Kebangkitan teknologi fotovoltaik (PV) bifasial telah merevolusi industri tenaga surya, menawarkan peningkatan hasil energi hingga 30% dengan menangkap cahaya pantulan di sisi belakang modul. Namun, energi “bonus” ini hadir dengan tantangan rekayasa yang penting: perolehan arus. Bagi para insinyur listrik dan perancang sistem, sifat variabel dari iradiasi sisi belakang berarti bahwa aturan ukuran proteksi arus lebih standar seringkali tidak memadai.
Jika Anda menentukan ukuran sekering hanya berdasarkan peringkat Kondisi Uji Standar (STC) sisi depan, Anda berisiko terjadinya gangguan yang tidak diinginkan, kelelahan peralatan, dan potensi bahaya kebakaran selama peristiwa albedo puncak. Sebagai produsen peralatan proteksi listrik terkemuka, VIOX Electric memahami bahwa menentukan ukuran sekering yang tepat untuk susunan bifasial memerlukan pemahaman yang mendalam tentang National Electrical Code (NEC) dan fisika iradiasi pantulan.
Fisika Perolehan Arus Bifasial
Tidak seperti modul monofasial tradisional, panel bifasial memiliki lembaran belakang transparan atau desain kaca ganda yang memungkinkan cahaya mencapai sel surya dari belakang. Sisi belakang berkontribusi pada total output daya, tetapi yang lebih penting untuk proteksi sirkuit, ia berkontribusi langsung pada Arus Hubung Singkat (I_{sc}).
Jumlah arus tambahan yang dihasilkan sangat bergantung pada albedo (reflektivitas) permukaan di bawah panel dan ketinggian pemasangan. Panel di atas atap komersial putih (albedo tinggi) akan menghasilkan arus yang jauh lebih besar daripada panel di atas aspal atau rumput.
Koefisien Bifasialitas dan Faktor Perolehan
Untuk menentukan ukuran proteksi dengan benar, kita harus mengukur perolehan ini.
- Koefisien Bifasialitas: Rasio efisiensi sisi belakang terhadap efisiensi sisi depan (biasanya 70-80% untuk sel PERC atau TOPCon modern).
- Faktor Perolehan Bifasial (BGF): Persentase aktual peningkatan arus selama operasi. Sementara produsen dapat mencantumkan perolehan “referensi”, BGF dunia nyata biasanya berkisar dari 10% hingga 15%, dengan lonjakan hingga 25-30% dalam kondisi yang dioptimalkan (misalnya, salju atau membran putih).
Insinyur tidak dapat begitu saja mengabaikan arus tambahan ini. Sekering harus mampu menangani Total I_{sc} Gabungan tanpa memburuk, sambil tetap melindungi kabel dan modul dari gangguan.
NEC 690.8 dan Aturan 1.56: Diadaptasi untuk Bifasial
National Electrical Code (NEC) menyediakan kerangka kerja untuk menentukan ukuran sirkuit PV, tetapi modul bifasial menambahkan lapisan kompleksitas pada Pasal 690.8.
Ukuran standar mengikuti “Aturan 1.56”:
I_{fuse} \ge I_{sc} \times 1.25 \text{ (Faktor Iradiasi)} \times 1.25 \text{ (Faktor Tugas Berkelanjutan)}
Untuk panduan terperinci tentang ukuran standar, lihat Panduan Ukuran Pemutus Sekering PV (Aturan NEC 1.56).
Namun, untuk modul bifasial, I_{sc} bukanlah angka statis. NEC 690.8(A)(2) memungkinkan perhitungan berdasarkan “rata-rata arus 3 jam tertinggi,” tetapi praktik rekayasa yang lebih umum dan lebih aman adalah menyesuaikan I_{sc} dasar sebelum menerapkan faktor keselamatan.
