DIYソーラーコンバイナーボックス：ほとんどの自家製設計が火災の危険性がある理由（および実際に必要なもの）

取り付け準備ができた10枚のREC 350Wソーラーパネルがあります。それぞれ2枚のパネルの5つのストリング。各ストリングは93.4ボルトDC、9アンペアを出力します。オンラインでDIYソーラーコンバイナーボックスの設計を調査し、計算を行いました—すべてがチェックアウトします。次に、適切なソーラーコンバイナーボックスの価格を調べます。300ドル。統合された監視機能が必要な場合は、おそらく400ドル。ガレージにあるSquare Dサブパネルを見てください—昨年60ドルで購入したものです。同じ金属製の箱。同じバスバー。同じ回路ブレーカー。なぜまったく同じように見えるものに5倍も多く支払う必要があるのですか？理由は次のとおりです。その240ドルの価格差は、20年間動作するシステムと6か月で発火するシステムの違いだからです。決して消えないアーク：DCがAC機器を破壊する理由負荷がかかった状態でACブレーカーを開くと、分離する接点間に電気アークが形成されます。それはプラズマです—イオン化されたガスが数千アンペアを空気中を運び、太陽の表面よりも4倍熱い35,000°Fに達する温度を生成します。しかし、ACアークについて言えば、それらは自然に消えます。標準的なAC電力は、電流の方向が交互に変わるときに、1秒間に60回ゼロボルトを通過します。その正確な瞬間—わずか数ミリ秒間—アークはそのエネルギー源を失い、消滅します。接点は離れ続けます。回路が開きます。完了。DCはこれを行いません。93.4ボルトDCを遮断すると、そのアークが点灯し、接点がそれを維持するのに十分に近い限り点灯したままになります。ゼロクロスはありません。自然な中断はありません。金属を溶かし、絶縁体を点火し、接点が物理的に十分に離れるまで燃焼し続けるプラズマの川でそのギャップを埋めようとする継続的で容赦のない電流だけです—通常、AC機器が設計されているよりも3〜4倍遠くまで。これが「決して消えないアーク」であり、実際のDC定格コンバイナーボックス内のすべてのコンポーネントがAC機器とは異なって見える理由です。接点間隔は広くなっています。アークシュート（アークを伸ばして冷却するジグザグの金属板）は長くなっています。一部のDCブレーカーは、ろうそくを消すように、磁気コイルを使用してアークを物理的に吹き飛ばします。あなたの60ドルのACサブパネルにはこれらは何もありません。そのブレーカーは、アークが8ミリ秒以内に自然に消滅することを前提に設計されています。93ボルトDCをそれらに通すと、その前提は負債になります。接点は開こうとし、アークが形成され、ゼロクロスで消滅する代わりに、ただ...継続します。ブレーカーのアークシュートは十分に長くありません。接点分離は十分に広くありません。材料は持続的なDCアークに対応していません。最終的に、次の2つのうちの1つが発生します。接点が溶接されて（オフになっていると思っても回路を永続的に閉じます）、またはブレーカーの内部コンポーネントが溶けて壊滅的に故障します。どちらの結果も、必要なときにソーラーシステムが安全にシャットダウンすることはありません。48Vの混乱：バッテリー電圧≠ストリング電圧これは、ほとんどのDIYソーラーコンバイナーボックスの計画が横道にそれる場所です。計画ドキュメントに「48Vシステム」と表示されます。「48ボルト」定格のACサブパネルを見つけます。完璧な一致ですよね？3つの点で間違っています。まず、その48Vバッテリー定格は公称電圧—平均動作点です。あなたの48Vバッテリーは、実際には40V（放電）と58V（充電）の間で動作します。コンバイナーボックスのサイジングには関係ありませんが、数値が変動することを知っておくことが重要です。次に、ソーラーストリングはバッテリーがどの電圧で動作するかを気にしません。各REC 350Wパネルの開放電圧（Voc）は46.7Vです。直列の2つのパネル？それは93.4ボルト—バッテリー電圧のほぼ2倍—であり、それがDIYコンバイナーボックスが処理する必要がある数値です。48Vを組み合わせているのではなく、5つの別々の93.4Vストリングを1つのDC出力回路に組み合わせているのです。3番目—そしてこれが電圧定格の罠です：AC定格のパネルに「48ボルト」と表示されている場合、それは48ボルトACを意味します。DC定格がある場合（ほとんどありません）、それは細かい文字で埋められており、劇的に低くなっています。240VAC定格のブレーカーは、48VDCまでしか安全でない可能性があります。480VAC定格のパネル？運が良ければ、おそらく60〜80VDCです。なぜこれほど大きな違いがあるのでしょうか？決して消えないアークに戻ります。AC電圧定格は、アークが自然に消滅することを前提としています。DC電圧定格は、アークが反撃し、より広いギャップでそれ自体を維持しようとすることを前提としています。DC電圧が高いほど、ジャンプできるギャップが広くなり、遮断メカニズムがより堅牢である必要があります。したがって、「48V定格」のSquare Dパネルは？それがDC定格であっても（データシートを確認してください—お待ちします）、93.4Vをそれを介してプッシュしようとしています。設計電圧の195％で動作しています。それは安全マージンではありません。それはカウントダウンタイマーです。240ドルで実際に何が買えるのか：UL 1741認証の内側「それは単なるULステッカーだ」と思うかもしれません。「DIYセットアップではそれをスキップできます。」しかし、ソーラーコンバイナーボックスと相互接続機器の規格であるUL 1741は、ボックスに丸みを帯びた角と素敵な塗装があるかどうかをチェックしているわけではありません。実際のPVシステムで発生する正確な故障モードで機器が生き残るかどうかをテストしているのです。