Calcul secțiune cablu solar: căderea de tensiune la 12, 24 și 48 V

De ce 48 V cere de 16 ori mai puțin cupru: exemplul cu 1.200 W

Aceeași putere transportată la 48 V cere de 16 ori mai puțin cupru decât la 12 V, fiindcă secțiunea necesară scade cu pătratul tensiunii. Ia 1.200 W pe același traseu de 5 metri, cu aceeași cădere admisă de 2%, și schimbă doar tensiunea sistemului.

La 12 V. Curentul e 1.200 / 12 = 100 A. Căderea admisă e 2% din 12 V, adică 0,24 V. Secțiunea rezultă 2 x 5 x 100 x 0,021 / 0,24 = 87,5 mmp, deci cablu de 95 mmp. Gros cât degetul mare, cu papuci sertizați hidraulic, pentru cinci metri.

La 24 V. Curentul scade la 50 A, căderea admisă urcă la 0,48 V. Secțiunea e 2 x 5 x 50 x 0,021 / 0,48 = 21,9 mmp, deci 25 mmp.

La 48 V. Curentul e 25 A, căderea admisă 0,96 V. Secțiunea e 2 x 5 x 25 x 0,021 / 0,96 = 5,5 mmp, deci un cablu solar obișnuit de 6 mmp.

Raportul dintre 87,5 și 5,5 e exact 16: de patru ori mai multă tensiune înseamnă de șaisprezece ori mai puțin cupru. Ăsta e motivul pentru care peste circa 3 kW de invertor nimeni nu mai construiește pe 12 V. Alegerea tensiunii de banc în funcție de puterea instalată e tratată în dimensionarea unui sistem solar off-grid.

Traseul baterie spre invertor, acolo unde se sparg calculele

Traseul dintre baterie și invertor cere cele mai groase cabluri, fiindcă acolo curge tot curentul la cea mai mică tensiune: un invertor de 1.000 W la 12 V are nevoie de 25 mmp chiar și pe un singur metru. Tabelul e calculat la 2% cădere, cu cupru cald, la distanțe scurte, singurele rezonabile pe acest traseu.

Trei observații care contează mai mult decât cifrele.

Curentul nu e puterea împărțită la tensiune. Invertorul are un randament de 85-92%, iar bateria coboară spre 11 sau 12 V când e descărcată. Un invertor de 1.000 W trage în realitate în jur de 95-100 A, nu 83 A: calculează cu tensiunea minimă a bateriei, nu cu cea de pe etichetă.

Contează vârful, nu media. Un invertor care alimentează un compresor de frigider sau o pompă livrează câteva secunde de două sau trei ori puterea nominală. Cablul nu se topește în trei secunde, dar tensiunea cade proporțional, iar invertorul se poate opri exact în momentul pornirii motorului.

Scurtează traseul înainte să îngroși cablul. Un metru câștigat prin mutarea invertorului lângă baterie valorează mai mult decât un pas de secțiune și e mai ieftin. Pe cabluri de peste 25 mmp, papucii se fac cu clește hidraulic.

Al doilea criteriu: curentul maxim admisibil

Curentul maxim admisibil e al doilea criteriu, nu primul: după ce ai secțiunea din calculul de cădere, verifici că ea suportă și curentul. Valorile din tabel sunt orientative, pentru cablu solar H1Z2Z2-K (marcajul cablului fotovoltaic din EN 50618), la temperatura ambiantă de referință a standardului, adică 60 de grade; fișa producătorului rămâne sursa.

Peste 60 de grade se aplică factori de corecție: aproximativ 0,92 la 70 de grade, 0,84 la 80 și 0,75 la 90. Un cablu într-un tub închis, pe o suprafață neagră, vara la amiază, chiar ajunge acolo. Cablurile flexibile de baterie, cu izolație de PVC, au valori sensibil mai mici la aceeași secțiune, fiindcă suportă o temperatură de conductor mai mică.

Cele două criterii dau rezultate foarte diferite. Un cablu de 6 mmp duce 70 A din punct de vedere termic, dar la 12 V și 5 metri respectă 3% cădere doar până la circa 10 A: o diferență de șapte ori. În curent continuu la tensiune joasă, criteriul termic nu se activează aproape niciodată.

