Сечение кабеля для солнечных панелей: как выбрать
Для одного стринга домашней станции при трассе до 30 м почти всегда достаточно солнечного кабеля 4 мм². Сечение 6 мм² берут, когда трасса длиннее, ток панелей 16–18 А или стринг короткий, с низким напряжением. По нагреву оба сечения проходят с большим запасом, поэтому выбор делают по потерям напряжения. Ниже — формула, готовые таблицы и расчёт, который можно повторить для своей станции или проверить в калькуляторе сечения кабеля.
Два критерия: нагрев и потери
Нагрев. Кабель не должен перегреваться при длительном токе. Солнечный кабель 4 мм² при открытой прокладке допускает порядка 40–55 А — точная цифра есть в паспорте и зависит от способа прокладки. Ток одного стринга — 13–18 А, запас двух-трёхкратный. Даже с понижающими поправками на жару под панелями и на прокладку пучком в трубе 4 мм² по нагреву проходит.
Потери. Любой проводник имеет сопротивление, на нём падает часть напряжения, и эта энергия уходит в тепло. На коротких трассах потери ничтожны, на длинных становятся заметными — поэтому именно они определяют сечение.
Формула
Падение напряжения в двухпроводной линии постоянного тока:
ΔU = 2 × L × I × ρ ÷ S
- L — длина трассы в одну сторону, м (двойка учитывает, что ток идёт по плюсу туда и по минусу обратно);
- I — ток, А; для стринга берут ток в точке максимальной мощности Impp из паспорта панели;
- ρ — удельное сопротивление меди: 0,0175 Ом·мм²/м при 20 °C; для расчётов удобнее 0,0185 — с поправкой на рабочий нагрев;
- S — сечение жилы, мм².
Пример. Стринг из 10 панелей по 550 Вт: напряжение в рабочей точке 10 × 41 = 410 В, ток 13,5 А, мощность 410 × 13,5 ≈ 5 535 Вт. До инвертора 30 м.
- Кабель 4 мм²: ΔU = 2 × 30 × 13,5 × 0,0185 ÷ 4 ≈ 3,75 В. Это 3,75 ÷ 410 ≈ 0,91 % напряжения, или 3,75 × 13,5 ≈ 51 Вт потерь на пике.
- Кабель 6 мм²: ΔU = 2 × 30 × 13,5 × 0,0185 ÷ 6 ≈ 2,50 В, то есть 0,61 % и около 34 Вт.
На горячей крыше летом сопротивление меди ещё примерно на 10 % выше расчётного, зимой — ниже. Для выбора сечения это несущественно. Откуда брать Impp и напряжение рабочей точки, показано в статье о том, как читать характеристики панели.
Таблицы для 4 и 6 мм²
Падение напряжения в вольтах при ρ = 0,0185. Длина — в одну сторону, от панелей до инвертора.
Кабель 4 мм²
| Ток стринга | 10 м | 20 м | 30 м | 50 м |
|---|---|---|---|---|
| 10 А | 0,9 В | 1,9 В | 2,8 В | 4,6 В |
| 13 А | 1,2 В | 2,4 В | 3,6 В | 6,0 В |
| 15 А | 1,4 В | 2,8 В | 4,2 В | 6,9 В |
| 18 А | 1,7 В | 3,3 В | 5,0 В | 8,3 В |
Кабель 6 мм²
| Ток стринга | 10 м | 20 м | 30 м | 50 м |
|---|---|---|---|---|
| 10 А | 0,6 В | 1,2 В | 1,9 В | 3,1 В |
| 13 А | 0,8 В | 1,6 В | 2,4 В | 4,0 В |
| 15 А | 0,9 В | 1,9 В | 2,8 В | 4,6 В |
| 18 А | 1,1 В | 2,2 В | 3,3 В | 5,6 В |
Как пользоваться: найдите свою клетку и разделите вольты на рабочее напряжение стринга. Пример: ток 15 А, трасса 50 м, стринг из 8 панелей с напряжением 8 × 41 = 328 В. На 4 мм² теряется 6,9 В, это 6,9 ÷ 328 ≈ 2,1 %. На 6 мм² — 4,6 В, или 1,4 %. Здесь 6 мм² уже оправдано.
Какой процент считать допустимым
Жёсткой нормы для стороны постоянного тока частной станции нет, есть инженерный ориентир: до 1 % при номинальном токе — хорошо, 1–2 % — терпимо, больше 2 % — повод увеличить сечение или изменить схему.