Formula yang Disesuaikan
Untuk memastikan kepatuhan dan keselamatan, gunakan I_{sc} yang disesuaikan:
I_{sc, disesuaikan} = I_{sc, depan} \times (1 + \text{Perolehan Bifasial})
Kemudian terapkan faktor proteksi standar:
\text{Peringkat Sekering Minimum} = I_{sc, disesuaikan} \times 1.56
Tabel 1: Perbandingan Perhitungan Arus Bifasial vs. Monofasial
| Parameter | Modul Monofasial | Modul Bifasial (Perolehan 15%) |
|---|---|---|
| Peringkat I_{sc} (Depan) | 13.0 A | 13.0 A |
| Perolehan Sisi Belakang | 0 A | +1.95 A (13.0 × 0.15) |
| I_{sc} Efektif | 13.0 A | 14.95 A |
| Pengali NEC | 1.56 | 1.56 |
| Sekering Min. Terhitung | 20.28 A | 23.32 A |
| Ukuran Sekering Standar | 20A atau 25A | 25A atau 30A |
Perhatikan bagaimana perolehan bifasial mendorong persyaratan ke ukuran sekering standar berikutnya.
IEC 60269-6 dan Persyaratan Sekering gPV
Sementara perhitungan ukuran sangat penting, jenis jenis sekering yang dipilih sama pentingnya. Untuk aplikasi fotovoltaik, Anda harus menggunakan sekering dengan gPV karakteristik sesuai dengan Standar IEC 60269-6.
Tidak seperti sekering AC standar atau sekering DC tujuan umum, sekering gPV dirancang untuk menginterupsi arus lebih rendah (biasanya 1,35x hingga 2x arus terukur) yang umum dalam string PV selama peristiwa naungan atau ketidaksesuaian.
Mengapa gPV Penting untuk Bifasial
Modul bifasial dapat mempertahankan arus sedikit di atas peringkatnya untuk waktu yang lama selama hari-hari albedo tinggi. Sekering non-gPV mungkin mengalami kelelahan di bawah beban termal kontinu ini, yang menyebabkan kegagalan prematur. Selain itu, tegangan DC tinggi (1000V atau 1500V) memerlukan kemampuan pemadaman busur api khusus yang ditemukan dalam sekering gPV keramik.
Untuk perbandingan yang lebih mendalam tentang bahan sekering, baca artikel kami tentang Panduan Keamanan Sekering Kaca vs. Sekering Keramik.
Metodologi Perhitungan Komprehensif
Untuk menentukan ukuran sekering untuk sistem bifasial, ikuti proses rekayasa langkah demi langkah ini.
Langkah 1: Tentukan Referensi $I_{sc}$
Konsultasikan datasheet modul. Cari “Irradiasi Nameplate Bifacial” atau tabel data spesifik yang menunjukkan $I_{sc}$ pada tingkat gain yang berbeda (misalnya, 10%, 20%, 30%). Jika data ini tidak tersedia, seorang insinyur yang konservatif biasanya mengasumsikan gain 20-25% untuk perhitungan guna memastikan keamanan, kecuali pemodelan albedo khusus lokasi membuktikan sebaliknya.
Langkah 2: Terapkan Faktor NEC 690.8
Hitung rating minimum Perangkat Proteksi Arus Lebih (OCPD).
$$I_{OCPD} = I_{sc, bifacial} \times 1.25 \times 1.25$$
Langkah 3: Periksa Rating Sekering Seri Maksimum Modul
Sangat penting, sekering yang dipilih tidak boleh melebihi “Rating Sekering Seri Maksimum” yang tercantum pada datasheet modul. Ini menciptakan jendela desain:
- Batas Bawah: Ukuran OCPD minimum yang dihitung (untuk mencegah tripping yang tidak diinginkan).
- Batas Atas: Rating Sekering Seri Maksimum Modul (untuk melindungi modul).
Jika nilai yang dihitung melebihi rating maksimum modul, Anda tidak dapat begitu saja meningkatkan ukuran sekering. Anda mungkin perlu meningkatkan jumlah string (mengurangi koneksi paralel) atau berkonsultasi dengan produsen modul untuk sertifikasi terbaru.
Untuk sistem yang menggabungkan beberapa string, pastikan Anda memahami persyaratan untuk koneksi paralel yang diuraikan dalam panduan kami: Persyaratan Sekering PV Solar: NEC 690.9 String Paralel.
