なぜ地上設置型太陽光発電システムは優れた電気設計を必要とするのか
地上設置型太陽光発電設備は、アマチュアの設置とプロレベルのシステムを区別する、独特の電気的課題を抱えています。 距離. 屋根置き型アレイではインバーターが20〜30フィートの距離に設置されるのとは異なり、地上設置型システムでは、アレイから建物まで100〜300フィートのDCケーブル配線が必要になることがよくあります。この距離は、システムのパフォーマンスを左右する2つの重要な設計上の考慮事項をもたらします。 電圧降下 そして 過電流保護.
太陽光発電アレイとインバーター間のケーブルは、その長さ1フィートごとに抵抗として作用し、エネルギー収穫からワットを奪います。同時に、ケーブルの配線が長くなると、地絡電流のリスクが高まり、適切な ヒューズ サイズ選定は、単なる法規要件ではなく、火災予防の必要性となります。このガイドでは、電気工事請負業者および太陽光発電設置業者向けに、安全で効率的な地上設置型PVシステムを設計するために必要な計算方法、NEC準拠の仕様、および実用的なワークフローを提供します。.
長いケーブル配線におけるDC電圧降下の理解
電力損失の物理学
電圧降下は理論的なものではなく、熱としてシステムから失われるお金です。DC電流が銅導体を流れると、ワイヤの抵抗はオームの法則に従って電気エネルギーを熱エネルギーに変換します。地上設置型設備の場合、これは次の理由で重要です。
- 150フィートのケーブル配線は 6倍 25フィートの屋根置き配線の抵抗
- 電圧降下は電流とともに増加します。アレイのサイズを2倍にすると、ワイヤのサイズを大きくしないと損失が4倍になる可能性があります。
- DCシステムには、AC配電の電圧変換の利点がありません。
NEC電圧降下基準
米国電気工事規程（NEC）は、安全のための特定の電圧降下制限を義務付けていませんが、, NEC 210.19（A）参考情報注記No.4 電圧降下を以下に抑えることを推奨しています。 DC回路の場合は2％. 。太陽光発電業界は、これをPVソース回路（アレイからコンバイナー）およびPV出力回路（コンバイナーからインバーター）の設計基準として採用しています。.
なぜ2％なのか？電圧降下は、最大電力点追従（MPPT）効率を直接低下させるためです。インバーターが400V DCを想定しているにもかかわらず、ケーブル損失により392Vしか受信しない場合、MPPTアルゴリズムは最適な動作点を維持するのに苦労し、年間エネルギー生産量の3〜5％を失うことになります。.
電圧降下計算式
DC電圧降下の標準的な計算式は次のとおりです。
VD％ = (2 × L × I × R) / V × 100
どこでだ：
- VD％ = パーセント電圧降下
- L = 片道ケーブル長（フィート）
- I = 電流（アンペア）（通常はストリングImpまたはアレイの総電流）
- R = 75°Cでの1,000フィートあたりの導体抵抗（NEC第9章、表8から）
- V = システム電圧（アレイの場合はVmp、法規準拠の場合はVoc）
- 2 = プラスとマイナスの両方の導体を考慮（往復距離）
実用的な例：
インバーターから120フィート離れた10kWの地上設置型アレイがあり、400V、25Aの電流で動作しています。10 AWG銅線（75°Cで1,000フィートあたりR = 1.24Ω）を使用する場合：
VD％ = (2 × 120 × 25 × 1.24) / (400 × 1,000) × 100 = 1.86% ✓（許容範囲）
代わりに12 AWGを使用した場合（1,000フィートあたりR = 1.98Ω）：
VD％ = (2 × 120 × 25 × 1.98) / (400 × 1,000) × 100 = 2.97% ✗（2％の制限を超える）
電圧降下参照表
| AWGサイズ | 抵抗（Ω/1000フィート @ 75°C） | 2％ VD降下の場合の最大距離（25A @ 400V） | 3％ VD降下の場合の最大距離（25A @ 400V） |
|---|---|---|---|
| 6AWG | 0.491 | 326フィート | 489フィート |
| 8AWG | 0.778 | 206フィート | 308フィート |
| 10AWG | 1.24 | 129フィート | 194フィート |
| 12AWG | 1.98 | 81フィート | 121フィート |
| 14AWG | 3.14 | 51フィート | 76フィート |
表は、銅導体、400Vシステム電圧、25A電流を前提としています。異なるパラメータの場合は、上記の式を使用してください。.
