Mengapa Sistem Solar Pasang-Tanah Memerlukan Reka Bentuk Elektrik yang Unggul
Pemasangan solar pasang-tanah membentangkan cabaran elektrik yang unik yang membezakan pemasangan amatur daripada sistem bertaraf profesional: jarak. Tidak seperti tatasusunan atas bumbung di mana penyongsang terletak 20-30 kaki jauhnya, sistem pasang-tanah sering memerlukan 100-300 kaki larian kabel DC dari tatasusunan ke bangunan. Jarak ini memperkenalkan dua pertimbangan reka bentuk kritikal yang boleh menentukan prestasi sistem: Susutan voltan dan perlindungan arus lebih.
Setiap kaki kabel antara tatasusunan solar dan penyongsang anda bertindak sebagai rintangan, mencuri watt daripada hasil tenaga anda. Pada masa yang sama, larian kabel yang lebih panjang meningkatkan risiko arus kerosakan, menjadikan fius pensaizan yang betul bukan sahaja keperluan kod tetapi keperluan pencegahan kebakaran. Panduan ini menyediakan kontraktor elektrik dan pemasang solar dengan kaedah pengiraan, spesifikasi yang mematuhi NEC, dan aliran kerja praktikal yang diperlukan untuk mereka bentuk sistem PV pasang-tanah yang selamat dan cekap.
Memahami Susutan Voltan DC dalam Larian Kabel Panjang
Fizik Kehilangan Kuasa
Susutan voltan bukanlah teori—ia adalah wang yang meninggalkan sistem anda sebagai haba. Apabila arus DC mengalir melalui konduktor tembaga, rintangan wayar menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga haba mengikut Hukum Ohm. Untuk pemasangan pasang-tanah, ini penting kerana:
- Larian kabel 150 kaki mempunyai enam kali rintangan larian atas bumbung 25 kaki
- Susutan voltan bertambah dengan arus; menggandakan saiz tatasusunan boleh menggandakan kerugian jika wayar tidak dibesarkan
- Sistem DC tidak mempunyai kelebihan transformasi voltan pengagihan AC
Piawaian Susutan Voltan NEC
Walaupun Kod Elektrik Kebangsaan (NEC) tidak mewajibkan had susutan voltan tertentu untuk keselamatan, Nota Maklumat NEC 210.19(A) No. 4 mengesyorkan mengekalkan susutan voltan di bawah 2% untuk litar DC. Industri solar telah menerima pakai ini sebagai standard reka bentuk untuk litar sumber PV (tatasusunan ke penyambung) dan litar output PV (penyambung ke penyongsang).
Mengapa 2%? Kerana susutan voltan secara langsung mengurangkan kecekapan Penjejakan Titik Kuasa Maksimum (MPPT). Jika penyongsang anda menjangkakan 400V DC tetapi menerima 392V disebabkan oleh kehilangan kabel, algoritma MPPT bergelut untuk mengekalkan titik operasi optimum, yang menyebabkan anda kehilangan 3-5% pengeluaran tenaga tahunan.
Formula Pengiraan Susutan Voltan
Formula standard untuk susutan voltan DC ialah:
VD% = (2 × L × I × R) / V × 100
di mana:
- VD% = Peratusan susutan voltan
- L = Panjang kabel sehala (kaki)
- saya = Arus dalam ampere (biasanya rentetan Imp atau jumlah arus tatasusunan)
- R = Rintangan konduktor setiap 1,000 kaki pada 75°C (dari NEC Bab 9, Jadual 8)
- V = Voltan sistem (Vmp untuk tatasusunan, Voc untuk pematuhan kod)
- 2 = Mengambil kira kedua-dua konduktor positif dan negatif (jarak pergi balik)
Contoh Praktikal:
Anda mempunyai tatasusunan pasang-tanah 10kW, 120 kaki dari penyongsang, beroperasi pada 400V dengan arus 25A. Menggunakan wayar tembaga 10 AWG (R = 1.24Ω setiap 1,000 kaki pada 75°C):
VD% = (2 × 120 × 25 × 1.24) / (400 × 1,000) × 100 = 1.86% 1.86% ✓ (Boleh diterima)
Jika anda menggunakan 12 AWG sebaliknya (R = 1.98Ω setiap 1,000 kaki):
VD% = (2 × 120 × 25 × 1.98) / (400 × 1,000) × 100 = 2.97% 2.97% ✗ (Melebihi had 2%)
Jadual Rujukan Susutan Voltan
| Saiz AWG | Rintangan (Ω/1000kaki @ 75°C) | Jarak Maksimum untuk Susutan VD 2% (25A @ 400V) | Jarak Maksimum untuk Susutan VD 3% (25A @ 400V) |
|---|---|---|---|
| 6 AWG | 0.491 | 326 kaki | 489 kaki |
| 8 AWG | 0.778 | 206 kaki | 308 kaki |
| 10 AWG | 1.24 | 129 kaki | 194 kaki |
| 12 AWG | 1.98 | 81 kaki | 121 kaki |
| 14 AWG | 3.14 | 51 kaki | 76 kaki |
Jadual mengandaikan konduktor tembaga, voltan sistem 400V, arus 25A. Untuk parameter yang berbeza, gunakan formula di atas.
Pensaizan Kabel untuk Tatasusunan Pasang-Tanah: Mengimbangkan Ampasiti dan Susutan Voltan
Masalah Kekangan-Dua
Memilih tolok wayar untuk pemasangan PV pasang-tanah memerlukan pemenuhan dua kriteria bebas:
- Ampacity: Wayar mesti mengendalikan arus maksimum tanpa terlalu panas (NEC 690.8)
- Penurunan Voltan: Wayar mesti mengehadkan kehilangan rintangan kepada ≤2% untuk kecekapan
Kesilapan yang dilakukan oleh pemasang? Memilih wayar berdasarkan jadual ampasiti sahaja, kemudian mendapati susutan voltan melebihi had yang boleh diterima selepas pemasangan.
Langkah 1: Kira Keperluan Ampasiti Minimum
Setiap NEC 690.8(A)(1), Konduktor litar sumber PV mesti bersaiz pada 125% daripada arus litar pintas modul (Isc) sebelum menggunakan sebarang faktor pembetulan:
Ampasiti Minimum = 1.25 × Isc
Untuk rentetan selari, darabkan dengan bilangan rentetan. Tambahan pula, NEC 690.8(B)(1) memerlukan konduktor litar keluaran PV (penggabung ke penyongsang) untuk mengendalikan 125% daripada arus gabungan.
Contoh: Tiga rentetan selari, setiap satu dengan Isc = 11A:
- Isc Gabungan = 33A
- Ampasiti konduktor minimum = 33A × 1.25 = 41.25A
- Daripada Jadual NEC 310.16 (lajur 75°C), kuprum 8 AWG = 50A ampasiti ✓
Langkah 2: Gunakan Faktor Pembetulan Suhu
Pemasangan atas tanah mendedahkan konduktor kepada suhu yang melampau. Jika suhu ambien melebihi 30°C (86°F), anda mesti menurunkan ampasiti menggunakan Jadual NEC 310.15(B)(1):
| Suhu Ambien | Faktor Pembetulan (penebat 75°C) |
|---|---|
| 30°C (86°F) | 1.00 |
| 40°C (104°F) | 0.88 |
| 50°C (122°F) | 0.75 |
| 60°C (140°F) | 0.58 |
Untuk contoh 41.25A kami dalam persekitaran 50°C:
- Ampasiti yang diperlukan selepas pembetulan = 41.25A / 0.75 = 55A
- 8 AWG (50A) kini tidak mencukupi; mesti menaik taraf kepada 6 AWG (65A) ✓
Langkah 3: Sahkan Susut Voltan
Menggunakan wayar 6 AWG kami yang telah dibetulkan untuk larian 150 kaki pada 33A dan 400V:
VD = (2 × 150 × 33 × 0.491) / (400 × 1,000) × 100 = 1.21% ✓ (Cemerlang)
Matriks Keputusan Saiz Kabel
| Arus Tatasusunan | Jarak | AWG Minimum (Ampasiti Sahaja) | AWG yang Disyorkan (Had VD 2% ) | Keserasian Lug Kabel VIOX |
|---|---|---|---|---|
| 15-20A | <100 kaki | 12 AWG | 10 AWG | Siri CL-10 |
| 20-30A | <150 kaki | 10 AWG | 8 AWG | Siri CL-8 |
| 30-45A | <200 kaki | 8 AWG | 6 AWG | Siri CL-6 |
| 45-65A | <250 kaki | 6 AWG | 4 AWG | Siri CL-4 |
| 65-85A | <300 kaki | 4 AWG | 2 AWG | Siri CL-2 |
Mengandaikan sistem 400V, ambien 50°C, kuprum USE-2 atau wayar PV. Sentiasa sahkan dengan pengiraan susut voltan.
Pemilihan dan Saiz Fius untuk Sistem PV Atas Tanah
Mengapa Fius Tidak Boleh Dirunding dalam Konfigurasi Rentetan Selari
Dalam pemasangan atas tanah dengan berbilang rentetan selari, fius menyediakan perlindungan arus lebih utama terhadap tiga senario kerosakan:
- Kerosakan Talian ke Talian: Litar pintas antara konduktor positif dan negatif
- Sesar Tanah: Laluan tidak sengaja ke bumi
- Arus Songsang: Apabila satu rentetan mengalirkan arus balik ke dalam rentetan yang terlindung atau rosak
NEC 690.9(A) menyatakan: “Sistem fotovolta solar hendaklah dilindungi daripada arus lebih.” Fius berfungsi sebagai elemen korban yang membuka litar sebelum penebat kabel cair atau modul mengalami kegagalan yang teruk.
Peraturan Saiz 1.56× Isc Dijelaskan
Asas utama saiz fius PV ialah pengganda 1.56 digunakan pada arus litar pintas modul. Ini datang daripada NEC 690.8(A)(1) yang memerlukan:
Penarafan Fius Minimum ≥ 1.56 × Isc (setiap rentetan)
Dari mana datangnya 1.56?
- 1.25 = Faktor keselamatan untuk arus berterusan
- 1.25 = Faktor tambahan untuk keadaan sinaran melebihi Keadaan Ujian Standard (STC)
- 1.25 × 1.25 = 1.5625 (dibulatkan kepada 1.56)
Contoh Pengiraan:
Lembaran data modul menunjukkan Isc = 11.5A
- Kira penarafan fius minimum: 11.5A × 1.56 = 17.94A
- Pilih saiz fius standard seterusnya: 20A (penarafan standard: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A)
- Sahkan terhadap penarafan fius siri maksimum modul (dari lembaran data): Jika disenaraikan sebagai 25A, maka 20A ✓
Semakan Kritikal: Fius yang dipilih juga mestilah ≤ kapasiti arus konduktor. Jika wayar 10 AWG anda dinilai 30A, fius 20A memberikan perlindungan wayar yang betul ✓
Fius Rentetan vs. Fius Output Penggabung
Sistem pasang tanah biasanya memerlukan dua tahap perlindungan arus lebih:
Fius Aras Rentetan (Di Dalam Kotak Penggabung):
- Tujuan: Melindungi konduktor rentetan individu daripada arus terbalik
- Lokasi: Satu fius setiap konduktor positif rentetan
- Saiz: 1.56 × Isc setiap rentetan
- Contoh: Untuk Isc = 11A, gunakan Fius DC berpenarafan gPV 15A
Fius Output Penggabung (Antara Penggabung dan Inverter):
- Tujuan: Melindungi kabel suapan DC utama
- Lokasi: Selepas titik sambungan selari
- Saiz setiap NEC 690.8(B)(1): 1.25 × (jumlah semua nilai Isc rentetan)
- Contoh: 6 rentetan × 11A = 66A digabungkan; 66A × 1.25 = 82.5A → gunakan Fius 90A atau 100A
Spesifikasi Pemegang Fius VIOX untuk Aplikasi Pasang Tanah
VIOX mengeluarkan pemegang fius DC berpenarafan gPV direka khusus untuk aplikasi fotovolta:
| Siri Produk | Rating Voltan | Penilaian Semasa | Penarafan IP | Ciri-ciri |
|---|---|---|---|---|
| VIOX FH-15DC | 1000V DC | 15-30A | IP66 | Selamat disentuh, penunjuk kerosakan LED |
| VIOX FH-30DC | 1000V DC | 30-60A | IP66 | Mekanisme pelepas cepat, kutub dwi |
| VIOX FH-100DC | 1500V DC | 60-125A | IP66 | Busbar bersepadu, sesuai untuk sistem 1500V |
Semua pemegang fius VIOX memenuhi UL 248-14 (untuk fius gPV) dan IEC 60947-3 piawaian, memastikan keserasian dengan pengeluar fius utama (Mersen, Littelfuse, Bussmann).
Rujukan Pantas Pemilihan Fius
| Modul Isc | Penarafan Fius Minimum (1.56× Isc) | Saiz Fius Standard | Perlindungan Konduktor Maksimum |
|---|---|---|---|
| 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) |
Sentiasa sahkan lembaran data modul “Penarafan Fius Siri Maksimum” sebelum pemilihan akhir.
Aliran Kerja Reka Bentuk Praktikal: Senarai Semak Langkah demi Langkah
Ikuti pendekatan sistematik ini untuk mereka bentuk sistem elektrik PV pasang tanah yang mematuhi, cekap:
Fasa 1: Pengumpulan Data
- Dapatkan helaian data modul (Voc, Vmp, Isc, Imp, pekali suhu)
- Ukur jarak fizikal dari tatasusunan ke titik masuk penyongsang
- Tentukan julat suhu ambien (gunakan data cuaca tempatan untuk kes terburuk)
- Kenal pasti voltan sistem (12V, 24V, 48V luar grid; 300-600V terikat grid)
- Kira jumlah rentetan dalam konfigurasi selari
Fasa 2: Pensaizan Kabel
- Kira ampacity minimum: 1.25 × Isc × bilangan rentetan selari
- Gunakan faktor penurunan suhu (Jadual NEC 310.15(B)(1))
- Pilih saiz AWG awal daripada Jadual NEC 310.16
- Kira penurunan voltan menggunakan formula: VD = (2 × L × I × R) / V × 100
- Jika VD > 3%, besarkan konduktor dan kira semula
- Sahkan AWG akhir memenuhi kedua-dua kriteria ampacity DAN penurunan voltan
Fasa 3: Spesifikasi Fius
- Pensaizan fius rentetan: 1.56 × Isc setiap rentetan → pilih saiz standard seterusnya
- Sahkan fius ≤ ampacity konduktor (cth., fius 20A ≤ konduktor 30A)
- Sahkan fius ≤ penarafan fius siri maksimum modul (daripada helaian data)
- Fius output penggabung: 1.25 × (jumlah semua Isc rentetan) → pilih saiz standard seterusnya
- Tentukan fius DC bertaraf gPV dengan penarafan gangguan ≥ arus kerosakan yang tersedia
Fasa 4: Pemilihan Komponen
- Pilih kotak penggabung bertaraf VIOX IP66 (saiz berdasarkan kiraan rentetan)
- Tentukan pemegang fius VIOX (penarafan voltan dan arus)
- Pilih suis pemutus sambungan bertaraf DC (mesti mengendalikan Voc sistem)
- Tentukan lug kabel yang serasi dengan saiz AWG (siri VIOX CL)
- Sertakan peranti perlindungan lonjakan (SPD) jika diperlukan oleh kod tempatan
Kesilapan Reka Bentuk Biasa yang Perlu Dielakkan
| Kesilapan | Akibat | Penyelesaian |
|---|---|---|
| Mendimensi wayar mengikut ampacity sahaja | Penurunan voltan berlebihan (>3%), ketidakcekapan MPPT | Sentiasa kira VD; utamakan had VD berbanding ampacity |
| Menggunakan fius bertaraf AC dalam litar DC | Fius gagal mengganggu arka DC; bahaya kebakaran | Tentukan bertaraf gPV fius (UL 248-14 disenaraikan) |
| Mengabaikan penurunan suhu | Wayar terlalu panas pada musim panas; pelanggaran kod | Gunakan faktor pembetulan Jadual NEC 310.15(B)(1) |
| Mencampurkan konduktor aluminium dan tembaga | Kakisan galvanik pada sambungan | Gunakan tembaga sepenuhnya ATAU gunakan sebatian anti-oksidan dengan aluminium |
| Membesarkan fius “untuk selamat” | Penebat wayar cair sebelum fius putus | Penarafan fius mestilah ≤ ampacity wayar |
Rujukan Pantas Parameter Reka Bentuk
| Parameter | Julat Biasa | Rujukan Kod | Barisan Produk VIOX |
|---|---|---|---|
| Had Penurunan Voltan | ≤2% (3% maksimum) | NEC 210.19(A) Nota 4 | T/A |
| Fius Rentetan | 15-30A (kediaman) | NEC 690.9 | FH-15DC, FH-30DC |
| Fius Penggabung | 60-125A (kediaman) | NEC 690.8(B) | FH-100DC |
| Kabel AWG | 6-10 AWG (biasa) | NEC 310.16 | Lug CL-6, CL-8, CL-10 |
| Penarafan Kotak Penggabung | IP65 minimum (IP66 disyorkan) | NEC 690.31(E) | Siri CB-6, CB-12, CB-18 |
Sering Bertanya Soalan-Soalan
S: Adakah saya memerlukan fius jika saya hanya mempunyai dua rentetan panel solar selari?
J: Menurut Pengecualian NEC 690.9(A), fius tidak diperlukan apabila hanya dua rentetan disambungkan secara selari, kerana arus terbalik maksimum dari satu rentetan tidak boleh melebihi ampacity konduktor. Walau bagaimanapun, ramai pemasang profesional menambah fius juga atas tiga sebab: (1) penyelesaian masalah dan pengasingan yang lebih mudah, (2) keupayaan pengembangan masa depan tanpa pendawaian semula, dan (3) perlindungan tambahan terhadap kerosakan tanah. VIOX mengesyorkan untuk memasang fius pada semua konfigurasi selari dalam sistem yang dipasang di tanah kerana laluan kabel yang lebih panjang dan pendedahan arus kerosakan yang lebih tinggi.
S: Bolehkah saya menggunakan fius AC standard dalam sistem solar DC saya?
A: Jangan sekali-kali menggunakan fius berkadar AC dalam aplikasi DC. Arus DC mengekalkan kekutuban yang berterusan, mewujudkan arka elektrik berterusan yang fius AC tidak boleh memutuskan dengan selamat. Sistem PV memerlukan Fius berkadar gPV (UL 248-14 disenaraikan) direka khusus untuk aplikasi fotovolta DC. Fius ini mempunyai bahan pemadam arka khusus dan kadar gangguan yang lebih tinggi (biasanya 20kA-50kA pada 1000V DC). Pemegang fius VIOX direka secara eksklusif untuk fius gPV dan memenuhi kategori penggunaan IEC 60947-3 DC-PV2.
S: Bagaimanakah cara saya mengira penurunan voltan jika tatasusunan saya mempunyai berbilang rentetan pada jarak yang berbeza?
J: Kira penurunan voltan untuk laluan kabel terpanjang dalam sistem anda—ini menjadi senario kes terburuk anda. Untuk konfigurasi kompleks dengan kotak penyambung perantaraan, jumlahkan penurunan voltan setiap segmen: Tatasusunan → Penyambung Perantaraan (VD1%) + Penyambung Perantaraan → Penyambung Utama (VD2%) + Penyambung Utama → Inverter (VD3%). Jumlah VD% hendaklah kekal ≤2%. Jika rentetan berbeza dengan ketara dalam jarak, pertimbangkan berbilang kotak penyambung yang lebih dekat dengan bahagian tatasusunan dan bukannya satu penyambung terpusat.
S: Apakah perbezaan antara ampacity konduktor dan kadar fius?
A: Ampacity konduktor (dari Jadual NEC 310.16) ialah arus berterusan maksimum yang boleh dibawa oleh wayar tanpa kerosakan penebat. Kadar fius ialah tahap arus di mana fius akan putus dalam masa yang ditetapkan. Hubungan utama: Kadar fius mestilah ≤ ampacity konduktor untuk melindungi wayar. Contoh: Kuprum 10 AWG = ampacity 30A. Anda boleh menggunakan fius 25A (melindungi wayar) tetapi jangan sekali-kali menggunakan fius 40A (wayar akan terlalu panas sebelum fius putus).
S: Perlukah saya membesarkan wayar tanah saya apabila saya membesarkan konduktor pembawa arus?
J: Mengikut NEC 250.122, konduktor pembumian peralatan (EGC) mesti bersaiz mengikut kadar peranti perlindungan arus lebih, bukan saiz konduktor. Walau bagaimanapun, jika anda membesarkan konduktor semata-mata atas sebab penurunan voltan, NEC 250.122(B) memerlukan pembesaran EGC berkadar. Gunakan AWG yang sama untuk wayar tanah seperti konduktor pembawa arus anda, atau rujuk Jadual NEC 250.122. Untuk tatasusunan yang dipasang di tanah, VIOX mengesyorkan minimum #6 AWG kuprum kosong untuk pembumian peralatan, selaras dengan amalan terbaik industri untuk perlindungan kilat.
S: Berapa kerapkah saya perlu menggantikan fius dalam kotak penyambung solar saya?
J: Fius yang bersaiz betul sepatutnya tidak pernah putus dalam keadaan operasi biasa—ia hanya aktif semasa kejadian kerosakan. Jangan gantikan fius mengikut jadual; sebaliknya, lakukan pemeriksaan tahunan untuk memeriksa: (1) kakisan pada penutup hujung fius, (2) perubahan warna yang menunjukkan terlalu panas, (3) sambungan longgar dalam pemegang fius. Jika fius putus, sentiasa siasat punca (modul rosak, kerosakan tanah, arus terbalik) sebelum penggantian. Pemegang fius VIOX termasuk penunjuk kerosakan LED untuk mengenal pasti fius yang putus tanpa pengalihan.
S: Bolehkah saya menggunakan kabel yang sama untuk sistem 400V dan sistem 1000V?
J: Tidak. Kadar voltan kabel mesti memenuhi atau melebihi maksimum sistem voltan litar terbuka (Voc). Standard Wayar PV berkadar 600V atau 1000V, manakala Kabel USE-2 biasanya 600V. Untuk sistem yang menghampiri 600V Voc, anda mesti menggunakan kabel berkadar 1000V. Selain itu, NEC 690.7 memerlukan pengiraan voltan litar maksimum menggunakan faktor yang dibetulkan suhu (voltan meningkat dalam cuaca sejuk). Sentiasa sahkan kadar voltan penebat kabel sepadan atau melebihi Voc cuaca sejuk tatasusunan anda. Lug kabel VIOX menyatakan kadar voltan yang serasi—gunakan siri CL-HV untuk sistem >600V.
Bekerjasama Dengan VIOX untuk Kecemerlangan Pemasangan Tanah
Mereka bentuk sistem elektrik solar yang dipasang di tanah memerlukan ketepatan dalam tiga bidang: pengurangan penurunan voltan, saiz konduktor dan perlindungan arus lebih. Pengiraan yang digariskan dalam panduan ini mewakili metodologi standard industri yang selaras dengan Artikel NEC 690 keperluan.
VIOX Electric mengeluarkan Baki Sistem (BoS) elektrik yang lengkap untuk pemasangan yang dipasang di tanah: Kotak penyambung berkadar IP66, Pemegang fius gPV DC, Lug kabel 1000V-1500V, dan Suis pemutus sambungan berkadar DC. Pasukan kejuruteraan kami menyediakan sokongan teknikal untuk konfigurasi tatasusunan yang kompleks, dan semua produk memenuhi piawaian antarabangsa UL/IEC.
Muat turun Katalog Produk BoS Pemasangan Tanah kami atau hubungi jualan teknikal VIOX untuk cadangan komponen khusus projek.
VIOX Electric – Memacu Inovasi Solar Sejak 2008 | [Katalog Produk] | [Sokongan Teknikal] | [Rangkaian Pengedar]