コンバイナーボックスがUL 1741リストを獲得するために通過するものは次のとおりです。DCアーク故障テスト：ブレーカーは、最大電流下でフルストリング電圧でアークを遮断できますか？彼らはこれを何百回もテストします。ACパネルのブレーカー？DCアーク放電についてはテストされていません。ゼロ回。短絡電流テスト：2つのストリングが誤って短絡し、20定格のバスバーに90アンペアをダンプするとどうなりますか？テストでは、すべての接続ポイントを通常の動作電流の10〜20倍の故障電流にさらします。溶けるものはすべて、屋根の上ではなくラボで溶けます。温度サイクル：屋上のコンバイナーボックスは、直射日光の下で-40°Fの冬の夜から140°Fの夏の日まで変動します。ULは、完全に負荷がかかった状態でこれらの極端な温度で機器をサイクルします。3年間の熱膨張後に緩む接続？テストチャンバーで失敗します。環境保護：そのNEMA 3R定格は装飾的ではありません。それは、ボックスが水平方向の雨に耐え、換気を妨げる氷が蓄積せず、ほこりの多い産業環境に取り付けられていても、バスバーからほこりを防ぐことを意味します。あなたのガレージサブパネルはNEMA 1です—室温で、きれいで清潔な屋内での使用向けに設計されています。その240ドルのアップグレードの実際のコストは、材料ではありません。DC定格のブレーカーは、ACブレーカーの12ドルではなく、おそらく30ドルかかります。金属製のエンクロージャーにはさらに50ドルかかります。残りは？それは、最悪の条件下でこれらのコンポーネントが確実に連携して動作するように費やされたエンジニアリング時間と、それを証明するためのテストです。UL 1741をスキップすると、単なるステッカーを見逃しているだけではありません。今後20年間に屋根に取り付けられたボックスが直面するすべての故障モードを特定した10,000時間の破壊テストを見逃しているのです。あなたはそれらの故障モードを自分でベータテストしています。リアルタイムで。あなたの屋根の上で。安全なDIYソーラーコンバイナーボックスのための4つの譲れない要件明確にしておきましょう。独自のソーラーコンバイナーボックスを構築することは技術的に可能です。しかし、これらの要件をすべて満たしている場合にのみ、それを行う価値があります。1つでもスキップすると、既製のボックスを購入する方が良いでしょう。要件1：適切な電圧定格のDC定格コンポーネントDIYソーラーコンバイナーボックスの買い物リストはここから始まります。そのボックス内のすべてのブレーカー、ヒューズ、バスバー、端子台、および遮断器は、DC電圧と少なくとも600ボルトDCで明示的に定格されている必要があります。600VACではありません。「ソーラーに適しています」ではありません。「おそらく大丈夫」ではありません。データシートには、「600VDC」と明記されている必要があります。ストリングがわずか93.4Vの場合、なぜ600Vなのですか？2つの理由があります。まず、NEC第690.7条では、お住まいの地域で予想される最も低い温度に基づいて電圧を計算する必要があります。ソーラーパネルは、低温の場合、より高い電圧を生成します—気候帯によっては、ネームプレートVocよりも最大10〜15％高くなります。あなたの46.7Vパネルは、1月の朝にそれぞれ53Vに達する可能性があります。直列の2つ？ストリングあたり106ボルト。次に、クラウドエッジ効果（日光の強度が急速に変化する場合）中の過渡電圧スパイクと、時間の経過に伴う機器の劣化に対する安全マージンが必要です。業界標準：最大システム電圧が150VDC未満の場合は、600VDC定格のコンポーネントを使用してください。それはやりすぎではありません。25年の耐用年数のための最小限のものです。DC定格コンポーネントの調達先：DCブレーカー：ABB、Eaton、Mersen、Littelfuseなどのメーカーは、DC定格のモールドケース回路ブレーカー（MCCB）を製造しています。同等のACブレーカーの12〜18ドルに対して、ブレーカーあたり35〜60ドルを支払うことを期待してください。「UL 489サプリメント」DC定格または「IEC 60947-2 DC」マーキングを確認してください。ヒューズ：Ferraz Shawmut、Mersen、Littelfuseは、600VDC〜1000VDC定格のPV定格ヒューズを提供しています。標準の350Wパネルには15Aヒューズを使用します（NEC 690.8に従ってIsc×1.56として計算）。コスト：ヒューズあたり8〜15ドル、ヒューズホルダーあたり25〜40ドル。バスバー：90°C以上の定格の銅またはアルミニウム。多くのAC定格バスバーは正常に機能しますが、材料仕様がDC電流密度（銅の場合は1.5〜2.0 A / mm²）を処理することを確認してください。プロのヒント1：AC機器の「48V」マーキングは、パネルストリング電圧ではなく、バッテリー電圧を指します。あなたの48Vバッテリーシステムには93.4Vストリングがあり、適切な600VDC定格のDC機器が必要です。要件2：UL 1741リストのエンクロージャーまたは同等の保護DIYソーラーコンバイナーボックスを構築する場合、金属製のボックス自体が思っている以上に重要です。屋上設置の場合、少なくともNEMA 3R（防雨）またはIP54（防塵および防滴）定格のエンクロージャーが必要です。NEMA 1屋内パネルは適していません。エンクロージャーは、熱サイクルを処理する必要があります。屋上の温度は毎日80〜100°F変動します。エンクロージャーには、シールを維持するガスケット、膨張/収縮によってひび割れないノックアウト、および剥がれて電気接続を汚染しない塗料が必要です。適切な換気を提供します。DCブレーカーは電流を流すと熱を発生します。適切な換気がないと、周囲温度が許容範囲内であっても、内部温度がコンポーネントの定格を超える可能性があります。