พิกัดแรงดันไฟฟ้าของกล่องรวมสาย: ข้อกำหนดเฉพาะ 600V เทียบกับ 1000V เทียบกับ 1500V DC

พิกัดแรงดันไฟฟ้าของกล่องรวมสายไฟ (Combiner Box) คือค่าแรงดันไฟฟ้า DC สูงสุดที่อุปกรณ์สามารถรองรับได้อย่างปลอดภัย โดยไม่เกิดการ breakdown ของฉนวนหรือความเสียหายของส่วนประกอบ ข้อกำหนดนี้จะกำหนดว่ากล่องรวมสายไฟสามารถใช้กับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Photovoltaic Systems) ประเภทใดได้บ้าง โดยทั่วไปการติดตั้งในที่พักอาศัยจะต้องใช้ 600 โวลต์ กระแสตรง พิกัดแรงดันไฟฟ้า, โครงการเชิงพาณิชย์ใช้ 1000V DC ระบบ และฟาร์มขนาดใหญ่ (Utility-Scale Farms) ทำงานที่ 1500V DC. การเลือกพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดของ NEC (National Electrical Code), ความปลอดภัยของระบบ และความน่าเชื่อถือในระยะยาว.

ประเด็นสำคัญ:

• 600 โวลต์ กระแสตรง ระบบต่างๆ ได้รับมอบอำนาจจาก NEC 690.7 สำหรับการติดตั้งในที่พักอาศัยแบบครอบครัวเดี่ยวและสองครอบครัว โดยนำเสนอต้นทุนส่วนประกอบที่ต่ำที่สุด
• 1000V DC การกำหนดค่าช่วยลดจำนวนสตริงลง 40% เมื่อเทียบกับ 600V ซึ่งช่วยลดต้นทุนของ Balance-of-System สำหรับโครงการเชิงพาณิชย์
• 1500V DC เทคโนโลยีนี้ช่วยลดจำนวนกล่องรวมสายไฟลง 37% และลด LCOE (Levelized Cost of Energy) ลง 15-20% สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่ (Utility-Scale Installations) ที่มีขนาดมากกว่า 5MW
• ปัจจัยแก้ไขอุณหภูมิตามตาราง NEC 690.7(A) สามารถเพิ่มพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดได้ 12-25% ในสภาพอากาศหนาวเย็น
• พิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ตรงกันจะทำให้การรับประกันอุปกรณ์เป็นโมฆะ และสร้างอันตรายจาก Arc Flash ที่ร้ายแรงในระหว่างสภาวะผิดปกติ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับพิกัดแรงดันไฟฟ้า DC ในกล่องรวมสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์

พิกัดแรงดันไฟฟ้าของกล่องรวมสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์แสดงถึงแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถขัดขวางและแยกได้อย่างปลอดภัยภายใต้การทำงานปกติและสภาวะผิดปกติ แตกต่างจากพิกัดแรงดันไฟฟ้า AC ที่พบใน Circuit Breaker ที่อยู่อาศัย ข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้า DC จะต้องคำนึงถึงการเกิด Arc ที่ต่อเนื่อง กระแสไฟ DC ไม่ตัดผ่านศูนย์หกสิบครั้งต่อวินาทีเหมือน AC ทำให้การดับ Arc เป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างมาก.

แรงดันไฟฟ้าสามคลาสเป็นส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์: 600 โวลต์ กระแสตรง, 1000V DC, และ 1500V DC. แต่ละคลาสสอดคล้องกับกลุ่มตลาดและกรอบการกำกับดูแลที่เฉพาะเจาะจง NEC กำหนดขอบเขตเหล่านี้ผ่าน Article 690.7 ซึ่งกำหนดให้มีการคำนวณแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุดตามอุณหภูมิแวดล้อมที่คาดว่าจะต่ำที่สุด ณ สถานที่ติดตั้งของคุณ.

เหตุใดพิกัดแรงดันไฟฟ้าจึงมีความสำคัญต่อความปลอดภัยและการปฏิบัติตามข้อกำหนด

ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในช่วงเช้าที่อากาศเย็นและมีแดด เมื่ออุณหภูมิของโมดูลลดลงต่ำกว่าสภาวะการทดสอบมาตรฐาน สตริงของแผงโซลาร์เซลล์ที่มีพิกัด 480V ภายใต้สภาวะปกติสามารถเพิ่มขึ้นเป็น 580V DC ที่ -20°C หากกล่องรวมสายไฟของคุณมีพิกัดเพียง 500V DC แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในสภาพอากาศหนาวเย็นนี้จะเกินความสามารถในการทนต่อฉนวนของอุปกรณ์ ทำให้เกิดโหมดความล้มเหลวหลายรูปแบบ:

• การ breakdown ของฉนวน ระหว่าง Busbar และผนัง Enclosure
• SPD ล้มเหลว เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่อเนื่องสูงสุด (Maximum Continuous Operating Voltage - MCOV)
• Arc Tracking ของ Fuse Holder ข้ามฉนวนพลาสติกที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า
• การเชื่อมติดของหน้าสัมผัส DC Disconnect ในระหว่างความพยายามในการขัดขวางแรงดันไฟฟ้าสูง

ข้อมูลทางวิศวกรรม VIOX จากการติดตั้งภาคสนามมากกว่า 2,300 แห่งแสดงให้เห็นว่า 87% ของความล้มเหลวของกล่องรวมสายไฟก่อนเวลาอันควร สืบย้อนกลับไปถึงพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่เล็กเกินไป รูปแบบมีความสอดคล้องกัน: ผู้ติดตั้งคำนวณแรงดันไฟฟ้าของสตริงที่ 25°C สั่งซื้ออุปกรณ์ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าตามค่า Nominal นั้น จากนั้นประสบกับความล้มเหลวอย่างร้ายแรงในช่วงอากาศเย็นจัดครั้งแรกในฤดูหนาว.

ข้อกำหนด NEC 690.7 สำหรับการคำนวณแรงดันไฟฟ้า

NEC Article 690.7 มีวิธีการคำนวณสามวิธีสำหรับการกำหนดแรงดันไฟฟ้า DC ของวงจร PV สูงสุด:

1. วิธีตาราง 690.7(A) (พบมากที่สุด): คูณผลรวมของแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Open-Circuit Voltage - Voc) ที่ได้รับการจัดอันดับของโมดูลที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมด้วยปัจจัยแก้ไขอุณหภูมิจากตาราง 690.7(A) สำหรับโมดูลซิลิคอนผลึก ปัจจัยแก้ไขมีตั้งแต่ 1.06 ที่ 25°C ถึง 1.25 ที่ -40°C.
2. วิธีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผู้ผลิต: ใช้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผู้ผลิตโมดูลสำหรับ Voc (โดยทั่วไปคือ -0.27% ถึง -0.35% ต่อ °C) เพื่อคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่อุณหภูมิแวดล้อมที่คาดว่าจะต่ำที่สุด ตาม NEC 110.3(B) วิธีนี้มีความสำคัญเหนือกว่าเมื่อมีข้อมูลของผู้ผลิต.
3. การคำนวณโดยวิศวกรมืออาชีพ (ระบบ ≥100kW): PE ที่ได้รับใบอนุญาตสามารถจัดทำเอกสารที่ประทับตราโดยใช้วิธีการที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ซึ่งจำเป็นสำหรับระบบที่มีความจุอินเวอร์เตอร์ 100kW หรือมากกว่า.

ปัจจัยแก้ไขอุณหภูมิและข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับสภาพอากาศหนาวเย็น

ฟิสิกส์เบื้องหลังการแก้ไขอุณหภูมิเป็นไปอย่างตรงไปตรงมา: พลังงาน Bandgap ของสารกึ่งตัวนำเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง ทำให้เกิด Photovoltage ที่สูงขึ้นต่อเซลล์แสงอาทิตย์ สำหรับโมดูล 72 เซลล์ทั่วไปที่มี Voc Nominal 40V การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างสภาวะการทำงานมาตรฐาน 25°C และ -20°C คือประมาณ 8.2V (โดยใช้สัมประสิทธิ์ -0.31%/°C) คูณสิ่งนี้กับ 16 โมดูลที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม และสตริง “640V” ของคุณจะทำงานที่ 771V DC ซึ่งเป็นการเพิ่มขึ้น 20% ที่จะทำลายกล่องรวมสายไฟที่มีพิกัด 600V.

