Efficiëntie van zonnepanelen en solarinstallaties – deel 3 (invloed van kabelverliezen)

Definitie: Een spanningsverlies dat veroorzaakt wordt door de weerstand van de kabel tijdens transport van elektrische stroom. De weerstand van deze kabel en de hoeveelheid stroom zullen ervoor zorgen dat de kabel zich als verbruiker gedraagt.

Kabelverliezen
Een kabel geeft een bepaalde weerstand naargelang zijn dikte, zijn lengte, en het materiaal waarvan het gemaakt is. Men kan een kabelverlies vergelijken met een groot bedrijf, waarbij de hoeveelheid stroom het aantal werkers zijn, het materiaal van de kabel de kwaliteit van de machines, de dikte van de kabel de grootte van de werkvloer voorstelt en de lengte met de afstand die elke werknemer moet afleggen om zijn werk te kunnen uitvoeren. Als je een groot aantal werknemers laat werken in een bepaalde werkruimte, dan zal het werk minder efficiënt verlopen naargelang er meer werknemers werken, aangezien de werkernemers niet genoeg plaats hebben om hun werk uit te voeren. Bij een kabel is dit ongeveer hetzelfde. Een kleine kabel waar veel stroom door gaat, zal een grotere weerstand bieden. Hierdoor wordt de kabel warm, er is immers een weerstand. Bij een grote stroom door een dunne kabel zal deze kabel gevaarlijk warm worden. Zo kan het smeltpunt van dat materiaal bereikt worden waarmee de kabel doorbrandt. Veel branden worden veroorzaakt door kabels die doorbranden.

In elke stroomkring zitten een aantal verbruikers zoals een lamp of elk ander apparaat dat op elektriciteit loopt. Deze verbruikers hebben een bepaalde weerstand. Maar ook de kabel waarmee ze zijn aangesloten hebben een bepaalde weerstand. Afhankelijk van zaken als lengte, aard van de kabel, dikte van de kabel en de stroomsterkte ontstaat er een bepaald verlies. Dit resulteert in een verlies in spanning, de zogenaamde spanningsval.

Dit valt makkelijk te berekenen volgens de wet van Ohm (U = I*R).kabels
Een draad heeft omdat het een verbruiker is (omzetting warmte) een weerstand bijvoorbeeld 2 Ohm. Over een elektriciteitsleiding loopt ook een bepaalde stroom, bijvoorbeeld 5 Ampère. In dit voorbeeld is het spanningsverlies (U) = 2 * 5 = 10 Volt.

De weerstand van een draad is weer te berekenen via de wet van Pouillet. Deze werkt met volgende formule: R = l*ρ/A ρ Is hierbij de soortelijke weerstand van een materiaal.

Voor koper, wat vaak gebruikt wordt in bekabeling, is die soortelijke weerstand 1,67·10-8 Ohmmeter. Aluminium wordt ook vaak gebruikt als geleider, omdat het goedkoper is dan koper en minder weegt, hiervan is de soortelijke weerstand iets hoger 2,65·10-8 Ohmmeter.

Stel dat we een systeem hebben waarbij over 20 meter kabel met een doorsnede va 1,5mm², 16 Ampère aan stroom loopt.

De berekening is als volgt:
R = 40m * 1,67·10-8 Ohmmeter / 1,5m² * 106 = 0,45 Ohm
(We gebruiken 40m in plaats van 20m omdat de stroom heen en terug loopt, de afstand verdubbelt dus).

De spanningsval in dit voorbeeld is dan:
0,45 Ohm * 16A = 7,13 Volt
stroombelast
We hebben redelijk realistische waarden genomen in dit voorbeeld. Een kabel van 1,5mm² is de standaard dikte voor een kabel in typische verlengkabels of stekkerdozen. 16 Ampère is ook de maximale hoeveelheid stroom vaarvoor zo’n kabel gecertificeerd is en wat er normaal een wandcontactdoos of een stopcontact mag leveren. Verder is 20 meter een courante afstand. De spanningsval van 7,13 Volt is zeer aanzienlijk, dit zal ook al grote warmteontwikkeling in de kabel met zich meebrengen. Gelukkig zijn er in een huiselijke omgeving weinig apparaten die zoveel consumeren. Enkel de grotere toestellen als wasmachines, wasdrogers, vaatwassers en andere apparaten met een verwarmingsfunctie komen in aanmerking voor een dergelijk verbruik. Het is dus niet aangewezen deze met een verlengkabel aan te sluiten.

Nu hebben we enkel nog de spanningsval berekend en vermeld dat de kabel wel degelijk warm wordt. De vraag is nu wat is het actueel verbruik van die kabel. Dat gaat mits volgende formule: I²*R, hiermee kan het warmteverlies berekend worden.

In het voorgaande voorbeeld wordt dit:
16²A * 0,45 Ohm = 115,2 Watt

Dit voorbeeld toont aan dat op een normale huiselijke kabel een enorm verlies kan zitten 115,2 Watt wordt in warmte omgezet. Vermits een normaal stopcontact 230V levert en maximaal 16 Ampère.

Zodoende is het maximale wattage 3680 Watt. Als men dit over een kabel van 20 meter laat lopen verliest men 7,13 Volt en 115,2 Watt, een goede (115,2/3680) 3% van het vermogen raakt dus verloren, daarbovenop is de voltage waarop het apparaat werkt lager.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *