Hướng dẫn cơ bản về dây và cáp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Dây năng lượng mặt trời, cần thiết để liên kết các thành phần không thể thiếu của hệ thống quang điện, có nhiều loại khác nhau. Các dây này chủ yếu dùng để thiết lập kết nối giữa bốn thành phần chính: bảng năng lượng mặt trời, bộ biến tần, bộ điều khiển sạc và pin.

Việc lựa chọn đúng loại dây là điều tối quan trọng để hệ thống PV hoạt động liền mạch và hiệu quả. Việc lựa chọn dây năng lượng mặt trời không phù hợp có thể dẫn đến không thể cung cấp điện áp cần thiết, dẫn đến không cấp nguồn cho các thiết bị điện hoặc khiến bộ pin không được sạc đầy. Tầm quan trọng của việc lựa chọn dây năng lượng mặt trời chính xác không thể được phóng đại, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của hệ thống quang điện.

Nói rộng hơn, dây dẫn của bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể được phân thành hai loại chính: dây đơn hoặc dây rắn và dây bện. Dây đơn hoặc dây đặc được đặc trưng bởi một lõi dây kim loại duy nhất, được cách điện bằng vỏ bảo vệ, mặc dù cũng có sẵn các tùy chọn trần. Loại này rất phù hợp cho các ứng dụng tĩnh, khiến nó trở thành sự lựa chọn thuận lợi cho hệ thống dây điện trong nhà. Mặc dù tiết kiệm chi phí và có đường kính nhỏ gọn hơn cho cùng khả năng chịu tải, nhưng dây đơn chủ yếu có sẵn ở dạng đồng hồ đo nhỏ hơn.

Mặt khác, dây bện bao gồm nhiều dây dẫn xoắn lại với nhau và được bọc trong một lớp áo bảo vệ, tạo thành dây nhiều sợi linh hoạt. Dây năng lượng mặt trời bị mắc kẹt thể hiện tính linh hoạt cao hơn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi phải di chuyển thường xuyên. Bạn nên chọn dây bện tiêu chuẩn nếu hệ thống năng lượng mặt trời của bạn được lắp đặt ở khu vực dễ có gió lớn hoặc chịu rung động thường xuyên. Do có nhiều dây dẫn trong một lần chạy, dây bện giúp tăng cường độ dẫn điện. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là dây bện thường có đường kính lớn hơn và có giá thành cao hơn. Dây bện tiêu chuẩn thường được chọn để lắp đặt lớn hơn và ngoài trời.
 

Dây năng lượng mặt trời được phân loại thêm dựa trên vật liệu dây dẫn được sử dụng, với các lựa chọn phổ biến là nhôm và đồng cho cả lắp đặt trong nước và thương mại.

Dây năng lượng mặt trời bằng đồng nổi bật vì độ dẫn điện vượt trội so với nhôm. Ngay cả với cùng kích thước, dây đồng có thể mang nhiều dòng điện hơn so với dây nhôm. Đồng mang lại tính linh hoạt và khả năng chịu nhiệt tốt hơn, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng, cả trong nhà và ngoài trời. Bất chấp những ưu điểm này, cần lưu ý rằng dây đồng có xu hướng đắt hơn.

Ngược lại, dây nhôm là một lựa chọn tiết kiệm chi phí hơn nhưng lại có những đánh đổi nhất định. Chúng thường cứng hơn và dễ bị yếu đi khi bị uốn cong. Điều này làm cho chúng phù hợp hơn với các ứng dụng có kích thước lớn hơn và lắp đặt ngoài trời, chẳng hạn như lối vào dịch vụ. Mặc dù nhôm có thể không sánh được với độ dẫn điện của đồng nhưng nó vẫn là một lựa chọn khả thi cho những ai đang tìm kiếm một lựa chọn thân thiện với ngân sách hơn, đặc biệt trong những trường hợp mà tính linh hoạt không phải là yếu tố quan trọng.

Dây năng lượng mặt trời thể hiện các biến thể dựa trên khả năng cách điện của chúng, đóng vai trò như một lớp vỏ bảo vệ bảo vệ cáp khỏi các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt, hóa chất, nước và tia cực tím. Một số loại vật liệu cách nhiệt thường được sử dụng phục vụ cho các tình huống ứng dụng khác nhau:

THHN: Thích hợp lắp đặt ở điều kiện khô ráo, trong nhà.

TW, THW và THWN: Lý tưởng cho các ứng dụng ống dẫn được lắp đặt trong điều kiện ẩm ướt, trong nhà hoặc ngoài trời.

UF và USE (lối vào dịch vụ ngầm): Được thiết kế cho hệ thống dây điện ngầm, ướt, mặc dù không giới hạn ở các ứng dụng ngầm.

THWN-2: Chủ yếu dành cho các ứng dụng trong nhà, loại này ít tốn kém hơn. Nó không cần phải có khả năng chống tia cực tím khi chạy qua ống dẫn. THWN-2 có thể chạy trực tiếp tới Bảng điều khiển dịch vụ chính, áp dụng cho cả mạch DC và AC. Việc điều chỉnh kích thước là cần thiết sau khi đi dây qua biến tần.