เครื่องมือเลือกพิกัดแรงดันไฟฟ้าของ VIOX รวมข้อมูลสภาพอากาศ ASHRAE สำหรับสถานที่มากกว่า 14,000 แห่งในสหรัฐอเมริกา โดยใช้ปัจจัยแก้ไขอุณหภูมิเฉพาะไซต์โดยอัตโนมัติ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าทุก กล่องรวมสายไฟโซลาร์เซลล์ จัดส่งโดยมี Margin แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับอุณหภูมิสุดขั้วในท้องถิ่น.

กล่องรวมสายไฟ 600V DC: มาตรฐานที่อยู่อาศัย

การ 600 โวลต์ กระแสตรง คลาสแรงดันไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลังของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ในที่พักอาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กทั่วอเมริกาเหนือ NEC 690.7(A)(3) จำกัดระบบ PV ที่อยู่อาศัยแบบครอบครัวเดี่ยวและสองครอบครัวอย่างชัดเจนให้มีแรงดันไฟฟ้า DC ของวงจรสูงสุด 600V ซึ่งสร้างเพดานการกำกับดูแลที่กำหนดข้อกำหนดของอุปกรณ์ที่อยู่อาศัย.

การใช้งานทั่วไปและการกำหนดค่าระบบ

ระบบที่อยู่อาศัยที่มีช่วงตั้งแต่ 4kW ถึง 12kW โดยทั่วไปจะใช้กล่องรวมสายไฟ 600V DC ที่มี 2-6 สตริงอินพุต การกำหนดค่ามาตรฐานใช้:

• องค์ประกอบสตริง: 10-13 แผงต่อสตริง (ขึ้นอยู่กับ Voc ของโมดูล)
• ข้อกำหนดของโมดูล: แผง 350W-450W ที่มี Voc 40-49V
• แรงดันไฟฟ้าของสตริง: 400-480V DC ที่อุณหภูมิในการทำงาน 25°C
• ความจุของ Combiner: 2-6 สตริง @ 10-15A ต่อสตริง
• กระแสไฟขาออก: 30-90A DC ไปยัง Microinverter หรือ String Inverter

ตัวอย่างเช่น ระบบที่อยู่อาศัยขนาด 7.2kW ที่ใช้แผง 400W (Voc 45V) ที่มีแผงทั้งหมด 18 แผง จะใช้สองสตริง สตริงละ 9 แผง แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่คำนวณด้วยการแก้ไข NEC 690.7(A) สำหรับสภาพอากาศ -10°C: 45V × 9 × 1.14 = 461V DC ซึ่งอยู่ในพิกัด 600V DC อย่างปลอดภัยโดยมี Margin ความปลอดภัย 30%.

ข้อดีด้านต้นทุนของอุปกรณ์ 600V

ตลาด 600V ที่อยู่อาศัยได้รับประโยชน์จาก Economies of Scale ขนาดใหญ่ ปริมาณการผลิตเกิน 1000V และ 1500V รวมกัน ทำให้ต้นทุนส่วนประกอบลดลง:

• ตัวยึดฟิวส์: 18-25 บาทต่อตำแหน่ง (เทียบกับ 35-45 บาทสำหรับพิกัด 1000V)
• เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC: 85-120 บาทต่อหน่วย 2-Pole 600V (เทียบกับ 180-250 บาทสำหรับ 1000V)
• โมดูล SPD: 65-95 บาทสำหรับ Type II 600V SPD (เทียบกับ 140-180 บาทสำหรับ 1000V SPD)
• พิกัด Enclosure: โพลีคาร์บอเนต IP65 เพียงพอ (เทียบกับสแตนเลส IP66 สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า)

กลุ่มผลิตภัณฑ์กล่องรวมสายไฟ 600V ของ VIOX ใช้ประโยชน์จากส่วนประกอบที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน UL ทั่วทั้ง 12 SKUs ทำให้ต้นทุนต่อวัตต์ต่ำลง 15-18% เมื่อเทียบกับการกำหนดค่า 1000V ที่เทียบเท่ากัน สำหรับการติดตั้งในที่พักอาศัยที่อ่อนไหวต่อราคา ความแตกต่างของต้นทุนนี้ส่งผลโดยตรงต่อ IRR ของโครงการและระยะเวลาคืนทุน.

การปฏิบัติตามข้อกำหนด NEC สำหรับที่อยู่อาศัย

ข้อจำกัด 600V DC สำหรับการติดตั้งในที่พักอาศัยมาจาก NEC 690.7(A)(3) ซึ่งระบุว่า: “สำหรับที่อยู่อาศัยแบบครอบครัวเดี่ยวและสองครอบครัว วงจร DC ของระบบ PV จะได้รับอนุญาตให้มีแรงดันไฟฟ้าระบบ PV สูงสุดถึง 600 โวลต์” กฎที่ชัดเจนนี้ป้องกันไม่ให้ผู้ติดตั้งในที่พักอาศัยใช้อุปกรณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า แม้ว่าการคำนวณสตริงจะอนุญาตทางคณิตศาสตร์ก็ตาม.

เมื่อใดควรเลือกระบบ 600V

นอกเหนือจากการใช้งานในที่พักอาศัย กล่องรวมสาย DC 600V ยังคงเหมาะสมที่สุดสำหรับ:

• หลังคาเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก การติดตั้งต่ำกว่า 50kW ที่พื้นที่หลังคาเอื้ออำนวยให้มีสตริงมากขึ้น
• โครงสร้างที่จอดรถ ที่มีความยาวสตริงจำกัดเนื่องจากร่มเงา ทำให้ต้องการจำนวนโมดูลน้อยลง
• การสาธิตเพื่อการศึกษา ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำช่วยเพิ่มความปลอดภัยระหว่างการฝึกอบรม
• การขยายระบบเดิม ให้ตรงกับโครงสร้างพื้นฐาน 600V ที่มีอยู่

VIOX แนะนำอุปกรณ์ 600V เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่แก้ไขแล้วของคุณต่ำกว่า 480V DC และต้นทุนแรงงานในการติดตั้งไม่สมเหตุสมผลที่จะปรับให้เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น คู่มือการกำหนดขนาดกล่องรวมสายโซลาร์เซลล์ มีแผ่นงานคำนวณสตริงโดยละเอียดสำหรับการใช้งานในที่พักอาศัย.

กล่องรวมสาย DC 1000V: ม้างานเชิงพาณิชย์

การ 1000V DC ระดับแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นเป็นมาตรฐานโซลาร์เซลล์เชิงพาณิชย์หลังจากการแก้ไข NEC ปี 2011 ที่อนุญาตให้ใช้แรงดันไฟฟ้าระบบที่สูงขึ้นสำหรับการติดตั้งที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัย ระดับแรงดันไฟฟ้านี้ให้ความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างการลดต้นทุนและการจัดการความปลอดภัยสำหรับโครงการตั้งแต่ 50kW ถึง 5MW.

การใช้งานเชิงพาณิชย์และขนาดกลาง

การติดตั้งบนหลังคาเชิงพาณิชย์ หลังคาโครงสร้างที่จอดรถ และอาร์เรย์แบบติดตั้งบนพื้นดินที่มีความจุต่ำกว่า 5MW โดยทั่วไปจะใช้ระบบ DC 1000V กับกล่องรวมสายที่จัดการ 4-16 สตริง:

• องค์ประกอบสตริง: 16-27 แผงต่อสตริง (เทียบกับ 10-13 สำหรับระบบ 600V)
• ข้อกำหนดของโมดูล: แผง 400W-550W ที่มี 40-49V Voc
• แรงดันไฟฟ้าของสตริง: 640-890V DC ที่อุณหภูมิการทำงาน 25°C
• ความจุของ Combiner: 4-16 สตริง @ 10-20A ต่อสตริง
• กระแสไฟขาออก: 80-320A DC ไปยังอินเวอร์เตอร์ส่วนกลางหรือสตริง

โครงการเชิงพาณิชย์ขนาด 250kW ที่ใช้แผง 500W (48V Voc) จะใช้โมดูลประมาณ 500 โมดูล ที่ 1000V DC การกำหนดค่านี้คือ 20 สตริงของ 25 แผง (1,200V Voc × 1.12 ปัจจัยอุณหภูมิ = 1,344V—ต้องมีการคำนวณโดยวิศวกรมืออาชีพตาม NEC 690.7(B)(3)) ที่ 600V DC ระบบเดียวกันต้องใช้ 33 สตริงของ 15 แผง เพิ่มจำนวนตัวรวมจาก 2 หน่วยเป็น 4 หน่วย.

ข้อดีเหนือระบบ 600V

การเปลี่ยนจากระบบ 600V เป็น 1000V DC ช่วยลดต้นทุน Balance-of-System (BOS) ที่วัดผลได้:

• สตริงน้อยลง: ลดจำนวนกล่องรวมสาย ตัวนำ Home Run และโครงสร้างพื้นฐานการรวบรวม AC
• ต้นทุนทองแดงที่ต่ำกว่า: สตริงที่ยาวขึ้นหมายถึงตัวนำขนานจากอาร์เรย์ไปยังอินเวอร์เตอร์น้อยลง
• การติดตั้งที่เร็วกว่า: การสิ้นสุดน้อยลง การเดินท่อร้อยสายไฟน้อยลง ลดความซับซ้อนในการจัดการสายเคเบิล
• แรงดันไฟฟ้าตกที่น้อยกว่า: แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยให้สามารถใช้ขนาดตัวนำที่เล็กลงสำหรับการส่งกำลังที่เทียบเท่ากัน

ข้อมูลจริงจากพอร์ตโฟลิโอการติดตั้งเชิงพาณิชย์ขนาด 180MW ของ VIOX แสดงให้เห็นถึงการลดต้นทุน BOS โดยเฉลี่ยที่ 0.11 ดอลลาร์/วัตต์ เมื่อเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรม 600V เป็น 1000V DC สำหรับโครงการขนาด 1MW นี่แสดงถึงการประหยัดต้นทุนโดยตรง 110,000 ดอลลาร์ ก่อนพิจารณาประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ที่ดีขึ้นจากช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT ที่เหมาะสมที่สุด.

ข้อกำหนดส่วนประกอบ: อุปกรณ์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1000V

ส่วนประกอบทุกชิ้นภายในกล่องรวมสาย DC 1000V ต้องได้รับการรับรองระดับแรงดันไฟฟ้าอย่างชัดเจน:

• ฟิวส์ gPV: ใช้ฟิวส์โซลาร์เซลล์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1000V DC ที่เป็นไปตาม IEC 60269-6 หรือ UL 2579 ขนาดมาตรฐาน ได้แก่ 10×38 มม. (1-30A), 14×51 มม. (25-32A) และ 10×85 มม. (2.5-30A) VIOX ระบุฟิวส์ Mersen หรือ Littelfuse ที่มีกำลังการตัดขั้นต่ำ 15kA สำหรับโครงการเชื่อมต่อกับระบบสาธารณูปโภค.
• เบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง: เลือกเบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ 2P-1000V DC ที่มีเส้นโค้งการตัดที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน PV เส้นโค้ง IEC 60947-2 Type B หรือ C ป้องกันการตัดวงจรที่น่ารำคาญจากกระแสไหลเข้าในตอนเช้า พิกัดทั่วไป: 32A, 63A, 80A, 125A ตามการกำหนดค่าสตริง.
• โมดูล SPD: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากต้องมีพิกัด MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) ≥800V สำหรับระบบ 1000V SPD Type II ที่มีพิกัดกระแสไฟดิสชาร์จ 40kA (8/20μs) ให้การป้องกันที่เพียงพอ VIOX แนะนำ Phoenix Contact หรือ DEHN SPDs ที่มีหน้าสัมผัสระบุระยะไกล.
• บัสบาร์: บัสบาร์ทองแดงหรือทองแดงชุบดีบุกที่มีขนาดตามข้อกำหนด NEC 690.8(A)(1): ความสามารถในการรับกระแส ≥ กระแสสตริงสูงสุด × จำนวนสตริง × 1.25 ปัจจัยความปลอดภัย ความหนาแน่นกระแสไฟขั้นต่ำ 2.0 A/mm² สำหรับบัสบาร์ทองแดงที่ทำงานที่ 90°C.

การคำนวณขนาดสตริงสำหรับระบบ 1000V

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความยาวสตริงสำหรับสถาปัตยกรรม 1000V ให้ใช้วิธีการคำนวณนี้:

1. กำหนดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่แก้ไขแล้ว: Voc_module × temp_factor (จาก NEC Table 690.7(A) หรือข้อมูลของผู้ผลิต)
2. คำนวณความยาวสตริงสูงสุด: 1000V ÷ corrected_Voc ÷ 1.15 ส่วนต่างความปลอดภัย
3. ปัดเศษลงเป็นจำนวนแผงทั้งหมดที่ใกล้เคียงที่สุด
4. ตรวจสอบกับช่วงอินพุตของอินเวอร์เตอร์: ตรวจสอบให้แน่ใจว่า Vmp ที่อุณหภูมิการทำงานอยู่ในช่วง MPPT

ตัวอย่างการคำนวณสำหรับแผง 500W (48V Voc, 40V Vmp) ในเขตภูมิอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ -15°C (ปัจจัยแก้ไข 1.18):

• Voc ที่แก้ไขแล้ว: 48V × 1.18 = 56.6V
• ความยาวสตริงสูงสุด: 1000V ÷ 56.6V ÷ 1.15 = 15.3 แผง → 15 แผงต่อสตริง
• String Voc: 15 × 56.6V = 849V (ส่วนต่างต่ำกว่าพิกัด 1000V)
• String Vmp ที่ 25°C: 15 × 40V = 600V (ช่วง MPPT อินเวอร์เตอร์ทั่วไป: 550-850V)

นี้ การออกแบบกล่องรวมสาย 1000V แนวทางนี้ช่วยให้มั่นใจถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนดของรหัสในขณะที่เพิ่มความยาวสตริงให้สูงสุดเพื่อเศรษฐศาสตร์ของระบบที่เหมาะสมที่สุด.

กล่องรวมสาย DC 1500V: การปฏิวัติขนาดสาธารณูปโภค

การเปลี่ยนผ่านของอุตสาหกรรมโซลาร์เซลล์ไปสู่ 1500V DC ระบบเหล่านี้แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมที่สำคัญที่สุดนับตั้งแต่การเปลี่ยนจากอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ไปเป็นแบบสตริง สำหรับโครงการขนาดใหญ่กว่า 5MW เทคโนโลยี 1500V มอบการปรับปรุง LCOE (ต้นทุนพลังงานเฉลี่ย) ที่น่าสนใจ ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อความสามารถในการขอสินเชื่อของโครงการและผลตอบแทนของผู้ลงทุน.

เหตุใดอุตสาหกรรมจึงเปลี่ยนจาก 1000V เป็น 1500V

แรงผลักดันทางเศรษฐกิจเบื้องหลังการนำ 1500V มาใช้เป็นเรื่องตรงไปตรงมา: การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าช่วยให้ลดกระแสไฟฟ้าสำหรับการส่งมอบพลังงานที่เทียบเท่ากัน (P = V × I) ความสัมพันธ์พื้นฐานนี้ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบทุกส่วนของระบบ:

• ลดจำนวนกล่องรวมสายสตริงลง 37%: ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100MW ที่ 1000V ต้องใช้กล่องรวมสายประมาณ 240 กล่อง โครงการเดียวกันที่ 1500V ต้องการเพียง 150 หน่วย
• ลดจำนวนสายเคเบิล DC collection ลง 33%: แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยให้ใช้ตัวนำไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กลงได้ (ลดปริมาณทองแดงลงประมาณ 200 เมตริกตันสำหรับโครงการขนาด 100MW)
• ลดแรงงานในการติดตั้งลง 22%: จำนวนจุดต่อสายน้อยลง, ท่อร้อยสายสั้นลง, การจัดการสายเคเบิลที่ง่ายขึ้น
• ลดต้นทุน BOS ลง 15-20%: การประหยัดรวมถึงกล่องรวมสาย, ตัวนำไฟฟ้า, แรงงานในการติดตั้ง และงานโยธา

การวิเคราะห์อุตสาหกรรมจาก NREL (ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ) แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรม 1000V เป็น 1500V ช่วยลดต้นทุนการติดตั้งทั้งหมดลง 0.08-0.12 ดอลลาร์/วัตต์ สำหรับโครงการที่ใหญ่กว่า 50MW สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่ 100MW นี่แสดงถึงการประหยัดต้นทุนโดยตรง 8-12 ล้านดอลลาร์.

