Cables solares
Lleva tanto la corriente de CC de los paneles a los inversores como la corriente de CA de los inversores a la red. Comprender las diferencias de resistencia entre las aplicaciones de CC y CA garantiza cálculos precisos de caída de voltaje y un tamaño adecuado del conductor para cada parte del sistema fotovoltaico.
Diferencia fundamental
Resistencia DC:
La corriente continua se distribuye uniformemente a través de la sección transversal del conductor. La resistencia de CC depende únicamente del material conductor, el área de la sección transversal, la longitud y la temperatura. Esta relación directa hace que el cálculo y la medición de la resistencia de CC sean relativamente sencillos.
Resistencia de CA:
La corriente alterna crea campos magnéticos que varían en el tiempo induciendo corrientes de Foucault dentro de los conductores. Estos efectos hacen que la corriente se concentre hacia las superficies de los conductores -el efecto de la piel- aumentando la resistencia efectiva en comparación con las mediciones de CC.
Mecanismo de efecto de la piel
Distribución actual:
A frecuencias de CA más altas, la inducción electromagnética hace que la corriente fluya principalmente en una capa delgada cerca de la superficie del conductor. El centro del conductor transporta una corriente mínima, reduciendo efectivamente el área de la sección transversal que transporta corriente y aumentando la resistencia.
Profundidad de la piel - la profundidad donde la densidad de la corriente cae al 37% del valor de la superficie - disminuye con aumentando la frecuencia. A una frecuencia de potencia de 50-60Hz, la profundidad de la piel en cobre supera los 8 mm, lo que significa que el efecto de la piel afecta mínimamente a los conductores de menos de 16 mm de diámetro.
Dependencia de frecuencia:
Las frecuencias más altas crean un efecto de piel más fuerte. A la frecuencia de potencia (50-60Hz), el efecto de la piel afecta marginalmente el típico
PV cable sizes. At kilohertz frequencies from inverter switching, skin effect becomes more pronounced.
Impacto práctico en los sistemas solares
Consideraciones del circuito de CC:
El cableado del panel solar al inversor transporta corriente CC donde no se produce el efecto de la piel. Los cálculos de caída de voltaje y pérdida de potencia utilizan valores de resistencia de CC a temperatura de funcionamiento.
Para un conductor de cobre de 6 mm ²:
- Resistencia DC: aproximadamente 3,39 Ω / km a 20C
- Coeficiente de temperatura: 0,00393 por C
Consideraciones del circuito de CA:
La conexión del inversor a la red transporta corriente alterna donde el efecto de la piel puede aumentar ligeramente la resistencia. Para tamaños de conductores típicos y frecuencia de potencia, el aumento sigue siendo modesto, normalmente del 2 al 5% para conductores de menos de 50 mm ².
Los conductores más grandes utilizados en instalaciones a gran escala experimentan un efecto de piel más significativo, con resistencia de CA potencialmente 10-15% mayor que la resistencia de CC para conductores superiores a 95 mm ².
Calcular Diferencias De Resistencia
Conductores pequeños (≤16mm²):
El efecto de la piel a 50-60Hz es insignificante. La resistencia de CA y CC difiere en menos del 1-2%, dentro de la incertidumbre de la medición. Los diseñadores pueden utilizar valores de resistencia de CC para porciones de CA y CC de sistemas a pequeña escala.
Conductores medianos (25-50 mm ²):
El efecto de la piel crea un aumento de resistencia del 2-5% a la frecuencia de potencia. Esta diferencia modesta rara vez afecta las decisiones de tamaño del conductor, pero debe considerarse en cálculos precisos de caída de voltaje para tiradas largas de cables de CA.
Conductores Grandes (≥70mm²):
El efecto de la piel se vuelve significativo, con la resistencia de CA es un 5-15% mayor que los valores de CC. Las instalaciones a escala de servicios públicos con los conductores grandes requieren valores de resistencia de CA y CC separados para un diseño preciso del sistema.
Efectos de temperatura
Tanto la resistencia de CA como la de CC aumentan con la temperatura siguiendo el mismo coeficiente de temperatura para el cobre (0,00393 por C). El efecto de la piel no cambia significativamente con la temperatura, por lo que la relación entre la resistencia de CA y CC permanece relativamente constante en los rangos de temperatura de funcionamiento.
