Il dimensionamento dei fusibili e degli interruttori di sezionamento nelle scatole di giunzione FV richiede l'applicazione della regola NEC 156%: moltiplicare la corrente di corto circuito di stringa (Isc) per 1,56, quindi selezionare il valore nominale del fusibile standard successivo. Questo calcolo in due fasi tiene conto del funzionamento in servizio continuo e dei picchi di irraggiamento. Un dimensionamento corretto previene guasti al sistema, garantisce la conformità al codice e protegge dai rischi di incendio negli impianti solari.
Comprensione dei fusibili e degli interruttori di sezionamento FV
Cosa sono i fusibili con classificazione FV?
Fusibili FV—designati come classe gPV secondo IEC 60269-6—sono dispositivi di protezione da sovracorrente specificamente progettati per applicazioni in corrente continua nei sistemi solari. A differenza dei fusibili CA standard, i fusibili gPV possono interrompere in sicurezza le correnti di guasto CC, che sono notoriamente difficili da estinguere a causa dell'assenza di un naturale attraversamento dello zero di corrente. Questi fusibili resistono all'estremo ciclo termico derivante dalle fluttuazioni dell'irraggiamento solare senza guasti prematuri. Sono progettati per interrompere da 1,35 a 1,45 volte la loro corrente nominale entro una o due ore, proteggendo dalle sovracorrenti inverse quando una stringa si alimenta in una stringa parallela guasta.
Cosa sono gli interruttori di sezionamento CC?
Sezionatori CC sono interruttori che isolano l'uscita della scatola di giunzione dalle apparecchiature a valle per la manutenzione e la diseccitazione di emergenza. NEC 690.15 richiede che questi interruttori di sezionamento siano classificati per l'interruzione del carico per le applicazioni su tetto, il che significa che possono aprire in sicurezza i circuiti a piena corrente di carico senza creare pericolosi archi elettrici. Gli interruttori di interruzione del carico includono camere di estinzione dell'arco e contatti classificati per l'elevata energia dell'arco dei circuiti CC. Gli interruttori di sezionamento senza interruzione del carico—semplici isolatori—possono essere azionati solo dopo che il circuito è stato diseccitato e non sono adatti per le uscite delle scatole di giunzione.
Metodologia di dimensionamento dei fusibili passo dopo passo
Passaggio 1: calcolare la corrente di corto circuito della stringa
Inizia con la corrente di corto circuito (Isc) del modulo dalla scheda tecnica. I pannelli moderni ad alta efficienza variano da 9 A a 18,5 A a seconda della classe di potenza. Per le stringhe con moduli in serie, la Isc rimane costante (il collegamento in serie non aggiunge corrente). Ad esempio, un modulo TOPCon da 580 W con Isc = 14,45 A in una stringa da 10 moduli produce ancora 14,45 A in corto circuito.
Passaggio 2: applicare la regola NEC 156%
L'articolo 690 del NEC richiede due moltiplicatori consecutivi 125%:
Primo moltiplicatore (NEC 690.8(A)(1)): Calcola la corrente massima del circuito
- Corrente massima = Isc × 1,25
- Tiene conto dell“”effetto bordo nuvola"—quando la luce solare si riflette sui bordi delle nuvole, l'irraggiamento può superare brevemente i 1.000 W/m², spingendo la corrente al di sopra della Isc nominale.
Secondo moltiplicatore (NEC 690.9(B)): Dimensiona la protezione da sovracorrente per il servizio continuo
- Valore nominale OCPD = Corrente massima × 1,25
- I circuiti FV funzionano alla massima potenza per più di 3 ore al giorno. I dispositivi standard gestiscono solo l'80% della corrente nominale in modo continuo, quindi il fattore 125% (inverso di 80%) previene lo scatto intempestivo.
Calcolo combinato: Isc × 1,25 × 1,25 = Isc × 1,56
Passaggio 3: selezionare il valore nominale del fusibile standard
Arrotonda per eccesso alla successiva dimensione standard del fusibile disponibile: 10 A, 15 A, 20 A, 25 A, 30 A. Il fusibile selezionato non deve superare il valore nominale massimo del fusibile di serie del modulo (specificato nella scheda tecnica, in genere da 20 A a 30 A per la maggior parte dei pannelli).
Esempio: Stringa Isc = 14,45 A
- Valore nominale minimo del fusibile: 14,45 A × 1,56 = 22,54 A
- Fusibile selezionato: 25 A con classificazione gPV
Passaggio 4: dimensionare l'interruttore di sezionamento CC
Somma le correnti massime di tutte le stringhe parallele, quindi applica un fattore di sicurezza 125%:
Valore nominale dell'interruttore di sezionamento = (Numero di stringhe × Isc × 1,25) × 1,25
Per 6 stringhe a 14,45 A ciascuna:
- Corrente totale: 6 × 14,45 A × 1,25 = 108,4 A
- Valore nominale dell'interruttore di sezionamento: 108,4 A × 1,25 = 135,5 A
- Interruttore di sezionamento selezionato: 150 A con classificazione di interruzione del carico
Tabella 1: esempi di dimensionamento dei fusibili per moduli FV comuni
| Potenza del modulo | Isc del modulo | Valore nominale minimo del fusibile (×1,56) | Fusibile standard selezionato | Numero massimo di stringhe per 30 A Breaker (Interruttore) |
|---|---|---|---|---|
| 400W | 10,5 A | 16,38 A | 20A | 8 |
| 500 W | 13,0 A | 20,28 A | 25A | 6 |
| 580 W | 14,45 A | 22,54 A | 25A | 6 |
| 600 W (TOPCon) | 18,5 A | 28,86 A | 30A | 4 |
| 750 W (HJT) | 15,8 A | 24,65 A | 25A | 5 |
Tabelle di dimensionamento di riferimento rapido
Configurazioni standard e valori nominali degli interruttori di sezionamento
Tabella 2: dimensionamento dell'interruttore di sezionamento per configurazione di stringa
| Numero di stringhe | Isc della stringa | Corrente massima totale (×1,25) | Valore minimo di disconnessione (×1,56) | Disconnessione raccomandata |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62,4A | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93,6A | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124,8A | 150A |
| 4 | 14A | 70A | 87,4A | 100A |
| 6 | 14A | 105A | 131,0A | 150A |
| 8 | 14A | 140A | 174,8A | 200A |
NEC vs IEC: Principali differenze di dimensionamento
Sebbene entrambi i codici diano priorità alla sicurezza, i loro approcci di dimensionamento differiscono:
NEC 690.8/690.9 (Nord America):
- Dimensionamento fusibile: Isc × 1,56 (156%)
- Motivazione: Servizio continuo + picchi di irraggiamento
- Eccezione: i dispositivi con classificazione 100% necessitano solo di un moltiplicatore di 1,25×
IEC 62548 (Internazionale):
- Intervallo di dimensionamento del fusibile: 1,5 × Isc ≤ In ≤ 2,4 × Isc
- Più flessibile, consente l'ottimizzazione per condizioni specifiche
- Declassamento della temperatura richiesto sopra i 45°C di temperatura ambiente
Tabella 3: Confronto dei codici per stringa da 12A
| Standard | Valore minimo del fusibile | Selezione tipica | Filosofia progettuale |
|---|---|---|---|
| NEC | 18,72A (12A × 1,56) | 20A | Conservativo, moltiplicatore singolo |
| CEI | Da 18,0A a 28,8A (12A × 1,5 a 2,4) | Da 20A a 25A | Intervallo flessibile basato sulle condizioni |
Criteri di selezione critici
Requisiti di tensione nominale
Le tensioni nominali del fusibile e del sezionatore devono superare la tensione massima a circuito aperto (Voc) del sistema alla temperatura ambiente minima prevista.
Calcolo: Voc_max = Voc del modulo × Numero di moduli in serie × Coefficiente di temperatura
- A -40°C: 49V × 10 × [1 + 0,0027 × (25 – (-40))] = 576V
- Valore nominale richiesto: 600V minimo (standard: 600V, 1000V, 1500V). La norma IEC 60269-6 raccomanda una tensione nominale del fusibile ≥ 1,2 × Voc_max per un ulteriore margine di sicurezza.
