Номинальное напряжение распределительной коробки: спецификации 600 В, 1000 В и 1500 В постоянного тока

Номинальное напряжение объединительной коробки определяет максимальное напряжение постоянного тока, которое оборудование может безопасно выдерживать без пробоя изоляции или выхода из строя компонентов. Эта спецификация определяет, какие солнечные фотоэлектрические системы может обслуживать объединительная коробка: жилые установки обычно требуют 600 В постоянного тока рейтингов, коммерческие проекты используют 1000 В постоянного тока системы, а коммунальные фермы работают на 1500 В постоянного тока. Выбор правильного номинального напряжения имеет решающее значение для соответствия требованиям NEC, безопасности системы и долгосрочной надежности.

Основные выводы:

• 600 В постоянного тока системы предписаны NEC 690.7 для одноквартирных и двухквартирных жилых установок, предлагая самые низкие затраты на компоненты
• 1000 В постоянного тока конфигурации сокращают количество строк на 40% по сравнению с 600 В, снижая затраты на баланс системы для коммерческих проектов
• 1500 В постоянного тока технология обеспечивает на 37% меньше объединительных коробок и на 15-20% более низкую LCOE для коммунальных установок мощностью более 5 МВт
• Коэффициенты температурной коррекции в соответствии с таблицей NEC 690.7(A) могут увеличить требуемые номинальные напряжения на 12-25% в холодном климате
• Несоответствующие номинальные напряжения аннулируют гарантии на оборудование и создают катастрофические опасности возникновения электрической дуги при возникновении неисправностей

Понимание номинальных напряжений постоянного тока в солнечных объединительных коробках

Номинальное напряжение солнечной объединительной коробки представляет собой максимальное напряжение системы, которое оборудование может безопасно прерывать и изолировать как при нормальной работе, так и при возникновении неисправностей. В отличие от номинальных напряжений переменного тока, встречающихся в бытовых автоматических выключателях, спецификации напряжения постоянного тока должны учитывать устойчивое образование дуги — ток постоянного тока не пересекает ноль шестьдесят раз в секунду, как переменный ток, что значительно усложняет гашение дуги.

В солнечной промышленности преобладают три класса напряжения: 600 В постоянного тока, 1000 В постоянного тока, и 1500 В постоянного тока. Каждый класс соответствует определенным сегментам рынка и нормативно-правовой базе. NEC устанавливает эти границы в статье 690.7, которая предписывает расчет максимального напряжения системы на основе самой низкой ожидаемой температуры окружающей среды на месте установки.

Почему номинальное напряжение имеет значение для безопасности и соответствия требованиям

Фотоэлектрические системы генерируют самое высокое напряжение в холодные солнечные утра, когда температура модуля падает ниже стандартных условий испытаний. Цепочка солнечных панелей с номинальным напряжением 480 В в нормальных условиях может подскочить до 580 В постоянного тока при -20°C. Если ваша объединительная коробка рассчитана только на 500 В постоянного тока, этот скачок напряжения в холодную погоду превышает возможности изоляции оборудования, создавая несколько режимов отказа:

• Пробой изоляции между шинами и стенками корпуса
• Отказ УЗИП (SPD) когда напряжение превышает максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV)
• Дуговое перекрытие держателя предохранителя через пластиковые изоляторы, рассчитанные на более низкое напряжение
• Сваривание контактов разъединителя постоянного тока во время попыток прерывания высокого напряжения

Инженерные данные VIOX, полученные на основе более чем 2300 полевых установок, показывают, что 87% преждевременных отказов объединительных коробок восходят к заниженным номинальным напряжениям. Картина последовательна: установщики рассчитывают напряжение строки при 25°C, заказывают оборудование, рассчитанное на это номинальное напряжение, а затем испытывают катастрофический отказ во время первого зимнего похолодания.

Требования NEC 690.7 к расчетам напряжения

Статья NEC 690.7 предусматривает три метода расчета для определения максимального напряжения цепи постоянного тока фотоэлектрической системы:

1. Метод таблицы 690.7(A) (Наиболее распространенный): умножьте сумму номинального напряжения холостого хода (Voc) последовательно соединенных модулей на коэффициент температурной коррекции из таблицы 690.7(A). Для кристаллических кремниевых модулей коэффициенты коррекции варьируются от 1,06 при 25°C до 1,25 при -40°C.
2. Метод температурного коэффициента производителя: Используйте температурный коэффициент Voc модуля (обычно от -0,27% до -0,35% на °C), чтобы рассчитать напряжение при самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды. В соответствии с NEC 110.3(B), этот метод имеет приоритет, когда доступны данные производителя.
3. Расчет профессионального инженера (Системы ≥100 кВт): Лицензированный PE может предоставить заверенную документацию с использованием стандартных в отрасли методов, требуемую для систем с инверторной мощностью 100 кВт или более.

Коэффициенты температурной коррекции и соображения, касающиеся холодной погоды

Физика температурной коррекции проста: энергия запрещенной зоны полупроводника увеличивается с понижением температуры, производя более высокое фотонапряжение на солнечный элемент. Для типичного 72-элементного модуля с номинальным Voc 40 В сдвиг напряжения между стандартными условиями эксплуатации 25°C и -20°C составляет примерно 8,2 В (с использованием коэффициента -0,31%/°C). Умножьте это на 16 модулей, соединенных последовательно, и ваша строка “640 В” теперь работает при 771 В постоянного тока — увеличение на 20%, которое разрушит объединительную коробку, рассчитанную на 600 В.

Инструмент выбора номинального напряжения VIOX включает климатические данные ASHRAE для более чем 14 000 мест в США, автоматически применяя коэффициенты температурной коррекции для конкретного места. Это гарантирует, что каждая солнечный распределительный блок поставляется с надлежащим запасом по напряжению для местных экстремальных температур.

Объединительные коробки 600 В постоянного тока: Жилой стандарт

Сайт 600 В постоянного тока класс напряжения служит основой жилых и небольших коммерческих солнечных установок по всей Северной Америке. NEC 690.7(A)(3) явно ограничивает фотоэлектрические системы одноквартирных и двухквартирных домов максимальным напряжением цепи постоянного тока 600 В, создавая нормативный потолок, который определяет спецификации жилого оборудования.

Типичные области применения и конфигурации системы

Жилые системы мощностью от 4 кВт до 12 кВт обычно используют объединительные коробки 600 В постоянного тока с 2-6 входными строками. Стандартная конфигурация использует:

• Состав строки: 10-13 панелей на строку (в зависимости от Voc модуля)
• Спецификации модуля: Панели 350 Вт-450 Вт с Voc 40-49 В
• Напряжение строки: 400-480 В постоянного тока при рабочей температуре 25°C
• Емкость объединителя: 2-6 строк @ 10-15 А на строку
• Выходной ток: 30-90 А постоянного тока на микроинвертор или струнный инвертор

Например, жилая система мощностью 7,2 кВт с использованием панелей мощностью 400 Вт (45 В Voc) с 18 панелями в общей сложности будет использовать две строки по 9 панелей в каждой. Расчетное максимальное напряжение с коррекцией NEC 690.7(A) для климата -10°C: 45 В × 9 × 1,14 = 461 В постоянного тока — безопасно в пределах номинала 600 В постоянного тока с запасом безопасности 30%.