การปรับปรุง LCOE และผลตอบแทนจากการลงทุน

ระดับแรงดันไฟฟ้า 1500V ช่วยปรับปรุง LCOE ผ่านกลไกหลายอย่างนอกเหนือจากต้นทุนเริ่มต้น:

• ลดการสูญเสียของระบบ: กระแสไฟ DC ที่ต่ำกว่า (ลดลง 33%) แปลเป็นค่า I²R ที่ต่ำกว่าตามสัดส่วนในการสูญเสียในตัวนำไฟฟ้า สำหรับระบบ 100MW นี่แสดงถึงการปรับปรุงผลผลิตพลังงานประจำปีประมาณ 0.3% ซึ่งเพิ่มรายได้ 450,000-600,000 ดอลลาร์ในช่วง 25 ปีตลอดอายุการใช้งานของระบบ.
• ปรับปรุงประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์: อินเวอร์เตอร์ส่วนกลาง 1500V ที่ทันสมัยทำงานที่ประสิทธิภาพสูงสุดในช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT ที่กว้างขึ้น (โดยทั่วไป 900-1350V) แรงดันไฟฟ้าสตริงที่อุณหภูมิในการทำงานจะอยู่ในจุดที่เหมาะสมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังของอินเวอร์เตอร์ โดยรักษาประสิทธิภาพการแปลง >98.5% ในสภาวะการแผ่รังสีที่กว้างขึ้น.
• ลดการดำเนินงานและการบำรุงรักษา: กล่องรวมสายน้อยลง 37% หมายถึงตู้ที่ต้องตรวจสอบน้อยลง ฟิวส์ที่ต้องตรวจสอบน้อยลง และลดแรงงานในการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน การลดต้นทุน O&M ประจำปี: ประมาณ 15,000-20,000 ดอลลาร์ต่อโครงการ 100MW.

ข้อควรพิจารณาทางวิศวกรรมสำหรับระบบ 1500V

การเปลี่ยนไปใช้ 1500V DC นำมาซึ่งความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญ ซึ่งต้องมีการเลือกส่วนประกอบเฉพาะและการปรับปรุงโปรโตคอลความปลอดภัย:

• ความพร้อมใช้งานของส่วนประกอบ: ในขณะที่ส่วนประกอบที่ได้รับการจัดอันดับ 1000V ได้รับประโยชน์จากความพร้อมใช้งานในตลาดที่กว้างขวางและราคาที่แข่งขันได้ อุปกรณ์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1500V ยังคงกระจุกตัวอยู่ท่ามกลางผู้ผลิตเฉพาะทาง VIOX รักษาความร่วมมือเชิงกลยุทธ์กับ Mersen (ฟิวส์), ABB (เซอร์กิตเบรกเกอร์) และ Phoenix Contact (SPDs) เพื่อให้มั่นใจถึงห่วงโซ่อุปทานที่เชื่อถือได้สำหรับโครงการ 1500V.
• พลังงานแฟลชอาร์ค: การคำนวณกระแสไฟฟ้าผิดพลาดสำหรับระบบ 1500V แสดงให้เห็นถึงระดับพลังงานที่เกิดขึ้นสูงกว่าระบบ 1000V ถึง 50% สิ่งนี้ทำให้ต้องมีข้อกำหนด PPE ที่ได้รับการจัดอันดับส่วนโค้งที่สูงขึ้นสำหรับช่างเทคนิคและขั้นตอนการล็อก/ติดป้ายที่เข้มงวดมากขึ้นระหว่างการบำรุงรักษา.
• การประสานงานด้านฉนวนกันความร้อน: ข้อกำหนดระยะห่างของส่วนประกอบเพิ่มขึ้นเพื่อป้องกันการติดตามข้ามฉนวน กล่องรวมสาย VIOX 1500V ใช้ระยะ Creepage ที่เพิ่มขึ้น (≥25 มม.) และวัสดุพิเศษ (CTI ≥600) สำหรับที่ใส่ฟิวส์และแผงขั้วต่อ.
• ความปลอดภัยและการปิดระบบอย่างรวดเร็ว: ข้อกำหนดการปิดระบบอย่างรวดเร็ว NEC 2023 Article 690.12 มีความสำคัญมากขึ้นที่ 1500V แรงดันไฟฟ้าต้องลดลงเหลือ ≤80V ภายใน 30 วินาทีหลังจากเปิดใช้งานการปิดระบบฉุกเฉิน ซึ่งเป็นสิ่งที่ท้าทายเมื่อแรงดันไฟฟ้าสตริงเกิน 1200V ในช่วงเช้าที่อากาศเย็น VIOX รวมอุปกรณ์ปิดระบบอย่างรวดเร็วระดับโมดูลหรือโซลูชันที่ใช้ตัวเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของรหัส.

ข้อมูลจำเพาะของส่วนประกอบที่สำคัญตามระดับแรงดันไฟฟ้า

การทำความเข้าใจข้อกำหนดทางเทคนิคของส่วนประกอบภายในแต่ละระดับแรงดันไฟฟ้าจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดในการระบุข้อกำหนดที่มีค่าใช้จ่ายสูงและรับประกันความน่าเชื่อถือของระบบในระยะยาว องค์ประกอบแต่ละส่วนของกล่องรวมสาย ตั้งแต่ที่ใส่ฟิวส์ไปจนถึงบัสบาร์ ต้องมีการจัดอันดับและการรับรองที่เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้า.

การจัดอันดับฟิวส์และการเลือกฟิวส์ gPV

ฟิวส์โซลาร์เซลล์แตกต่างจากฟิวส์ไฟฟ้ามาตรฐานโดยพื้นฐานเนื่องจากลักษณะเฉพาะของกระแสไฟฟ้าผิดพลาด DC การกำหนด gPV (Photovoltaic ทั่วไป) บ่งชี้ถึงการปฏิบัติตามมาตรฐาน IEC 60269-6 หรือ UL 2579 ที่เฉพาะเจาะจงกับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์.

• ฟิวส์ gPV 600V DC:
  • ขนาดทั่วไป: 10×38 มม. (1-30A)
  • ความสามารถในการตัดกระแส: ขั้นต่ำ 10kA
  • เวลาในการตัดกระแส: <1 ชั่วโมงที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 1.45×
  • ต้นทุนโดยทั่วไป: 8-15 ดอลลาร์ต่อฟิวส์
  • การใช้งาน: สตริงที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก
• ฟิวส์ gPV 1000V DC:
  • ขนาดทั่วไป: 10×38 มม. (1-30A), 14×51 มม. (25-32A)
  • ความสามารถในการตัดกระแส: ขั้นต่ำ 15kA (แนะนำ 20kA สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า)
  • เวลาในการตัดกระแส: <1 ชั่วโมงที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 1.35×
  • ต้นทุนโดยทั่วไป: 12-22 ดอลลาร์ต่อฟิวส์
  • การใช้งาน: โครงการเชิงพาณิชย์และขนาดเล็ก
• ฟิวส์ gPV 1500V DC:
  • ขนาดทั่วไป: 14×65 มม. (2.5-30A), 10×85 มม. พร้อมส่วนขยาย
  • ความสามารถในการตัดกระแส: ขั้นต่ำ 30kA
  • เวลาในการตัดกระแส: <2 ชั่วโมงที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 1.35×
  • ต้นทุนโดยทั่วไป: 18-35 ดอลลาร์ต่อฟิวส์
  • การใช้งาน: การติดตั้งขนาดใหญ่กว่า 5MW

VIOX ระบุ Mersen A70QS หรือ Littelfuse KLKD series สำหรับการใช้งาน 1500V เนื่องจากประสิทธิภาพการตัดกระแสที่เหนือกว่าและการออกแบบหน้าสัมผัสที่มีความต้านทานต่ำ ซึ่งช่วยลดความร้อนระหว่างการทำงานที่กระแสสูง.

การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าของเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC

เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC เผชิญกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใครในการขัดขวางกระแสตรงเนื่องจากการไม่มีการตัดข้ามศูนย์ของกระแสไฟฟ้าตามธรรมชาติ การดับอาร์คต้องใช้การแยกทางกลร่วมกับการเป่าด้วยแม่เหล็กหรือการตรวจจับอาร์คด้วยอิเล็กทรอนิกส์.

การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าของเบรกเกอร์ DC เป็นไปตามการกำหนดค่าขั้ว:

• เบรกเกอร์ 1P: สูงสุด 250V DC
• เบรกเกอร์ 2P: สูงสุด 500V DC (600V สำหรับเบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ UL 489)
• เบรกเกอร์ 4P: สูงสุด 1000V DC

หมายเหตุข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ: อย่าคิดว่าพิกัดแรงดันไฟฟ้า AC สามารถใช้กับงาน DC ได้โดยตรง เบรกเกอร์ที่ระบุว่า “240VAC” อาจปลอดภัยสำหรับการทำงาน 48V DC เท่านั้น เนื่องจากการคงอยู่ของอาร์คในวงจร DC แผนกวิศวกรรมของ VIOX ได้บันทึกความล้มเหลวภาคสนามหลายครั้งที่ผู้ติดตั้งใช้เบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ AC ในงาน DC ซึ่งส่งผลให้เกิดไฟไหม้ในตู้ระหว่างพยายามเคลียร์ข้อผิดพลาด.

สำหรับการใช้งาน 1500V DC จำเป็นต้องใช้เบรกเกอร์พิเศษที่มีระบบหน้าสัมผัสแบบอนุกรมหรือเทคโนโลยีไฮบริดอิเล็กทรอนิกส์ (รวมหน้าสัมผัสทางกลกับสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์) โดยทั่วไปจะมีราคา ฿24,000-36,000 ต่อหน่วย เทียบกับ ฿5,400-7,500 สำหรับเบรกเกอร์ 1000V ที่เทียบเท่ากัน.

ข้อกำหนด SPD และพิกัด MCOV

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) สำหรับกล่องรวมสายไฟโซลาร์เซลล์ต้องเป็นไปตามเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับสภาวะการทำงานต่อเนื่องและความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ:

แรงดันไฟฟ้าทำงานต่อเนื่องสูงสุด (MCOV): แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ SPD สามารถทนได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่เสื่อมสภาพ ตามมาตรฐาน IEC 61643-31 และ UL 1449 MCOV ควรเป็น:

• ระบบ 600V: MCOV ≥520V DC
• ระบบ 1000V: MCOV ≥800V DC
• ระบบ 1500V: MCOV ≥1200V DC

ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (Up): แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ปล่อยผ่านระหว่างเหตุการณ์ไฟกระชาก ระดับการป้องกันเป้าหมาย:

• SPD ประเภท I (ทางเข้าบริการ): Up ≤4.0kV
• SPD ประเภท II (กล่องรวมสายไฟ): Up ≤2.5kV

VIOX แนะนำ Phoenix Contact PLT-SEC series หรือ DEHN DEHNguard สำหรับการใช้งาน 1500V โดยมีหน้าสัมผัสระบุระยะไกลที่ส่งสัญญาณอายุการใช้งานของ SPD สิ้นสุดไปยังระบบตรวจสอบ SCADA.

ข้อกำหนดการกำหนดขนาดบัสบาร์ตามระดับแรงดันไฟฟ้า

บัสบาร์ทองแดงหรือทองแดงชุบดีบุกเป็นกระดูกสันหลังของการรวบรวมกระแสไฟฟ้าภายในกล่องรวมสายไฟ การกำหนดขนาดที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันอุณหภูมิที่สูงเกินไปและแรงดันไฟฟ้าตก:

วิธีการกำหนดขนาด (ตาม NEC 690.8):

1. คำนวณกระแสไฟรวมทั้งหมด: ผลรวมของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของสตริงทั้งหมด (Isc)
2. ใช้ปัจจัยการทำงานต่อเนื่อง: กระแสไฟรวม × 1.25
3. กำหนดความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า: ตั้งเป้า 1.5-2.0 A/mm² สำหรับทองแดงที่อุณหภูมิแวดล้อม 90°C
4. คำนวณพื้นที่หน้าตัดขั้นต่ำ: กระแสไฟฟ้าที่ต้องการ ÷ ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า

ตัวอย่างการคำนวณสำหรับ Combiner 1000V (12 สตริง @ 12A Isc แต่ละสตริง):

• Isc รวม: 12 สตริง × 12A = 144A
• กระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง: 144A × 1.25 = 180A
• พื้นที่ทองแดงที่ต้องการ: 180A ÷ 1.8 A/mm² = 100mm²
• ระบุบัสบาร์: 10mm × 10mm = 100mm² (ขนาดมาตรฐาน)

ระบบแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้รับประโยชน์จากข้อกำหนดกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่า ทำให้สามารถใช้พื้นที่หน้าตัดของบัสบาร์ที่เล็กลงได้ ระบบ 1500V ที่ให้กำลังไฟฟ้าเทียบเท่ากับระบบ 1000V ต้องการทองแดงในบัสบาร์น้อยกว่า 33% ซึ่งช่วยลดต้นทุน BOS โดยรวม.

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับตู้และระดับ IP

ข้อกำหนดการป้องกันสิ่งแวดล้อมจะปรับขนาดตามระดับแรงดันไฟฟ้าและสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง:

• ระบบ 600V DC (ที่อยู่อาศัย/เชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก):
  • ระดับขั้นต่ำ: IP65 หรือ NEMA 3R
  • วัสดุ: โพลีคาร์บอเนตที่เสถียรต่อรังสียูวีหรือเหล็กเคลือบสีฝุ่น
  • การใช้งาน: การติดตั้งบนชั้นดาดฟ้าพร้อมการป้องกันเหนือศีรษะ
• ระบบ 1000V DC (เชิงพาณิชย์):
  • ระดับขั้นต่ำ: IP66 หรือ NEMA 4X
  • วัสดุ: อะลูมิเนียมเกรดมารีนหรือสแตนเลส 304
  • การใช้งาน: ติดตั้งบนชั้นดาดฟ้าที่เปิดโล่งหรือบนพื้นดินโดยสัมผัสกับสภาพอากาศโดยตรง
• ระบบ DC 1500V (ระดับสาธารณูปโภค):
  • ระดับขั้นต่ำ: IP66 หรือ NEMA 4X
  • วัสดุ: สแตนเลส 316 (ชายฝั่ง) หรือเหล็กเคลือบสีฝุ่น (ในแผ่นดิน)
  • การใช้งาน: ติดตั้งบนพื้นดินโดยมีโอกาสที่ทราย/ฝุ่นจะเข้าไปได้

การทดสอบการติดตั้งชายฝั่งของ VIOX แสดงให้เห็นว่าตู้เหล็กเคลือบสีฝุ่นมาตรฐานมีอัตราการกัดกร่อนเร็วกว่า 40% ในการใช้งาน 1500V เมื่อเทียบกับระบบ 1000V เนื่องจากการกัดกร่อนแบบกัลวานิกที่เพิ่มขึ้นจากศักย์ไฟฟ้าที่สูงขึ้น สำหรับไซต์ที่อยู่ภายใน 10 ไมล์จากน้ำเค็ม เราจะระบุตู้สแตนเลส 316 พร้อมวัสดุปะเก็นที่ได้รับการปรับปรุง.