最大ストリング電流よりも少なくとも30％多い熱負荷に対して計算された換気のあるエンクロージャーを探してください。適切な接地規定を含めます。エンクロージャーには、少なくとも6 AWG銅定格の機械式ラグ（スプリングクリップではない）を備えた専用の接地バスバーが必要です。ボックス内のすべての金属面を接地にボンディングする必要があります。これはオプションではありません—NEC 690.43で義務付けられています。コストの現実チェック：5〜6ストリング用にサイズ設定された適切なNEMA 3Rエンクロージャー（約12インチ×16インチ×6インチ）は、80〜150ドルで実行されます。適切なノックアウト、バスバー、および取り付けハードウェアを備えた耐候性屋外定格エンクロージャー？120〜200ドル。それはあなたのDIYコンバイナーボックスの総コストの50〜60％です。あなたが「ACパネルを使用して耐候性カバーを追加するだけだ」と考えているなら、やめてください。これらのカバーは、瞬間的な使用中にスイッチから雨を防ぐように設計されています—25年間24時間年中無休で屋外に設置されている機器に継続的なNEMA 3R保護を提供するものではありません。要件3：アーク故障保護（NEC 690.11準拠）ここで、ほとんどのDIYソーラーコンバイナーボックスの構築は、コード検査に失敗します。NEC 690.11は、80ボルト以上で動作するDC回路を備えたすべてのPVシステムにアーク故障回路遮断器（AFCI）を義務付けています。あなたの93.4Vストリング？あなたは閾値を17％超えています。AFCIは譲れません。AFCIが実際に何をするか：DC回路を流れる電流の電気的特性を監視し、アーク故障の特定のノイズパターン—電流がギャップを飛び越えるときに現れるカオス的で高周波信号を検出します。検出されると、アークが近くの材料に点火する前に、回路をすぐに遮断します。決して消えないアークを覚えていますか？AFCIは、それを殺すように特別に設計されています。あなたの2つのオプション：オプション1 - AFCIを統合したインバーター：最新のストリングインバーター（SMA、SolarEdge、Froniusなど）のほとんどは、UL 1741に従ってアーク故障検出が組み込まれています。インバーターにこれがある場合、DIYコンバイナーボックスに個別のAFCIは必要ありません。インバーターの仕様シートで「UL 1741 AFCI準拠」または「NEC 690.11アーク故障保護」を確認して、これを確認してください。オプション2 - スタンドアロンAFCIデバイス：インバーターにAFCIが含まれていない場合は、コンバイナーボックス内またはその6フィート以内にリストされたアーク故障検出器を取り付ける必要があります。これらのコストは200〜400ドルで、追加の配線が必要です。ブランドには、Sensata、Eaton、Mersenなどがあります。これだけで、DIYコンバイナーボックスが既製のコンバイナーボックスよりも高価になる可能性があります。例外：DC配線が金属電線管または金属被覆ケーブルで配線され、パネルとインバーターの間でその金属電線管から出ない場合は、AFCIをスキップできます。しかし、現実的には？屋上設置では、MC4コネクタ付きの露出したPVワイヤを使用するため、AFCIが必要です。プロのヒント2：スイッチを切り替えてもDCアークは消滅しません—物理的に抑制されるまで35,000°Fで燃焼し続けます。AFCIは、火災が発生する前にそれらを抑制する方法です。要件4：適切なラベル付けとドキュメント（NEC 690.7、690.15）コード検査官は、疑わしいコンポーネントの選択よりも早く、ラベルが欠落しているDIYソーラーコンバイナーボックスの設置に赤いタグを付けます。DIYコンバイナーボックスに必要なラベル：1. 最大DC電圧ラベル（NEC 690.7）：最大DC電圧：106V（-10°Cの周囲温度で2×46.7Vパネルに基づく）NEC 690.7（D）に準拠このラベルは、エンクロージャーを開けなくても見えるように、コンバイナーボックスの外側に配置する必要があります。2. DCコンバイナーの識別（NEC 690.15）：警告：DCコンバイナーボックス複数のDC電圧源負荷がかかった状態で切断しないでください3. 導体の識別（NEC 690.31）：すべての入力ストリングには、そのソースの場所を示すラベルを付ける必要があります：「ストリング1 - アレイ北」「ストリング2 - アレイ北」「ストリング3 - アレイ南」など4. 接地電極導体ラベル（該当する場合）：接地導体がコンバイナーボックスで終端する場合は、NEC 690.47に従ってラベルを付けます。屋外定格のラベルストック（UV耐性インクを使用した3MまたはBradyポリエステルラベル）を使用します。耐候性スリーブの印刷された紙のラベルは検査に合格しません—劣化が速すぎます。必要なドキュメント：ストリング構成と電圧を示す単線図DC定格を証明するコンポーネントデータシートNEC 690.7の最大電圧を示す計算NEC 690.8の電流計算耐候性ドキュメントポーチに入れてコンバイナーボックス内にコピーを保管してください。検査官が要求する場合があります。実際の計算：300ドルのコンバイナーボックスと代替案お金について話しましょう。本当のお金。準拠したDIYソーラーコンバイナーボックスの部品リスト：ブレーカーマウント付きNEMA 3Rエンクロージャー：120ドル5つのDC定格15Aブレーカー（それぞれ45ドル）：225ドルDC定格バスバーと端子：60ドルハードウェア、ラベル、ワイヤ、コネクタ：40ドル合計：445ドル待ってください。既製のUL 1741リストのコンバイナーボックスのコストは320ドルです。あなたの「DIYの節約」？組み立てと配線に6〜8時間加えて、125ドルを失っています。