرد کل نیروگاه خورشیدی را تحت تأثیر قرار میدهد. علاوه بر این، افت ولتاژ در کابلهای DC میتواند موجب افزایش حرارت و خطرات احتمالی نظیر آسیب دیدن کابلها و اتصالات شود. در نهایت، این مسأله باعث افزایش هزینههای نگهداری و کاهش بهرهوری مالی نیروگاه خورشیدی خواهد شد.
در طراحی و اجرای نیروگاههای خورشیدی، افت ولتاژ یکی از چالشهای اصلی در بخش کابلکشی DC به شمار میرود. در این بخش، به مهمترین روشهای مهندسی برای کاهش این تلفات و بهبود عملکرد کلی سیستم پرداخته میشود.
انتخاب صحیح سطح مقطع کابلهای DC یکی از پایهایترین اقدامات در طراحی نیروگاه خورشیدی است. چون افت ولتاژ تابع مقاومت کابل است و با افزایش سطح مقطع، این افت ولتاژ کاهش مییابد. طبق استاندارد IEC 62548، افت ولتاژ مجاز در مسیر DC حداکثر ۱.۵ درصد است و حتی چند ولت اضافه میتواند در سیستمهای ۱۰۰۰ یا ۱۵۰۰ ولت، راندمان را به طور محسوسی کاهش دهد.
در طراحیهای حرفهای، مهندسان با در نظر گرفتن جریان طراحی شده و طول کابل، اقدام به محاسبه دقیق سطح مقطع میکنند. در مسیرهایی که طول زیادی دارند یا جریان بالایی عبور میکند، کابلهای با سطح مقطع بزرگتر به کار گرفته میشوند تا افت ولتاژ در حداقل مقدار باقی بماند. البته این راهکار ممکن است هزینه اولیه بیشتری داشته باشد، اما در بلندمدت باعث حفظ راندمان و بازگشت سرمایه بهتر نیروگاه خواهد شد.
در جدول زیر، میزان افت ولتاژ برای کابلهای DC با طول، جریان و سطح مقطعهای متفاوت نشان داده شده است. این مقادیر به طور تقریبی محاسبه شده و کمک میکند تا تأثیر پارامترهای مختلف بر تلفات انرژی در کابلکشی بهتر درک شود.
| طول کابل (متر) | جریان (آمپر) | سطح مقطع کابل (میلیمتر مربع) | افت ولتاژ (ولت) | درصد افت ولتاژ در ولتاژ ۶۰۰ ولت (%) | درصد افت ولتاژ در ولتاژ ۱۰۰۰ ولت (%) |
| ۳۰ | ۲۰ | ۱۰ | ۰.۷ | ۰.۱۲ | ۰.۰۷ |
| ۵۰ | ۳۰ | ۱۶ | ۱.۵ | ۰.۲۵ | ۰.۱۵ |
| ۸۰ | ۴۰ | ۲۵ | ۳.۲ | ۰.۵۳ | ۰.۳۲ |
| ۱۰۰ | ۵۰ | ۳۵ | ۴.۸ | ۰.۸ | ۰.۴۸ |
طول کابل یکی از عوامل تأثیرگذار مستقیم بر میزان افت ولتاژ در مسیرهای DC است. هر چه کابل طولانیتر باشد، مقاومت کل مسیر بیشتر شده و در نتیجه افت ولتاژ نیز افزایش مییابد. راهکار ساده، اما بسیار مؤثر در این زمینه، طراحی بهینه آرایش پنلها، جعبههای ترکیبکننده (Combiner Boxes) و اینورترهاست. به عبارت دیگر، کاهش فاصله فیزیکی میان این اجزاء به کاهش محسوس طول کابل و در نهایت افت ولتاژ کمک میکند.
برای دستیابی به این هدف، میتوان از آرایشهای فشرده ماژولها و استقرار مرکزی اینورترهای رشتهای استفاده کرد. علاوه بر آن، استفاده از کانالهای عبور کابل (Raceways) یا سینیهای کابل (Cable Tray) که مسیر کابلکشی را مستقیمتر میکنند، میتواند مؤثر باشد. این رویکرد نه تنها افت ولتاژ DC را کاهش میدهد، بلکه در کاهش هزینههای کابلکشی و بهینهسازی فضا نیز نقش مهمی ایفا میکند.