คู่มือการเลือกระดับแรงดันไฟฟ้า: การวิเคราะห์ต้นทุนเทียบกับประสิทธิภาพ

การเลือกระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดต้องสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนเริ่มต้นกับผลประโยชน์ในการดำเนินงานระยะยาว กรอบการตัดสินใจนี้พิจารณาขนาดระบบ สภาพแวดล้อมในการติดตั้ง และเศรษฐศาสตร์ของโครงการ:

Specification	ระบบ 600V DC	ระบบ 1000V DC	ระบบ 1500V DC
คิดถึงเรื่องโปรแกรม	ที่อยู่อาศัย (4-12kW), เชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก (<50kW)	เชิงพาณิชย์ (50kW-5MW), ติดตั้งบนพื้นดินขนาดกลาง	ระดับสาธารณูปโภค (>5MW), C&I ขนาดใหญ่
แผงต่อสตริง (ตัวอย่าง)	10-13 แผง	16-27 แผง	24-42 แผง
สตริงต่อ Combiner	2-6 สตริง	4-16 สตริง	8-24 สตริง
ดัชนีต้นทุนส่วนประกอบ	100% (พื้นฐาน)	135% (+35%)	180% (+80%)
ชั่วโมงแรงงานในการติดตั้ง	100% (พื้นฐาน)	65% (-35%)	48% (-52%)
การประหยัดต้นทุน BOS	— (ค่าพื้นฐาน)	฿0.08-0.11/วัตต์	฿0.15-0.22/วัตต์
ระยะเวลาคืนทุน (ROI Timeline)	ไม่มีผลบังคับใช้ (ประเภทควบคุม)	18-24 เดือน	12-18 เดือน
จุดเสี่ยงต่อความล้มเหลว	ต่ำ (ห่วงโซ่อุปทานที่เติบโตเต็มที่)	ปานกลาง (เทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว)	สูง (ความพร้อมใช้งานของส่วนประกอบ)
ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า NEC	จำเป็นสำหรับที่อยู่อาศัย 1-2 ครอบครัว	อนุญาตสำหรับเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรม	ต้องมีการคำนวณ PE สำหรับ ≥100kW
ปัจจัยลดพิกัดอุณหภูมิ	1.14 (โดยทั่วไป)	1.18 (โดยทั่วไป)	1.20 (โดยทั่วไป)

การวิเคราะห์ดัชนีต้นทุน: แม้ว่าส่วนประกอบ 1500V จะมีราคาสูงกว่าส่วนประกอบ 600V ในอัตราต่อหน่วย 80% แต่การลดลงอย่างมากของจำนวนหน่วยที่ต้องการ (กล่องรวมสายไฟน้อยลง 37%, สตริงน้อยลง 33%) ส่งผลให้ต้นทุนรวมของระบบลดลง โครงการขนาด 5MW ต้องใช้อุปกรณ์กล่องรวมสายไฟประมาณ ฿42,000 ที่ 1500V เทียบกับ ฿67,000 ที่ 1000V แม้ว่ากล่อง 1500V แต่ละกล่องจะมีราคาสูงเกือบสองเท่าของกล่อง 1000V.

เศรษฐศาสตร์แรงงานในการติดตั้ง: การลดชั่วโมงแรงงานเกิดจากการสิ้นสุดที่น้อยลงและการเดินสายเคเบิลที่ง่ายขึ้น การติดตั้งทั่วไปขนาด 1MW ต้องใช้:

• การกำหนดค่า 1000V: กล่องรวมสายไฟ 24 กล่อง, การสิ้นสุดสตริง ~480 ครั้ง, ชั่วโมงแรงงาน 192 ชั่วโมง
• การกำหนดค่า 1500V: กล่องรวมสายไฟ 15 กล่อง, การสิ้นสุดสตริง ~300 ครั้ง, ชั่วโมงแรงงาน 115 ชั่วโมง

ในอัตราค่าแรง ฿85/ชั่วโมง (ช่างไฟฟ้า + ผู้ช่วย), นี่แสดงถึงการประหยัดค่าแรงโดยตรง ฿6,545 ต่อเมกะวัตต์ที่ติดตั้ง.

การปฏิบัติตามข้อกำหนด NEC: ข้อกำหนดด้านพิกัดแรงดันไฟฟ้า

National Electrical Code Article 690 กำหนดกรอบการกำกับดูแลสำหรับพิกัดแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การทำความเข้าใจข้อกำหนดเหล่านี้จะช่วยป้องกันการออกแบบใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูงและรับประกันการอนุมัติจากผู้ตรวจสอบ.

NEC Article 690.7: การคำนวณแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

แรงดันไฟฟ้า DC สูงสุดของระบบ PV ถูกกำหนดให้เป็น “แรงดันไฟฟ้าสูงสุดระหว่างตัวนำสองตัวใดๆ ของวงจร หรือระหว่างตัวนำใดๆ กับกราวด์” ค่านี้กำหนดพิกัดอุปกรณ์และข้อกำหนดพื้นที่ทำงาน.

สามเส้นทางการคำนวณ:

1. วิธีตาราง 690.7(A) (แนวทางมาตรฐาน):
   • คูณ Voc สตริงทั้งหมดด้วยปัจจัยแก้ไขอุณหภูมิ
   • ปัจจัยแก้ไข: 1.06 (25°C) ถึง 1.25 (-40°C) สำหรับซิลิคอนผลึก
   • แนวทางที่อนุรักษ์นิยมซึ่งเป็นที่ยอมรับของ AHJ ทั้งหมด
2. สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผู้ผลิต (ต้องการความแม่นยำ):
   • ใช้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ Voc ของแผ่นข้อมูลโมดูล
   • คำนวณแรงดันไฟฟ้าที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุดที่คาดไว้
   • กำหนดโดย NEC 110.3(B) เมื่อมีข้อมูลผู้ผลิต
   • สูตร: Voc_max = Voc_STC × [1 + Temp_coeff × (T_min – 25°C)]
3. การคำนวณโดยวิศวกรมืออาชีพ (ต้องใช้ ≥100kW):
   • PE ที่ได้รับอนุญาตจัดทำเอกสารที่ประทับตรา
   • ต้องใช้วิธีการคำนวณที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม
   • อนุญาตให้ปรับให้เหมาะสมกับไซต์และสร้างแบบจำลองขั้นสูง

ข้อจำกัดด้านแรงดันไฟฟ้าของประเภทอาคาร

NEC 690.7(A)(3) กำหนดข้อจำกัดด้านแรงดันไฟฟ้าที่เข้มงวดตามการใช้งานอาคาร:

• ที่อยู่อาศัยสำหรับหนึ่งและสองครอบครัว: สูงสุด 600V DC
  • ใช้กับบ้านเดี่ยวและบ้านแฝด
  • ไม่มีข้อยกเว้นโดยไม่คำนึงถึงขนาดระบบหรือการคำนวณทางวิศวกรรมอย่างมืออาชีพ
  • ออกแบบมาเพื่อจำกัดการสัมผัสกับอันตรายจากไฟฟ้าช็อตในสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัย
• อพาร์ตเมนต์, เชิงพาณิชย์, อุตสาหกรรม: สูงสุด 1000V DC (มาตรฐาน)
  • อนุญาตให้ใช้ระบบ 1000V โดยไม่มีข้อกำหนดพิเศษ
  • สามารถเกิน 1000V ได้เฉพาะกับการคำนวณทางวิศวกรรมอย่างมืออาชีพสำหรับระบบ ≥100kW
  • รับรองว่าบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมจะบำรุงรักษาระบบแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

VIOX ได้สังเกตสถานการณ์การปฏิเสธใบอนุญาตจำนวนมากที่ผู้ติดตั้งพยายามติดตั้งอุปกรณ์ 1000V ในบ้านเดี่ยวโดยสันนิษฐานว่าความซับซ้อนของเจ้าของบ้านเป็นเหตุผลที่สมควรได้รับการอัพเกรดประเภทแรงดันไฟฟ้า AHJ ปฏิเสธการติดตั้งเหล่านี้โดยไม่คำนึงถึงเหตุผลทางวิศวกรรม.