しかし、それは個別のAFCIが必要ないことを前提としています。その300ドルのデバイスを追加しますか？これで、統合されたAFCIを含む既製のボックスの320ドルに対して、745ドルになります。DIYソーラーコンバイナーボックスのほとんどのプロジェクトでは、計算が合いません。既製品のボックスが高価になる（800ドル以上）10ストリング以上を構築する場合や、既製品では入手できないカスタム構成が必要な場合を除き、DIYコンバイナーボックスは多くの場合、適切に認証された機器を購入するよりも高価です。ここで本当に重要な計算を示します。電気火災1件の費用：消防署の到着時間にもよりますが、構造的損傷で50,000ドル～250,000ドル。電気火災後の住宅所有者保険料の値上げ：20～40％の値上げが3～5年間＝追加費用1,200ドル～3,000ドル。未掲載の機器を使用したために保険金請求が拒否された場合の費用：損害額の100％＝火災費用。家を売却しようとしたときに発生する許可の問題の費用：遅延、再検査、コードに準拠させるための潜在的な請負業者の費用＝2,000ドル～8,000ドル。その240ドルの価格差は？単なる派手なラベルを買うのではありません。屋根で発生する正確な故障モードに対して、すべてのコンポーネントが過酷なテストを受けているという安心感を買うのです。保険に準拠した機器を購入することで、保険契約が無効になることはありません。検査官が承認したハードウェアを購入することで、許可が3か月遅れることはありません。プロのヒント3：真のDIYスキルは、すべてを自分で構築する方法を見つけることではなく、どこを妥協できるか、どこを妥協すべきでないかを知ることです。コンバイナーボックスは妥協すべきではありません。DIYが実際に意味をなす場合この記事を「自分で何も構築するな」と誤解しないでください。ソーラー設備には、正当なDIYの機会がたくさんあります。スマートなDIYプロジェクト：架台と取り付け：パネル取り付けシステムを自分で設計および設置することは絶対に可能です。それは機械的で、検証可能であり、何か間違ったことをしてもあなたを殺そうとする「決して消えないアーク」はありません。電線管の配線：コンバイナーボックスからインバーターまでEMTまたはPVC電線管を配線しますか？素晴らしいDIYプロジェクトです。NEC電線管充填計算に従ってください。システム監視：システムのパフォーマンス監視、データロギング、さらにはIoT統合を追加してシステムを追跡しますか？どんどんやってください。最悪の場合、いくつかのデータを失うだけです。無謀なDIYプロジェクト：コンバイナーボックス（すでに説明したように）コンバイナーとインバーターの間のDC遮断器（同じ問題：DCアーク遮断、電圧定格）インバーターの設置（複雑な電気接続、AC/DC統合ポイント）サービスパネルの相互接続（ほとんどの管轄区域で免許を持った電気技師が必要）パターンは？高電圧DCを運んでいる場合、または主電源に接続している場合は、専門家を雇うか、掲載されている機器を購入してください。構造的、機械的、または低電圧監視の場合は、DIYでどうぞ。結論：ただ安いだけでなく、賢く構築するここまでたどり着いたあなたは、すでにDIYソーラー設置者の90％よりも先を行っています。あなたは正しい質問をしています。あなたが学んだことは次のとおりです。決して消えないアーク：DCアークはACアークのように自然に消えません。物理的に抑制されるまで35,000°Fで燃焼します。AC機器はこれに対応するように設計されていません。48Vの混乱：バッテリー電圧はストリング電圧ではありません。その48Vシステムには93.4Vのストリングがあり、転用されたACパネルではなく、600VDC定格の機器が必要です。電圧定格の罠：AC電圧定格はDCに変換されません。240VACブレーカーは48VDCまでしか安全でない可能性があります。93.4Vのストリングは、ほとんどのAC機器のDC能力を超えています。コンプライアンスコスト：コードに準拠したDIYソーラーコンバイナーボックスの構築には、445ドルから745ドルかかります。既製のUL 1741リストボックスを購入しますか？320ドル。カスタム構成が必要な場合を除き、計算はDIYをサポートしていません。技術的に独自のコンバイナーボックスを構築できますか？はい。適切なコンポーネント、適切なエンクロージャー、AFCI保護、および正しいラベルがあれば可能です。そうすべきですか？おそらくそうではありません。DC定格コンポーネントとAFCIの価格を調べると、コスト削減はなくなります。時間投資（最初の構築で8～10時間、その後の構築で4～6時間）は、わずかな節約を正当化することはめったにありません。そして、何か問題が発生した場合の責任—保険金請求の拒否、許可の拒否、検査官の赤いタグ—は、経済的な利益をすべて消し去ります。真のDIYの動きは？いつ構築し、いつ購入するかを知ることです。DIYのエネルギーを、架台、監視システム、電線管の配線、ソーラー設備の努力がリスクを高めるだけでなく、実際にお金を増やす部分に費やしてください。そして、ガレージにあるその60ドルのSquare Dパネルは？本来あるべき場所、つまりゼロクロスが重労働を行い、アークが自然に消えるAC回路で使用してください。なぜなら、ソーラーPVにおいて、最も高価な間違いは、最初に300ドルかかるものではないからです。それは、今日240ドルを節約し、6か月後に「決して消えないアーク」が可燃物を見つけたときに50,000ドルかかる間違いです。ソーラー設備を正しく行う準備はできましたか？住宅用および商業用PVシステム向けに特別に設計された、UL 1741リストのコンバイナーボックスとDC定格保護機器の完全なラインナップをご覧ください。エンジニアリングとテストはすでに完了しています。DIYが高価に見える価格で信頼性の高い機器を入手できます。.

取り付け準備ができたREC 350Wソーラーパネルが10枚あります。2枚のパネルを直列接続したストリングが5つ。各ストリングは93.4V DC、9アンペアを出力します。DIYソーラーコンバイナーボックスの設計をオンラインで調べ、計算も行い、すべて問題ないことを確認しました。.

次に、適切なソーラーコンバイナーボックスの価格を調べます。$300。統合モニタリングが必要な場合は、$400かもしれません。ガレージにあるSquare Dのサブパネル（昨年$60で購入）を見ます。同じ金属製の箱。同じバスバー。同じ回路ブレーカー。なぜ同じようなものに5倍も払わなければならないのでしょうか？

その理由は、$240の価格差が、20年間動作するシステムと6ヶ月で発火するシステムの違いだからです。.

消えないアーク：DCがAC機器を破壊する理由

スイッチを入れると ACブレーカー負荷がかかった状態で開くと、分離する接点間に電気アークが発生します。それはプラズマであり、かつて空気だったものを通過する数千アンペアのイオン化ガスであり、太陽の表面の4倍の35,000°Fに達する温度を生成します。.

しかし、ACアークには、自然に消滅するという特徴があります。.

標準的なAC電源は、電流の方向が交互に変わるため、1秒間に60回、ゼロボルトを通過します。その瞬間（わずか数ミリ秒）に、アークはエネルギー源を失い、消滅します。接点は離れ続けます。回路が開きます。完了です。.

DCはそうではありません。.

93.4V DCを遮断すると、アークが点灯し、接点がそれを維持できるほど近い限り点灯し続けます。ゼロクロスはありません。自然な遮断はありません。金属を溶かし、絶縁体を燃やし、接点が物理的に十分に離れるまで燃え続けるプラズマの川で、そのギャップを埋めようとする継続的で容赦のない電流があるだけです。通常、AC機器用に設計されているよりも3〜4倍遠くまで離れる必要があります。.

これが「消えないアーク」であり、実際のDC定格のコンバイナーボックス内のすべてのコンポーネントがAC機器とは異なって見える理由です。接点間隔が広くなっています。アークシュート（アークを伸ばして冷却するジグザグの金属板）が長くなっています。一部のDCブレーカーは、ろうそくを消すように、磁気コイルを使用してアークを物理的に吹き飛ばします。.

あなたの$60 ACサブパネルには、これらが何もありません。.

そのブレーカーは、アークが8ミリ秒以内に自然に消滅することを前提に設計されています。93ボルトのDCを流すと、その前提が弱点になります。接点が開こうとし、アークが形成されますが、ゼロクロスで消滅する代わりに、ただ…継続します。ブレーカーのアークシュートは十分に長くありません。接点分離は十分に広くありません。材料は持続的なDCアークに対応していません。.

最終的に、次の2つのうちのいずれかが発生します。接点が溶接されて（オフになっていると思っても回路が永久に閉じます）、またはブレーカーの内部コンポーネントが溶けて壊滅的に故障します。どちらの結果も、必要なときにソーラーシステムが安全にシャットダウンすることはありません。.

48Vの混乱：バッテリー電圧≠ストリング電圧

これは、ほとんどのDIYソーラーコンバイナーボックスの計画がうまくいかないところです。.

計画書に「48Vシステム」と記載されています。「48ボルト」定格のACサブパネルを見つけます。完璧な一致ですよね？

3つの点で間違っています。.

まず： その48Vバッテリー定格は公称電圧—平均動作点です。あなたの48Vバッテリーは、実際には40V（放電）から58V（充電）の間で動作します。コンバイナーボックスのサイジングには関係ありませんが、数値が変動することを知っておくことは重要です。.

次に： ソーラーストリングは、バッテリーがどの電圧で動作するかを気にしません。各REC 350Wパネルの開放電圧（Voc）は46.7Vです。2枚のパネルを直列に接続すると？それは93.4ボルト—バッテリー電圧のほぼ2倍—であり、それがDIYコンバイナーボックスが処理する必要がある数値です。48Vを組み合わせているのではなく、5つの別々の93.4Vストリングを1つのDC出力回路に組み合わせているのです。.

3番目—そしてこれが電圧定格の罠です： AC定格のパネルに「48ボルト」と記載されている場合、それは48ボルトを意味します交流. 。DC定格がまったくある場合（ほとんどありません）、それは細かい文字で埋もれており、劇的に低くなっています。240VAC定格のブレーカーは、48VDCまでしか安全ではない可能性があります。480VAC定格のパネル？運が良ければ60〜80VDCかもしれません。.

なぜこれほど大きな違いがあるのでしょうか？消えないアークに戻ります。AC電圧定格は、アークが自然に消滅することを前提としています。DC電圧定格は、アークが反撃し、より広いギャップでそれ自体を維持しようとすることを前提としています。DC電圧が高いほど、ジャンプできるギャップが広くなり、遮断メカニズムがより堅牢である必要があります。.

したがって、Square Dパネルは「48V定格」ですか？それがDC定格であっても（データシートを確認してください—お待ちします）、93.4Vを押し込もうとしています。設計電圧の195％で動作しています。それは安全マージンではありません。それはカウントダウンタイマーです。.

$240で実際に何が得られるか：UL 1741認証の内側

“「それは単なるULステッカーだ」と思うかもしれません。「DIYセットアップではそれをスキップできる」と。”

しかし、ソーラーコンバイナーボックスおよび相互接続機器の規格であるUL 1741は、ボックスに丸みを帯びた角と素敵な塗装が施されているかどうかを確認しているわけではありません。実際のPVシステムで発生する正確な故障モードを機器が乗り越えるかどうかをテストしているのです。.

コンバイナーボックスがUL 1741リストを獲得するために経る手順は次のとおりです。

DCアーク故障テスト： ブレーカーは、最大電流下でフルストリング電圧でアークを遮断できますか？彼らはこれを何百回もテストします。ACパネルのブレーカー？DCアークのテストは一度も行われていません。ゼロ回です。.

短絡電流テスト： 2つのストリングが誤って短絡し、20定格のバスバーに90アンペアを流し込んだ場合、どうなりますか？テストでは、すべての接続ポイントを通常の動作電流の10〜20倍の故障電流にさらします。溶けるものはすべて、屋根の上ではなく実験室で溶けます。.

温度サイクル： 屋上のコンバイナーボックスは、-40°Fの冬の夜から直射日光下で140°Fの夏の日まで変動します。ULは、機器を完全にロードした状態でこれらの極端な状態を繰り返します。3年間の熱膨張後に緩む接続？それらはテストチャンバーで失敗します。.

環境保護： そのNEMA 3R定格は装飾的ではありません。それは、ボックスが水平方向の雨に耐え、換気を妨げる氷が蓄積せず、ほこりの多い産業環境に取り付けられていても、バスバーからほこりを防ぐことを意味します。あなたのガレージのサブパネルはNEMA 1—部屋の温度で、きれいで快適な屋内での使用のために設計されています。.

$240の実際のコストは、材料ではありません。DC定格のブレーカーは、ACブレーカーの$12の代わりに$30程度かかる場合があります。金属製のエンクロージャーにはさらに$50かかります。残りは？それは、最悪の条件下でこれらのコンポーネントが確実に連携して動作するようにするためのエンジニアリング時間と、それを証明するためのテストです。.

UL 1741をスキップすると、単なるステッカーを見逃すだけではありません。今後20年間に屋根に取り付けられたボックスが直面するすべての単一の故障モードを特定した10,000時間の破壊テストを見逃しています。あなたはそれらの故障モードを自分でベータテストしています。.

リアルタイムで。.

あなたの屋根の上で。.

安全なDIYソーラーコンバイナーボックスのための4つの譲れない要件

明確にしておきましょう。独自のソーラーコンバイナーボックスを構築することは技術的に可能です。しかし、これらの要件をすべて満たしている場合にのみ、それを行う価値があります。1つでもスキップすると、既製のボックスを購入する方が良いでしょう。.

要件1：適切な電圧定格のDC定格コンポーネント

DIYソーラーコンバイナーボックスの買い物リストはここから始まります。すべてのブレーカー、, ヒューズ, バスバー, 端子台, 、およびボックス内の遮断器は、DC電圧用に明示的に定格されている必要があります そして 少なくとも600ボルトDC。.

600VACではありません。「ソーラーに適しています」ではありません。「おそらく大丈夫」ではありません。データシートには、次のように記載されている必要があります。 “「600VDC」” 平易なテキストで。.

ストリングがわずか93.4Vの場合、なぜ600Vなのですか？2つの理由があります。まず、NEC第690.7条では、電圧計算は 最も寒い あなたの場所で予想される温度。ソーラーパネルは、低温時に高い電圧を生成します—気候帯に応じて、銘板Vocよりも最大10〜15％高くなります。あなたの46.7Vパネルは、1月の朝にそれぞれ53Vに達する可能性があります。直列に2つ？ストリングあたり106ボルト。.

次に、クラウドエッジ効果（日光の強度が急速に変化する場合）中の過渡電圧スパイク、および時間の経過に伴う機器の劣化に対する安全マージンが必要です。業界標準：最大システム電圧が150VDC未満の場合は、600VDC定格のコンポーネントを使用してください。それは過剰ではありません。それは25年の耐用年数のための最小限のものです。.

DC定格コンポーネントの調達先：

DCブレーカー： ABB、Eaton、Mersen、Littelfuseなどのメーカーは、DC定格のモールドケース回路ブレーカー（MCCB）を製造しています。同等のACブレーカーの$12-18に対して、ブレーカーあたり$35-60を支払うことを期待してください。「UL 489サプリメント」DC定格または「IEC 60947-2 DC」マーキングを確認してください。.
ヒューズ： Ferraz Shawmut、Mersen、Littelfuseは、600VDC〜1000VDC定格のPV定格ヒューズを提供しています。標準の350Wパネルには15Aヒューズを使用します（NEC 690.8に従ってIsc×1.56として計算）。コスト：ヒューズあたり$8-15、ヒューズホルダーあたり$25-40。.
バスバー： 90°C以上の定格の銅またはアルミニウム。多くのAC定格バスバーは正常に機能しますが、材料仕様がDC電流密度（銅の場合は1.5〜2.0 A / mm²）を処理することを確認してください。.

Proチップ#1: AC機器に記載されている「48V」という表示は、パネルストリング電圧ではなく、バッテリー電圧を指します。48Vバッテリーシステムには93.4Vのストリングがあり、適切な600VDC定格のDC機器が必要です。.

要件#2： UL 1741-UL規格適合エンクロージャーまたは同等の保護

DIYソーラーコンバイナーボックスを構築する際、金属製のボックス自体が想像以上に重要です。.

屋根への設置には、少なくとも NEMA 3R （防雨型）または IP54 （防塵・防滴型）の定格エンクロージャーが必要です。NEMA 1の屋内用パネルは適していません。エンクロージャーは以下を満たす必要があります。

熱サイクルへの対応： 屋根の温度は1日に80〜100°F変動します。エンクロージャーには、シールを維持するガスケット、伸縮によってひび割れないノックアウト、剥がれ落ちて電気接続を汚染しない塗料が必要です。.

適切な換気の確保： DCブレーカーは電流を流すと熱を発生します。適切な換気がないと、周囲温度が許容範囲内であっても、内部温度がコンポーネントの定格を超える可能性があります。最大ストリング電流よりも少なくとも30%多い熱負荷に対応できる換気が計算されたエンクロージャーを探してください。.

適切な接地規定の包含： エンクロージャーには、最小#6 AWGの銅線に対応する機械式ラグ（スプリングクリップではない）を備えた専用の接地バスバーが必要です。ボックス内のすべての金属面は、接地にボンディングする必要があります。これはオプションではありません。NEC 690.43で義務付けられています。.

コストの現実： 5〜6ストリングに対応する適切なNEMA 3Rエンクロージャー（約12インチ×16インチ×6インチ）の費用は$80〜150ドルです。適切なノックアウト、バスバー、および取り付け金具を備えた耐候性屋外定格エンクロージャーは？$120〜200ドルです。これは、DIYコンバイナーボックスの総コストの50〜60%を占めます。.

「ACパネルを使用して、耐候性カバーを追加するだけだ」と考えている場合は、やめてください。これらのカバーは、スイッチを一時的に使用する際に雨を防ぐように設計されており、24時間365日、25年間屋外に設置される機器に継続的なNEMA 3R保護を提供するようには設計されていません。.

要件#3：アーク故障保護（NEC 690.11準拠）

ほとんどのDIYソーラーコンバイナーボックスの構築は、ここでコード検査に失敗します。.

NEC 690.11は、DC回路が 80ボルト以上. で動作するすべてのPVシステムに、アーク故障回路遮断器（AFCI）を義務付けています。93.4Vのストリングは？あなたは閾値を17%超えています。AFCIは必須です。.

AFCIの実際の機能： DC回路を流れる電流の電気的特性を監視し、アーク故障の特定のノイズパターン（電流がギャップを飛び越えるときに現れる、混沌とした高周波信号）を検出します。検出されると、アークが近くの物質に引火する前に、回路を即座に遮断します。.

「The Arc That Won’t Die」を覚えていますか？AFCIは、それを阻止するように特別に設計されています。.

2つのオプション：

オプション1 – AFCI内蔵インバーター： 最新のストリングインバーター（SMA、SolarEdge、Froniusなど）のほとんどは、UL 1741に準拠したアーク故障検出機能を内蔵しています。インバーターにこれが搭載されている場合は、DIYコンバイナーボックスに個別のAFCIは必要ありません。インバーターの仕様書で「UL 1741 AFCI準拠」または「NEC 690.11アーク故障保護」を確認して、これを確認してください。“

オプション2 – スタンドアロンAFCIデバイス： インバーターにAFCIが含まれていない場合は、コンバイナーボックス内またはその6フィート以内に、UL規格適合のアーク故障検出器を設置する必要があります。これらの費用は$200〜400ドルで、追加の配線が必要です。ブランドには、Sensata、Eaton、およびMersenが含まれます。これだけでも、DIYコンバイナーボックスが既製品よりも高価になる可能性があります。.

検査のためだけに構築するのではなく、その後の20年間の運用のために構築してください。 DC配線が金属製電線管または金属被覆ケーブルで配線され、パネルとインバーターの間でその金属製電線路から出ない場合は、AFCIを省略できます。しかし、現実的には？屋根への設置では、MC4コネクター付きの露出したPVワイヤーが使用されるため、AFCIが必要です。.

Proチップ#2: スイッチを切ってもDCアークは消えません。物理的に抑制されるまで35,000°Fで燃え続けます。AFCIは、火災が発生する前にそれらを抑制する方法です。.

要件#4：適切なラベル表示とドキュメント（NEC 690.7、690.15）

コード検査官は、疑わしいコンポーネントの選択よりも早く、ラベルが不足しているDIYソーラーコンバイナーボックスの設置にレッドタグを付けます。.

DIYコンバイナーボックスに必要なラベル：

1. 最大DC電圧ラベル（NEC 690.7）：

最大DC電圧：106V

このラベルは、エンクロージャーを開けなくても見えるように、コンバイナーボックスの外側に貼付する必要があります。.

2. DCコンバイナーの識別（NEC 690.15）：

警告：

3. 導体の識別（NEC 690.31）：
すべての入力ストリングには、そのソースの場所を示すラベルを付ける必要があります。

“「ストリング1 – アレイ北」”
“「ストリング2 – アレイ北」”
“「ストリング3 – アレイ南」”
等.

4. 接地電極導体ラベル（該当する場合）：
接地導体がコンバイナーボックスで終端する場合は、NEC 690.47に従ってラベルを付けます。.

屋外定格のラベル用紙（UV耐性インクを使用した3MまたはBradyポリエステルラベル）を使用してください。耐候性スリーブに入れた印刷された紙のラベルは、検査に合格しません。劣化が速すぎるためです。.

必要なドキュメント：

ストリング構成と電圧を示す単線図
DC定格を証明するコンポーネントのデータシート
NEC 690.7の最大電圧を示す計算
NEC 690.8の電流計算

耐候性ドキュメントポーチに入れて、コンバイナーボックス内にコピーを保管してください。検査官が要求する場合があります。.

実際の計算：$300コンバイナーボックスと代替案

お金の話をしましょう。本当のお金です。.

準拠したDIYソーラーコンバイナーボックスの部品リスト：

ブレーカーマウント付きNEMA 3Rエンクロージャー：$120
5つのDC定格15Aブレーカー（各$45）：$225
DC定格バスバーと端子：$60
ハードウェア、ラベル、ワイヤー、コネクター：$40
合計：$445

待ってください。既製のUL 1741規格適合コンバイナーボックスの費用は$320ドルです。「DIYの節約」？組み立てと配線に6〜8時間かかることに加えて、$125ドルを失っています。.

