বাংলাদেশে বাণিজ্যিক সোলার ডিসি ক্যাবল সাইজিং: ভোল্টেজ ড্রপ, অ্যাম্পাসিটি ও হিসাবের উদাহরণ

সরাসরি উত্তর: বাংলাদেশের একটি বাণিজ্যিক রুফটপ সোলার প্ল্যান্টের জন্য ডিসি ক্যাবল দুটি পরীক্ষায় সাইজ করতে হবে, আর বড় ফলাফলটিই নিতে হবে: তাপমাত্রা ও গ্রুপিং ডেরেটিংয়ের পর অ্যাম্পাসিটি, এবং স্ট্রিং সার্কিটে ১% এর নিচে ও অ্যারে থেকে ইনভার্টার পর্যন্ত পুরো ডিসি রানে ২% এর নিচে ভোল্টেজ ড্রপ। বেশিরভাগ বাণিজ্যিক স্ট্রিংয়ে ৬ বর্গমিলিমিটার তামার পিভি ক্যাবল ব্যবহার হয়, আর লম্বা রান, বেশি কারেন্টের মডিউল বা কম্বাইনার থেকে ইনভার্টার ফিডারের জন্য ১০ বর্গমিলিমিটার বা তার বেশি লাগে। ছোট ডিসি ক্যাবল সামান্য অদক্ষতা নয় — এটি ২৫ বছর ধরে প্রতিটি রোদেলা দিনে শক্তি নষ্ট করে, আর সবচেয়ে খারাপ ক্ষেত্রে অতিরিক্ত গরম হয়।

কেন ডিসি ক্যাবল সাইজিংয়ের জন্য আলাদা ডিজাইন ধাপ দরকার

বাণিজ্যিক টেন্ডারে প্যানেল ও ইনভার্টারই মনোযোগ পায়, কিন্তু ডিসি ক্যাবলই অ্যারে যত ওয়াট উৎপাদন করে তার সবটুকু বহন করে। খুব ছোট ক্যাবল একসঙ্গে দুই ধরনের ক্ষতি করে। প্রথমত, রেজিস্ট্যান্স বিদ্যুৎকে তাপে পরিণত করে, তাই রান বরাবর ভোল্টেজ কমে যায় এবং ইনভার্টার অ্যারের উৎপাদনের চেয়ে কম শক্তি পায়। দ্বিতীয়ত, ডেরেট করা রেটিংয়ের চেয়ে বেশি কারেন্ট বহন করা ক্যাবল গরম হয়, ইনসুলেশন দ্রুত পুরোনো হয় এবং অগ্নিঝুঁকি তৈরি হয়। দুটি সমস্যাই কমিশনিংয়ের দিনের স্ন্যাপশটে অদৃশ্য থাকে, আর ধরা পড়ে মাসিক উৎপাদন ঘাটতিতে বা, আরও খারাপ, বছর কয়েক পর কোনো তাপীয় ঘটনায়।

বাংলাদেশে দুটি পরীক্ষাই নাতিশীতোষ্ণ জলবায়ুর ডেটাশিটের চেয়ে কঠিন। ছাদের বাতাসের তাপমাত্রা নিয়মিত ৩৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস ছাড়ায়, কালো ছাদ ও রোদে থাকা কন্ডুইট আরও গরম হয়, আর লম্বা কারখানার ছাদে ইনভার্টার রুম অ্যারে থেকে অনেক দূরে হয়। ইউরোপীয় আবাসিক উদাহরণ থেকে নকল করা ক্যাবল সাইজ এখানে সাধারণত ভুল হবে।

পরীক্ষা ১: অ্যাম্পাসিটি — ক্যাবল নিরাপদে কত কারেন্ট বহন করতে পারে

অ্যাম্পাসিটি হলো সেই সর্বোচ্চ কারেন্ট যা একটি ক্যাবল তার ইনসুলেশনের তাপমাত্রা সীমা না ছাড়িয়ে একটানা বহন করতে পারে। সোলার ডিজাইন কারেন্ট শুরু হয় মডিউলের ডেটাশিটের শর্ট-সার্কিট কারেন্ট (Isc) থেকে, অপারেটিং কারেন্ট (Imp) থেকে নয়। পিভি ডিজাইনে বহুল ব্যবহৃত NEC 690.8 পদ্ধতিতে ডিজাইন কারেন্ট হলো ১.২৫ × ১.২৫ × Isc = ১.৫৬ × Isc: একটি গুণক একটানা চলার জন্য, আরেকটি পরিষ্কার দিনে স্ট্যান্ডার্ড টেস্ট অবস্থার চেয়ে বেশি সূর্যালোকের জন্য।

