지상 설치형 태양광 시스템에 우수한 전기 설계가 필요한 이유
지상 설치형 태양광 설비는 아마추어 설치와 전문가 수준의 시스템을 구분하는 고유한 전기적 문제를 제시합니다. 거리. 인버터가 20~30피트 떨어진 옥상 어레이와 달리 지상 설치형 시스템은 어레이에서 건물까지 100~300피트의 DC 케이블 배선이 필요한 경우가 많습니다. 이 거리는 시스템 성능을 좌우할 수 있는 두 가지 중요한 설계 고려 사항을 도입합니다. 전압 강하 그리고 과전류 보호.
태양광 어레이와 인버터 사이의 모든 케이블은 저항 역할을 하여 에너지 수확에서 와트를 훔칩니다. 동시에 케이블 배선이 길어지면 고장 전류 위험이 증가하므로 적절한 퓨즈 크기 조정은 코드 요구 사항일 뿐만 아니라 화재 예방 필수 사항입니다. 이 가이드는 전기 계약자 및 태양광 설치자에게 안전하고 효율적인 지상 설치형 PV 시스템을 설계하는 데 필요한 계산 방법, NEC 준수 사양 및 실용적인 워크플로를 제공합니다.
긴 케이블 배선에서 DC 전압 강하 이해
전력 손실의 물리학
전압 강하는 이론적인 것이 아니라 시스템에서 열로 빠져나가는 돈입니다. DC 전류가 구리 도체를 통과할 때 전선의 저항은 옴의 법칙에 따라 전기 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 지상 설치의 경우 이는 다음과 같은 이유로 중요합니다.
- 150피트 케이블 배선은 6배 25피트 옥상 배선의 저항
- 전압 강하는 전류와 함께 증가합니다. 와이어 크기를 늘리지 않으면 어레이 크기를 두 배로 늘리면 손실이 4배로 늘어날 수 있습니다.
- DC 시스템에는 AC 배전의 전압 변환 이점이 없습니다.
NEC 전압 강하 표준
NEC(National Electrical Code)는 안전을 위해 특정 전압 강하 제한을 의무화하지 않지만, NEC 210.19(A) 정보 참고 사항 4 전압 강하를 다음 이하로 유지하는 것이 좋습니다. DC 회로의 경우 2%.. 태양광 산업은 이를 PV 소스 회로(어레이에서 결합기) 및 PV 출력 회로(결합기에서 인버터)의 설계 표준으로 채택했습니다.
왜 2%일까요? 전압 강하는 최대 전력점 추적(MPPT) 효율성을 직접적으로 감소시키기 때문입니다. 인버터가 400V DC를 예상하지만 케이블 손실로 인해 392V를 수신하는 경우 MPPT 알고리즘은 최적의 작동 지점을 유지하는 데 어려움을 겪어 연간 에너지 생산량의 3~5%가 손실됩니다.
전압 강하 계산 공식
DC 전압 강하의 표준 공식은 다음과 같습니다.
VD% = (2 × L × I × R) / V × 100
Where:
- VD% = 백분율 전압 강하
- L = 단방향 케이블 길이(피트)
- I = 암페어 단위의 전류(일반적으로 스트링 Imp 또는 어레이 총 전류)
- R = 75°C에서 1,000피트당 도체 저항(NEC 9장, 표 8에서)
- V = 시스템 전압(어레이의 경우 Vmp, 코드 준수의 경우 Voc)
- 2 = 양극 및 음극 도체(왕복 거리)를 모두 고려합니다.
실제 예:
인버터에서 120피트 떨어진 10kW 지상 설치형 어레이가 25A 전류로 400V에서 작동합니다. 10 AWG 구리선(75°C에서 1,000피트당 R = 1.24Ω) 사용:
VD% = (2 × 120 × 25 × 1.24) / (400 × 1,000) × 100 = 1.86% ✓ (허용 가능)
대신 12 AWG를 사용한 경우(1,000피트당 R = 1.98Ω):
VD% = (2 × 120 × 25 × 1.98) / (400 × 1,000) × 100 = 2.97% ✗ (2% 제한 초과)
전압 강하 참조 표
| AWG 크기 | 저항(Ω/1000피트 @ 75°C) | 2% VD 강하의 최대 거리(25A @ 400V) | 3% VD 강하의 최대 거리(25A @ 400V) |
|---|---|---|---|
| 6AWG | 0.491 | 326피트 | 489피트 |
| 8AWG | 0.778 | 206피트 | 308피트 |
| 10AWG | 1.24 | 129피트 | 194피트 |
| 12AWG | 1.98 | 81피트 | 121피트 |
| 14 AWG | 3.14 | 51피트 | 76피트 |
표는 구리 도체, 400V 시스템 전압, 25A 전류를 가정합니다. 다른 매개변수의 경우 위의 공식을 사용하십시오.
지상 설치형 어레이용 케이블 크기 조정: 전류 용량과 전압 강하의 균형
이중 제약 문제
지상 설치형 PV 설비용 전선 게이지를 선택하려면 다음을 충족해야 합니다. 두 가지 독립적인 기준:
- 385: 암페어 용량: 전선은 과열 없이 최대 전류를 처리해야 합니다(NEC 690.8).
- 전압 강하: 전선은 효율성을 위해 저항 손실을 ≤2%로 제한해야 합니다.
설치자가 저지르는 실수는 무엇일까요? 전류 용량 표에만 근거하여 전선을 선택한 다음 설치 후 전압 강하가 허용 가능한 제한을 초과하는 것을 발견합니다.
1단계: 최소 전류 용량 요구 사항 계산
Per NEC 690.8(A)(1), PV 소스 회로 도체는 다음 크기로 결정해야 합니다. 모듈 단락 전류(Isc)의 125% 보정 계수를 적용하기 전에:
최소 전류 용량 = 1.25 × Isc
병렬 스트링의 경우 스트링 수를 곱합니다. 또한, NEC 690.8(B)(1) PV 출력 회로(결합기에서 인버터) 도체가 다음을 처리해야 합니다. 결합된 전류의 125%.
예: Isc = 11A인 병렬 스트링 3개:
- 결합된 Isc = 33A
- 최소 도체 전류 용량 = 33A × 1.25 = 41.25A
- NEC 표 310.16(75°C 열)에서 8 AWG 구리 = 50A 전류 용량 ✓
2단계: 온도 보정 계수 적용
지상 설치는 도체를 극한 온도에 노출시킵니다. 주변 온도가 30°C(86°F)를 초과하는 경우 다음을 사용하여 전류 용량을 낮춰야 합니다. NEC 표 310.15(B)(1):
| 주변 온도 | 보정 계수(75°C 절연) |
|---|---|
| 30°C(86°F)입니다. | 1.00 |
| 17.5V – 22.0V | 0.88 |
| 50°C(122°F) | 0.75 |
| 60°C(140°F) | 0.58 |
50°C 환경에서 41.25A 예제의 경우:
- 보정 후 필요한 전류 용량 = 41.25A / 0.75 = 55A
- 8 AWG(50A)는 이제 불충분합니다. 다음으로 업그레이드해야 합니다. 6 AWG(65A) ✓
3단계: 전압 강하 확인
33A 및 400V에서 150피트 실행을 위해 보정된 6 AWG 전선을 사용합니다.
VD% = (2 × 150 × 33 × 0.491) / (400 × 1,000) × 100 = 1.21% ✓ (우수)
케이블 크기 결정 매트릭스
| 어레이 전류 | 거리 | 최소 AWG(전류 용량만 해당) | 권장 AWG(2% VD 제한) | VIOX 케이블 러그 호환성 |
|---|---|---|---|---|
| 15-20A | <100피트 | 12AWG | 10AWG | CL-10 시리즈 |
| 20-30A | <150피트 | 10AWG | 8AWG | CL-8 시리즈 |
| 30-45A | <200피트 | 8AWG | 6AWG | CL-6 시리즈 |
| 45-65A | <250피트 | 6AWG | 4 AWG | CL-4 시리즈 |
| 65-85A | <300피트 | 4 AWG | 2 AWG | CL-2 시리즈 |
400V 시스템, 50°C 주변 온도, 구리 USE-2 또는 PV 전선을 가정합니다. 항상 전압 강하 계산으로 확인하십시오.
지상 PV 시스템용 퓨즈 선택 및 크기 결정
병렬 스트링 구성에서 퓨즈가 협상 불가능한 이유
여러 병렬 스트링이 있는 지상 설치에서, 퓨즈 세 가지 결함 시나리오에 대한 주요 과전류 보호를 제공합니다.
- 선간 단락: 양극 및 음극 도체 간의 단락
- 접지 오류: 의도하지 않은 접지 경로
- 역전류: 하나의 스트링이 음영 처리되거나 손상된 스트링으로 전류를 역공급할 때
NEC 690.9(A) 에는 “태양광 발전 시스템은 과전류로부터 보호되어야 한다”고 명시되어 있습니다. 퓨즈는 케이블 절연이 녹거나 모듈이 치명적인 고장을 일으키기 전에 회로를 여는 희생 요소 역할을 합니다.
1.56× Isc 크기 결정 규칙 설명
PV 퓨즈 크기 결정의 초석은 1.56 승수 모듈 단락 전류에 적용됩니다. 이것은 다음에서 비롯됩니다. NEC 690.8(A)(1) 다음이 필요합니다.
최소 퓨즈 정격 ≥ 1.56 × Isc (스트링당)
1.56은 어디에서 왔습니까?
- 1.25 = 연속 전류에 대한 안전 계수
- 1.25 = 표준 시험 조건(STC)을 초과하는 일사 조건에 대한 추가 계수
- 1.25 × 1.25 = 1.5625 (1.56으로 반올림)
계산 예시:
모듈 데이터시트에 Isc = 11.5A로 표시됨
- 최소 퓨즈 정격 계산: 11.5A × 1.56 = 17.94A
- 다음 표준 퓨즈 크기 선택: 20A (표준 정격: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A)
- 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격(데이터시트에서)과 비교하여 확인: 25A로 나열된 경우 20A ✓
중요 확인: 선택한 퓨즈는 또한 ≤ 전선 허용 전류여야 합니다.. 10 AWG 전선이 30A로 정격된 경우 20A 퓨즈는 적절한 전선 보호를 제공합니다 ✓
스트링 퓨즈 대 결합기 출력 퓨즈
접지형 시스템은 일반적으로 두 단계의 과전류 보호가 필요합니다.
스트링 레벨 퓨즈(결합기 박스 내부):
- 목적: 개별 스트링 도체를 역전류로부터 보호
- 위치: 스트링 양극 도체당 퓨즈 1개
- 크기 조정: 스트링당 1.56 × Isc
- 예: Isc = 11A인 경우 사용 15A gPV 정격 DC 퓨즈
결합기 출력 퓨즈(결합기와 인버터 사이):
- 목적: 주 DC 피더 케이블 보호
- 위치: 병렬 연결 지점 후
- 크기 조정: NEC 690.8(B)(1): 1.25 × (모든 스트링 Isc 값의 합)
- 예: 6개 스트링 × 11A = 66A 결합; 66A × 1.25 = 82.5A → 사용 90A 또는 100A 퓨즈
접지형 애플리케이션용 VIOX 퓨즈 홀더 사양
VIOX는 제조합니다 gPV 정격 DC 퓨즈 홀더 특히 태양광 애플리케이션용으로 설계되었습니다.
| 제품 시리즈 | 전압 평가 | 현재 평가 | IP 등급 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| VIOX FH-15DC | 1000V DC | 15-30A | IP66 | 터치 세이프, LED 고장 표시기 |
| VIOX FH-30DC | 1000V DC | 30-60A | IP66 | 빠른 해제 메커니즘, 이중 극 |
| VIOX FH-100DC | 1500V DC | 60-125A | IP66 | 통합 버스바, 1500V 시스템에 적합 |
모든 VIOX 퓨즈 홀더는 다음을 충족합니다. UL 248-14 (gPV 퓨즈용) 및 IEC 60947-3 표준을 준수하여 주요 퓨즈 제조업체(Mersen, Littelfuse, Bussmann)와의 호환성을 보장합니다.
퓨즈 선택 빠른 참조
| 모듈 Isc | 최소 퓨즈 정격(1.56× Isc) | 표준 퓨즈 크기 | 최대 전선 보호 |
|---|---|---|---|
| 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) |
최종 선택 전에 항상 모듈 데이터시트 “최대 직렬 퓨즈 정격”을 확인하십시오.
실용적인 설계 워크플로: 단계별 체크리스트
규정을 준수하고 효율적인 접지형 PV 전기 시스템을 설계하려면 이 체계적인 접근 방식을 따르십시오.
1단계: 데이터 수집
- 모듈 데이터시트 확보 (Voc, Vmp, Isc, Imp, 온도 계수)
- 어레이에서 인버터 진입점까지의 물리적 거리 측정
- 주변 온도 범위 결정 (최악의 경우를 대비하여 지역 기상 데이터 사용)
- 시스템 전압 식별 (12V, 24V, 48V 독립형; 300-600V 계통 연계형)
- 병렬 구성의 총 스트링 수 계산
2단계: 케이블 크기 결정
- 최소 허용 전류 계산: 1.25 × Isc × 병렬 스트링 수
- 온도 저감 계수 적용 (NEC 표 310.15(B)(1))
- NEC 표 310.16에서 예비 AWG 크기 선택
- 다음 공식을 사용하여 전압 강하 계산: VD% = (2 × L × I × R) / V × 100
- VD > 2%인 경우, 전선 크기를 늘리고 다시 계산
- 최종 AWG가 허용 전류 및 전압 강하 기준을 모두 충족하는지 확인
3단계: 퓨즈 사양
- 스트링 퓨즈 크기 결정: 스트링당 1.56 × Isc → 다음 표준 크기 선택
- 퓨즈 ≤ 전선 허용 전류인지 확인 (예: 20A 퓨즈 ≤ 30A 전선)
- 퓨즈 ≤ 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격인지 확인 (데이터시트에서 확인)
- 컴바이너 출력 퓨즈: 1.25 × (모든 스트링 Isc의 합) → 다음 표준 크기 선택
- 사용 가능한 고장 전류 ≥ 차단 정격을 갖는 gPV 정격 DC 퓨즈 지정
4단계: 부품 선택
- VIOX IP66 정격 컴바이너 박스 선택 (스트링 수를 기준으로 크기 결정)
- VIOX 퓨즈 홀더 지정 (전압 및 전류 정격)
- DC 정격 단로 스위치 선택 (시스템 Voc를 처리할 수 있어야 함)
- AWG 크기와 호환되는 케이블 러그 지정 (VIOX CL 시리즈)
- 현지 규정에 필요한 경우 서지 보호 장치 (SPD) 포함
피해야 할 일반적인 설계 실수
| 실수 | 결과 | 솔루션 |
|---|---|---|
| 허용 전류만으로 전선 크기 결정 | 과도한 전압 강하 (>3%), MPPT 비효율 | 항상 VD%를 계산하십시오. 허용 전류보다 VD 제한을 우선시하십시오. |
| DC 회로에서 AC 정격 퓨즈 사용 | 퓨즈가 DC 아크를 차단하지 못함; 화재 위험 | 지정 gPV 정격 퓨즈 (UL 248-14 등재) |
| 온도 저감 무시 | 여름에 전선 과열; 규정 위반 | NEC 표 310.15(B)(1) 보정 계수 적용 |
| 알루미늄 및 구리 전선 혼합 | 연결 부위의 갈바닉 부식 | 전체적으로 구리 사용 OR 알루미늄과 함께 산화 방지 화합물 사용 |
| “안전을 위해” 퓨즈 크기 과대 설정” | 퓨즈가 끊어지기 전에 전선 절연이 녹음 | 퓨즈 정격은 ≤ 전선 허용 전류여야 함 |
설계 파라미터 빠른 참조
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 코드 참조 | VIOX 제품 라인 |
|---|---|---|---|
| 전압 강하 제한 | ≤2% (최대 3%) | NEC 210.19(A) 주 4 | N/A |
| 스트링 퓨즈 | 15-30A (주거용) | NEC 690.9 | FH-15DC, FH-30DC |
| 컴바이너 퓨즈 | 60-125A (주거용) | NEC 690.8(B) | FH-100DC |
| 케이블 AWG | 6-10 AWG (일반적) | NEC 310.16 | CL-6, CL-8, CL-10 러그 |
| 컴바이너 박스 정격 | IP65 최소 (IP66 권장) | NEC 690.31(E) | CB-6, CB-12, CB-18 시리즈 |
자주 묻는 질문
Q: 병렬로 연결된 태양광 패널 스트링이 두 개뿐인 경우 퓨즈가 필요합니까?
A: 다음에 따름 NEC 690.9(A) 예외, 퓨즈는 두 개의 스트링만 병렬로 연결될 때는 필요하지 않습니다. 왜냐하면 하나의 스트링에서 발생하는 최대 역전류가 도체의 전류 용량을 초과할 수 없기 때문입니다. 그러나 많은 전문 설치업체는 다음과 같은 세 가지 이유로 퓨즈를 추가합니다. (1) 더 쉬운 문제 해결 및 격리, (2) 재배선 없이 미래 확장 가능성, (3) 지락에 대한 추가 보호. VIOX는 케이블 길이가 더 길고 고장 전류 노출이 더 높기 때문에 접지형 시스템의 모든 병렬 구성에 퓨즈를 사용할 것을 권장합니다.
Q: DC 태양광 시스템에 표준 AC 퓨즈를 사용할 수 있습니까?
A: DC 애플리케이션에는 AC 정격 퓨즈를 절대 사용하지 마십시오. DC 전류는 일정한 극성을 유지하여 AC 퓨즈가 안전하게 차단할 수 없는 지속적인 전기 아크를 생성합니다. PV 시스템에는 다음이 필요합니다. gPV 정격 퓨즈 (UL 248-14 등재) DC 태양광 애플리케이션용으로 특별히 설계되었습니다. 이러한 퓨즈는 특수 아크 소호 재료와 더 높은 차단 정격(일반적으로 1000V DC에서 20kA-50kA)을 가지고 있습니다. VIOX 퓨즈 홀더는 gPV 퓨즈 전용으로 설계되었으며 IEC 60947-3 DC-PV2 활용 범주를 충족합니다.
Q: 어레이에 거리가 다른 여러 스트링이 있는 경우 전압 강하를 어떻게 계산합니까?
A: 다음의 전압 강하를 계산합니다. 시스템에서 가장 긴 케이블 경로 —이것이 최악의 시나리오가 됩니다. 중간 컴바이너 박스가 있는 복잡한 구성의 경우 각 세그먼트의 전압 강하를 합산합니다. 어레이 → 중간 컴바이너 (VD1%) + 중간 컴바이너 → 메인 컴바이너 (VD2%) + 메인 컴바이너 → 인버터 (VD3%). 총 VD%는 ≤2%를 유지해야 합니다. 스트링 거리가 크게 다른 경우 하나의 중앙 집중식 컴바이너 대신 어레이 섹션에 더 가까운 여러 컴바이너 박스를 고려하십시오.
Q: 도체 전류 용량과 퓨즈 정격의 차이점은 무엇입니까?
A: 도체 전류 용량 (NEC 표 310.16에서)은 전선이 절연 손상 없이 운반할 수 있는 최대 연속 전류입니다. 퓨즈 정격 은 지정된 시간 내에 퓨즈가 끊어지는 전류 레벨입니다. 주요 관계: 퓨즈 정격은 ≤ 도체 전류 용량이어야 합니다. 전선을 보호합니다. 예: 10 AWG 구리 = 30A 전류 용량. 25A 퓨즈(전선 보호)를 사용할 수 있지만 40A 퓨즈는 절대 사용하지 마십시오(퓨즈가 끊어지기 전에 전선이 과열됨).
Q: 전류 운반 도체의 크기를 늘릴 때 접지선의 크기도 늘려야 합니까?
A: 다음에 따라 NEC 250.122, 장비 접지 도체(EGC)는 도체 크기가 아닌 과전류 보호 장치 정격에 따라 크기가 결정되어야 합니다. 그러나 전압 강하의 이유로만 도체 크기를 늘리는 경우, NEC 250.122(B) 비례적인 EGC 크기 조정이 필요합니다. 전류 운반 도체와 동일한 AWG를 접지선에 사용하거나 NEC 표 250.122를 참조하십시오. 접지형 어레이의 경우 VIOX는 최소 #6 AWG 노출 구리 낙뢰 보호에 대한 업계 모범 사례와 일치하는 장비 접지에 권장합니다.
Q: 태양광 컴바이너 박스에서 퓨즈를 얼마나 자주 교체해야 합니까?
A: 적절한 크기의 퓨즈는 절대 끊어지지 않아야 합니다. 정상 작동 조건에서—고장 발생 시에만 작동합니다. 정기적으로 퓨즈를 교체하지 말고 대신 매년 다음 사항을 확인하는 검사를 수행하십시오. (1) 퓨즈 엔드 캡의 부식, (2) 과열을 나타내는 변색, (3) 퓨즈 홀더의 느슨한 연결. 퓨즈가 끊어지면 교체하기 전에 항상 근본 원인(손상된 모듈, 지락, 역전류)을 조사하십시오. VIOX 퓨즈 홀더에는 제거하지 않고도 끊어진 퓨즈를 식별할 수 있는 LED 고장 표시기가 포함되어 있습니다.
Q: 400V 시스템과 1000V 시스템에 동일한 케이블을 사용할 수 있습니까?
A: 아니요. 케이블 전압 정격은 시스템 최대값을 충족하거나 초과해야 합니다. 개방 회로 전압(Voc). 표준 PV 전선은 600V 또는 1000V로 정격됩니다., 하는 동안 USE-2 케이블은 일반적으로 600V입니다.. 600V Voc에 가까워지는 시스템의 경우 1000V 정격 케이블을 사용해야 합니다. 또한, NEC 690.7 온도 보정 계수를 사용하여 최대 회로 전압을 계산해야 합니다(추운 날씨에는 전압이 증가함). 항상 케이블 절연 전압 정격이 어레이의 추운 날씨 Voc와 일치하거나 초과하는지 확인하십시오. VIOX 케이블 러그는 호환되는 전압 정격을 지정합니다. >600V 시스템에는 CL-HV 시리즈를 사용하십시오.
접지형 우수성을 위해 VIOX와 협력하십시오.
접지형 태양광 전기 시스템을 설계하려면 전압 강하 완화, 도체 크기 조정 및 과전류 보호의 세 가지 영역에서 정밀성이 요구됩니다. 이 가이드에 설명된 계산은 다음에 부합하는 업계 표준 방법론을 나타냅니다. NEC 조항 690 요구 사항.
VIOX Electric은 접지형 설치를 위한 완벽한 전기 시스템 균형(BoS)을 제조합니다. IP66 정격 컴바이너 박스, gPV DC 퓨즈 홀더, 1000V-1500V 케이블 러그및 안전한 유지 관리를 위한 DC 정격 단로 스위치. 당사의 엔지니어링 팀은 복잡한 어레이 구성에 대한 기술 지원을 제공하며 모든 제품은 UL/IEC 국제 표준을 충족합니다.
접지형 BoS 제품 카탈로그 다운로드 나 프로젝트별 구성 요소 권장 사항은 VIOX 기술 영업팀에 문의하십시오. VIOX Electric – 2008년부터 태양광 혁신을 주도 | [제품 카탈로그] | [기술 지원] | [대리점 네트워크].
접지형 태양광 전기 설계 가이드: DC 케이블 전압 강하 및 퓨즈 크기 조정 계산기