Преимущества по стоимости оборудования 600 В

Жилой рынок 600 В выигрывает от огромной экономии за счет масштаба. Объемы производства превышают 1000 В и 1500 В вместе взятые, что снижает стоимость компонентов:

• Держатели предохранителей: 18-25 долларов США за позицию (против 35-45 долларов США для номинала 1000 В)
• Автоматические выключатели постоянного тока.: 85-120 долларов США за 2-полюсный блок 600 В (против 180-250 долларов США за 1000 В)
• Модули SPD: 65-95 долларов США за SPD типа II 600 В (против 140-180 долларов США за SPD 1000 В)
• Рейтинги корпуса: Достаточно поликарбоната IP65 (против нержавеющей стали IP66 для более высоких напряжений)

Линейка жилых объединительных коробок VIOX 600 В использует стандартные компоненты, внесенные в список UL, в 12 SKU, что обеспечивает на 15-18% более низкую стоимость на ватт по сравнению с эквивалентными конфигурациями 1000 В. Для чувствительных к цене жилых установок эта разница в стоимости напрямую влияет на IRR проекта и срок окупаемости.

Соответствие требованиям NEC для жилых домов

Ограничение 600 В постоянного тока для жилых установок вытекает из NEC 690.7(A)(3), в котором говорится: “Для одноквартирных и двухквартирных домов цепи постоянного тока фотоэлектрической системы должны иметь максимальное напряжение фотоэлектрической системы до 600 вольт”. Это четкое правило не позволяет установщикам жилых помещений использовать оборудование с более высоким напряжением, даже если расчеты строк математически это позволяют.

Когда следует выбирать системы 600 В

Помимо жилых помещений, распределительные коробки 600 В постоянного тока остаются оптимальными для:

• Небольших коммерческих крышных установок установок мощностью до 50 кВт, где пространство на крыше позволяет разместить больше стрингов
• Навесов для автомобилей с ограниченной тенью длиной стрингов, требующей меньшего количества модулей
• Образовательных демонстраций где более низкое напряжение повышает безопасность во время обучения
• Расширений устаревших систем соответствующих существующей инфраструктуре 600 В

VIOX рекомендует оборудование 600 В, когда ваше скорректированное максимальное напряжение падает ниже 480 В постоянного тока, а затраты на монтажные работы не оправдывают оптимизацию более высокого напряжения. Руководство по определению размеров солнечной распределительной коробки предоставляет подробные рабочие листы для расчета стрингов для жилых помещений.

Распределительные коробки 1000 В постоянного тока: коммерческая рабочая лошадка

Сайт 1000 В постоянного тока класс напряжения стал коммерческим солнечным стандартом после пересмотра NEC в 2011 году, который разрешил более высокое напряжение системы для нежилых установок. Этот уровень напряжения обеспечивает оптимальный баланс между снижением затрат и управлением безопасностью для проектов мощностью от 50 кВт до 5 МВт.

Коммерческие и среднемасштабные приложения

Коммерческие крышные установки, навесы для парковочных конструкций и наземные массивы мощностью менее 5 МВт обычно используют системы 1000 В постоянного тока с распределительными коробками, обрабатывающими 4-16 стрингов:

• Состав строки: 16-27 панелей на стринг (против 10-13 для систем 600 В)
• Спецификации модуля: Панели 400 Вт-550 Вт с 40-49 В Voc
• Напряжение строки: 640-890 В постоянного тока при рабочей температуре 25°C
• Емкость объединителя: 4-16 стрингов при 10-20 А на стринг
• Выходной ток: 80-320 А постоянного тока к центральным или стринговым инверторам

Коммерческий проект мощностью 250 кВт с использованием панелей мощностью 500 Вт (48 В Voc) потребует примерно 500 модулей. При 1000 В постоянного тока это конфигурируется как 20 стрингов по 25 панелей (1200 В Voc × 1,12 температурный коэффициент = 1344 В — требуется расчет профессионального инженера в соответствии с NEC 690.7(B)(3)). При 600 В постоянного тока той же системе требуется 33 стринга по 15 панелей, что увеличивает количество распределительных коробок с 2 до 4 единиц.

Преимущества по сравнению с системами 600 В

Переход от систем 600 В к системам 1000 В постоянного тока обеспечивает измеримое снижение затрат на баланс системы (BOS):

• Меньше стрингов: Уменьшает количество распределительных коробок, проводников домашнего пробега и инфраструктуры сбора переменного тока
• Более низкие затраты на медь: Более длинные стринги означают меньшее количество параллельных проводников от массива к инвертору
• Более быстрая установка: Меньше соединений, меньше прокладки кабелепроводов, снижение сложности управления кабелями
• Меньшее падение напряжения: Более высокое напряжение позволяет использовать проводники меньшего размера для эквивалентной передачи мощности

Реальные данные из портфеля коммерческих установок VIOX мощностью 180 МВт показывают среднее снижение затрат на BOS на 0,11 доллара США/ватт при переходе от архитектуры 600 В к 1000 В постоянного тока. Для проекта мощностью 1 МВт это представляет собой прямую экономию затрат в размере 110 000 долларов США до учета повышения эффективности инвертора за счет оптимальных окон напряжения MPPT.

Требования к компонентам: оборудование, рассчитанное на 1000 В

Каждый компонент внутри распределительной коробки 1000 В постоянного тока требует явной сертификации по номинальному напряжению:

• Предохранители gPV: Используйте фотоэлектрические предохранители, рассчитанные на 1000 В постоянного тока, соответствующие IEC 60269-6 или UL 2579. Стандартные размеры включают 10×38 мм (1-30 А), 14×51 мм (25-32 А) и 10×85 мм (2,5-30 А). VIOX указывает предохранители Mersen или Littelfuse с минимальной отключающей способностью 15 кА для проектов подключения к коммунальным сетям.
• Автоматические выключатели постоянного тока: Выберите автоматические выключатели, рассчитанные на 2P-1000 В постоянного тока, с кривыми отключения, подходящими для фотоэлектрических приложений. Кривые IEC 60947-2 типа B или C предотвращают ложные срабатывания от утренних пусковых токов. Типичные номиналы: 32 А, 63 А, 80 А, 125 А в зависимости от конфигурации стринга.
• Модули SPD: Устройства защиты от перенапряжений должны иметь номинальное значение MCOV (максимальное непрерывное рабочее напряжение) ≥800 В для систем 1000 В. SPD типа II с номинальным током разряда 40 кА (8/20 мкс) обеспечивают адекватную защиту. VIOX рекомендует SPD Phoenix Contact или DEHN с контактами удаленной индикации.
• Шины: Медные или луженые медные шины, размеры которых соответствуют требованиям NEC 690.8(A)(1): пропускная способность по току ≥ максимальный ток стринга × количество стрингов × коэффициент безопасности 1,25. Минимальная плотность тока 2,0 А/мм² для медных шин, работающих при 90°C.

Расчеты размеров стрингов для систем 1000 В

Чтобы оптимизировать длину стринга для архитектуры 1000 В, используйте эту методологию расчета:

1. Определите скорректированное максимальное напряжение: Voc_module × temp_factor (из таблицы NEC 690.7(A) или данных производителя)
2. Рассчитайте максимальную длину стринга: 1000 В ÷ corrected_Voc ÷ запас прочности 1,15
3. Округлите в меньшую сторону до ближайшего целого числа панелей
4. Проверьте по входному окну инвертора: Убедитесь, что Vmp при рабочей температуре находится в диапазоне MPPT

Пример расчета для панелей мощностью 500 Вт (48 В Voc, 40 В Vmp) в климатической зоне с рекордно низкой температурой -15°C (поправочный коэффициент 1,18):

• Скорректированный Voc: 48 В × 1,18 = 56,6 В
• Максимальная длина стринга: 1000 В ÷ 56,6 В ÷ 1,15 = 15,3 панели → 15 панелей на стринг
• Voc стринга: 15 × 56,6 В = 849 В (запас ниже номинала 1000 В)
• Vmp стринга при 25°C: 15 × 40 В = 600 В (типичный диапазон MPPT инвертора: 550-850 В)

Это Конструкция распределительной коробки 1000 В подход обеспечивает соответствие нормам, максимально увеличивая длину стринга для оптимальной экономики системы.