Tabel 2: Contoh Ukuran Sekering untuk Rating Modul Bifacial yang Berbeda
| Modul Depan $I_{sc}$ | Gain Bifacial yang Digunakan | $I_{sc}$ yang Disesuaikan | Perhitungan Sekering Minimum ($I \times 1.56$) | Ukuran Sekering Standar Berikutnya |
|---|---|---|---|---|
| 10 Sebuah | 10% | 11.0 A | 17.16 A | 20 A |
| 15 A | 15% | 17.25 A | 26.91 A | 30 A |
| 18 A | 20% | 21.6 A | 33.70 A | 35 A atau 40 A |
| 20 A | 25% | 25.0 A | 39.00 A | 40 A |
Derating Suhu: Pembunuh Sekering yang Senyap
Sekering adalah perangkat termal; mereka beroperasi dengan meleleh ketika terlalu panas. Akibatnya, suhu lingkungan yang tinggi memengaruhi kemampuan membawa arus mereka. Instalasi surya di atap sering mengalami suhu melebihi 60°C atau 70°C.
Untuk modul bifacial, arus ekstra menghasilkan panas ekstra di dalam tautan sekering ($P = I^2R$). Jika Anda memasang sekering dengan rating 25A di kotak penggabung yang mencapai 60°C, sekering tersebut mungkin secara efektif diturunkan menjadi 20A atau kurang.
Saat menentukan ukuran untuk sistem bifacial, terapkan faktor derating suhu ($K_t$) dari datasheet produsen sekering:
$$I_{fuse, final} = \frac{\text{Arus Min yang Dihitung}}{K_t}$$
Kegagalan untuk memperhitungkan suhu adalah penyebab utama kelelahan sekering di iklim panas. Pelajari lebih lanjut tentang melindungi perkabelan dan sekering di lingkungan yang keras dalam Panduan Ukuran Sekering Kabel Surya Pemasangan di Tanah.
Pertimbangan Desain Dunia Nyata
Tabel 3: Faktor Gain Bifacial Berdasarkan Jenis Instalasi dan Albedo
| Material Permukaan | Albedo (%) | Gain Arus Tipikal | Margin Keamanan yang Direkomendasikan |
|---|---|---|---|
| Rumput / Tanah | 15-20% | 5-7% | Rendah |
| Beton / Pasir | 20-30% | 7-10% | Sedang |
| Atap Membran Putih | 60-80% | 15-20% | Tinggi |
| Salju | 80-90% | 20-30%+ | Sangat Tinggi |
Pemilihan Kotak Penggabung
Arus ekstra dari modul bifacial juga memengaruhi busbar dan manajemen termal kotak penggabung. Saat memilih kotak penggabung, pastikan rating enclosure dan busbar internal berukuran untuk bifacial total arus, bukan hanya rating sisi depan. Untuk perencanaan ekspansi, lihat Panduan Ukuran Kotak Penggabung Surya kami.
Arus Lebih vs. Hubung Singkat
Penting untuk membedakan antara proteksi beban lebih dan proteksi hubung singkat. Gain bifacial meningkatkan arus operasi lebih dekat ke ambang batas beban lebih. Menggunakan pemutus atau sekering dengan pengaturan trip yang dapat disesuaikan terkadang dapat menawarkan lebih banyak fleksibilitas daripada sekering tetap. Untuk perbandingan perangkat proteksi, lihat Proteksi DC PV Dijelaskan: MCB, Sekering, dan SPD.
Kesalahan Umum yang Harus Dihindari
- Mengabaikan Gain Sisi Belakang: Menentukan ukuran hanya berdasarkan label depan adalah kesalahan #1. Selalu tambahkan perkiraan perolehan bifasial.
- Penghitungan Ganda Faktor Keamanan: Beberapa insinyur menerapkan faktor 1,25 dua kali secara tidak perlu. Ikuti formula: $I_{sc, yang disesuaikan} \times 1,56$.
- Melebihi Nilai Arus Maksimum Seri Modul: Memprioritaskan arus tinggi yang dihitung sambil mengabaikan batas keamanan modul dapat membatalkan garansi dan menimbulkan risiko kebakaran.
- Mengabaikan Penurunan Nilai Akibat Suhu: Sekering yang ukurannya sempurna untuk 25°C kemungkinan akan gagal pada 65°C di dalam kotak penggabung di atap.