Изменить схему часто выгоднее, чем покупать толстый кабель. Вольты теряются одинаково при любом напряжении стринга, а в процентах — по-разному. Те же 3,75 В для стринга из 5 панелей на 205 В — это 1,8 %, а для стринга из 10 панелей на 410 В — 0,9 %. Поэтому длинные стринги выгоднее коротких, если это позволяет диапазон входа инвертора. Второй приём — поставить инвертор ближе к панелям и удлинить линию переменного тока, но у неё свои ограничения, о них ниже.
Сколько это в рублях
Станция из примера в Москве вырабатывает 5,5 кВт × 973 кВт·ч/кВт ≈ 5 350 кВт·ч в год (данные по своему городу — в калькуляторе выработки). Оценим потери с запасом, как если бы они весь год держались на уровне пика:
- 4 мм²: 5 350 × 0,0091 ≈ 49 кВт·ч в год;
- 6 мм²: 5 350 × 0,0061 ≈ 33 кВт·ч в год.
Разница — 16 кВт·ч, по московскому одноставочному тарифу 8,90 руб. это около 140 руб. в год; в другом регионе подставьте ставку из своей квитанции. Настоящая разница ещё меньше: потери растут как квадрат тока, а большую часть года ток ниже пикового. На 30 метрах более толстый кабель окупается десятилетиями, и берут его скорее ради запаса на будущее. При трассе 50 м и токе 18 А счёт другой: 8,3 В против 5,6 В — разница втрое больше.
Кабели батареи и выхода инвертора считают отдельно
Аккумулятор на 48 В. Здесь та же формула даёт совсем другие числа. Инвертор 5 кВт берёт от батареи около 110 А. При длине кабеля 2 м в одну сторону и сечении 35 мм²: ΔU = 2 × 2 × 110 × 0,0185 ÷ 35 ≈ 0,23 В, это 0,5 % от 48 В. На 16 мм² вышло бы 0,51 В, больше 1 %, и по нагреву такое сечение для 110 А не годится. Поэтому батарею ставят рядом с инвертором, а сечение берут из руководства инвертора, а не «по ощущению». Подробнее о токах — в статье про низковольтные и высоковольтные аккумуляторы.
Выход инвертора. Однофазный инвертор 5 кВт выдаёт 5 000 ÷ 230 ≈ 21,7 А. При 20 м до щита на кабеле 4 мм²: ΔU = 2 × 20 × 21,7 × 0,0185 ÷ 4 ≈ 4,0 В, или 1,7 %; на 6 мм² — 2,7 В, или 1,2 %. У этой линии есть особенность: когда инвертор отдаёт энергию, напряжение на его клеммах выше, чем в щите, ровно на эти вольты. Если в сети и так 248 В, прибавка в 4 В подводит инвертор к верхней границе допустимого — 230 В плюс 10 %, то есть 253 В, — и он начинает отключаться в самые солнечные часы. Поэтому линию от инвертора до щита делают короткой и не экономят на её сечении.
Какой кабель покупать
Сечение — не единственный параметр. От панелей до инвертора прокладывают специальный солнечный кабель: многопроволочная лужёная медь, двойная изоляция из сшитого полимера, стойкость к ультрафиолету и перепадам температуры, рабочее напряжение 1000 или 1500 В постоянного тока. Обычные провода для домашней проводки на крыше за несколько лет теряют изоляцию. Алюминий на этом участке не применяют: коннекторы рассчитаны на медную жилу.
Плюс и минус удобно брать разного цвета. Кабель продаётся метражом в разделе кабель; как его вести по крыше и вводить в дом, рассказано в статье о прокладке кабеля от панелей до инвертора.
Частые вопросы
Можно ли взять 2,5 мм² на короткую трассу?
По нагреву оно проходит, но потери в 1,6 раза выше, чем на 4 мм², а самые распространённые контакты коннекторов рассчитаны на 4–6 мм². Экономия на десятке метров кабеля мизерная, а риск плохого обжима добавляется.
Плюс и минус получились разной длины. Как считать?
Множитель 2 × L в формуле — это суммарная длина обоих проводников. Если они разные, подставьте вместо него сумму их длин.
Когда нужен кабель 10 мм²?
Когда по одному кабелю идёт ток нескольких стрингов, соединённых параллельно: два стринга по 14 А дают 28 А, три — 42 А. Тогда участок после объединения считают по суммарному току — и по потерям, и по нагреву.
Учитывать ли выводы самих панелей?
Заводские выводы и перемычки между панелями короткие, и на выбор магистрального кабеля они не влияют. В расчёт берут трассу от крайних панелей стринга до инвертора.