Распределительные коробки 1500 В постоянного тока: революция в масштабе коммунальных предприятий

Переход солнечной промышленности к 1500 В постоянного тока системы представляют собой наиболее значительный архитектурный сдвиг со времен перехода от центральных к струнным инверторам. Для проектов коммунального масштаба мощностью свыше 5 МВт технология 1500 В обеспечивает убедительные улучшения LCOE (Levelized Cost of Energy - приведенная стоимость энергии), которые напрямую влияют на кредитоспособность проекта и доходность для инвесторов.

Почему отрасль перешла с 1000 В на 1500 В

Экономический фактор, лежащий в основе внедрения 1500 В, прост: повышение напряжения позволяет снизить ток для эквивалентной передачи мощности (P = V × I). Эта фундаментальная взаимосвязь каскадируется через каждый компонент системы:

• 37% снижение количества коробок объединения стрингов: Для солнечной электростанции мощностью 100 МВт при 1000 В требуется примерно 240 коробок объединения; для того же проекта при 1500 В требуется всего 150 единиц
• 33% меньше кабелей для сбора постоянного тока: Более высокое напряжение позволяет использовать проводники меньшего сечения (что снижает содержание меди примерно на 200 метрических тонн для проекта мощностью 100 МВт)
• 22% снижение трудозатрат на установку: Меньше соединений, сокращение прокладки кабелепроводов, упрощенное управление кабелями
• 15-20% снижение затрат на BOS (Balance of System - вспомогательное оборудование системы): Совокупная экономия на коробках объединения, проводниках, трудозатратах на установку и строительных работах

Отраслевой анализ NREL (Национальной лаборатории возобновляемой энергии) показывает, что переход от архитектуры 1000 В к 1500 В снижает общую установленную стоимость на 0,08-0,12 доллара США/ватт для проектов мощностью свыше 50 МВт. Для коммунальной установки мощностью 100 МВт это представляет собой прямую экономию капитальных затрат в размере 8-12 миллионов долларов США.

Улучшения LCOE и возврат инвестиций

Класс напряжения 1500 В улучшает LCOE за счет нескольких механизмов, помимо первоначальных капитальных затрат:

• Снижение системных потерь: Более низкий ток постоянного тока (снижение на 33%) приводит к пропорционально более низким потерям I²R в проводниках. Для системы мощностью 100 МВт это представляет собой улучшение годовой выработки энергии примерно на 0,3%, что добавляет 450 000-600 000 долларов США к 25-летнему доходу за срок службы системы.
• Повышенная эффективность инвертора: Современные центральные инверторы на 1500 В работают с максимальной эффективностью в более широких диапазонах напряжения MPPT (900-1350 В, типично). Напряжение стринга при рабочей температуре попадает в оптимальную точку силовой электроники инвертора, поддерживая эффективность преобразования >98,5% в более широких условиях облучения.
• Снижение эксплуатационных расходов и технического обслуживания: На 37% меньше коробок объединения означает меньше корпусов для осмотра, меньше предохранителей для мониторинга и снижение трудозатрат на профилактическое обслуживание. Ежегодное снижение затрат на O&M: примерно 15 000-20 000 долларов США на проект мощностью 100 МВт.

Инженерные соображения для систем 1500 В

Переход на 1500 В постоянного тока создает значительные инженерные проблемы, которые требуют специализированного выбора компонентов и усиленных протоколов безопасности:

• Доступность компонентов: В то время как компоненты, рассчитанные на 1000 В, выигрывают от широкой доступности на рынке и конкурентоспособных цен, оборудование, рассчитанное на 1500 В, остается сосредоточенным среди специализированных производителей. VIOX поддерживает стратегическое партнерство с Mersen (предохранители), ABB (автоматические выключатели) и Phoenix Contact (УЗИП) для обеспечения надежных цепочек поставок для проектов 1500 В.
• Энергия вспышки дуги: Расчеты тока короткого замыкания для систем 1500 В показывают на 50% более высокие уровни энергии дугового разряда по сравнению с системами 1000 В. Это требует повышенных требований к СИЗ с защитой от дугового разряда для технических специалистов и более строгих процедур блокировки/маркировки во время технического обслуживания.
• Координация изоляции: Требования к расстоянию между компонентами увеличиваются для предотвращения утечек по изоляторам. В коробках объединения VIOX 1500 В используются увеличенные пути утечки (≥25 мм) и специализированные материалы (CTI ≥600) для держателей предохранителей и клеммных блоков.
• Безопасность и быстрое отключение: Требования NEC 2023, статья 690.12, по быстрому отключению становятся более критичными при 1500 В. Напряжение должно упасть до ≤80 В в течение 30 секунд после активации аварийного отключения — это сложная задача, когда напряжение стринга превышает 1200 В в холодные утренние часы. VIOX интегрирует устройства быстрого отключения на уровне модуля или решения на основе оптимизаторов для соответствия требованиям кода.

Критические спецификации компонентов по классу напряжения

Понимание технических характеристик компонентов в каждом классе напряжения предотвращает дорогостоящие ошибки спецификации и обеспечивает долгосрочную надежность системы. Каждый элемент коробки объединения — от держателей предохранителей до шин — требует соответствующих напряжению номиналов и сертификатов.

Номиналы предохранителей и выбор предохранителей gPV

Фотоэлектрические предохранители принципиально отличаются от стандартных электрических предохранителей из-за уникальных характеристик токов короткого замыкания постоянного тока. Обозначение gPV (general-purpose Photovoltaic - фотоэлектрический общего назначения) указывает на соответствие стандартам IEC 60269-6 или UL 2579, специфичным для солнечных приложений.

• Предохранители gPV 600 В постоянного тока:
  • Общие размеры: 10×38 мм (1-30 А)
  • Отключающая способность: минимум 10 кА
  • Время отключения: <1 часа при 1,45× номинальном токе
  • Типичная стоимость: 8-15 долларов США за предохранитель
  • Применение: Жилые и небольшие коммерческие стринг-системы
• Предохранители gPV 1000 В постоянного тока:
  • Общие размеры: 10×38 мм (1-30 А), 14×51 мм (25-32 А)
  • Отключающая способность: минимум 15 кА (предпочтительно 20 кА для коммунальных соединений)
  • Время отключения: <1 часа при 1,35× номинальном токе
  • Типичная стоимость: 12-22 доллара США за предохранитель
  • Применение: Коммерческие проекты и небольшие проекты коммунального масштаба
• Предохранители gPV 1500 В постоянного тока:
  • Общие размеры: 14×65 мм (2,5-30 А), 10×85 мм с удлинителем
  • Отключающая способность: минимум 30 кА
  • Время отключения: <2 часов при 1,35× номинальном токе
  • Типичная стоимость: 18-35 долларов США за предохранитель
  • Применение: Коммунальные установки мощностью свыше 5 МВт

VIOX указывает серии Mersen A70QS или Littelfuse KLKD для приложений 1500 В из-за превосходной отключающей способности и конструкции с низким сопротивлением контакта, которая минимизирует нагрев во время работы с высоким током.

Номиналы напряжения автоматических выключателей постоянного тока

Автоматические выключатели постоянного тока сталкиваются с уникальными проблемами при прерывании постоянного тока из-за отсутствия естественного перехода тока через ноль. Гашение дуги требует механического разделения в сочетании с магнитным выдуванием или электронной детекцией дуги.

Номинал напряжения автоматических выключателей постоянного тока зависит от конфигурации полюсов:

• 1P выключатель: Максимум 250 В постоянного тока
• 2P выключатель: Максимум 500 В постоянного тока (600 В для выключателей, соответствующих стандарту UL 489)
• 4P выключатель: Максимум 1000 В постоянного тока

Важное примечание к спецификации: Никогда не предполагайте, что номинальные значения напряжения переменного тока применимы к приложениям постоянного тока. Автоматический выключатель с номинальным напряжением “240 В переменного тока” может быть безопасен только для работы с напряжением 48 В постоянного тока из-за поддержания дуги в цепях постоянного тока. Инженерный отдел VIOX задокументировал многочисленные случаи отказов в полевых условиях, когда установщики заменяли автоматические выключатели, рассчитанные на переменный ток, в приложениях постоянного тока, что приводило к возгоранию корпусов во время попыток отключения неисправности.

Для приложений с напряжением 1500 В постоянного тока требуются специализированные автоматические выключатели с последовательно соединенными контактными системами или электронные гибридные технологии (сочетающие механические контакты с полупроводниковыми переключателями). Они обычно стоят 800-1200 долларов США за единицу по сравнению с 180-250 долларами США за эквивалентные выключатели на 1000 В.

Требования к УЗИП и номинальные значения MCOV

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для солнечных распределительных коробок должны соответствовать определенным критериям напряжения, связанным с непрерывными условиями эксплуатации и устойчивостью к переходным процессам:

Максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV): Самое высокое напряжение, которое УЗИП может выдерживать непрерывно без ухудшения характеристик. Согласно IEC 61643-31 и UL 1449, MCOV должен быть:

• Системы 600 В: MCOV ≥520 В постоянного тока
• Системы 1000 В: MCOV ≥800 В постоянного тока
• Системы 1500 В: MCOV ≥1200 В постоянного тока

Уровень защиты по напряжению (Up): Максимальное проходящее напряжение во время импульсного события. Целевые уровни защиты:

• УЗИП типа I (ввод в здание): Up ≤4,0 кВ
• УЗИП типа II (распределительная коробка): Up ≤2,5 кВ

VIOX рекомендует серии Phoenix Contact PLT-SEC или DEHN DEHNguard для приложений 1500 В, с контактами дистанционной индикации, которые сигнализируют о конце срока службы УЗИП в системы мониторинга SCADA.

Требования к размеру шин по классу напряжения

Медные или луженые медные шины образуют основу для сбора тока внутри распределительных коробок. Правильный выбор размера предотвращает чрезмерное повышение температуры и падение напряжения:

Методология определения размера (согласно NEC 690.8):

1. Рассчитайте общий ток сбора: Сумма всех токов короткого замыкания (Isc) стрингов
2. Примените коэффициент непрерывной нагрузки: Общий ток × 1,25
3. Определите плотность тока: Целевая плотность 1,5-2,0 А/мм² для меди при температуре окружающей среды 90°C
4. Рассчитайте минимальную площадь поперечного сечения: Требуемый ток ÷ плотность тока

Пример расчета для распределительной коробки на 1000 В (12 стрингов @ 12 А Isc каждый):

• Общий Isc: 12 стрингов × 12 А = 144 А
• Ток непрерывной нагрузки: 144 А × 1,25 = 180 А
• Требуемая площадь меди: 180 А ÷ 1,8 А/мм² = 100 мм²
• Укажите шину: 10 мм × 10 мм = 100 мм² (стандартный размер)

Системы с более высоким напряжением выигрывают от более низких требований к току, что позволяет использовать шины с меньшим поперечным сечением. Система на 1500 В, обеспечивающая эквивалентную мощность системе на 1000 В, требует на 33% меньше меди в шинах, что способствует общему снижению затрат на BOS.

Соображения по поводу корпуса и степени защиты IP

Требования к защите окружающей среды масштабируются в зависимости от класса напряжения и среды установки:

• Системы 600 В постоянного тока (Жилые/Легкие коммерческие):
  • Минимальный рейтинг: IP65 или NEMA 3R
  • Материал: УФ-стабилизированный поликарбонат или сталь с порошковым покрытием
  • Применение: Установки на крыше с защитой от атмосферных осадков
• Системы 1000 В постоянного тока (Коммерческие):
  • Минимальный рейтинг: IP66 или NEMA 4X
  • Материал: Морской алюминий или нержавеющая сталь 304
  • Применение: Открытая крыша или наземная установка с прямым воздействием погодных условий
• Системы 1500 В DC (Промышленный масштаб):
  • Минимальный рейтинг: IP66 или NEMA 4X
  • Материал: Нержавеющая сталь 316 (прибрежная зона) или сталь с порошковым покрытием (внутренние районы)
  • Применение: Наземная установка с потенциальным попаданием песка/пыли

Испытания прибрежных установок VIOX показывают, что стандартные корпуса из стали с порошковым покрытием подвергаются на 40% более быстрой коррозии в приложениях 1500 В по сравнению с системами 1000 В из-за усиленной гальванической коррозии от более высоких потенциалов напряжения. Для объектов, расположенных в пределах 10 миль от морской воды, мы указываем корпуса из нержавеющей стали 316 с улучшенными материалами прокладок.

Руководство по выбору номинального напряжения: Анализ затрат и производительности

Выбор оптимального класса напряжения требует баланса между первоначальными капитальными затратами и долгосрочными эксплуатационными преимуществами. Эта структура принятия решений учитывает размер системы, среду установки и экономику проекта:

Спецификация	Система 600 В постоянного тока	Система 1000 В постоянного тока	Система 1500 В постоянного тока
Типичное Применение	Жилые (4-12 кВт), Малые коммерческие (<50 кВт)	Коммерческие (50 кВт-5 МВт), Наземные установки среднего масштаба	Промышленный масштаб (>5 МВт), Крупные коммерческие и промышленные объекты
Панелей на стринг (пример)	10-13 панелей	16-27 панелей	24-42 панели
Стрингов на распределительную коробку	2-6 стрингов	4-16 стрингов	8-24 стринга
Индекс стоимости компонентов	100% (базовый)	135% (+35%)	180% (+80%)
Трудозатраты на установку (в часах)	100% (базовый)	65% (-35%)	48% (-52%)
Экономия затрат на BOS	— (базовая линия)	$0.08-0.11/ватт	$0.15-0.22/ватт
Сроки окупаемости инвестиций (ROI)	Н/Д (регулируемый класс)	18-24 месяца	12-18 месяцев
Факторы риска отказа	Ниже (развитая цепочка поставок)	Средний (проверенная технология)	Выше (доступность компонентов)
Предел напряжения NEC	Требуется для одноквартирных и двухквартирных домов	Разрешено для коммерческих/промышленных объектов	Требуется расчет PE для ≥100 кВт
Коэффициент снижения мощности по температуре	1.14 (типичный)	1.18 (типичный)	1.20 (типичный)

Анализ индекса стоимости: Хотя компоненты на 1500 В стоят на 80% дороже, чем эквиваленты на 600 В в расчете на единицу, значительное сокращение требуемых единиц (на 37% меньше объединительных коробок, на 33% меньше стрингов) приводит к снижению общей стоимости системы. Для проекта мощностью 5 МВт требуется примерно $42 000 на оборудование объединительных коробок при 1500 В против $67 000 при 1000 В — несмотря на то, что отдельные коробки на 1500 В стоят почти вдвое дороже своих аналогов на 1000 В.

Экономика трудозатрат на установку: Сокращение трудозатрат связано с меньшим количеством подключений и более простой прокладкой кабелей. Типичная установка мощностью 1 МВт требует:

• Конфигурация 1000 В: 24 объединительные коробки, ~480 подключений стрингов, 192 человеко-часа
• Конфигурация 1500 В: 15 объединительных коробок, ~300 подключений стрингов, 115 человеко-часов

При ставке оплаты труда $85/час (смешанная ставка электрика + помощник) это представляет собой экономию прямых трудозатрат в размере $6 545 на каждый установленный мегаватт.

Соответствие требованиям NEC: Требования к номинальному напряжению

Статья 690 Национального электротехнического кодекса (NEC) устанавливает нормативную базу для номинальных напряжений фотоэлектрических систем. Понимание этих требований предотвращает дорогостоящие перепроектирования и обеспечивает одобрение инспектором.

Статья 690.7 NEC: Расчеты максимального напряжения

Максимальное напряжение цепи постоянного тока фотоэлектрической системы определяется как “самое высокое напряжение между любыми двумя проводниками цепи или между любым проводником и землей”. Это значение определяет номинальные характеристики оборудования и требования к рабочему пространству.

Три способа расчета:

1. Метод таблицы 690.7(A) (Стандартный подход):
   • Умножьте общее напряжение Voc стринга на температурный поправочный коэффициент
   • Поправочные коэффициенты: от 1.06 (25°C) до 1.25 (-40°C) для кристаллического кремния
   • Консервативный подход, принятый всеми AHJ (органами, имеющими юрисдикцию)
2. Температурный коэффициент производителя (Предпочтительно для точности):
   • Используйте температурный коэффициент Voc из спецификации модуля
   • Рассчитайте напряжение при самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды
   • Требуется в соответствии с NEC 110.3(B), когда доступны данные производителя
   • Формула: Voc_max = Voc_STC × [1 + Temp_coeff × (T_min – 25°C)]
3. Расчет профессионального инженера (Требуется ≥100 кВт):
   • Лицензированный PE (профессиональный инженер) предоставляет заверенную документацию
   • Необходимо использовать стандартную в отрасли методологию расчета
   • Позволяет проводить оптимизацию для конкретного объекта и расширенное моделирование

Ограничения напряжения в зависимости от типа здания

NEC 690.7(A)(3) устанавливает строгие ограничения напряжения в зависимости от назначения здания:

• Одноквартирные и двухквартирные дома: Максимум 600 В постоянного тока
  • Применяется к отдельно стоящим одноквартирным домам и дуплексам
  • Никаких исключений, независимо от размера системы или расчета профессионального инженера
  • Предназначено для ограничения риска поражения электрическим током в жилых помещениях
• Многоквартирные, коммерческие, промышленные: Максимум 1000 В постоянного тока (стандартно)
  • Разрешает системы на 1000 В без особых требований
  • Может превышать 1000 В только при расчете профессионального инженера для систем ≥100 кВт
  • Обеспечивает обслуживание систем с более высоким напряжением квалифицированным персоналом

VIOX наблюдала многочисленные случаи отклонения разрешений, когда установщики пытались развернуть оборудование на 1000 В в отдельно стоящих одноквартирных домах, полагая, что опыт домовладельца оправдывает повышение класса напряжения. AHJ повсеместно отклоняют эти установки независимо от инженерного обоснования.

Требования к маркировке согласно NEC 690.7(D)

Постоянная маркировка максимального напряжения постоянного тока является обязательной в одном из трех мест:

1. Средства отключения постоянного тока: Наиболее распространенное место, хорошо видно обслуживающему персоналу
2. Электронное оборудование для преобразования энергии: Корпус инвертора, когда разъединитель постоянного тока находится удаленно
3. Распределительное оборудование: Когда объединительная коробка включает функцию разъединения

Требования к содержанию маркировки:

• “Максимальное напряжение фотоэлектрической системы: [расчетное значение] В постоянного тока”
• Светоотражающая или металлическая конструкция с гравировкой
• Устойчивые к ультрафиолетовому излучению материалы, предназначенные для наружного применения
• Минимальная высота текста 1/4 дюйма для значения напряжения

VIOX поставляет все объединительные коробки с предварительно установленными этикетками, соответствующими требованиям и указывающими номинальное напряжение. Однако ответственность за маркировку максимального напряжения системы (с учетом температурной коррекции) остается за установщиком, и она должна отражать фактическую конфигурацию цепочки.

Вопросы соответствия требованиям быстрого отключения

Требования NEC 2023, статья 690.12, к быстрому отключению взаимодействуют с выбором номинального напряжения:

Основное требование: Фотоэлектрические системы должны снижать напряжение проводников, контролируемых системой быстрого отключения, до ≤80 В и ≤2 А в течение 30 секунд после инициирования отключения.

Последствия класса напряжения:

• Системы 600 В: Достижимо с помощью электроники на уровне модуля или решений на основе оптимизаторов
• Системы 1000 В: Может потребоваться несколько зон отключения или усовершенствованные устройства на уровне модуля
• Системы 1500 В: Почти повсеместно требуется быстрое отключение на уровне модуля или архитектура оптимизатора

Большая длина цепочек в системах 1500 В затрудняет достижение порогового значения 80 В. VIOX рекомендует интегрировать систему быстрого отключения на этапе спецификации объединительной коробки, а не пытаться модернизировать ее после установки. Наш руководство по безопасности электропроводки охватывает стратегии интеграции быстрого отключения.

Информация от производителя: Инженерный взгляд VIOX

За 15 лет производства объединительных коробок всех трех классов напряжения инженеры VIOX выявили повторяющиеся ошибки в спецификациях и возможности оптимизации конструкции, которые напрямую влияют на производительность и долговечность системы.

Рекомендации по выбору номинального напряжения для прибрежных установок

Стандартный выбор номинального напряжения фокусируется исключительно на электрических соображениях — длине цепочки, температурной коррекции и совместимости с инвертором. Однако прибрежные районы в пределах 10 миль от морской воды вносят дополнительную сложность, которая влияет на экономику класса напряжения.

Фактор гальванической коррозии: Более высокое напряжение постоянного тока ускоряет электрохимическую коррозию во влажной среде, насыщенной солью. Наши данные полевых испытаний показывают:

• Системы 600 В: Базовая скорость коррозии (нормализована до 1,0x)
• Системы 1000 В: 1,4x ускоренная коррозия на медных шинах и клеммах
• Системы 1500 В: 2,1x ускоренная коррозия с видимой точечной коррозией через 18-24 месяца

Эта ускоренная деградация происходит из-за повышенной электролитической активности при более высоких потенциалах напряжения. Для прибрежных объектов VIOX рекомендует:

• Обновите корпуса до нержавеющей стали 316 (в отличие от стандартной 304)
• Укажите конформное покрытие на всех медных шинах
• Увеличьте частоту проверок с ежегодной до полугодовой
• Рассмотрите архитектуру 1000 В, даже если 1500 В предлагает лучшую экономику на суше

Распространенные ошибки спецификации оборудования 1500 В

Переход от систем 1000 В к системам 1500 В выявляет несколько повторяющихся ошибок при закупках:

Ошибка 1: Смешивание компонентов разных классов напряжения
Мы получили несколько звонков от клиентов с сообщениями о “плавлении держателя предохранителя” в системах 1500 В. Расследование показывает, что установщики заменяли легкодоступные держатели предохранителей 1000 В, когда держатели, рассчитанные на 1500 В, были в дефиците. Напряжение, воздействующее на изоляцию, рассчитанную на максимальное напряжение 1000 В, вызывает трекинг и последующую карбонизацию. Решение: Заказывайте все компоненты с явной маркировкой “1500 В постоянного тока”, даже если это увеличивает сроки поставки.

Ошибка 2: Недостаточное расстояние утечки
Стандартные клеммные блоки, предназначенные для систем 1000 В, имеют расстояние утечки между соседними полюсами примерно 12-16 мм. IEC 60664-1 требует минимум 18 мм для приложений 1500 В при степени загрязнения 3 (промышленные среды). Решение: Укажите клеммные блоки, рассчитанные на 1500 В, с увеличенным расстоянием или используйте отдельные клеммные блоки с барьерным разделением.

Ошибка 3: Недостаточная спецификация MCOV SPD
Многие спецификации проектов перечисляют “SPD типа II” без явных требований к MCOV. Поставщики поставляют самые дешевые SPD с MCOV 800 В (подходящие для систем 1000 В), но катастрофически недостаточные для приложений 1500 В, где требуется минимум 1200 В MCOV. Решение: В документах о закупках должно быть явно указано “SPD 1500 В постоянного тока с MCOV ≥1200 В постоянного тока”.

Запас прочности для номинальных напряжений в экстремальных климатических условиях

Коэффициенты температурной коррекции из таблицы 690.7(A) NEC обеспечивают консервативный запас прочности для большинства установок. Однако экстремальные климатические условия — установки в пустыне с широкими суточными колебаниями температуры, высокогорные объекты на высоте более 2000 м или полярные установки — требуют усовершенствованной методологии.

Усовершенствованный протокол запаса прочности VIOX:

1. Используйте температурный коэффициент производителя, а не таблицу NEC (обычно обеспечивает дополнительный запас 3-5%)
2. Применяйте 10-летнюю экстремальную температуру климата, а не 50-летнюю экстремальную (уменьшает чрезмерный консерватизм)
3. Добавьте 10% запаса по напряжению для “черных лебедей” (беспрецедентные похолодания, ошибка прибора)
4. Округлите до следующего стандартного номинального напряжения, а не пытайтесь использовать точное расчетное значение

Пример: Установка в высокогорной пустыне

• Рекордно низкая температура: -28°C (данные производителя)
• Voc модуля: 48 В при STC
• Температурный коэффициент: -0,31%/°C
• Длина цепочки: 16 панелей

Традиционный расчет по таблице 690.7(A) NEC:

• Коэффициент коррекции при -30°C: 1,21
• Напряжение цепочки: 48 В × 16 × 1,21 = 930 В постоянного тока
• Выберите номинал 1000 В (7% запас)

Усовершенствованный протокол VIOX:

• Расчетное напряжение: 48 В × [1 + (-0,0031) × (-28 – 25)] × 16 = 972 В постоянного тока
• Добавление запаса прочности 10%: 972 В × 1,10 = 1069 В DC
• Выбор номинала 1500 В (запас прочности 40%)

Улучшенный протокол стоит примерно $180 дополнительно на распределительную коробку (номинал 1500 В против 1000 В), но устраняет риск скачков напряжения, которые могут повредить центральные инверторы стоимостью $150 000+.

Проблемы совместимости компонентов между классами напряжения

Переходы между классами напряжения создают проблемы совместимости при расширении системы или частичной замене:

Сценарий 1: Расширение системы с 600 В до 1000 В
Исходная система: распределительная коробка 600 В с шестью стрингами
План расширения: добавление восьми стрингов с классом напряжения 1000 В

Проблема: Невозможно параллельно подключать стринги 600 В и 1000 В в одной распределительной коробке из-за разницы напряжений в условиях неисправности. Во время неисправности на одном стринге обратный ток от исправных стрингов может превысить предел прерывания компонентов, рассчитанных на 600 В.

Решение VIOX: Разверните отдельную распределительную коробку 1000 В для стрингов расширения. Объедините выходы на уровне входа DC инвертора, где оба класса напряжения могут безопасно сосуществовать. Влияние на стоимость: $2400 за дополнительную распределительную коробку против $8500 за полную реконфигурацию системы.

Сценарий 2: Замена компонентов в системах со смешанным напряжением
Устаревающая система 1000 В требует замены предохранителей. На объекте стандартизировано оборудование 1500 В для недавних расширений.

Проблема: Технические специалисты устанавливают предохранители с номиналом 1500 В в держатели предохранителей 1000 В. Хотя номинальное напряжение является достаточным, механические размеры различаются (14×65 мм против 10×38 мм), что создает плохой контакт и потенциальные точки инициирования дугового пробоя.

Решение VIOX: Поддерживайте отдельный запас запасных частей для каждого класса напряжения с четкой маркировкой. Внедрите сканирование штрих-кодов для проверки деталей перед установкой.

Сравнение затрат: примеры из реальной жизни

Для перевода теории номинального напряжения в практическую экономику необходимо изучить фактические структуры затрат проекта для репрезентативных размеров системы.

Жилая система 8 кВт (архитектура 600 В DC)

Конфигурация системы:

• 20 панелей по 400 Вт каждая = 8 кВт
• 2 стринга × 10 панелей на стринг
• Напряжение стринга: 45 В × 10 × 1,14 температурный коэффициент = 513 В DC (в пределах номинала 600 В)
• Комбайнер: 2-стринговый, 600 В DC, предохранитель 15 А на стринг

Разбивка компонентов:

Компонент	Спецификация	Стоимость единицы продукции	Количество	Итого
Корпус комбайнера	Поликарбонат IP65, 16×12×6″	$85	1	$85
Держатели предохранителей	600 В, 10×38 мм	$22	2	$44
Предохранители gPV	15 А, 600 В DC	$12	2	$24
Автоматический выключатель постоянного тока	63 А, 2P-600 В	$95	1	$95
Модуль SPD	Тип II, 600 В, 40 кА	$75	1	$75
Шины и клеммы	Номинальный ток 100 А	$35	1 комплект	$35
Кабельные вводы	PG16, IP65	$8	4	$32
Общая стоимость оборудования	—	—	—	$390
Трудозатраты на установку	2,5 часа по $85/час	—	—	$213
Общая стоимость установки	—	—	—	$603
Стоимость на ватт	—	—	—	$0,075/Вт

Жилые системы предоставляют ограниченные возможности для оптимизации напряжения из-за ограничения NEC 600 В. Экономика сосредоточена на стандартизации компонентов и эффективности установки.

Коммерческая система 250 кВт (архитектура 1000 В DC)

Конфигурация системы:

• 625 панелей по 400 Вт каждая = 250 кВт
• 25 стрингов × 25 панелей на стринг
• Напряжение стринга: 45 В × 25 × 1,18 температурный коэффициент = 1328 В DC → требует расчета профессиональным инженером в соответствии с NEC 690.7(B)(3)
• Альтернатива: 28 стрингов × 22 панели = 1169 В DC (в пределах стандартного расчета 1000 В)
• Комбайнеры: 2 блока по 14 стрингов в каждом

Разбивка компонентов (на распределительную коробку):

Компонент	Спецификация	Стоимость единицы продукции	Количество	Итого
Корпус комбайнера	Нержавеющая сталь 304, 36×24×12″	$480	1	$480
Держатели предохранителей	1000 В, 14×51 мм	$38	14	$532
Предохранители gPV	20 А, 1000 В DC	$18	14	$252
Автоматический выключатель постоянного тока	250 А, 4P-1000 В	$245	1	$245
Модуль SPD	Тип II, 1000 В, 40 кА	$165	1	$165
Шины и клеммы	Номинальный ток 300 А	$128	1 комплект	$128
Кабельные вводы	PG21, IP66	$15	16	$240
Стоимость оборудования на коробку	—	—	—	$2,042
Всего две коробки	—	—	—	$4,084
Трудозатраты на установку	14 часов по $85/час	—	—	$1,190
Общая стоимость установки	—	—	—	$5,274
Стоимость на ватт	—	—	—	$0,021/Вт

Если та же система развернута при 600 В: Потребуется 42 стринга по 15 панелей в каждом, что потребует четыре распределительные коробки. Общая стоимость оборудования: $6890 (+$1616 или +31%).

Система коммунального предприятия 5 МВт (архитектура 1500 В DC)

Конфигурация системы:

• 12 500 панелей по 400 Вт каждая = 5 МВт
• 298 стрингов × 42 панели на стринг
• Напряжение стринга: 45 В × 42 × 1,20 температурный коэффициент = 2268 В DC → Требуется расчет профессионального инженера.
• Скорректировано: 298 цепочек × 35 панелей = 1 890 В DC
• Сумматоры: 19 штук по 16 цепочек в каждом (всего 304 цепочки)

Разбивка компонентов (на распределительную коробку):

Компонент	Спецификация	Стоимость единицы продукции	Количество	Итого
Корпус комбайнера	Нержавеющая сталь 316L, 48×36×18″	$1,250	1	$1,250
Держатели предохранителей	1500 В, 14×65 мм	$65	16	$1,040
Предохранители gPV	25 A, 1500 В DC	$28	16	$448
Автоматический выключатель постоянного тока	400 A, 1500 В гибридный	$1,180	1	$1,180
Модуль SPD	Тип I+II, 1500 В, 50 кА	$385	1	$385
Шины и клеммы	Номинальный ток 500 A	$295	1 комплект	$295
Кабельные вводы	M32, IP66	$22	18	$396
Интерфейс мониторинга	Интеграция SCADA	$420	1	$420
Стоимость оборудования на коробку	—	—	—	$5,414
Всего 19 коробок	—	—	—	$102,866
Трудозатраты на установку	285 часов при $85/час	—	—	$24,225
Общая стоимость установки	—	—	—	$127,091
Стоимость на ватт	—	—	—	$0.025/Вт

Если та же система развернута при 1000 В: Потребуется 500 цепочек по 25 панелей в каждой, что потребует 31 коробку сумматора. Общая стоимость оборудования: $168 400 (+$41 309 или +32%). Трудозатраты на установку: 385 часов (+$8 500).

Сравнение ROI (окупаемости инвестиций): Архитектура 1500 В экономит $49 809 в первоначальных капитальных затратах. В сочетании с улучшением годовой выработки энергии на 0,3% (снижение потерь) срок окупаемости составляет примерно 14 месяцев по сравнению с альтернативой 1000 В.

Защита от устаревания: тенденции номинального напряжения

Эволюция напряжения в солнечной индустрии продолжается и после сегодняшнего стандарта 1500 В, что обусловлено неустанным стремлением к снижению LCOE (приведенной стоимости электроэнергии) и повышению эффективности системы.

Движение отрасли к 1500 В как универсальному стандарту

Рыночные данные Wood Mackenzie показывают, что системы 1500 В в настоящее время составляют 68% новых проектов коммунального масштаба по всему миру (данные за 2025 год), по сравнению с 32% в 2020 году. Эта кривая принятия отражает переход на 1000 В десятилетием ранее — первоначально ограничиваясь коммунальным масштабом, а затем распространяясь на приложения C&I (коммерческие и промышленные) по мере снижения стоимости компонентов и созревания цепочек поставок.

Драйверы, ускоряющие внедрение 1500 В:

• Производители инверторов стандартизировали входные каскады 1500 В для всех центральных инверторов мощностью выше 1 МВт
• Производители модулей разрабатывают панели с номинальными значениями Voc, оптимизированными для цепочек 1500 В (диапазон 49-52 В)
• Поставщики компонентов все больше сосредотачивают исследования и разработки на продуктах с номинальным напряжением 1500 В, позволяя линиям 1000 В созревать без дальнейшей оптимизации
• Стандарты взаимоподключения коммунальных сетей на ключевых рынках (CAISO, ERCOT, MISO) поощряют архитектуру 1500 В посредством упрощенных процессов утверждения

VIOX прогнозирует, что к 2028 году 1500 В будет представлять 85% новой фотоэлектрической мощности выше 1 МВт, а 1000 В будет отнесено к обслуживанию устаревших систем и конкретным нишевым приложениям.

Системы 2000 В на горизонте

Технический комитет IEC TC 82 (Системы солнечной фотоэлектрической энергии) начал предварительную работу по стандартизации фотоэлектрических систем 2000 В DC. Хотя они еще не доступны в продаже, несколько производителей оборудования продемонстрировали прототипы компонентов:

Теоретические преимущества 2000 В:

• Дополнительное снижение затрат BOS (Balance of System) на 12-15% по сравнению с 1500 В
• Обеспечивает еще более длинные цепочки (50-60 панелей) в сценариях с высокоэффективными модулями
• Дальнейшее сокращение инфраструктуры сбора DC

Практические проблемы, задерживающие коммерциализацию:

• Энергия дугового разряда: Расчеты энергии инцидента для неисправностей 2000 В превышают безопасные рабочие пределы без обширного СИЗ (средства индивидуальной защиты)
• Изоляционные материалы: Требуют экзотических полимеров и керамических составов, которые еще не являются экономически эффективными
• Разработка кодов: NEC 2026 вряд ли будет рассматривать 2000 В; самое раннее принятие потенциально NEC 2029

Инженерная оценка VIOX предполагает, что системы 2000 В могут оставаться ограниченными установками коммунального масштаба в пустынных районах с низкой влажностью, где расширенные протоколы безопасности и специализированные бригады технического обслуживания могут работать экономически.

Требования к сетевому коду во всем мире

Международные стандарты напряжения значительно различаются, создавая фрагментацию рынка:

• Европа (EN 50618): Максимум 1500 В DC широко принят, при этом Германия, Франция и Испания предлагают стимулы для подачи в сеть для систем 1500 В
• Китай (GB/T 37655): Разрешает до 1500 В DC для систем мощностью выше 1 МВт; проекты, субсидируемые правительством, все чаще требуют 1500 В
• Индия (Правила CEA 2019): Ограничивает коммерческие крыши до 1000 В DC; наземные коммунальные проекты разрешены до 1500 В
• Австралия (AS/NZS 5033): Консервативный максимум 1000 В DC для большинства приложений; 1500 В требует специального утверждения
• Ближний Восток (стандарты DEWA): Активно продвигает 1500 В для крупных солнечных парков (солнечный парк Mohammed bin Rashid Al Maktoum полностью 1500 В)

Для международных EPC-компаний (Engineering, Procurement and Construction) и экспортеров оборудования этот набор стандартов требует гибких производственных возможностей для всех трех классов напряжения. VIOX поддерживает сертификаты UL, CE и TÜV для всего нашего портфеля коробок сумматоров, специально для удовлетворения требований нескольких рынков.

Вопросы и ответы

В1: Какое номинальное напряжение мне нужно для жилой солнечной системы?

Для жилых домов на одну и две семьи в Северной Америке NEC 690.7(A)(3) предписывает максимальное напряжение системы 600 В DC независимо от конфигурации цепочки или расчетного напряжения. Используйте скорректированный по температуре расчет максимального напряжения из таблицы NEC 690.7(A) или температурные коэффициенты производителя, чтобы убедиться, что длина вашей цепочки не превышает 600 В DC после применения поправочных коэффициентов. Типичная жилая система с панелями мощностью 400 Вт (45 В Voc) в умеренном климате может вместить 10-11 панелей на цепочку, обеспечивая достаточный запас напряжения. Для более крупных жилых систем, требующих большей мощности, разверните дополнительные цепочки, а не увеличивайте длину цепочки за пределы ограничения в 600 В.

В2: Могу ли я использовать коробку сумматора 1000 В в системе 600 В?

Да, использование распределительной коробки с более высоким номинальным напряжением в системе с более низким напряжением является электрически безопасным и соответствует нормам, хотя и экономически неэффективным. Компоненты, рассчитанные на 1000 В (предохранители, автоматические выключатели, УЗИП), безопасно работают при 600 В постоянного тока, поскольку напряжение остается значительно ниже пороговых значений пробоя изоляции. Однако вы несете ненужные затраты — оборудование на 1000 В обычно стоит на 35-40% больше, чем эквивалентные компоненты, рассчитанные на 600 В, из-за повышенных требований к изоляции и использования специализированных материалов. Такой подход имеет смысл только при стандартизации оборудования в установках со смешанным напряжением или при планировании будущего расширения системы до более высоких напряжений. VIOX рекомендует подбирать номинальное напряжение в соответствии с требованиями системы для оптимизации экономики проекта, если только преимущества стандартизации не перевешивают ценовую надбавку.

В3: Почему системы 1500 В становятся все более популярными?

Переход к системам постоянного тока 1500 В обусловлен убедительной экономической целесообразностью в масштабах коммунального хозяйства: установки достигают на 15-20% более низкого LCOE по сравнению с эквивалентными системами 1000 В за счет нескольких механизмов. Более высокое напряжение позволяет использовать на 50% более длинные цепи, сокращая количество цепей на 37% и устраняя соответствующие объединительные коробки, кабели сбора постоянного тока и трудозатраты на установку. Солнечная электростанция мощностью 100 МВт экономит 8-12 миллионов долларов США на затратах BOS при проектировании на 1500 В по сравнению с 1000 В. Кроме того, более низкий ток постоянного тока (снижение на 33% для эквивалентной мощности) означает пропорционально более низкие потери I²R, что улучшает годовую выработку энергии примерно на 0,3%. Современные инвесторы в коммунальные предприятия теперь требуют архитектуру 1500 В в запросах предложений по проектам, чтобы максимизировать прибыль, что приводит к широкому распространению в отрасли, несмотря на более высокие затраты на компоненты.

В4: Как рассчитать требуемое номинальное напряжение для моей распределительной коробки?

Рассчитайте максимальное напряжение системы, используя методологию NEC 690.7: умножьте сумму напряжений холостого хода модулей вашей цепи (Voc из спецификаций) на соответствующий температурный поправочный коэффициент из таблицы NEC 690.7(A), основанный на самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды на вашей площадке. Например, для цепи из 16 панелей, использующих модули с Voc 45 В, в месте с рекордно низкой температурой -10°C требуется: 16 × 45 В × 1,14 (поправочный коэффициент при -10°C) = 822 В DC максимум. Выберите распределительную коробку, рассчитанную на следующий стандартный класс напряжения выше вашего расчетного значения — в данном случае распределительная коробка на 1000 В DC обеспечивает достаточный запас. Всегда проверяйте, учитывает ли ваш расчет повышение напряжения при низкой температуре, поскольку несоблюдение применения поправочных коэффициентов является основной причиной отказов по номинальному напряжению, наблюдаемых в наших 2300+ полевых установках.

В5: Что произойдет, если я занижу номинальное напряжение?

Установка распределительной коробки с номинальным напряжением ниже максимального скорректированного напряжения вашей системы создает несколько катастрофических режимов отказа в холодную солнечную погоду, когда напряжение модуля достигает пиковых значений. Работа при пониженном напряжении вызывает пробой изоляции корпусов держателей предохранителей, утечку между шиной и корпусом, а также отказ SPD при превышении порога MCOV. Наиболее критично то, что автоматические выключатели постоянного тока теряют свою способность прерывать цепь, когда напряжение превышает их номинальное значение — во время неисправности контакты выключателя размыкаются, но дуга поддерживается бесконечно из-за недостаточной выдерживаемой прочности по напряжению, что приводит к возгоранию корпуса и потенциальной травме персонала, находящегося поблизости, от вспышки дуги. Данные полевых исследований VIOX показывают частоту отказов 100% в течение 18 месяцев для распределительных коробок, работающих выше их номинального напряжения, со средним временем до отказа 7 месяцев. Гарантии на оборудование явно исключают повреждения от перенапряжения, что делает это невозмещаемой финансовой потерей.

В6: Безопасны ли системы на 1500 В для коммерческих зданий?

Да, системы постоянного тока напряжением 1500 В могут быть безопасно развернуты в коммерческих зданиях при соблюдении надлежащих протоколов проектирования, установки и технического обслуживания. Статья 690 Национального электротехнического кодекса (NEC) разрешает использование напряжений выше 1000 В постоянного тока для коммерческих, промышленных и коммунальных установок, когда мощность инверторов превышает 100 кВт, а проект сертифицирован лицензированным профессиональным инженером-электриком в соответствии с NEC 690.7(B)(3). Повышенное напряжение требует соответствующих мер безопасности: СИЗ с защитой от электрической дуги для всего обслуживающего персонала, расширенные процедуры блокировки-маркировки, специализированные этикетки защиты от дугового пробоя в соответствии с NFPA 70E и увеличенные электрические зазоры. Современное оборудование на 1500 В включает в себя такие функции безопасности, как безопасные на ощупь крышки клемм, встроенное быстрое отключение для аварийного обесточивания и удаленный мониторинг для обнаружения аномалий до катастрофических отказов. Владельцы коммерческих зданий должны обеспечить, чтобы обслуживающий персонал прошел обучение по работе с системами на 1500 В и внедрил документированные безопасные методы работы до ввода системы в эксплуатацию.

В7: Какова разница в стоимости между распределительными коробками на 600 В и 1500 В?

В расчете на единицу продукции, распределительная коробка постоянного тока на 1500 В стоит примерно на 180-200% больше, чем эквивалентная коробка на 600 В, из-за специализированных компонентов, повышенных требований к изоляции и меньших объемов производства. Например, распределительная коробка на 4 стринги для жилых помещений на 600 В стоит примерно 390 долларов США только за оборудование, в то время как сопоставимая коробка на 1500 В стоит 720-780 долларов США. Однако экономика на уровне системы меняет эту взаимосвязь — архитектура на 1500 В требует значительно меньшего количества распределительных коробок из-за большей длины стрингов (сокращение количества коробок на 37%), что снижает общие инвестиции в распределительные коробки, несмотря на более высокую стоимость единицы продукции. Для установки мощностью 5 МВт требуется 19 распределительных коробок на 1500 В (общая стоимость: 102 866 долларов США) по сравнению с 31 коробкой на 1000 В (общая стоимость: 168 400 долларов США), что представляет собой экономию в размере 65 534 долларов США. Переход к более выгодной стоимости происходит примерно при размере системы 1-2 МВт, выше которого 1500 В становится экономически выгоднее, несмотря на более высокую цену компонентов.