Tabel 4: Ringkasan Faktor Perkalian NEC
| Faktor | Nilai | Tujuan |
|---|---|---|
| Perolehan Bifasial | Variabel (1,10 – 1,30) | Memperhitungkan iradiasi sisi belakang |
| Iradiasi Tinggi (690.8(A)(1)) | 1.25 | Memperhitungkan intensitas matahari > 1000 W/m² |
| Tugas Berkelanjutan (690.8(B)) | 1.25 | Mencegah pemanasan/kelelahan sekering selama >3 jam |
| Total Pengali Standar | 1.56 | Faktor keamanan gabungan untuk perhitungan |
Bagian FAQ
T: Mengapa panel bifasial membutuhkan ukuran sekering yang berbeda dari panel monofasial?
J: Panel bifasial menghasilkan arus dari kedua sisi. Arus tambahan ini meningkatkan Arus Hubung Singkat ($I_{sc}$) efektif dari rangkaian. Sekering yang ukurannya hanya untuk keluaran sisi depan dapat trip selama jam puncak sinar matahari ketika pantulan tanah tinggi.
T: Bagaimana cara menentukan Faktor Perolehan Bifasial (BGF) yang benar untuk proyek saya?
J: Idealnya, gunakan perangkat lunak simulasi khusus lokasi (seperti PVSyst) yang memperhitungkan albedo, kemiringan, dan ketinggian. Tanpa simulasi, perkiraan konservatif perolehan 15-20% sering direkomendasikan untuk menentukan ukuran peralatan keselamatan, asalkan tetap dalam peringkat maksimum modul.
T: Bagaimana jika ukuran sekering yang dihitung melebihi Nilai Arus Maksimum Seri Modul?
J: Anda tidak dapat memasang sekering yang lebih besar dari peringkat modul. Anda harus mendesain ulang konfigurasi string (misalnya, lebih sedikit string secara paralel) atau memilih modul dengan peringkat sekering seri yang lebih tinggi.
T: Bisakah saya menggunakan sekering AC standar untuk panel surya bifasial?
J: Tidak. Anda harus menggunakan sekering yang diberi peringkat untuk DC (biasanya 1000V atau 1500V) dengan karakteristik gPV. Sekering AC tidak dapat memadamkan busur DC dengan andal dan dapat gagal secara dahsyat.
T: Bagaimana suhu memengaruhi pilihan sekering saya?
J: Sekering adalah perangkat termal. Dalam suhu lingkungan yang tinggi (umum pada tenaga surya), mereka trip pada arus yang lebih rendah. Anda harus membagi arus yang dihitung dengan faktor penurunan nilai suhu pabrikan untuk memilih ampere sekering yang benar.
T: Apakah faktor 1,56 yang disyaratkan oleh NEC 690.8 cukup untuk panel bifasial?
J: Faktor 1,56 berlaku untuk arus modul. Untuk panel bifasial, Anda harus menerapkan faktor ini ke disesuaikan arus (Depan $I_{sc}$ + Perolehan Belakang), bukan hanya $I_{sc}$ sisi depan.
Hal-hal Penting yang Dapat Dipetik
- Perolehan Bifasial adalah Ampere Nyata: Perlakukan perolehan sisi belakang sebagai arus kontinu yang berkontribusi pada panas dan beban, bukan hanya lonjakan sementara.
- Sesuaikan $I_{sc}$ Terlebih Dahulu: Hitung total $I_{sc}$ efektif (Depan + Belakang) sebelum menerapkan faktor keamanan NEC 1,56.
- Perhatikan Celahnya: Pastikan peringkat sekering Anda cukup tinggi untuk mencegah trip yang mengganggu tetapi cukup rendah untuk mematuhi Nilai Arus Maksimum Seri Modul.
- gPV Wajib: Selalu verifikasi bahwa sekering memenuhi standar IEC 60269-6 untuk aplikasi fotovoltaik; jangan pernah mengganti dengan beban standar.
- Albedo Penting: Semakin terang permukaan tanah (misalnya, atap putih, salju), semakin tinggi perolehan arus—tentukan ukuran OCPD Anda sesuai dengan itu.
- Perhatikan Panasnya: Suhu lingkungan dalam kotak penggabung secara signifikan mengurangi kapasitas sekering; terapkan faktor penurunan nilai untuk menghindari kegagalan kelelahan.