এই ডিজাইন কারেন্টকে এরপর ডেরেটিংয়ে টিকতে হবে। অ্যাম্পাসিটি টেবিল ধরে নেয় ৩০ ডিগ্রি সেলসিয়াস পরিবেশ ও মুক্ত বাতাসে একক ক্যাবল — বাংলাদেশি ছাদে কোনোটিই সত্য নয়। ৯০ ডিগ্রি সেলসিয়াস রেটেড পিভি ক্যাবলের জন্য NEC তাপমাত্রা সংশোধন গুণক ৩৬–৪০ ডিগ্রিতে ০.৯১ এবং ৪১–৪৫ ডিগ্রিতে ০.৮৭-এ নেমে আসে, আর সরাসরি রোদে থাকা কন্ডুইট টেবিল প্রয়োগের আগেই কার্যকর তাপমাত্রায় আরও ১৫–৩০ ডিগ্রি যোগ করতে পারে। একটি কন্ডুইট বা ট্রেতে একসঙ্গে কয়েকটি লোডযুক্ত কন্ডাক্টর থাকলে ক্ষমতা আরও কমে — একটি কন্ডুইটে চারটি কারেন্ট-বহনকারী কন্ডাক্টরের জন্য ০.৮০ গুণক সাধারণ। গুণকগুলো গুণ করলে: ৪৫ ডিগ্রিতে চারটি কন্ডাক্টরসহ কন্ডুইটে ০.৮৭ × ০.৮০ = ০.৬৯৬, অর্থাৎ ক্যাটালগে ৪০ অ্যাম্পিয়ার রেটেড ক্যাবল ওই ইনস্টলেশনে মাত্র প্রায় ২৮ অ্যাম্পিয়ারের জন্য ভালো। ক্রেতার জন্য ব্যবহারিক শিক্ষা সহজ: ডিজাইনারকে ক্যাটালগ সংখ্যা নয়, ডেরেট করা অ্যাম্পাসিটি দেখাতে বলুন, এবং বাইরের যেকোনো রানের জন্য ৯০ ডিগ্রি সেলসিয়াস রেটেড, ইউভি-প্রতিরোধী পিভি ক্যাবল (EN 50618 H1Z2Z2-K বা IEC 62930) দাবি করুন। গরম ছাদে কম রেটিংয়ের ইনসুলেশনের কোনো নিরাপদ মার্জিন থাকে না।

পরীক্ষা ২: ভোল্টেজ ড্রপ — ক্যাবল নিজে কত শক্তি খেয়ে ফেলে

দুই-কন্ডাক্টর ডিসি সার্কিটের ভোল্টেজ ড্রপের সূত্র হলো Vdrop = ২ × L × I × R / ১০০০, যেখানে L হলো একমুখী দৈর্ঘ্য (মিটার), I হলো অপারেটিং কারেন্ট (অ্যাম্পিয়ার), আর R হলো প্রতি কিলোমিটারে কন্ডাক্টর রেজিস্ট্যান্স (ওহম)। ২ গুণকটি যাওয়া-আসার পথের হিসাব। NEC আর্টিকেল ৬৯০ নির্দেশনা ও ইনস্টলার গাইডে প্রতিফলিত শিল্প উত্তম চর্চা হলো প্রতিটি ডিসি অংশে ২% এর নিচে এবং পুরো ডিসি সার্কিটে ৩% এর নিচে ভোল্টেজ ড্রপ রাখা; অনেক বাণিজ্যিক ডিজাইনার এটিকে আরও কঠোর করে স্ট্রিং সার্কিটে ১% ও প্রধান ডিসি ফিডারে ১% করেন, যাতে মোট প্রায় ২% থাকে।

একটি হিসাবের উদাহরণ দেখায় কেন দৈর্ঘ্য বেশিরভাগ ক্রেতার ধারণার চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ। ধরা যাক ২০টি মডিউলের একটি স্ট্রিং, অপারেটিং ভোল্টেজ প্রায় ৮০০ ভোল্ট, অপারেটিং কারেন্ট ১৪ অ্যাম্পিয়ার, আর ইনভার্টার ৬০ মিটার দূরে। ৬ বর্গমিলিমিটার তামার ক্যাবলে (প্রায় ৩.০৮ ওহম/কিমি) ড্রপ হয় ২ × ৬০ × ১৪ × ৩.০৮ / ১০০০ = ৫.২ ভোল্ট, অর্থাৎ ০.৬৫% — আরামে ঠিক আছে। একই রান ১২০ মিটার হলে আর পাতলা ৪ বর্গমিলিমিটার ক্যাবল (প্রায় ৪.৬১ ওহম/কিমি) ব্যবহার করলে ড্রপ দাঁড়ায় ২ × ১২০ × ১৪ × ৪.৬১ / ১০০০ = ১৫.৫ ভোল্ট, অর্থাৎ শুধু স্ট্রিংয়েই ১.৯৪%, ফিডার ক্ষতি যোগ হওয়ার আগেই। বছরে কয়েক শ মেগাওয়াট-ঘণ্টা উৎপাদন করা প্ল্যান্টে টানা ২% ডিসি ক্ষতি একটি বড়, সম্পূর্ণ এড়ানো যায় এমন রাজস্ব ক্ষতি। আরও মনে রাখবেন, তাপমাত্রার সঙ্গে রেজিস্ট্যান্স বাড়ে, তাই ভোল্টেজ ড্রপের হিসাবে শুধু ২০ ডিগ্রির ক্যাটালগ মান নয়, প্রত্যাশিত অপারেটিং তাপমাত্রায় সংশোধিত রেজিস্ট্যান্স ব্যবহার করতে হবে।

তামা বনাম অ্যালুমিনিয়াম, আর কোনটি কোথায় মানায়

বাণিজ্যিক স্ট্রিংয়ে প্রায় সবসময় তামার পিভি ক্যাবল ব্যবহার হয়: এর রেজিস্টিভিটি কম, MC4-ধরনের কানেক্টরে নির্ভরযোগ্যভাবে টার্মিনেট করা যায়, এবং স্ট্রিংয়ের প্রয়োজনীয় ৪–১০ বর্গমিলিমিটার সাইজে পাওয়া যায়। অ্যালুমিনিয়াম বড় প্রধান ডিসি বা এসি ফিডারে আসে, যেখানে প্রতি অ্যাম্পিয়ারে কম দাম বড় ক্রস-সেকশনকে যৌক্তিক করে — একই রেজিস্ট্যান্সের জন্য প্রায় এক থেকে দুই সাইজ বড় — এবং যেখানে সঠিক বাই-মেটালিক লাগ ও টর্ক শৃঙ্খলায় টার্মিনেশন করা হয়। ছোট স্ট্রিং সাইজে অ্যালুমিনিয়াম ভুল সাশ্রয়: সাশ্রয় সামান্য, আর টার্মিনেশন ঝুঁকি আসল। ধাতু যেটাই হোক, প্রতিটি ডিসি সংযোগ সঠিক টুল ও ডাই দিয়ে ক্রিম্প করতে হবে; খারাপ ক্রিম্পের রেজিস্ট্যান্স কয়েক মিটার ক্যাবলের চেয়ে বেশি হয় এবং থার্মোগ্রাফিক সার্ভেতে পাওয়া হট স্পটের একটি সাধারণ কারণ।

রাউটিং নিয়ম যা হিসাবকে রক্ষা করে

কাগজে সঠিক সাইজও ব্যর্থ হতে পারে যদি রুট অসতর্ক হয়। ছাদে যতটা সম্ভব ডিসি রান ছোট ও সরাসরি রাখুন, আর ডিজাইন অনুমতি দিলে স্ট্রিং ইনভার্টারগুলো তাদের অ্যারের কাছাকাছি বসান — বাঁচানো প্রতি ১০ মিটার মানেই বাঁচানো ক্ষতি। ডিসি ও এসি রুট আলাদা রাখুন, ক্যাবল এমনভাবে সাপোর্ট করুন যাতে ধারালো ধাতব কিনারা বা জমে থাকা পানিতে না লাগে, আর তাপীয় প্রসারণ ও ভবিষ্যতে মডিউল বদলের জন্য স্ল্যাক রাখুন। প্রতিটি স্ট্রিংয়ের দুই প্রান্ত লেবেল করুন: কয়েক মাস পর ত্রুটি দেখা দিলে মনিটরিং ডেটা দিয়ে শুধু তখনই নির্দিষ্ট স্ট্রিং শনাক্ত করা যাবে যখন স্ট্রিংগুলো চেনা যায়, আর প্রতিটি স্ট্রিংয়ের ক্যাবল সাইজ ও দৈর্ঘ্যসহ একটি স্ট্রিং ডিজাইন রেকর্ড সেই ত্রুটি খোঁজাকে দ্রুত করে, ফরেনসিক নয়।

টেন্ডার বা ইপিসি প্রস্তাবে যা যা দাবি করবেন

একটি বিশ্বাসযোগ্য বাণিজ্যিক প্রস্তাবে প্রতিটি স্ট্রিং গ্রুপ ও ফিডারের জন্য থাকা উচিত: ১.৫৬ × Isc ভিত্তিসহ ডিজাইন কারেন্ট, তাপমাত্রা ও গ্রুপিংয়ের জন্য প্রয়োগ করা ডেরেটিং গুণক, শতাংশে হিসাব করা ভোল্টেজ ড্রপ, ক্যাবলের ধরন ও স্ট্যান্ডার্ড (EN 50618 বা IEC 62930), এবং রাউটিং। এর কোনো একটি লাইন অনুপস্থিত থাকলে ক্যাবল সাইজটি ডিজাইন নয়, দাবি মাত্র। ইনস্টলেশনের পর একটি পরীক্ষাও চান: ইনসুলেশন রেজিস্ট্যান্স টেস্ট, প্রতি স্ট্রিংয়ের পোলারিটি ও ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ পরীক্ষা, এবং চালুর প্রথম কয়েক মাসের মধ্যে লোডের অধীনে একটি থার্মোগ্রাফিক স্ক্যান। লোডের দিকের পিক শেভিং কৌশলের সঙ্গে মিলিয়ে সঠিক ডিসি সাইজিং একই শৃঙ্খলার অংশ — পুরো প্ল্যান্টকে যাচাই করা সংখ্যায় ডিজাইন করুন, ক্যাটালগের চটকদার লাইনে নয়।

সাধারণ জিজ্ঞাসা

বাণিজ্যিক সোলার স্ট্রিংয়ের জন্য কত সাইজের ডিসি ক্যাবল দরকার?

বেশিরভাগ বাণিজ্যিক স্ট্রিংয়ে ৬ বর্গমিলিমিটার তামার পিভি ক্যাবল ব্যবহার হয়, আর ৪ বর্গমিলিমিটার শুধু কম কারেন্টের ছোট রানে গ্রহণযোগ্য। লম্বা রান, প্রায় ১৪ অ্যাম্পিয়ারের বেশি কারেন্টের মডিউল বা গ্রুপড কন্ডুইট রানে সাধারণত ১০ বর্গমিলিমিটার লাগে। সঠিক সাইজ আসে এই গাইডের দুটি পরীক্ষা থেকে — ডেরেট করা অ্যাম্পাসিটি ও ভোল্টেজ ড্রপ — কোনো অনুমানের নিয়ম থেকে নয়।

ডিসি দিকে কত ভোল্টেজ ড্রপ গ্রহণযোগ্য?

প্রতিটি ডিসি অংশে ২% এর নিচে এবং পুরো ডিসি সার্কিটে ৩% এর নিচে রাখুন; কঠোর বাণিজ্যিক লক্ষ্য হলো প্রতি অংশে ১% ও মোট প্রায় ২%। বড় বাণিজ্যিক প্ল্যান্টে টানা ২% ক্ষতি ২৫ বছরে পরের সাইজের ক্যাবলের এককালীন খরচের চেয়ে অনেক বেশি দাঁড়ায়।

বাংলাদেশি ছাদে ডেটাশিটের চেয়ে বড় ক্যাবল কেন দরকার?

কারণ ডেরেটিং দুইবার আঘাত করে: ৩০ ডিগ্রির বেশি পরিবেশ তাপমাত্রা অ্যাম্পাসিটি কমায়, আর রোদে থাকা কন্ডুইট সংশোধন টেবিল প্রয়োগের আগেই আরও তাপমাত্রা যোগ করে। ক্যাটালগে ৪০ অ্যাম্পিয়ার রেটেড ক্যাবল গরম, গ্রুপড ছাদের রানে মাত্র প্রায় ২৮ অ্যাম্পিয়ারের জন্য নিরাপদ হতে পারে — তাই ডিজাইনে ডেরেট করা সংখ্যাই ব্যবহার করতে হবে।

সোলার ডিসি রানে অ্যালুমিনিয়াম ক্যাবল কি গ্রহণযোগ্য?

বড় ফিডারে অ্যালুমিনিয়াম গ্রহণযোগ্য, যেখানে কম দাম বড় ক্রস-সেকশন ও সঠিক বাই-মেটালিক টার্মিনেশনকে যৌক্তিক করে, কিন্তু স্ট্রিং সার্কিটে তামাই সঠিক পছন্দ। ছোট সাইজে সাশ্রয় নগণ্য, আর টার্মিনেশন মানই প্রধান ঝুঁকি হয়ে দাঁড়ায়।