Cáp năng lượng mặt trời RHW-2, PV Wire và USE-2: Hướng đến các ứng dụng ngoài trời, ẩm ướt, những dây này rất phù hợp để nối dây các tấm pin mặt trời, kết nối thiết bị đầu cuối dịch vụ và lối vào dịch vụ ngầm. Vỏ bọc dây PV và USE-2 được thiết kế để xử lý tình trạng tiếp xúc với tia UV cực độ và chống ẩm, trong đó dây PV có thêm một lớp cách nhiệt.

Việc sử dụng dây năng lượng mặt trời được mã hóa màu đóng một vai trò then chốt trong việc đơn giản hóa việc thực hiện và lập bản đồ sơ đồ nối dây điện trong hệ mặt trời. Màu sắc của mỗi dây đóng vai trò như một chỉ báo trực quan về mục đích và chức năng của nó, không chỉ hỗ trợ trong quá trình thiết lập ban đầu mà còn hỗ trợ các nỗ lực khắc phục sự cố và sửa chữa trong tương lai. Để duy trì tính nhất quán và rõ ràng, Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) chỉ định các mã màu cụ thể cho cách điện dây dẫn và các ứng dụng dự định của chúng.

Đối với các ứng dụng dòng điện xoay chiều (AC), mã màu như sau:

Màu đỏ, đen hoặc màu khác dành cho các ứng dụng nóng không nối đất.
Màu trắng cho dây dẫn nối đất.
Màu xanh lá cây hoặc trần để nối đất thiết bị.
Trong các ứng dụng Dòng điện một chiều (DC), bảng màu khác nhau:

Màu đỏ biểu thị cực dương.
Màu trắng biểu thị cực âm hoặc dây dẫn nối đất.
Màu xanh lá cây hoặc trần được sử dụng để nối đất thiết bị.

Dây PV có xếp hạng cụ thể dựa trên công suất cường độ dòng điện tối đa của chúng, một yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của hệ mặt trời. Các tấm pin mặt trời có cường độ dòng điện cao hơn đòi hỏi dây năng lượng mặt trời dày hơn với mức định mức cao hơn tương ứng. Điều cần thiết là phải xác minh định mức cường độ dòng điện của hệ thống của bạn và chọn dây có khả năng xử lý tải dự kiến. Ví dụ: nếu hệ thống của bạn tạo ra 9 ampe, hãy chọn dây amp 9-hoặc cao hơn một chút, chẳng hạn như 10 hoặc 11 ampe.

Việc chọn dây năng lượng mặt trời có xếp hạng thấp hơn có thể dẫn đến sự cố sụt áp theo thời gian, có khả năng dẫn đến quá nhiệt và tăng nguy cơ hỏa hoạn. Độ dày của dây năng lượng mặt trời tỷ lệ thuận với công suất amp của nó - dây càng dày thì công suất amp càng cao. Theo nguyên tắc chung, luôn sử dụng dây có độ dày vừa đủ hoặc dày hơn một chút để phù hợp với tình trạng tăng điện không thường xuyên. Xác định thiết bị có cường độ dòng điện cao nhất trong hệ thống của bạn và chọn dây có khả năng xử lý dòng điện đó.
 

Để hỗ trợ xác định kích thước dây thích hợp, bạn có thể sử dụng công cụ ước tính kích thước dây trực tuyến. Dây điện mặt trời bằng đồng có kích thước bằng thang đo dây của Mỹ (AWG). Trong hệ thống AWG, khi số AWG tăng thì đường kính dây sẽ giảm. Ví dụ, dây năng lượng mặt trời 2 AWG có đường kính lớn hơn dây 12 AWG. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là kích thước dây tỷ lệ nghịch với công suất amp; chẳng hạn, 2 dây cáp năng lượng mặt trời AWG có công suất 95 amps, trong khi 12 dây cáp năng lượng mặt trời AWG có công suất 20 amps. Kiến thức này đảm bảo thiết lập điện phù hợp và an toàn cho hệ thống năng lượng mặt trời của bạn.

Ngoài việc xem xét định mức và độ dày của dây năng lượng mặt trời, điều quan trọng là phải tính đến chiều dài của chúng, vì khoảng cách dòng điện truyền đi có thể ảnh hưởng đến cường độ dòng điện tiêu thụ. Khi điện truyền đi khoảng cách xa hơn, khả năng mất amp sẽ cao hơn. Để tăng cường độ an toàn và giảm thiểu các vấn đề tiềm ẩn, nên sử dụng dây năng lượng mặt trời dày hơn một chút, đặc biệt khi bao phủ một chiều dài đáng kể.