ただし、これは個別のAFCIが必要ないことを前提としています。その$300デバイスを追加しますか？これで、AFCIが統合された既製のボックスの$320ドルに対して、$745ドルになります。.

DIYソーラーコンバイナーボックスのほとんどのプロジェクトでは、計算が合いません。既製品のボックスが高価になる（800ドル以上）10ストリング以上を構築する場合や、既製品では入手できないカスタム構成が必要な場合を除き、DIYコンバイナーボックスは多くの場合、より適切に認証された機器を購入するよりも高価です。.

ここで本当に重要な計算を示します。

電気火災1件の費用：消防署の到着時間にもよりますが、構造的損傷で50,000ドル～250,000ドル。.

電気火災後の住宅所有者保険料の値上げ：20～40％の値上げが3～5年間＝追加費用1,200ドル～3,000ドル。.

未掲載の機器を使用したために保険金請求が拒否された場合の費用：損害額の100％＝火災費用。.

家を売却しようとしたときに発生する許可の問題の費用：遅延、再検査、コードに準拠させるための潜在的な請負業者の費用＝2,000ドル～8,000ドル。.

その240ドルの価格差は？ 単なる派手なラベルを買うのではありません。屋根で発生する正確な故障モードに対して、すべてのコンポーネントが過酷なテストを受けているという安心感を買うのです。保険に準拠した機器を購入することで、保険契約が無効になることはありません。検査官が承認したハードウェアを購入することで、許可が3か月遅れることはありません。.

Proチップ#3: 真のDIYスキルは、すべてを自分で構築する方法を見つけることではなく、どこを妥協できるか、どこを妥協すべきでないかを知ることです。コンバイナーボックスは妥協すべきではありません。.

DIYが実際に意味をなす場合

この記事を「自分で何も構築するな」と誤解しないでください。ソーラー設備には、正当なDIYの機会がたくさんあります。

スマートなDIYプロジェクト：

架台と取り付け： パネル取り付けシステムを自分で設計および設置することは絶対に可能です。それは機械的で、検証可能であり、何か間違ったことをしてもあなたを殺そうとする「決して消えないアーク」はありません。.
電線管の配線： コンバイナーボックスからインバーターまでEMTまたはPVC電線管を配線しますか？素晴らしいDIYプロジェクトです。NEC電線管充填計算に従ってください。.
システム監視： システムのパフォーマンス監視、データロギング、さらにはIoT統合を追加してシステムを追跡しますか？どんどんやってください。最悪の場合、いくつかのデータを失うだけです。.

無謀なDIYプロジェクト：

コンバイナーボックス （すでに説明したように）
DC遮断器 コンバイナーとインバーターの間（同じ問題：DCアーク遮断、電圧定格）
インバーターの設置 （複雑な電気接続、AC/DC統合ポイント）
サービスパネルの相互接続 （ほとんどの管轄区域で免許を持った電気技師が必要）

パターンは？高電圧DCを運んでいる場合、または主電源に接続している場合は、専門家を雇うか、掲載されている機器を購入してください。構造的、機械的、または低電圧監視の場合は、DIYでどうぞ。.

結論：ただ安いだけでなく、賢く構築する

ここまでたどり着いたあなたは、すでにDIYソーラー設置者の90％よりも先を行っています。あなたは正しい質問をしています。.

ここで学んだこと：

決して消えないアーク： DCアークはACアークのように自然に消えません。物理的に抑制されるまで35,000°Fで燃焼します。AC機器はこれに対応するように設計されていません。.

48Vの混乱： バッテリー電圧はストリング電圧ではありません。その48Vシステムには93.4Vのストリングがあり、転用されたACパネルではなく、600VDC定格の機器が必要です。.

電圧定格の罠： AC電圧定格はDCに変換されません。240VACブレーカーは48VDCまでしか安全でない可能性があります。93.4Vのストリングは、ほとんどのAC機器のDC能力を超えています。.

コンプライアンスコスト： コードに準拠したDIYソーラーコンバイナーボックスの構築には、445ドルから745ドルかかります。既製のUL 1741リストボックスを購入しますか？320ドル。カスタム構成が必要な場合を除き、計算はDIYをサポートしていません。.

技術的に独自のコンバイナーボックスを構築できますか？はい。適切なコンポーネント、適切なエンクロージャー、AFCI保護、および正しいラベルがあれば可能です。.

そうすべきですか？おそらくそうではありません。DC定格コンポーネントとAFCIの価格を調べると、コスト削減はなくなります。時間投資（最初の構築で8～10時間、その後の構築で4～6時間）は、わずかな節約を正当化することはめったにありません。そして、何か問題が発生した場合の責任—保険金請求の拒否、許可の拒否、検査官の赤いタグ—は、経済的な利益をすべて消し去ります。.

真のDIYの動きは？ いつ構築し、いつ購入するかを知ることです。.

DIYのエネルギーを、架台、監視システム、電線管の配線、ソーラー設備の努力がリスクを高めるだけでなく、実際にお金を増やす部分に費やしてください。.

そして、ガレージにあるその60ドルのSquare Dパネルは？本来あるべき場所、つまりゼロクロスが重労働を行い、アークが自然に消えるAC回路で使用してください。.

なぜなら、ソーラーPVにおいて、最も高価な間違いは、最初に300ドルかかるものではないからです。それは、今日240ドルを節約し、6か月後に「決して消えないアーク」が可燃物を見つけたときに50,000ドルかかる間違いです。.

ソーラー設備を正しく行う準備はできましたか？ 住宅用および商業用PVシステム向けに特別に設計された、UL 1741リストのコンバイナーボックスとDC定格保護機器の完全なラインナップをご覧ください。エンジニアリングとテストはすでに完了しています。DIYが高価に見える価格で信頼性の高い機器を入手できます。.