PV Combiner Box란 무엇이며 태양광 시스템이 없이는 작동할 수 없는 이유

모든 태양광 설치자가 직면하는 $15,000 케이블 관리 악몽

다음을 상상해 보세요. 20개의 패널 스트링으로 구성된 100kW 상업용 태양광 어레이를 막 설치했습니다. 각 스트링은 인버터로 돌아가는 두 개의 도체가 필요합니다. 즉, 40개의 개별 케이블이 필요합니다. 옥상 전체, 전선관을 통과하여 전기실로 뱀처럼 뻗어 있습니다. 자재 비용이 $8,000만큼 급증했습니다. 설치 시간이 두 배로 늘었습니다. 그리고 6개월 후 스트링 14의 성능이 저하되기 시작하면 전체 시스템을 종료하지 않고 40개의 전선 중 어떤 것이 문제인지 알아내는 것은 운에 맡겨야 합니다.

이것이 PV 컴바이너 박스가 표준 관행이 되기 전에 태양광 설치자가 직면했던 현실입니다. 설상가상으로 적절한 통합 및 보호가 없으면 단일 결함 스트링이 역전류 흐름을 생성하여 건강한 패널을 손상시켜 사소한 문제를 시스템 전체의 고장으로 바꿀 수 있습니다.

인버터 직접 배선이 연쇄적인 문제를 일으키는 이유

근본적인 문제는 간단합니다. 태양광 패널은 병렬 전류원입니다.. 중간 보호 없이 여러 스트링을 인버터에 직접 연결하면 세 가지 중요한 취약점이 발생합니다.

• 역전류 손상: 하나의 스트링이 음영 처리되거나 고장나면 건강한 스트링의 전류가 약해진 스트링으로 역류하여 도체를 과열시키고 셀을 손상시킬 수 있습니다. 스트링 수준 보호가 없으면 이 역전류가 문제를 인지하기도 전에 전체 스트링을 파괴할 수 있습니다.
• 불가능한 고장 격리: 직접 배선 시스템에서 문제 해결을 하려면 전체 어레이를 종료해야 합니다. 테스트를 위해 개별 스트링을 격리할 방법이 없으므로 15분 진단이 비싼 가동 중지 시간과 함께 반나절의 시행착오로 바뀝니다.
• 전압 강하 및 효율 손실: 개별 스트링에서 인버터까지의 긴 홈 런은 상당한 저항 손실을 발생시킵니다. 10A의 전류로 150피트 케이블을 실행하면 25년 동안 매일 2-3%의 발전량을 열로 쉽게 잃을 수 있습니다.

전기 규정은 이러한 위험을 인식하고 있으며, 이것이 NEC 조항 690.9가 PV 시스템의 컴바이너 요구 사항을 구체적으로 다루는 이유입니다.

해결책: 태양광 어레이의 “항공 교통 관제탑”

A PV 컴바이너 박스 는 여러 태양광 패널 스트링에서 인버터로 보내기 전에 전력 흐름을 통합, 보호 및 관리하는 중앙 허브입니다. 이것을 태양광 어레이의 항공 교통 관제탑이라고 생각하십시오. 여러 소스(패널 스트링)에서 들어오는 전력을 지시하고, 공중 충돌(역전류 및 고장)을 방지하고, 최종 목적지(인버터)로의 원활하고 효율적인 흐름을 보장합니다.

최신 컴바이너 박스가 필수적인 이유는 다음과 같습니다.

• 인버터로 연결되는 40개의 개별 도체 대신 두 개의 통합 DC 케이블. 만 있습니다. 자재 비용이 60-80% 감소합니다. 설치 시간이 절반으로 줄어듭니다. 그리고 가장 중요한 것은 이제 어레이의 모든 스트링을 모니터링, 보호 및 문제 해결할 수 있는 단일하고 접근 가능한 지점이 있다는 것입니다.

핵심 요점: 컴바이너 박스는 비용 절감 접합점일 뿐만 아니라 역전류 손상, 고장 연쇄 고장 및 만성 효율 손실이라는 태양광 시스템의 세 가지 침묵의 살인자에 대한 첫 번째 방어선입니다.

PV 컴바이너 박스 선택 및 설치에 대한 완벽한 가이드

1단계: 시스템 요구 사항 계산—멜트다운을 방지하는 수학

제품 카탈로그를 보기 전에 세 가지 중요한 숫자가 필요합니다. 이 중 하나라도 잘못되면 과도하게 크기를 늘리거나(돈 낭비) 크기를 줄이게 됩니다(화재 위험 발생).

• 스트링 수 및 구성: 총 스트링 수를 계산합니다. 표준 컴바이너 박스는 4-16개의 스트링을 처리하며 각 스트링은 자체 퓨즈 입력을 받습니다. 20개의 스트링이 있는 100kW 예제의 경우 24위치 컴바이너 또는 12위치 장치 2개가 필요합니다.
• 최대 시스템 전압: 이것은 패널 사양 및 직렬 구성에 의해 결정됩니다. 최신 시스템은 600V, 1000V, 1200V 또는 심지어 1500V DC에서 작동합니다. 컴바이너 박스 전압 정격은 어레이의 최대 개방 회로 전압과 같거나 초과해야 합니다. 전문가 팁: 가장 낮은 예상 온도에서 VOC(개방 회로 전압)를 항상 확인하십시오. 추운 날씨는 전압을 증가시키고 크기가 작은 컴바이너 박스는 코드 위반 및 안전 위험이 됩니다.
• 스트링 전류 정격: 각 스트링은 일반적으로 패널 사양에 따라 8-15A를 생성합니다. 다음은 대부분의 설치자가 놓치는 중요한 계산입니다. 퓨즈 정격은 스트링의 단락 전류(ISC)의 125-156%여야 합니다.. 10A ISC가 있는 스트링의 경우 12-15A 퓨즈가 필요합니다. 10A 퓨즈를 사용하면 패널 전류가 예상치를 초과하는 화창한 날에 성가신 트립이 발생합니다. 20A 퓨즈를 사용하면 과전류 보호가 완전히 손실됩니다.

공식:

• 총 결합 전류 = (스트링 수) × (스트링 ISC) × 1.25(안전 계수)
• 예: 20개 스트링 × 10A × 1.25 = 최소 250A 버스바 정격

2단계: 보호 장치를 스트링 특성에 맞추기—단순히 “퓨즈 추가” 이상”

컴바이너 박스 내부의 보호 구성 요소는 안정적인 시스템과 유지 관리 악몽을 구분하는 요소입니다. 각 구성 요소를 올바르게 지정하는 방법은 다음과 같습니다.

• DC 퓨즈—스트링 수준 보험 정책: 모든 스트링에는 도체를 보호하고 역전류 손상을 방지하기 위해 크기가 조정된 자체 퓨즈가 필요합니다. 그러나 데이터시트에서 알려주지 않는 사항은 다음과 같습니다. DC 퓨즈는 AC 퓨즈와 다르게 작동합니다.. DC 아크는 AC와 같이 영점 교차에서 자체 소멸되지 않으므로 DC 전압에 대해 특별히 정격이 지정되고 아크 소멸 기능이 장착된 퓨즈를 사용해야 합니다. 퓨즈 본체에서 “1000Vdc gPV”(범용 광전지)와 같은 정격을 찾으십시오. DC 애플리케이션에서 표준 AC 퓨즈를 사용하는 것은 코드 위반이며 실제 화재 위험입니다.
• DC 회로 차단기—재설정 가능한 안전망: 퓨즈와 달리 회로 차단기는 트립 이벤트 후 재설정할 수 있으므로 테스트 및 문제 해결에 이상적입니다. 그러나 DC 정격 차단기는 아크 억제 문제로 인해 AC 차단기보다 3-5배 더 비쌉니다. 예산이 제한된 설치의 경우 개별 스트링 보호에는 퓨즈를 사용하고 결합된 출력에는 단일 DC 차단기를 사용하십시오.
• 서지 보호 장치(SPD)—번개 보호막: 컴바이너 박스 SPD 정격은 시스템 전압과 일치해야 합니다. 600V, 1000V, 1200V 또는 1500V SPD. 이러한 장치는 번개(직접 및 유도)로 인한 전압 스파이크를 억제하여 값비싼 인버터와 패널을 보호합니다. 주요 사양: 장비의 임펄스 내전압보다 최소 20% 낮은 전압 보호 수준(Up)을 가진 Type 2 SPD를 찾으십시오.

핵심 요점: 퓨즈 크기 조정을 고속도로 차선과 같이 생각하십시오. 12A 스트링에 10A 퓨즈를 사용하는 것은 배달 트럭을 오토바이 차선으로 강제로 통과시키는 것과 같습니다. 작동하지 않을 때까지 작동합니다. 성가신 트립 없이 안정적인 작동을 위해 항상 ISC의 125-156%로 크기를 조정하십시오.

3단계: 올바른 환경 보호 선택—물이 유일한 적이 아니기 때문입니다.

전기 사양은 올바른 컴바이너 박스에 50% 도달하게 합니다. 환경 보호는 시스템이 5년 동안 지속되는지 25년 동안 지속되는지를 결정합니다.

• IP 등급—첫 번째 방어선: 실외 설치의 경우, IP65가 절대 최소값입니다., 먼지 침투 및 저압 물 분사에 대한 보호를 제공합니다. 비가 많이 오는 지역의 옥상 설치의 경우 IP66 또는 IP67을 지정하십시오. 그러나 대부분의 사양 시트에서 알려주지 않는 사항은 IP 등급이 새 제품일 때만 인클로저를 인증한다는 것입니다. UV 열화, 열 순환 및 개스킷 압축은 시간이 지남에 따라 보호를 줄입니다.
• 인클로저 재료—장기 생존 요소: 세 가지 주요 선택 사항이 있습니다.
  1. 폴리카보네이트 플라스틱: 가볍고 부식 방지 기능이 있으며 비용 효율적입니다. 그러나 UV 안정화가 중요합니다. 처리되지 않은 폴리카보네이트는 직사광선에서 3-5년 이내에 노랗게 변하고 부서지기 쉽습니다. 최소 10년 UV 보증이 있는 UV 안정화된 실외 등급 인클로저를 요구하십시오.
  2. 분체 도장 강철: 내구성이 좋고 경제적이지만 해안 또는 산업 환경에서 부식에 취약합니다. 강철을 지정하는 경우 분체 도장이 ASTM B117 염수 분무 테스트(최소 1000시간)를 충족하는지 확인하고 코팅이 손상된 장착 지점을 검사하십시오.
  3. 스테인리스 스틸 316: 열악한 환경(해안 설치, 화학 공장 또는 부식이 우려되는 모든 곳)에 적합한 프리미엄 선택입니다. 예, 비용이 2~3배 더 들지만 25년의 수명이 패널 보증과 일치합니다.
• 온도 등급 및 디레이팅: 표준 컴바이너 박스는 -40°C ~ +70°C에서 작동하지만 중요한 세부 사항은 다음과 같습니다. 구성 요소 등급은 높은 온도에서 디레이팅됩니다.. 애리조나의 검은색 지붕에 장착된 컴바이너 박스는 내부 온도가 80-90°C까지 올라갈 수 있습니다. 이러한 온도에서 퓨즈 차단 등급은 20-30% 감소합니다. 고온 환경의 경우 고온 퓨즈 또는 능동 냉각 기능이 있는 컴바이너 박스를 지정하십시오.

전문가 팁: IP65는 물로부터 보호하지만 실외 태양광 설치에서 가장 큰 문제는 UV 열화입니다. UV 안정화되지 않은 플라스틱 인클로저는 물이 침투하기 전에 햇빛에 노출되어 고장납니다. 항상 UV 안정화 인증을 확인하십시오.

4단계: 설치 모범 사례 - 전문가와 아마추어를 구분하는 세부 사항

완벽한 컴바이너 박스를 지정했습니다. 이제 설치할 시간입니다. 대부분의 고장은 장비 결함이 아닌 설치 오류에서 발생합니다.

• 위치 선택 - 접근성 대 노출: 유지 보수 중 쉽게 접근할 수 있도록 어레이 가장자리에서 10피트 이내에 컴바이너 박스를 장착하되 내부 온도가 급상승하는 남쪽 방향의 완전한 노출 위치는 피하십시오. 가능하면 그늘을 제공하는 옥상 관통 또는 기계 장비의 북쪽에 설치하십시오. 컴바이너 박스를 멤브레인 루핑에 직접 장착하지 마십시오. 배수를 보장하고 멤브레인 손상을 방지하기 위해 커브형 장착 시스템 또는 높은 랙을 사용하십시오.
• 전선 크기 조정 및 연결 - 가장 일반적인 고장 지점: 이론과 현실이 만나는 곳이며 현실이 종종 승리합니다. 대부분의 설치자가 놓치는 중요한 세부 사항은 다음과 같습니다. 도체 전류 용량 디레이팅. 당긴 10 AWG 전선은 자유 공기에서 30°C에서 30A로 정격됩니다. 그러나 45°C 옥상의 도관에 묶으면 19A로 디레이팅됩니다. 각각 10A의 20개 스트링의 경우 결합된 출력 도체는 적절한 온도 및 도관 채우기 디레이팅으로 250A를 처리해야 합니다. 이는 아마도 250-300 kcmil 구리 이상일 것입니다.
• 종단에서 다음을 사용하십시오. 보정된 토크 드라이버 제조업체의 사양(일반적으로 스트링 입력의 경우 15-25 in-lbs, 주 출력 러그의 경우 40-60 in-lbs)으로 설정됩니다. 과도한 토크는 도체 가닥을 부수고 접촉 면적을 줄입니다. 토크 부족은 과열되는 고저항 연결을 만듭니다. 두 시나리오 모두 1-3년 이내에 고장을 일으킵니다.
• 적절한 접지 - 모두가 잊는 안전 요소: 적절한 크기의 장비 접지 도체(EGC)를 사용하여 컴바이너 박스 인클로저를 접지 전극 시스템에 연결하십시오. 100A 미만의 시스템의 경우 최소 6 AWG 구리입니다. 모든 스트링 EGC에 대해 컴바이너 박스 내부에 별도의 접지 버스바를 설치하고 나열된 접지 러그로 인클로저에 연결하십시오. 접지 연속성을 위해 페인트 또는 양극 처리된 표면에 의존하지 마십시오.
• 라벨링 및 문서화 - 미래의 당신에게 감사할 것입니다.: 해당 패널 위치(예: “스트링 1-5, 어레이 A, 행 1-10”)로 모든 단일 스트링 입력을 라벨링하십시오. 스트링 구성을 보여주는 단선 다이어그램을 만들고 컴바이너 박스 도어 내부에 게시하십시오. 95°F의 날씨에 오후 2시에 결함을 해결할 때 명확한 라벨링은 15분 수정과 2시간의 시련의 차이입니다.

핵심 요점: 버스바는 시스템의 백본입니다. 크기가 작은 버스바는 저항을 생성하고 저항은 열을 생성하며 열은 고장을 생성합니다. 총 결합 전류를 계산하고 25% 헤드룸을 추가한 다음 그에 따라 버스바 크기를 조정하십시오.

올바른 컴바이너 박스가 협상 불가능한 이유

PV 컴바이너 박스는 올바르게 작동할 때는 보이지 않고 고장날 때는 재앙적으로 분명해지는 구성 요소 중 하나입니다. 올바른 장치를 선택하는 것은 충분한 위치가 있는 가장 저렴한 박스를 찾는 것이 아닙니다. 보호 장치를 스트링 특성에 맞추고, 25년 내구성을 위한 환경 등급을 선택하고, 역전류 손상, 연결부의 열 고장 및 부적절한 서지 보호라는 세 가지 조용한 살인자를 방지하는 정밀도로 설치하는 것입니다.

적절하게 지정되고 설치된 컴바이너 박스에 투자된 모든 달러는 유지 보수 비용 절감, 시스템 수명 연장 및 일관된 에너지 생산으로 10배의 수익을 올립니다. 패널이 쇼의 스타일 수 있지만 컴바이너 박스는 25년 동안 성능이 완벽하게 실행되도록 하는 무대 감독입니다.

다음 PV 컴바이너 박스를 지정할 준비가 되셨습니까? 시스템의 전압 및 전류 요구 사항을 검토하고, 설치 위치에 대한 환경 등급을 확인하고, 보호 장치가 스트링 특성에 맞게 적절하게 크기가 조정되었는지 확인하십시오. 또는 특정 응용 분야에 맞는 최적의 컴바이너 솔루션을 선택하는 데 대한 상담을 위해 기술 지원 팀에 문의하십시오.