Chẳng hạn, nếu quá trình lắp đặt kéo dài 5 mét với tải tối đa 10 ampe và cho phép suy hao cáp ở mức chấp nhận được 3% thì cáp năng lượng mặt trời có độ dày 6 mm có thể đủ. Tuy nhiên, nếu cùng một hệ thống lắp đặt kéo dài đến 15 mét thì cần phải sử dụng cáp năng lượng mặt trời có độ dày 25 mm. Việc sử dụng dây có định mức thấp hơn sẽ làm tăng nguy cơ sụt áp, quá nhiệt và nguy cơ cháy nổ.

Các thợ điện thường khuyên bạn nên chuẩn bị cho các yêu cầu tải trong tương lai bằng cách chọn dây dày hơn trong quá trình lắp đặt ban đầu. Cách tiếp cận chủ động này không chỉ đảm bảo sự an toàn và hiệu quả của hệ thống hiện tại mà còn đáp ứng nhu cầu mở rộng tiềm năng hoặc tăng nhu cầu năng lượng trong tương lai. Việc xem xét cẩn thận chiều dài dây, cùng với độ dày và định mức phù hợp là điều cần thiết để tạo ra một hệ thống năng lượng mặt trời mạnh mẽ và đáng tin cậy.

Cáp năng lượng mặt trời DC trong hệ thống quang điện (PV) thường được phân loại là cáp mô-đun hoặc cáp dây. Những loại cáp này thường được cấu tạo dưới dạng dây đồng một lõi có lớp cách điện và vỏ bảo vệ. Được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các tấm pin mặt trời PV, các loại cáp này được trang bị các đầu nối rất phù hợp với các ứng dụng dự định của chúng.

Cáp mô-đun được tích hợp vào các tấm pin mặt trời trong quá trình sản xuất, tạo thành một phần không thể thiếu trong cụm tấm pin. Các loại cáp này được chế tạo sẵn và do đó không được thiết kế để người dùng cuối thay đổi hoặc thay đổi. Chúng được điều chỉnh theo kích thước và yêu cầu cụ thể của các tấm mà chúng phục vụ.

Cáp DC chính đóng vai trò là cáp thu điện lớn hơn chịu trách nhiệm liên kết cáp dương và âm từ hộp nối máy phát điện với bộ biến tần trung tâm trong hệ thống năng lượng mặt trời. Các loại cáp này có sẵn ở nhiều kích cỡ khác nhau, với các tùy chọn cáp năng lượng mặt trời như 2 mm, 4 mm và 6 mm được sử dụng phổ biến.

Các chuyên gia thường khuyến nghị sử dụng cáp DC được thiết kế đặc biệt để lắp đặt ngoài trời do độ bền và khả năng chống chịu các yếu tố môi trường. Để giảm thiểu nguy cơ đoản mạch và các vấn đề nối đất, nên đặt các cáp mang cực tính ngược nhau cách xa nhau trong quá trình lắp đặt.

Cáp DC chính có thể là cáp một lõi hoặc hai lõi, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế và lắp đặt. Dây một lõi có lớp cách điện kép là sự lựa chọn thiết thực, mang lại độ tin cậy cao khi lắp đặt ngoài trời. Mặt khác, đối với việc đi dây giữa bộ biến tần năng lượng mặt trời và hộp kết nối máy phát điện, cáp DC hai lõi là lựa chọn điển hình do tính phù hợp với các yêu cầu kết nối cụ thể.

Cáp kết nối AC là công cụ liên kết bộ biến tần năng lượng mặt trời với thiết bị bảo vệ và lưới điện.

Trong các hệ thống năng lượng mặt trời quy mô nhỏ sử dụng bộ biến tần ba pha, cáp AC năm lõi được chọn để kết nối lưới. Cấu hình của cáp bao gồm ba dây dẫn điện để truyền tải điện và một dây cho dây nối đất và dây trung tính. Ngược lại, đối với các hệ thống PV sử dụng bộ biến tần một pha, cáp AC ba lõi thường được sử dụng để đảm bảo kết nối hiệu quả và hợp lý với lưới điện.

Chọn kích thước cáp chính xác là rất quan trọng trong hệ thống PV, ngăn ngừa quá nhiệt và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Đây không chỉ là mối lo ngại về an toàn mà còn là vấn đề tuân thủ Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) ở hầu hết các khu vực pháp lý. Sử dụng dây không phù hợp có thể dẫn đến việc kiểm tra không thành công. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến kích thước dây năng lượng mặt trời là công suất của bảng điều khiển và khoảng cách đến các thiết bị điện, bên cạnh các điều kiện ứng dụng và môi trường.

Trước khi mua cáp năng lượng mặt trời, hãy đảm bảo tính toán kích thước cáp thành thạo, tuân thủ các quy định của NEC. Thanh tra xây dựng địa phương xác minh việc tuân thủ các tiêu chuẩn, được cập nhật ba năm một lần. Phiên bản mới nhất là phiên bản 2020, phản ánh những tiến bộ trong kỹ thuật điện. Xác nhận phiên bản đang sử dụng với chính quyền địa phương trước khi lắp đặt PV. Nếu không quen với các quy định, hãy tham khảo ý kiến ​​​​của thợ điện được chứng nhận để được hướng dẫn.