Consideraciones de medición
Medición de Resistencia DC:
La medición de cuatro cables (Kelvin) elimina la resistencia del cable de prueba, proporcionando valores precisos de resistencia de CC. Las pruebas a temperatura conocida permiten la corrección a temperaturas de referencia estándar.
Medición de resistencia de CA:
La medición de la resistencia de CA requiere un equipo especializado que aplique corriente alterna a una frecuencia especificada mientras mide la caída de voltaje. La medición captura los efectos combinados de la resistencia de CC y el efecto de la piel.
Especificaciones estándar
Hojas de datos del cable:
Las especificaciones del fabricante suelen proporcionar valores de resistencia de CC a 20C o 90C. Para aplicaciones solares donde predominan los circuitos de CC, los valores de resistencia de CC sirven para la mayoría de los cálculos de diseño.
Algunos fabricantes proporcionan resistencia DC y AC para conductores de tamaños más grandes donde el efecto de la piel se vuelve significativo.
Estándares de diseño:
Las normas IEC y NEC hacen referencia principalmente a la resistencia de CC para las especificaciones de los cables fotovoltaicos. Las especificaciones de resistencia de CA aparecen principalmente en diseños de sistemas a escala de servicios públicos que utilizan conductores más grandes.
Impacto Del Diseño Del Conductor
Beneficios de varamiento:
Los conductores trenzados minimizan el efecto de la piel en comparación con los conductores sólidos de sección transversal equivalente. Las hebras individuales tienen un diámetro más pequeño donde el efecto de la piel es insignificante, aunque el área total del conductor puede ser grande.
KUKA CABLE utiliza conductores de cobre trenzado estañado que optimizan el rendimiento de CC y CA al tiempo que proporcionan flexibilidad de instalación.
Efecto de proximidad:
Cuando varios conductores de CA corren paralelos, la interacción del campo magnético crea un aumento de resistencia adicional más allá del simple efecto de la piel. Este efecto de proximidad afecta la agrupación de cables de CA pero no los circuitos solares de CC.
Orientación práctica de diseño
Tamaño del sistema de CC:
Utilice valores de resistencia de CC para todos los cálculos en el cableado del panel solar al inversor. Aplique la corrección de temperatura adecuada para las condiciones de funcionamiento.
Tamaño del sistema de CA:
Para conductores de sistemas pequeños (residenciales / comerciales) con por debajo de 50 mm ², los valores de resistencia de CC proporcionan una precisión adecuada. Para sistemas a escala con grandes, use valores de resistencia de CA que tengan en cuenta el efecto de la piel.
Análisis de caída de voltaje:
Circuitos DC: Calcule usando resistencia DC al máximo circuito operativo temperature.AC : use resistencia AC para conductores grandes; resistencia DC aceptable para conductores pequeños con error mínimo.
Consideraciones de salida del inversor
Componentes de alta frecuencia:
Los inversores modernos producen componentes de conmutación de alta frecuencia superpuestos a la frecuencia de potencia CA. Estos componentes de alta frecuencia experimentan un efecto de piel más fuerte, creando pérdidas adicionales en los conductores.
Calidad
solar cables maintain low AC resistance even at higher frequencies, minimizing losses from inverter-generated harmonics.
Conclusión
La resistencia de CC rige la mayoría del diseño de cables fotovoltaicos, ya que los paneles solares generan energía de CC. La resistencia de CA se vuelve relevante para las conexiones del inversor a la red, afectando principalmente a los conductores grandes en los sistemas a gran escala. Entender cuándo importa cada tipo de resistencia garantiza cálculos precisos de caída de voltaje y un tamaño adecuado del conductor.
Los conductores de cobre estañado trenzado de KUKA CABLE proporcionan un rendimiento óptimo para las porciones de CC y CA de los sistemas solares, lo que garantiza una transmisión de energía eficiente en toda la instalación.
Póngase en contacto con el equipo técnico de KUKA CABLE para obtener especificaciones de resistencia de CC y CA para sus requisitos de cable solar.