Aici se tranșează dilema sistemelor de 12 V: un cablu subdimensionat nu ia foc din sarcina normală, ci pierde energie permanent, până la 10-15% din producție pe trasee lungi. Focul are alte cauze: un scurtcircuit pe un cablu protejat de o siguranță prea mare, un papuc strâns cu patentul, un conector oxidat, adică defecte de contact, nu de secțiune. Regula de decizie e dublă: secțiunea după cădere, ca să nu pierzi energie; siguranța sub curentul admisibil al cablului, ca să nu ai foc.

Siguranța protejează cablul, nu aparatul

Siguranța fuzibilă de pe traseul de curent continuu nu e acolo pentru invertor, ci pentru cablu: ca să se topească ea înainte ca izolația să ia foc. De aici regula de alegere, în ordinea asta: curentul maxim de lucru < valoarea siguranței < curentul maxim admisibil al cablului. Dacă siguranța e mai mare decât ce duce cablul, cablul devine elementul fuzibil al instalației.

Trei lucruri de verificat înainte să comanzi.

Tensiunea nominală în curent continuu. O siguranță marcată 32 V nu are ce căuta pe un banc de 48 V, chiar dacă amperajul e corect. Catalogul de fuzibile MEGA și MIDI e împărțit exact pe aceste praguri, tipic 32 V pentru sisteme de 12 V și 58 sau 80 V pentru 48 V. Motivul e capacitatea de rupere: în curent continuu tensiunea nu trece prin zero, deci arcul nu se stinge de la sine ca la 50 Hz și trebuie stins constructiv, prin nisip de cuarț sau prin camere de stingere.

Poziția. Siguranța se montează cât mai aproape de borna plus a bateriei, tipic sub 20-30 cm, fiindcă porțiunea dinaintea ei rămâne neprotejată.

Tipul potrivit locului. Pe partea de baterie se folosesc fuzibile de mare capacitate de rupere, de tip MEGA sau ANL, pe suport dedicat. Pe partea de panouri se folosesc fuzibile cilindrice gPV (marcajul fuzibilelor destinate șirurilor fotovoltaice), dimensionate pentru curentul de scurtcircuit al șirului, plus separatoare și descărcătoare marcate explicit pentru curent continuu. Siguranțele automate obișnuite de tablou, marcate doar pentru curent alternativ, nu sting arcul de curent continuu.

Suporturile, separatoarele de baterie și barele colectoare sunt în protecții și izolatoare de baterii, iar fuzibilele de șir și accesoriile de montaj în componente și accesorii sisteme solare. La mai multe baterii în paralel, o bară colectoare rezolvă simultan simetria traseelor și locul siguranțelor.

De ce cablul de casă nu ține pe acoperiș

Cablul electric de interior nu ține pe acoperiș din cauza mantalei, nu a cuprului: un conductor de 6 mmp conduce la fel, indiferent ce scrie pe el. Diferența dintre cablul solar și cel de instalații stă în tot ce e în jurul cuprului și în ce se întâmplă în timp.

Cablul marcat H1Z2Z2-K, conform EN 50618, are izolație și manta din material reticulat fără halogeni, formulat pentru radiație ultravioletă și intemperii, cu conductorul la maximum 90 de grade în regim normal și 120 de grade pentru o durată limitată, cumulat pe viața lui. Mantaua de PVC a unui cablu de interior se întărește și crapă sub soare direct în câțiva ani, iar prin fisuri intră apa. Lițele sunt și cositorite, ceea ce încetinește oxidarea exact în zona conectorilor.

O capcană separată e aluminiul cuprat (CCA, aluminiu acoperit cu un strat subțire de cupru), vândut ca variantă ieftină. Are rezistivitatea cu circa 60% mai mare, deci un cablu marcat 6 mmp se comportă ca unul de 4 mmp, obosește mecanic în papuci și nu îndeplinește cerințele din EN 50618. Se recunoaște după greutatea vizibil mai mică și după culoarea albă a miezului, dacă zgârii o liță.

Cablurile solare gata confecționate, cu conectori montați din fabrică, sunt în cabluri electrice și conductori, iar panourile, regulatoarele și invertoarele pe care le leagă, în energie solară. Pe trasee îngropate, cablul intră în tub de protecție, la adâncimea cerută de normativ, cu bandă avertizoare deasupra.

Rezistența pe care formula nu o vede: conectorii

Conectorii adaugă o rezistență pe care formula nu o vede, iar un contact prost sertizat se poate încălzi până la topire. Între panou și regulator ai câteva perechi de conectori de tip MC4, iar fiecare contact adaugă rezistență proprie.

Un conector corect sertizat are o rezistență de contact de ordinul zecimilor de miliohm, neglijabilă. Unul strivit cu patentul, cu contact doar pe o parte din lițe, ajunge ușor la 10 miliohmi: la 15 A înseamnă 2,25 W disipați într-un volum de câțiva milimetri cubi, într-o carcasă de plastic, pe acoperiș. Rezistența crește pe măsură ce contactul se oxidează și se încălzește, iar procesul se autoîntreține până la topire sau arc electric.

De aici trei reguli: sertizezi cu clește cu clichet, nu cu patentul; nu combini mărci de conectori, fiindcă toleranțele pinilor diferă și suprafața reală de contact scade; și nu deconectezi niciodată un conector aflat sub sarcină, fiindcă fără trecerea prin zero arcul se menține și după separarea contactelor.

Greșeli care se plătesc

• Ai calculat pe lungimea simplă. Rezultatul e jumătate din secțiunea necesară și dublul pierderii pe care o aștepți.

• Ai dimensionat după curentul maxim admisibil. Cablul nu se încinge, dar pierzi permanent din producție: la un sistem care scoate circa 1.300 kWh pe an, 3% înseamnă în jur de 40 kWh aruncați în cablu.

• Ai folosit rezistivitatea de la 20 de grade pentru un cablu de pe acoperiș, sau ai neglijat traseul regulator spre baterie fiindcă are doi metri. În primul caz calculul iese cu circa 20% optimist, în al doilea strici tocmai traseul cu bugetul cel mai strâns.

• Siguranță mai mare decât capacitatea cablului, sau una marcată 32 V pe un sistem de 48 V. În primul caz se topește cablul, în al doilea arcul nu se stinge, deși amperajul e corect.

• Papuci răsuciți sau strânși cu patentul pe cabluri groase. La 100 A, câțiva miliohmi de contact înseamnă zeci de wați într-o bornă.

• Cablu de aluminiu cuprat, luat fiindcă era mai ieftin la metru. Se comportă ca o secțiune mai mică și se rupe la vibrații, motiv pentru care în instalațiile electrice de rulotă se folosesc exclusiv conductoare flexibile de cupru.

Checklist înainte de comandă

1. Curentul real de lucru, calculat la tensiunea minimă a bateriei și cu randamentul invertorului, nu puterea împărțită la tensiunea nominală.

2. Lungimea traseului, măsurată pe drumul pe care va merge cablul, cu coturi și rezerve, nu în linie dreaptă.

3. Bugetul de cădere pentru acel traseu: 3% de la panouri, 2% spre invertor, 1% spre baterie.

4. Secțiunea din calcul, rotunjită în sus la valoarea standard următoare, apoi verificată contra curentului maxim admisibil cu corecția de temperatură.

5. Marcajul cablului: H1Z2Z2-K pentru trasee exterioare, cupru cositorit, tensiune nominală suficientă pentru șirul tău.

6. Siguranța și suportul ei: amperaj între curentul de lucru și capacitatea cablului, tensiune nominală de curent continuu peste tensiunea sistemului, montată lângă borna plus. Papucii și conectorii se aleg după dimensiunea bornelor, cu cleștele potrivit.

Pe scurt

• În curent continuu la tensiune joasă, secțiunea o dictează căderea de tensiune, nu curentul admisibil: un cablu subdimensionat pierde energie permanent, iar focul vine din siguranța prea mare și din contactele proaste, nu din secțiune.

• Formula e 2 x Lungime x Curent x 0,021 / Cădere admisă (V), cu lungimea într-un singur sens, fiindcă cifra 2 acoperă deja drumul de întoarcere.

• Bugete uzuale: sub 3% de la panouri, circa 2% de la baterie la invertor, circa 1% de la regulator la baterie, unde o cădere mare lasă bateria cronic neîncărcată.

• Aceeași putere la 48 V cere de 16 ori mai puțin cupru decât la 12 V, pentru că secțiunea necesară scade cu pătratul tensiunii.

• Un șir legat în serie rezolvă problema pe partea de panouri: 4 sau 6 mmp acoperă zeci de metri, în timp ce la 12 V același cablu abia duce 10 A pe 5 metri.

• Siguranța se alege ca să protejeze cablul, cu tensiune nominală de curent continuu potrivită sistemului, și se montează lângă borna plus.