بسیاری از مشکلات افت ولتاژ در سیستمهای خورشیدی، نه از خود کابل، بلکه از نقاط اتصال ناشی میشود. اتصالات ضعیف، اکسیدشده یا فاقد عایقکاری صحیح، میتوانند مقاومتهای موضعی ایجاد کنند که باعث افت ولتاژ، افزایش دما و حتی خطر آتشسوزی میشوند. به همین دلیل، کیفیت اتصالات و کانکتورها در سیستم DC از اهمیت ویژهای برخوردار است. برای نمونه، در یک پروژه ۱۰۰ کیلوواتی در جنوب کشور، وجود تنها دو کانکتور اکسیدشده موجب ایجاد افت ولتاژ ۵ ولت در مسیر DC و کاهش راندمان کل سیستم تا ۲ درصد شد.
استفاده از کانکتورهای استاندارد و دارای گواهینامه (مانند MC4)، اجرای صحیح پرس و عایقکاری و همچنین انجام تستهای ادواری با ابزارهایی مانند تستر افت ولتاژ و ترمویژن (برای بررسی نقاط Hot Spots)، جزو الزامات طراحی ایمن و پایدار است. همچنین در پروژههای خورشیدی کشور، استفاده از تجهیزات تولید داخل که مطابق با استانداردهای بینالمللی مانند TUV یا CE ساخته شدهاند، بسیار رایج است و موجب افزایش تابآوری و کاهش افت ولتاژ DC در سیستم میشوند.
کابلهای مخصوص سیستمهای فتوولتائیک، مانند انواع دارای عایق XLPO یا EPR، به گونهای طراحی شدهاند که در برابر اشعه فرابنفش، نوسانات دمایی، رطوبت بالا و تنشهای مکانیکی مقاوم باشند. این ویژگیها نه تنها از آسیب به کابل جلوگیری میکنند، بلکه با کاهش مقاومت اهمی در طول زمان، نقش مهمی در جلوگیری از افت ولتاژ و افزایش طول عمر مؤثر نیروگاه ایفا میکنند.
در حال حاضر در کشور، برخی تولیدکنندگان داخلی موفق به تولید کابلهایی مطابق با استاندارد IEC 62930 و EN 50618 شدهاند که از نظر افت ولتاژ، کارایی و طول عمر، عملکردی قابلقبول دارند و در پروژههای مگاواتی مورد استفاده قرار گرفتهاند.
یکی از اصول طراحی دقیق سیستم خورشیدی، آرایش بهینه استرینگها و نحوه سیمکشی آنهاست. استفاده از روشهایی مانند تقسیم ورودیها به چند MPPT، بکارگیری میکرواینورترها یا کاهش طول کابل از طریق چیدمان فشرده، میتواند اثر افت ولتاژ را به حداقل برساند. این راهکارها بهویژه در پروژههای با طراحی پیچیده، انعطافپذیری و راندمان سیستم را افزایش میدهند.
در طراحی کابلکشی DC نیروگاههای خورشیدی، پیروی از استانداردهایی مانند IEC 62548 و NEC 690 الزامی است. این دستورالعملها چارچوب دقیقی برای حداکثر افت ولتاژ مجاز، انتخاب نوع کابل، نحوه عبور از زیر زمین یا روی استراکچر و رعایت الزامات ایمنی ارائه میدهند. در پروژههای داخلی، رعایت این استانداردها شرط لازم برای تأیید طرح در نهادهایی، چون ساتبا و دریافت مجوزهای لازم است.
در طراحی و اجرای نیروگاههای خورشیدی، کابلکشی DC تنها یک مؤلفه فنی ساده نیست، بلکه نقش تعیینکنندهای در بهرهوری و بازده اقتصادی پروژه ایفا میکند. انتخاب دقیق سطح مقطع، استفاده از کابلهای استاندارد و مقاوم، توجه به کیفیت اتصالات و رعایت استانداردهای جهانی، همگی عواملی هستند که میتوانند تلفات ناشی از افت ولتاژ را به حداقل رسانده و عمر مفید سیستم را افزایش دهند.
همچنین تجربههای عملی نشان دادهاند که حتی یک اتصال معیوب یا کانکتور فرسوده میتواند باعث افت راندمان قابلتوجه در کل نیروگاه شود. بنابراین، نگاه مهندسی و آیندهنگر به مبحث کابلکشی DC، نه تنها به بهبود عملکرد فنی سیستم کمک میکند، بلکه تضمینی برای بازگشت سرمایه بهتر در پروژههای خورشیدی خواهد بود.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی