양면 태양광(PV) 기술의 부상은 모듈 뒷면에서 반사된 빛을 포착하여 에너지 수율을 최대 30%까지 증가시켜 태양광 산업에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 이러한 “보너스” 에너지는 중요한 엔지니어링 과제를 동반합니다. 전류 이득. 전기 엔지니어 및 시스템 설계자에게 뒷면 조사량의 가변성은 표준 과전류 보호 장치 크기 조정 규칙이 종종 부족함을 의미합니다.
퓨즈 크기를 전면 표준 테스트 조건(STC) 등급에만 기반하여 결정하면 최고 알베도 이벤트 중에 불필요한 트립, 장비 피로 및 잠재적인 화재 위험이 발생할 수 있습니다. 전기 보호 장비의 선두 제조업체인 VIOX Electric은 양면 어레이에 대한 퓨즈 크기를 적절하게 조정하려면 NEC(National Electrical Code)와 반사 조사량의 물리학에 대한 미묘한 이해가 필요하다는 것을 알고 있습니다.
양면 전류 이득의 물리학
기존 단면 모듈과 달리 양면 패널은 빛이 뒷면에서 태양 전지에 도달할 수 있도록 투명한 백시트 또는 이중 유리 디자인을 특징으로 합니다. 뒷면은 총 전력 출력에 기여하지만 회로 보호에 더 중요한 것은 단락 전류(I_{sc})에 직접적으로 기여합니다.
생성되는 추가 전류의 양은 다음에 크게 좌우됩니다. 알베도 (반사율) 패널 아래 표면과 설치 높이. 흰색 상업용 지붕(높은 알베도) 위의 패널은 아스팔트 또는 잔디 위의 패널보다 훨씬 더 많은 전류를 생성합니다.
양면성 계수 및 이득 계수
보호 장치 크기를 올바르게 조정하려면 이 이득을 정량화해야 합니다.
- 양면성 계수: 뒷면 효율 대 전면 효율의 비율(일반적으로 최신 PERC 또는 TOPCon 셀의 경우 70-80%).
- 양면 이득 계수(BGF): 작동 중 전류의 실제 백분율 증가. 제조업체는 “참조” 이득을 나열할 수 있지만 실제 BGF는 일반적으로 범위가 10% ~ 15%, 최적화된 조건(예: 눈 또는 흰색 멤브레인)에서 최대 25-30%까지 급증합니다.
엔지니어는 이 추가 전류를 무시할 수 없습니다. 퓨즈는 다음을 처리할 수 있어야 합니다. 총 결합 I_{sc} 열화 없이 와이어와 모듈을 결함으로부터 보호합니다.
NEC 690.8 및 1.56 규칙: 양면에 맞게 조정됨
NEC(National Electrical Code)는 PV 회로 크기 조정을 위한 프레임워크를 제공하지만 양면 모듈은 Article 690.8에 복잡성을 더합니다.
표준 크기 조정은 “1.56 규칙”을 따릅니다.
I_{fuse} \ge I_{sc} \times 1.25 \text{ (조사량 계수)} \times 1.25 \text{ (연속 듀티 계수)}
표준 크기 조정에 대한 자세한 지침은 다음을 참조하십시오. PV 퓨즈 분리 크기 조정 가이드(NEC 1.56 규칙).
그러나 양면 모듈의 경우, I_{sc}는 정적 숫자가 아닙니다.. NEC 690.8(A)(2)는 “최고 3시간 전류 평균”을 기준으로 계산할 수 있지만 더 일반적이고 안전한 엔지니어링 방법은 안전 계수를 적용하기 전에 기본 I_{sc}를 조정하는 것입니다.
조정된 공식
규정 준수 및 안전을 보장하려면 조정된 I_{sc}를 사용하십시오.
I_{sc, adjusted} = I_{sc, front} \times (1 + \text{양면 이득})
그런 다음 표준 보호 계수를 적용합니다.
\text{최소 퓨즈 정격} = I_{sc, adjusted} \times 1.56
표 1: 양면 대 단면 전류 계산 비교
| 매개변수 | 단면 모듈 | 양면 모듈(15% 이득) |
|---|---|---|
| 정격 I_{sc} (전면) | 13.0 A | 13.0 A |
| 뒷면 이득 | 0 A | +1.95 A (13.0 × 0.15) |
| 유효 I_{sc} | 13.0 A | 14.95 A |
| NEC 승수 | 1.56 | 1.56 |
| 계산된 최소 퓨즈 | 20.28 A | 23.32 A |
| 표준 퓨즈 크기 | 20A 또는 25A | 25A 또는 30A |
양면 이득이 요구 사항을 다음 표준 퓨즈 크기로 어떻게 미는지 확인하십시오.
IEC 60269-6 및 gPV 퓨즈 요구 사항
크기 조정 계산이 중요하지만 유형 선택한 퓨즈도 똑같이 중요합니다. 태양광 애플리케이션의 경우 다음 특성을 가진 퓨즈를 사용해야 합니다. gPV gPV IEC 60269-6.
표준 AC 퓨즈 또는 범용 DC 퓨즈와 달리 gPV 퓨즈는 음영 또는 불일치 이벤트 중에 PV 스트링에서 흔히 발생하는 낮은 과전류(일반적으로 정격 전류의 1.35배 ~ 2배)를 차단하도록 설계되었습니다.
양면에 gPV가 중요한 이유
양면 모듈은 알베도가 높은 날에 정격보다 약간 높은 전류를 장기간 유지할 수 있습니다. 비 gPV 퓨즈는 이 지속적인 열 부하에서 피로해져 조기 고장이 발생할 수 있습니다. 또한 높은 DC 전압(1000V 또는 1500V)에는 세라믹 gPV 퓨즈에서 발견되는 특정 아크 소호 기능이 필요합니다.
퓨즈 재료에 대한 자세한 비교는 다음 기사를 참조하십시오. 유리 퓨즈 대 세라믹 퓨즈 안전 가이드.
포괄적인 계산 방법론
양면 시스템의 퓨즈 크기를 조정하려면 이 단계별 엔지니어링 프로세스를 따르십시오.
1단계: 기준 $I_{sc}$ 결정
모듈 데이터시트를 참조하십시오. “양면 명판 조사량” 또는 다양한 게인 레벨(예: 10%, 20%, 30%)에서 $I_{sc}$를 보여주는 특정 데이터 테이블을 찾으십시오. 이 데이터를 사용할 수 없는 경우 보수적인 엔지니어는 일반적으로 다음을 가정합니다. 안전을 보장하기 위해 계산 시 20-25% 게인 현장별 알베도 모델링에서 달리 입증되지 않는 한.
2단계: NEC 690.8 계수 적용
최소 과전류 보호 장치(OCPD) 정격을 계산합니다.
$$I_{OCPD} = I_{sc, 양면} \times 1.25 \times 1.25$$
3단계: 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격 확인
결정적으로 선택한 퓨즈는 초과해서는 안 됩니다. 모듈 데이터시트에 나열된 “최대 직렬 퓨즈 정격”입니다. 이는 설계 창을 만듭니다.
- 하한: 계산된 최소 OCPD 크기(불필요한 트립 방지).
- 상한: 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격(모듈 보호).
계산된 값이 모듈의 최대 정격을 초과하는 경우 퓨즈 크기를 단순히 늘릴 수 없습니다. 스트링 수를 늘리거나(병렬 연결 감소) 모듈 제조업체에 업데이트된 인증을 문의해야 할 수 있습니다.
여러 스트링을 결합하는 시스템의 경우 당사 가이드에 설명된 병렬 연결 요구 사항을 이해해야 합니다. 태양광 PV 퓨즈 요구 사항: NEC 690.9 병렬 스트링.