Potere di interruzione (capacità di interruzione)
La capacità di interruzione CC (Icn o Icu) deve superare la massima corrente di guasto presunta nel punto di installazione. Per gli ingressi della scatola di combinazione, questa è in genere la Isc combinata di tutte le altre stringhe parallele. Per 8 stringhe a 14A ciascuna:
- Corrente di guasto presunta: 7 × 14A = 98A (caso peggiore: 7 stringhe sane alimentano 1 stringa guasta)
- Icu richiesta: ≥ 150A (fusibili gPV standard: da 200A a 1500A Icu)
Temperature Derating
Le scatole di combinazione esposte alla luce solare diretta possono raggiungere una temperatura interna da 65°C a 75°C. La maggior parte dei fusibili gPV sono classificati a 40°C ambiente. Al di sopra di questo valore, la capacità di corrente diminuisce:
- A 50°C: declassare al 95% della corrente nominale
- A 60°C: declassare al 90% della corrente nominale
- A 70°C: declassare all'85% della corrente nominale
Se il fusibile da 20A funziona a 65°C ambiente, la corrente nominale effettiva = 20A × 0,87 = 17,4A. Verificare che questo superi il minimo calcolato.
Tabella 4: Checklist per la selezione dei componenti
| Fattore di Selezione | Requisito di specifica | Riferimento al codice | Metodo di verifica |
|---|---|---|---|
| Corrente nominale del fusibile | ≥ Isc × 1,56 (NEC) o 1,5-2,4 (IEC) | NEC 690.9(B), IEC 62548 | Isc del foglio dati × moltiplicatore |
| Tensione nominale del fusibile | ≥ 1,2 × Voc_max alla temperatura minima | IEC 60269-6 | Voc del modulo × numero di serie × fattore di temperatura |
| Classe fusibile | gPV nominale (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | Verificare la marcatura “gPV” |
| Fusibile massimo di serie | ≤ Corrente nominale massima del fusibile del modulo | Scheda tecnica del modulo | Controllare la targhetta |
| Corrente di disconnessione | ≥ Isc totale × 1,56 | NEC 690.13 | Sommare tutte le correnti di stringa |
| Tipo di sezionatore | Con capacità di interruzione sotto carico (tetto) | NEC 690.15 | Verificare la certificazione di interruzione sotto carico |
| Capacità di interruzione | ≥ Corrente di guasto massima | NEC 690.9(C) | Calcolare il contributo delle stringhe in parallelo |
| Valore nominale di temperatura | Tenere conto della riduzione di potenza dovuta alla temperatura ambiente | IEC 60269-6 | Misurare la temperatura interna della scatola di giunzione |
Errori comuni di dimensionamento da evitare
Errore 1: Utilizzo di fusibili con valore nominale AC in applicazioni DC
I fusibili AC non possono interrompere in sicurezza le correnti DC. Gli archi DC non si autoestinguono al passaggio per lo zero della corrente (che non esiste in DC). Specificare sempre fusibili con valore nominale gPV con valori nominali di tensione DC corrispondenti al proprio sistema.
Errore 2: Sottodimensionamento per servizio continuo
Applicare solo il primo moltiplicatore 1,25 (Isc × 1,25) senza il secondo si traduce in un fusibile dimensionato solo per l'80% del servizio continuo. Il dispositivo si surriscalderà e si guasterà prematuramente durante le ore di picco solare. Utilizzare sempre il fattore completo 1,56 a meno che non si utilizzino dispositivi con valore nominale del 100%.
Errore 3: Ignorare il valore nominale massimo del fusibile di serie del modulo
Anche se i calcoli suggeriscono un fusibile da 30 A, se la scheda tecnica del modulo limita i fusibili di serie a 20 A, è necessario utilizzare 20 A. Il superamento di questo valore invalida le garanzie e crea rischio di incendio. Soluzione: ridurre le stringhe per combinatore o utilizzare moduli con valori nominali di fusibile più elevati.
Errore 4: Errato calcolo delle stringhe in parallelo
Quando si dimensiona il sezionatore principale del combinatore, sommare le correnti massime (Isc × 1,25) di tutte le stringhe, quindi applicare il secondo moltiplicatore 1,25. Non applicare 1,56 a ciascuna stringa separatamente: il primo moltiplicatore è per stringa, il secondo è per l'OCPD combinato.