地上設置型アレイのケーブルサイズ選定：許容電流容量と電圧降下のバランス
二重制約の問題
地上設置型PV設備のワイヤゲージの選択には、以下を満たす必要があります。 2つの独立した基準:
- アンペア容量：ワイヤは過熱することなく最大電流を処理できる必要があります（NEC 690.8）
- 電圧降下：ワイヤは効率のために抵抗損失を≤2％に制限する必要があります
設置業者が犯す間違いは？許容電流容量表のみに基づいてワイヤを選択し、設置後に電圧降下が許容範囲を超えることを発見することです。.
ステップ1：最小許容電流容量の計算
1つあたり NEC 690.8(A)(1), PV電源回路導体は、以下のサイズにする必要があります。 モジュールの短絡電流（Isc）の125% 補正係数を適用する前に：
最小許容電流 = 1.25 × Isc
並列ストリングの場合、ストリング数を掛けます。さらに、, NEC 690.8(B)(1) PV出力回路（コンバイナからインバータ）の導体は、以下を処理する必要があります。 合計電流の125%.
例：3つの並列ストリング、各ストリングのIsc = 11A：
- 合計Isc = 33A
- 最小導体許容電流 = 33A × 1.25 = 41.25A
- NEC表310.16（75°C欄）より、8 AWG銅線 = 50A許容電流 ✓
ステップ2：温度補正係数を適用する
地上設置では、導体が極端な温度にさらされます。周囲温度が30°C（86°F）を超える場合は、以下を使用して許容電流を低減する必要があります。 NEC表310.15(B)(1):
| 周囲温度 | 補正係数（75°C絶縁） |
|---|---|
| 30°C (86°F) | 1.00 |
| 17.5V – 22.0V | 0.88 |
| 50°C (122°F) | 0.75 |
| 60°C (140°F) | 0.58 |
50°Cの環境における41.25Aの例：
- 補正後の必要な許容電流 = 41.25A / 0.75 = 55A
- 8 AWG（50A）では不十分になりました。以下にアップグレードする必要があります。 6 AWG（65A） ✓
ステップ3：電圧降下を確認する
修正された6 AWGワイヤを、33Aおよび400Vで150フィート使用する場合：
VD% = (2 × 150 × 33 × 0.491) / (400 × 1,000) × 100 = 1.21% ✓（優良）
ケーブルサイズ決定マトリックス
| アレイ電流 | 距離 | 最小AWG（許容電流のみ） | 推奨AWG（2% VD制限） | VIOXケーブルラグの互換性 |
|---|---|---|---|---|
| 15-20A | <100フィート | 12AWG | 10AWG | CL-10シリーズ |
| 20-30A | <150フィート | 10AWG | 8AWG | CL-8シリーズ |
| 30-45A | <200フィート | 8AWG | 6AWG | CL-6シリーズ |
| 45-65A | <250フィート | 6AWG | 4AWG | CL-4シリーズ |
| 65-85A | <300フィート | 4AWG | 2AWG | CL-2シリーズ |
400Vシステム、50°Cの周囲温度、銅USE-2またはPVワイヤを想定。必ず電圧降下計算で確認してください。.
地上設置型PVシステムのヒューズの選択とサイジング
並列ストリング構成でヒューズが不可欠な理由
複数の並列ストリングを備えた地上設置では、, ヒューズ 3つの故障シナリオに対する主要な過電流保護を提供します。
- 線間短絡：正極導体と負極導体間の短絡
- 地絡：意図しない地絡経路
- 逆電流：1つのストリングが、影になっているまたは損傷したストリングに電流を逆供給する場合
NEC 690.9(A) は、「太陽光発電システムは、過電流から保護されなければならない」と規定しています。ヒューズは、ケーブル絶縁が溶けたり、モジュールが壊滅的な故障を起こしたりする前に回路を開く犠牲要素として機能します。.
1.56× Iscサイジングルールの説明
PVヒューズのサイジングの基礎は、 1.56倍率 モジュールの短絡電流に適用されます。これは以下に由来します。 NEC 690.8(A)(1) 以下が必要です。
最小限のヒューズ定格 ≥ 1.56 × Isc (ストリングあたり)
1.56はどこから来たのか？
- 1.25 = 連続電流に対する安全率
- 1.25 = 標準試験条件（STC）を超える放射照度条件に対する追加係数
- 1.25 × 1.25 = 1.5625 （1.56に丸められます）
計算例:
モジュールデータシートにはIsc = 11.5Aと記載
- 最小ヒューズ定格の計算：11.5A × 1.56 = 17.94A
- 次の標準ヒューズサイズを選択： 20A （標準定格：10A、15A、20A、25A、30A）
- モジュールの最大直列ヒューズ定格（データシートより）との照合：25Aと記載されている場合、20A ✓
重要な確認事項：選択されたヒューズは、以下でなければなりません ≤ 電線許容電流. 。10 AWGの電線が30A定格の場合、20Aのヒューズは適切な電線保護を提供します✓
ストリングヒューズ対コンバイナー出力ヒューズ
地上設置型システムでは、通常、2つのレベルの過電流保護が必要です。
ストリングレベルヒューズ（コンバイナーボックス内）：
- 目的：個々のストリング導体を逆電流から保護する
- 場所：ストリングのプラス側導体ごとに1つのヒューズ
- サイズ：ストリングあたり1.56 × Isc
- 例：Isc = 11Aの場合、以下を使用 15A gPV定格DCヒューズ
コンバイナー出力ヒューズ（コンバイナーとインバーターの間）：
- 目的：主DCフィーダーケーブルを保護する
- 場所：並列接続点の後
- サイズ： NEC 690.8(B)(1)：1.25 × (すべてのストリングIsc値の合計)
- 例：6ストリング × 11A = 合計66A; 66A × 1.25 = 82.5A → 以下を使用 90Aまたは100Aヒューズ
地上設置アプリケーション向けのVIOXヒューズホルダー仕様
VIOXは製造しています gPV定格DCヒューズホルダー 特に太陽光発電アプリケーション向けに設計されています。
| 製品シリーズ | 定格電圧 | 現在の評価 | IP等級 | 特徴 |
|---|---|---|---|---|
| VIOX FH-15DC | 1000V DC | 15-30A | IP66 | 感電防止、LED故障表示 |
| VIOX FH-30DC | 1000V DC | 30-60A | IP66 | クイックリリースメカニズム、双極 |
| VIOX FH-100DC | 1500V DC | 60-125A | IP66 | 統合バスバー、1500Vシステムに適しています |
すべてのVIOXヒューズホルダーは以下を満たしています UL 248-14 （gPVヒューズ用）および IEC 60947-3 規格に準拠しており、主要なヒューズメーカー（Mersen、Littelfuse、Bussmann）との互換性を保証します。.
ヒューズ選択クイックリファレンス
| モジュールIsc | 最小ヒューズ定格（1.56× Isc） | 標準ヒューズサイズ | 最大電線保護 |
|---|---|---|---|
| 9A | 14.0A | 15A | 12 AWG (20A) |
| 11A | 17.2A | 20A | 10 AWG (30A) |
| 13A | 20.3A | 25A | 10 AWG (30A) |
| 15A | 23.4A | 25A | 8 AWG (40A) |
| 18A | 28.1A | 30A | 8 AWG (40A) |
最終選択の前に、必ずモジュールデータシートの「最大直列ヒューズ定格」を確認してください。.