표 2: 다양한 양면 모듈 정격에 대한 퓨즈 크기 조정 예
| 모듈 전면 $I_{sc}$ | 사용된 양면 게인 | 조정된 $I_{sc}$ | 최소 퓨즈 계산($I \times 1.56$) | 다음 표준 퓨즈 크기 |
|---|---|---|---|---|
| 10 A | 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 또는 40 A |
| 20 A | 25% | 25.0 A | 39.00 A | 40 A |
온도 저감: 조용한 퓨즈 킬러
퓨즈는 열 장치입니다. 너무 뜨거워지면 녹아서 작동합니다. 따라서 높은 주변 온도는 전류 전달 능력에 영향을 미칩니다. 옥상 태양광 설치는 종종 60°C 또는 70°C를 초과하는 온도를 경험합니다.
양면 모듈의 경우 추가 전류는 퓨즈 링크 내에서 추가 열을 생성합니다($P = I^2R$). 60°C에 도달하는 컴바이너 박스에 25A 정격의 퓨즈를 설치하면 해당 퓨즈는 실제로 20A 이하로 저감될 수 있습니다.
양면 시스템의 크기를 조정할 때는 다음을 적용하십시오. 퓨즈 제조업체의 데이터시트에서 온도 저감 계수($K_t$) 다음을 적용하십시오.
$$I_{fuse, final} = \frac{\text{계산된 최소 전류}}{K_t}$$
온도를 고려하지 않으면 더운 기후에서 퓨즈 피로의 주요 원인이 됩니다. 열악한 환경에서 케이블 및 퓨즈를 보호하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오. 지상 장착 태양광 케이블 퓨즈 크기 조정 가이드.
실제 설계 고려 사항
표 3: 설치 유형 및 알베도별 양면 게인 계수
| 표면 재료 | 알베도(%) | 일반적인 전류 게인 | 권장 안전 여유 |
|---|---|---|---|
| 잔디/흙 | 15-20% | 5-7% | 낮음 |
| 콘크리트/모래 | 20-30% | 7-10% | Medium |
| 흰색 멤브레인 지붕 | 60-80% | 15-20% | 높음 |
| 눈 | 80-90% | 20-30%+ | 매우 높음 |
컴바이너 박스 선택
양면 모듈에서 발생하는 추가 전류는 컴바이너 박스의 버스바 및 열 관리에도 영향을 미칩니다. 컴바이너 박스를 선택할 때는 인클로저 정격 및 내부 버스바가 다음을 위해 크기가 조정되었는지 확인하십시오. 양면 전면 정격뿐만 아니라 총 전류. 확장 계획은 다음을 참조하십시오. 태양광 컴바이너 박스 크기 조정 가이드.
과전류 대 단락
과부하 보호와 단락 보호를 구별하는 것이 중요합니다. 양면 게인은 작동 전류를 과부하 임계값에 더 가깝게 증가시킵니다. 조정 가능한 트립 설정이 있는 차단기 또는 퓨즈를 사용하면 고정 퓨즈보다 더 많은 유연성을 제공할 수 있습니다. 보호 장치 비교는 다음을 참조하십시오. PV DC 보호 설명: MCB, 퓨즈 및 SPD.
일반적인 실수를 방지
- 후면 게인 무시: 전면 라벨만을 기준으로 크기를 결정하는 것은 #1 오류입니다. 항상 예상되는 양면 발전 이득을 추가하십시오.
- 안전 계수의 이중 계산: 일부 엔지니어는 불필요하게 1.25 계수를 두 번 적용합니다. 다음 공식을 준수하십시오: $I_{sc, adjusted} \times 1.56$.
- 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격 초과: 모듈의 안전 제한을 무시하고 계산된 높은 전류를 우선시하면 보증이 무효화되고 화재 위험이 발생할 수 있습니다.
- 온도 감소율 무시: 25°C에 완벽하게 맞춰진 퓨즈는 옥상 결합기 박스 내부의 65°C에서 고장날 가능성이 높습니다.
표 4: NEC 곱셈 계수 요약
| 율 | 가치 | 목적 |
|---|---|---|
| 양면 발전 이득 | 변수 (1.10 – 1.30) | 후면 복사 조도를 고려 |
| 높은 복사 조도 (690.8(A)(1)) | 1.25 | 태양 강도 > 1000 W/m²를 고려 |
| 연속 사용 (690.8(B)) | 1.25 | 퓨즈 가열/피로를 3시간 이상 방지 |
| 총 표준 승수 | 1.56 | 계산을 위한 결합된 안전 계수 |
FAQ 섹션
Q: 양면 패널은 왜 단면 패널과 다른 퓨즈 크기가 필요합니까?
A: 양면 패널은 양쪽에서 전류를 생성합니다. 이 추가 전류는 회로의 유효 단락 전류($I_{sc}$)를 증가시킵니다. 전면 출력만을 위해 크기가 결정된 퓨즈는 지면 반사율이 높은 피크 햇빛 시간 동안 트립될 수 있습니다.
Q: 프로젝트에 맞는 올바른 양면 발전 이득 계수(BGF)를 어떻게 결정합니까?
A: 이상적으로는 알베도, 피치 및 높이를 고려하는 현장별 시뮬레이션 소프트웨어(예: PVSyst)를 사용하십시오. 시뮬레이션이 없으면 모듈의 최대 정격 내에 유지되는 경우 안전 장비 크기 결정을 위해 15-20% 이득의 보수적인 추정치가 종종 권장됩니다.
Q: 계산된 퓨즈 크기가 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격을 초과하면 어떻게 됩니까?
A: 모듈의 정격보다 큰 퓨즈를 설치할 수 없습니다. 스트링 구성(예: 병렬 스트링 수 감소)을 재설계하거나 더 높은 직렬 퓨즈 정격을 가진 모듈을 선택해야 합니다.
Q: 양면 태양광 패널에 표준 AC 퓨즈를 사용할 수 있습니까?
A: 아니요. gPV 특성을 가진 DC(일반적으로 1000V 또는 1500V) 정격의 퓨즈를 사용해야 합니다. AC 퓨즈는 DC 아크를 안정적으로 소멸시킬 수 없으며 치명적으로 고장날 수 있습니다.
Q: 온도가 퓨즈 선택에 어떤 영향을 미칩니까?
A: 퓨즈는 열 장치입니다. 높은 주변 온도(태양광에서 흔함)에서는 더 낮은 전류에서 트립됩니다. 올바른 퓨즈 암페어를 선택하려면 계산된 전류를 제조업체의 온도 감소율 계수로 나누어야 합니다.
Q: NEC 690.8에 필요한 1.56 계수는 양면 패널에 충분합니까?
A: 1.56 계수는 모듈 전류. 에 적용됩니다. 양면 패널의 경우 이 계수를 전면 $I_{sc}$뿐만 아니라 조정된 전류(전면 $I_{sc}$ + 후면 이득)에 적용해야 합니다.
주요 내용
- 양면 발전 이득은 실제 암페어입니다.: 후면 이득을 일시적인 스파이크가 아닌 열과 부하에 기여하는 연속 전류로 취급하십시오.
- $I_{sc}$를 먼저 조정하십시오.: NEC 1.56 안전 계수를 적용하기 전에 총 유효 $I_{sc}$(전면 + 후면)를 계산하십시오.
- 간격을 염두에 두십시오.: 퓨즈 정격이 성가신 트립을 방지할 만큼 충분히 높지만 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격을 준수할 만큼 충분히 낮은지 확인하십시오.
- gPV는 필수입니다.: 퓨즈가 광전지 애플리케이션에 대한 IEC 60269-6 표준을 충족하는지 항상 확인하십시오. 표준 부하로 대체하지 마십시오.
- 알베도가 중요합니다.: 지면 표면이 밝을수록(예: 흰색 지붕, 눈) 전류 이득이 높아집니다. 그에 따라 OCPD 크기를 조정하십시오.
- 열을 주시하십시오.: 결합기 박스의 주변 온도는 퓨즈 용량을 크게 줄입니다. 피로 고장을 방지하기 위해 감소율 계수를 적용하십시오.