Errato: (Stringa 1: 10 A × 1,56) + (Stringa 2: 10 A × 1,56) = 31,2 A
Corretto: [(10 A + 10 A) × 1,25] × 1,25 = 31,25 A
Errore 5: Sovradimensionamento per “Espansione futura”
L'installazione di un fusibile da 60 A per una stringa da 10 A “per ogni evenienza” elimina la protezione da sovracorrente. Il fusibile non si aprirà durante le condizioni di guasto inverso, consentendo danni ai cavi o incendi. Dimensionare i fusibili per la corrente effettiva della stringa; aggiornare le scatole di giunzione quando si aggiunge capacità.
Domande Frequenti
D: Quale dimensione di fusibile mi serve per una stringa con 10,5 A Isc?
R: Valore nominale minimo del fusibile = 10,5 A × 1,56 = 16,38 A. Selezionare la dimensione standard successiva: Fusibile da 20 A con valore nominale gPV. Verificare che questo non superi il valore nominale massimo del fusibile di serie del modulo sulla scheda tecnica.
D: Posso utilizzare fusibili AC standard in una scatola di giunzione DC?
R: No. I fusibili AC non hanno la capacità di interruzione DC per eliminare in sicurezza i guasti DC. Gli archi DC si sostengono indefinitamente senza il passaggio per lo zero della corrente. Utilizzare sempre fusibili con valore nominale gPV (IEC 60269-6) con valori nominali di tensione DC corrispondenti alla tensione del sistema.
D: Qual è la differenza tra il dimensionamento dei fusibili NEC e IEC?
R: NEC richiede un moltiplicatore fisso di 1,56 (Isc × 1,56) per tenere conto del servizio continuo e dei picchi di irraggiamento. IEC 62548 consente un intervallo da 1,5× a 2,4× Isc, consentendo ai progettisti di ottimizzare per temperature ambiente specifiche e caratteristiche del modulo. Entrambi garantiscono la sicurezza ma offrono una flessibilità diversa.
D: Come dimensiono un combinatore per la futura espansione della stringa?
R: Dimensionare i fusibili per la corrente effettiva delle stringhe installate. Per il sezionatore e le barre colletrici, è possibile sovradimensionare in base alla capacità pianificata. Esempio: installare fusibili da 20 A per il sistema a 4 stringhe corrente (14 A Isc), ma utilizzare un sezionatore da 150 A e una barra collettrice a 6 posizioni per consentire l'aggiunta di altre 2 stringhe in seguito senza sostituire l'involucro.
D: Ho bisogno di sezionatori con capacità di interruzione sotto carico per tutte le scatole di giunzione?
R: NEC 690.15 richiede sezionatori con capacità di interruzione sotto carico per le scatole di giunzione situate sui tetti. I combinatori a livello del suolo possono utilizzare isolatori senza capacità di interruzione sotto carico se il sistema ha un sezionatore principale con capacità di interruzione sotto carico altrove. Verificare sempre con l'Autorità competente locale (AHJ), poiché le interpretazioni variano.
Garantire la sicurezza del sistema a lungo termine
Il corretto dimensionamento dei fusibili e dei sezionatori protegge il tuo investimento fotovoltaico e garantisce anni di funzionamento sicuro e affidabile. Applicare la regola NEC 1,56 (Isc × 1,56) per i fusibili, selezionare il valore nominale standard successivo, verificare rispetto ai limiti massimi del fusibile di serie del modulo e dimensionare i sezionatori per la corrente combinata totale. In caso di dubbi, consultare gli ultimi standard NEC Article 690 e IEC 62548.
VIOX Electric produce una linea completa di scatole di giunzione fotovoltaiche, fusibili con valore nominale gPV e sezionatori DC con capacità di interruzione sotto carico progettati per soddisfare sia i requisiti NEC che IEC. Il nostro team tecnico fornisce supporto gratuito per il dimensionamento per i tuoi progetti specifici. Contattaci a VIOX.com per schede tecniche e assistenza per l'applicazione.