実用的な設計ワークフロー：ステップバイステップチェックリスト
準拠した効率的な地上設置型PV電気システムを設計するには、この体系的なアプローチに従ってください。
フェーズ1: データ収集
- モジュールデータシートを入手する（Voc、Vmp、Isc、Imp、温度係数）
- アレイからインバータ入力点までの物理的な距離を測定する
- 周囲温度範囲を決定する（最悪のケースについては、地域の気象データを使用する）
- システム電圧を特定する（12V、24V、48Vオフグリッド；300-600V系統連系）
- 並列構成のストリングの総数を数える
フェーズ2：ケーブルサイズ選定
- 最小許容電流を計算する：1.25 × Isc × 並列ストリング数
- 温度低減係数を適用する（NEC表310.15(B)(1)）
- NEC表310.16から予備のAWGサイズを選択する
- 次の式を使用して電圧降下を計算する：VD = (2 × L × I × R) / V × 100
- VD > 2%の場合、導体を大きくして再計算する
- 最終的なAWGが許容電流と電圧降下の両方の基準を満たしていることを確認する
フェーズ3：ヒューズ仕様
- ストリングヒューズのサイズ選定：ストリングあたり1.56 × Isc → 次の標準サイズを選択する
- ヒューズ ≤ 導体許容電流であることを確認する（例：20Aヒューズ ≤ 30A導体）
- ヒューズ ≤ モジュールの最大直列ヒューズ定格（データシートより）であることを確認する
- コンバイナ出力ヒューズ：1.25 × (すべてのストリングIscの合計) → 次の標準サイズを選択する
- 利用可能な故障電流以上の遮断容量を持つgPV定格のDCヒューズを指定する
フェーズ4：コンポーネントの選択
- VIOX IP66定格のコンバイナボックスを選択する（ストリング数に基づいてサイズを決定する）
- VIOXヒューズホルダーを指定する（電圧および電流定格）
- DC定格の断路スイッチを選択する（システムVocを処理できる必要がある）
- AWGサイズと互換性のあるケーブルラグを指定する（VIOX CLシリーズ）
- 地域の規定で必要な場合は、サージ保護デバイス（SPD）を含める
回避すべき一般的な設計ミス
| 間違い | 結果 | 液 |
|---|---|---|
| 許容電流のみによる電線サイズ選定 | 過度の電圧降下（>2%）、MPPT効率の低下 | 常にVDを計算する。許容電流よりもVD制限を優先する |
| DC回路でAC定格のヒューズを使用する | ヒューズがDCアークを遮断できない。火災の危険 | 指定する gPV定格 ヒューズ（UL 248-14リスト） |
| 温度低減を無視する | 夏に電線が過熱する。規定違反 | NEC表310.15(B)(1)の補正係数を適用する |
| アルミニウム導体と銅導体を混合する | 接続部でのガルバニック腐食 | 全体に銅を使用するか、アルミニウムに酸化防止剤を使用する |
| 「安全のため」にヒューズを大きくする“ | ヒューズが切れる前に電線絶縁が溶ける | ヒューズ定格は電線許容電流以下でなければならない |
設計パラメータクイックリファレンス
| パラメータ | 標準範囲 | コードリファレンス | VIOX製品ライン |
|---|---|---|---|
| 電圧降下制限 | ≤2%（最大3%） | NEC 210.19(A) 注4 | 該当なし |
| ストリングヒューズ | 15-30A（住宅用） | NEC 690.9 | FH-15DC、FH-30DC |
| コンバイナヒューズ | 60-125A（住宅用） | NEC 690.8(B) | FH-100DC |
| ケーブルAWG | 6-10 AWG（一般的） | NEC 310.16 | CL-6、CL-8、CL-10ラグ |
| コンバイナボックス定格 | IP65最小（IP66推奨） | NEC 690.31(E) | CB-6、CB-12、CB-18シリーズ |
よくある質問
Q：並列に接続された太陽電池パネルストリングが2つしかない場合、ヒューズは必要ですか？
A: ～によれば NEC 690.9(A) 例外, 2つのストリングのみが並列接続されている場合、一方のストリングからの最大逆電流が導体の許容電流を超えることはないため、ヒューズは不要です。ただし、多くの専門の設置業者は、次の3つの理由から、いずれにしてもヒューズを追加します。（1）トラブルシューティングと分離が容易、（2）再配線なしで将来の拡張が可能、（3）地絡に対する追加の保護。VIOXは、ケーブルの配線が長く、故障電流への曝露が高いため、地上設置システムではすべての並列構成にヒューズを取り付けることを推奨しています。.
Q: DC太陽光発電システムで標準のACヒューズを使用できますか？
A: DCアプリケーションでは、AC定格のヒューズは絶対に使用しないでください。. DC電流は一定の極性を維持し、ACヒューズが安全に遮断できない持続的な電気アークを生成します。PVシステムには、 gPV定格ヒューズ （UL 248-14にリストされている）DC太陽光発電アプリケーション用に特別に設計されたものが必要です。これらのヒューズは、特殊な消弧材料と、より高い遮断定格（通常、1000V DCで20kA〜50kA）を備えています。VIOXヒューズホルダーは、gPVヒューズ専用に設計されており、IEC 60947-3 DC-PV2使用区分に適合しています。.
Q: アレイに異なる距離に複数のストリングがある場合、電圧降下をどのように計算しますか？
A: 次の電圧降下を計算します。 最長のケーブル経路 システム内—これが最悪のシナリオになります。中間コンバイナボックスを備えた複雑な構成の場合は、各セグメントの電圧降下を合計します：アレイ→中間コンバイナ（VD1%）+中間コンバイナ→メインコンバイナ（VD2%）+メインコンバイナ→インバータ（VD3%）。合計VD%は≤2%のままにする必要があります。ストリングの距離が大幅に異なる場合は、1つの中央集中型コンバイナではなく、アレイセクションに近い複数のコンバイナボックスを検討してください。.
Q: 導体の許容電流とヒューズ定格の違いは何ですか？
A: 導体の許容電流 （NEC表310.16より）は、絶縁を損傷することなくワイヤが運ぶことができる最大連続電流です。. ヒューズ定格 は、指定された時間内にヒューズが切れる電流レベルです。重要な関係： ヒューズ定格は≤導体の許容電流である必要があります ワイヤを保護するため。例：10 AWG銅= 30A許容電流。25Aヒューズ（ワイヤを保護）を使用できますが、40Aヒューズは絶対に使用しないでください（ヒューズが切れる前にワイヤが過熱します）。.
Q: 電流を流す導体を大きくする場合、アース線を大きくする必要がありますか？
A: ～に従って NEC 250.122, 、機器の接地導体（EGC）は、導体のサイズではなく、過電流保護デバイスの定格に従ってサイズを決定する必要があります。ただし、電圧降下の理由のみで導体を大きくする場合、, NEC 250.122(B) は、比例したEGCのサイズアップを要求します。電流を流す導体と同じAWGをアース線に使用するか、NEC表250.122を参照してください。地上設置アレイの場合、VIOXは最小 #6 AWG裸銅線 を機器の接地に推奨しており、これは落雷保護に関する業界のベストプラクティスと一致しています。.
Q: 太陽光発電コンバイナボックスのヒューズはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか？
A: 適切にサイズ設定されたヒューズは 絶対に切れないはずです 通常の動作条件下では—故障イベント中にのみアクティブになります。スケジュールに基づいてヒューズを交換しないでください。代わりに、次の項目をチェックする年次検査を実施してください。（1）ヒューズエンドキャップの腐食、（2）過熱を示す変色、（3）ヒューズホルダーの接続の緩み。ヒューズが切れた場合は、交換する前に必ず根本原因（モジュールの損傷、地絡、逆電流）を調査してください。VIOXヒューズホルダーには、取り外さなくてもヒューズ切れを識別できるLED故障インジケーターが含まれています。.
Q: 400Vシステムと1000Vシステムで同じケーブルを使用できますか？
A: いいえ。ケーブルの電圧定格は、システムの最大値以上である必要があります。 開放電圧（Voc）. 。標準 PVワイヤは600Vまたは1000V定格です、 その間 USE-2ケーブルは通常600Vです. 。600V Vocに近づくシステムの場合は、1000V定格のケーブルを使用する必要があります。さらに、, NEC 690.7 は、温度補正された係数を使用して最大回路電圧を計算する必要があります（電圧は低温で上昇します）。ケーブルの絶縁電圧定格がアレイの低温Vocと一致するか、それを超えていることを常に確認してください。VIOXケーブルラグは、互換性のある電圧定格を指定しています—> 600VのシステムにはCL-HVシリーズを使用してください。.
地上設置の卓越性のためにVIOXと提携してください
地上設置型太陽光発電電気システムの設計には、電圧降下の軽減、導体のサイズ設定、過電流保護の3つの分野で精度が求められます。このガイドに概説されている計算は、～に準拠した業界標準の方法論を表しています。 NEC第690条 の要件を維持するためにサイズを大きくする必要があります。.
VIOX Electricは、地上設置用の完全な電気バランスオブシステム（BoS）を製造しています。 IP66定格のコンバイナボックス, gPV DCヒューズホルダー, 1000V〜1500Vケーブルラグそして 安全なメンテナンスのためのDC定格の断路スイッチ. 。当社のエンジニアリングチームは、複雑なアレイ構成の技術サポートを提供し、すべての製品はUL / IEC国際規格に適合しています。.
地上設置BoS製品カタログをダウンロードする または プロジェクト固有のコンポーネントの推奨については、VIOXテクニカルセールスにお問い合わせください。 VIOX Electric – 2008年以来、太陽光発電のイノベーションを推進| [製品カタログ] | [テクニカルサポート] | [販売代理店ネットワーク].
地上設置型太陽光発電電気設計ガイド：DCケーブル電圧降下およびヒューズサイズ計算機