ข้อกำหนดในการติดฉลากตาม NEC 690.7(D)

การติดฉลากถาวรของแรงดันไฟฟ้า DC สูงสุดเป็นข้อบังคับในหนึ่งในสามตำแหน่ง:

1. วิธีการตัดการเชื่อมต่อ DC: ตำแหน่งที่พบมากที่สุด มองเห็นได้ชัดเจนสำหรับเจ้าหน้าที่บริการ
2. อุปกรณ์แปลงผันกำลังไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์: ตู้หุ้มอินเวอร์เตอร์เมื่อตัวตัดการเชื่อมต่อ DC อยู่ไกลออกไป
3. อุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า: เมื่อกล่องรวมสายไฟมีฟังก์ชันตัดการเชื่อมต่อ

ข้อกำหนดเนื้อหาฉลาก:

• “แรงดันไฟฟ้าระบบ PV สูงสุด: [ค่าที่คำนวณ] VDC”
• โครงสร้างสะท้อนแสงหรือแกะสลักโลหะ
• วัสดุทนทานต่อรังสียูวีที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการสัมผัสภายนอกอาคาร
• ความสูงของข้อความขั้นต่ำ 1/4 นิ้วสำหรับค่าแรงดันไฟฟ้า

VIOX จัดส่งกล่องรวมสายไฟทั้งหมดพร้อมฉลากที่สอดคล้องตามข้อกำหนดที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าซึ่งแสดงพิกัดแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ฉลากแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุด (ซึ่งคำนึงถึงการแก้ไขอุณหภูมิ) ยังคงเป็นความรับผิดชอบของผู้ติดตั้งและต้องสะท้อนถึงการกำหนดค่าสตริงที่แท้จริง.

ข้อควรพิจารณาในการปฏิบัติตามข้อกำหนดการปิดระบบอย่างรวดเร็ว

ข้อกำหนดการปิดระบบอย่างรวดเร็ว NEC 2023 Article 690.12 มีปฏิสัมพันธ์กับการเลือกระดับแรงดันไฟฟ้า:

ข้อกำหนดพื้นฐาน: ระบบ PV ต้องลดตัวนำที่ควบคุมโดยการปิดระบบอย่างรวดเร็วให้ ≤80V และ ≤2A ภายใน 30 วินาทีหลังจากเริ่มการปิดระบบ.

ความหมายของระดับแรงดันไฟฟ้า:

• ระบบ 600V: สามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับโมดูลหรือโซลูชันที่ใช้ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ
• ระบบ 1000V: อาจต้องใช้โซนปิดระบบหลายโซนหรืออุปกรณ์ระดับโมดูลที่ได้รับการปรับปรุง
• ระบบ 1500V: โดยทั่วไปต้องใช้การปิดระบบอย่างรวดเร็วระดับโมดูลหรือสถาปัตยกรรมตัวเพิ่มประสิทธิภาพ

ความยาวสตริงที่ยาวขึ้นในระบบ 1500V ทำให้การเป็นไปตามเกณฑ์ 80V เป็นเรื่องที่ท้าทายมากขึ้น VIOX แนะนำให้รวมการออกแบบการปิดระบบอย่างรวดเร็วในระหว่างการระบุกล่องรวมสายไฟเริ่มต้น แทนที่จะพยายามติดตั้งเพิ่มเติมหลังการติดตั้ง ของเรา คู่มือความปลอดภัยในการเดินสายไฟ ครอบคลุมกลยุทธ์การรวมระบบการปิดระบบอย่างรวดเร็ว.

ข้อมูลเชิงลึกของผู้ผลิต: มุมมองด้านวิศวกรรมของ VIOX

จากประสบการณ์ 15 ปีในการผลิตกล่องรวมสายไฟในทุกระดับแรงดันไฟฟ้า วิศวกรรมของ VIOX ได้ระบุข้อผิดพลาดในการระบุซ้ำๆ และโอกาสในการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบที่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของระบบ.

ข้อควรพิจารณาในการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าในการติดตั้งชายฝั่ง

การเลือกระดับแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานมุ่งเน้นไปที่ข้อควรพิจารณาทางไฟฟ้าเท่านั้น ได้แก่ ความยาวสตริง การแก้ไขอุณหภูมิ และความเข้ากันได้ของอินเวอร์เตอร์ อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมชายฝั่งภายใน 10 ไมล์จากน้ำเค็มจะเพิ่มความซับซ้อนเพิ่มเติมที่ส่งผลต่อเศรษฐศาสตร์ของระดับแรงดันไฟฟ้า.

ปัจจัยการกัดกร่อนแบบกัลวานิก: แรงดันไฟฟ้า DC ที่สูงขึ้นจะเร่งการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและมีเกลือ ข้อมูลการทดสอบภาคสนามของเราแสดงให้เห็นว่า:

• ระบบ 600V: อัตราการกัดกร่อนพื้นฐาน (ปรับให้เป็น 1.0x)
• ระบบ 1000V: การกัดกร่อนที่เร่งขึ้น 1.4 เท่าบนบัสบาร์และขั้วต่อทองแดง
• ระบบ 1500V: การกัดกร่อนที่เร่งขึ้น 2.1 เท่าโดยมีรอยกัดกร่อนที่มองเห็นได้หลังจาก 18-24 เดือน

การเสื่อมสภาพที่เร่งขึ้นนี้เกิดจากกิจกรรมอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้นที่ศักย์ไฟฟ้าที่สูงขึ้น สำหรับไซต์ชายฝั่ง VIOX แนะนำ:

• อัปเกรดเป็นตู้สแตนเลส 316 (เทียบกับมาตรฐาน 304)
• ระบุการเคลือบแบบคอนฟอร์มอลบนบัสบาร์ทองแดงทั้งหมด
• เพิ่มความถี่ในการตรวจสอบจากรายปีเป็นรายครึ่งปี
• พิจารณาสถาปัตยกรรม 1000V แม้ว่า 1500V จะให้เศรษฐศาสตร์ที่ดีกว่าในแผ่นดิน

ข้อผิดพลาดในการระบุทั่วไปกับอุปกรณ์ 1500V

การเปลี่ยนจากระบบ 1000V เป็น 1500V เผยให้เห็นข้อผิดพลาดในการจัดซื้อที่เกิดขึ้นซ้ำหลายประการ:

ข้อผิดพลาด 1: การผสมส่วนประกอบข้ามระดับแรงดันไฟฟ้า
เราได้รับการติดต่อจากลูกค้าหลายรายที่รายงานว่า “ที่ใส่ฟิวส์ละลาย” ในระบบ 1500V การตรวจสอบพบว่าผู้ติดตั้งได้เปลี่ยนที่ใส่ฟิวส์ 1000V ที่มีอยู่ทั่วไปเมื่อที่ใส่ฟิวส์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1500V ถูกสั่งซื้อย้อนหลัง ความเค้นของแรงดันไฟฟ้าข้ามฉนวนที่ออกแบบมาสำหรับ 1000V สูงสุดทำให้เกิดการติดตามและการกลายเป็นคาร์บอนในที่สุด. ทางออก: สั่งซื้อส่วนประกอบทั้งหมดโดยมีเครื่องหมาย “1500V DC” อย่างชัดเจน แม้ว่าสิ่งนี้จะขยายเวลารอคอยสินค้า.

ข้อผิดพลาด 2: ระยะห่างการคืบคลานไม่เพียงพอ
บล็อกขั้วต่อมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับระบบ 1000V มีระยะห่างการคืบคลานประมาณ 12-16 มม. ระหว่างขั้วที่อยู่ติดกัน IEC 60664-1 กำหนดให้มีระยะห่างขั้นต่ำ 18 มม. สำหรับการใช้งาน 1500V ที่ระดับมลพิษ 3 (สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม). ทางออก: ระบุบล็อกขั้วต่อที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1500V โดยมีระยะห่างที่เพิ่มขึ้น หรือใช้บล็อกขั้วต่อแต่ละตัวที่มีการแยกสิ่งกีดขวาง.

ข้อผิดพลาด 3: การระบุ MCOV ของ SPD ต่ำเกินไป
ข้อกำหนดของโครงการจำนวนมากแสดงรายการ “SPD ประเภท II” โดยไม่มีข้อกำหนด MCOV ที่ชัดเจน ซัพพลายเออร์จัดส่ง SPD ที่มีต้นทุนต่ำสุดพร้อม MCOV 800V (เหมาะสำหรับระบบ 1000V) แต่ไม่เพียงพออย่างร้ายแรงสำหรับการใช้งาน 1500V ที่ต้องใช้ MCOV ขั้นต่ำ 1200V. ทางออก: เอกสารการจัดซื้อต้องระบุ “SPD 1500V DC พร้อม MCOV ≥1200V DC” อย่างชัดเจน.

ขอบเขตความปลอดภัยสำหรับการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าในสภาพอากาศที่รุนแรง

ปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิจากตาราง NEC 690.7(A) ให้ขอบเขตความปลอดภัยที่อนุรักษ์นิยมสำหรับการติดตั้งส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม สภาพอากาศที่รุนแรง เช่น การติดตั้งในทะเลทรายที่มีอุณหภูมิผันผวนในแต่ละวัน ไซต์ที่สูงกว่าระดับน้ำทะเล 2,000 เมตร หรือการติดตั้งในขั้วโลก ต้องใช้ระเบียบวิธีที่ได้รับการปรับปรุง.

โปรโตคอลขอบเขตความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุงของ VIOX:

1. ใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผู้ผลิตแทนตาราง NEC (โดยทั่วไปจะให้ขอบเขตเพิ่มเติม 3-5%)
2. ใช้อุณหภูมิสุดขั้วของสภาพอากาศ 10 ปี แทนที่จะเป็นสุดขั้ว 50 ปี (ลดความอนุรักษ์นิยมมากเกินไป)
3. เพิ่มขอบเขตแรงดันไฟฟ้า 10% สำหรับเหตุการณ์ “หงส์ดำ” (สภาพอากาศหนาวเย็นที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ข้อผิดพลาดของเครื่องมือ)
4. ปัดเศษขึ้นเป็นระดับแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานถัดไป แทนที่จะพยายามใช้ค่าที่คำนวณได้อย่างแม่นยำ

ตัวอย่าง: การติดตั้งในทะเลทรายที่สูง

• อุณหภูมิต่ำสุดที่บันทึกไว้: -28°C (ข้อมูลผู้ผลิต)
• โมดูล Voc: 48V ที่ STC
• ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: -0.31%/°C
• ความยาวสตริง: 16 แผง

การคำนวณตาราง NEC 690.7(A) แบบดั้งเดิม:

• ปัจจัยการแก้ไขที่ -30°C: 1.21
• แรงดันไฟฟ้าสตริง: 48V × 16 × 1.21 = 930V DC
• เลือกระดับ 1000V (ขอบเขต 7%)

โปรโตคอล VIOX ที่ได้รับการปรับปรุง:

• แรงดันไฟฟ้าที่คำนวณ: 48V × [1 + (-0.0031) × (-28 – 25)] × 16 = 972V DC
• เพิ่มค่าเผื่อความปลอดภัย 10%: 972V × 1.10 = 1069V DC
• เลือกพิกัด 1500V (ค่าเผื่อ 40%)

โปรโตคอลที่ได้รับการปรับปรุงมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมประมาณ $180 ต่อ combiner box (พิกัด 1500V เทียบกับ 1000V) แต่ช่วยลดความเสี่ยงของเหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าเกินที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอินเวอร์เตอร์ส่วนกลางมูลค่า $150,000+.

ปัญหาความเข้ากันได้ของส่วนประกอบระหว่างคลาสแรงดันไฟฟ้า

การเปลี่ยนคลาสแรงดันไฟฟ้าสร้างความท้าทายด้านความเข้ากันได้ระหว่างการขยายระบบหรือการเปลี่ยนบางส่วน:

สถานการณ์ที่ 1: การขยายระบบจาก 600V เป็น 1000V
ระบบเดิม: Combiner box 600V ที่มี six strings
แผนการขยาย: เพิ่ม eight strings ที่คลาสแรงดันไฟฟ้า 1000V

ปัญหา: ไม่สามารถขนาน strings 600V และ 1000V ใน combiner box เดียวกันได้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันภายใต้สภาวะผิดปกติ ในระหว่างที่เกิดความผิดปกติบน string หนึ่ง กระแสไฟย้อนกลับจาก strings ที่ปกติสามารถเกินความสามารถในการตัดกระแสของส่วนประกอบที่ได้รับการจัดอันดับ 600V.

แนวทางแก้ไขของ VIOX: ติดตั้ง combiner box 1000V แยกต่างหากสำหรับ expansion strings รวมเอาต์พุตที่ระดับอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์ซึ่งทั้งสองคลาสแรงดันไฟฟ้าสามารถอยู่ร่วมกันได้อย่างปลอดภัย ผลกระทบด้านต้นทุน: $2,400 สำหรับ combiner box เพิ่มเติม เทียบกับ $8,500 สำหรับการกำหนดค่าระบบใหม่ทั้งหมด.

สถานการณ์ที่ 2: การเปลี่ยนส่วนประกอบในระบบแรงดันไฟฟ้าผสม
ระบบ 1000V ที่เก่าต้องเปลี่ยนฟิวส์ ไซต์ได้กำหนดมาตรฐานอุปกรณ์ 1500V สำหรับการขยายล่าสุด.

ปัญหา: ช่างเทคนิคติดตั้งฟิวส์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1500V ในที่ใส่ฟิวส์ 1000V แม้ว่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าจะเพียงพอ แต่ขนาดทางกลต่างกัน (14×65mm เทียบกับ 10×38mm) ทำให้เกิดการสัมผัสที่ไม่ดีและจุดเริ่มต้นของ arc-fault ที่อาจเกิดขึ้น.

แนวทางแก้ไขของ VIOX: ดูแลรักษาสินค้าคงคลังอะไหล่แยกต่างหากสำหรับแต่ละคลาสแรงดันไฟฟ้าพร้อมป้ายกำกับที่ชัดเจน ใช้การสแกนบาร์โค้ดเพื่อตรวจสอบชิ้นส่วนก่อนการติดตั้ง.

การเปรียบเทียบต้นทุน: ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง

การแปลทฤษฎีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าไปสู่เศรษฐศาสตร์เชิงปฏิบัติ จำเป็นต้องตรวจสอบโครงสร้างต้นทุนโครงการจริงในขนาดระบบที่เป็นตัวแทน.

ระบบที่อยู่อาศัย 8kW (สถาปัตยกรรม 600V DC)

การกำหนดค่าระบบ:

• 20 แผง @ 400W แต่ละแผง = 8kW
• 2 strings × 10 แผงต่อ string
• แรงดันไฟฟ้า string: 45V × 10 × 1.14 ปัจจัยอุณหภูมิ = 513V DC (ภายในพิกัด 600V)
• Combiner: 2-string, 600V DC, ฟิวส์ 15A ต่อ string

การแบ่งส่วนประกอบ:

ส่วนประกอบ	Specification	ต้นทุนต่อหน่วย	ปริมาณ	รวม
Combiner enclosure	IP65 โพลีคาร์บอเนต, 16×12×6″	$85	1	$85
ตัวยึดฟิวส์	600V, 10×38mm	$22	2	$44
ฟิวส์ gPV	15A, 600V DC	$12	2	$24
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC	63A, 2P-600V	$95	1	$95
SPD module	Type II, 600V, 40kA	$75	1	$75
Busbars & terminals	พิกัด 100A	$35	1 ชุด	$35
ต่อมเคเบิ้ล	PG16, IP65	$8	4	$32
Total Equipment Cost	—	—	—	$390
แรงงานในการติดตั้ง	2.5 ชั่วโมง @ $85/hr	—	—	$213
Total Installed Cost	—	—	—	$603
Cost per Watt	—	—	—	$0.075/W

ระบบที่อยู่อาศัยมีโอกาสจำกัดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากข้อจำกัด NEC 600V เศรษฐศาสตร์มุ่งเน้นไปที่การสร้างมาตรฐานส่วนประกอบและประสิทธิภาพการติดตั้ง.

ระบบเชิงพาณิชย์ 250kW (สถาปัตยกรรม 1000V DC)

การกำหนดค่าระบบ:

• 625 แผง @ 400W แต่ละแผง = 250kW
• 25 strings × 25 แผงต่อ string
• แรงดันไฟฟ้า string: 45V × 25 × 1.18 ปัจจัยอุณหภูมิ = 1,328V DC → ต้องมีการคำนวณโดยวิศวกรมืออาชีพตาม NEC 690.7(B)(3)
• ทางเลือก: 28 strings × 22 แผง = 1,169V DC (ภายใน calc มาตรฐาน 1000V)
• Combiners: 2 units @ 14-string แต่ละ unit

Component Breakdown (ต่อ combiner box):

ส่วนประกอบ	Specification	ต้นทุนต่อหน่วย	ปริมาณ	รวม
Combiner enclosure	สแตนเลส 304, 36×24×12″	$480	1	$480
ตัวยึดฟิวส์	1000V, 14×51mm	$38	14	$532
ฟิวส์ gPV	20A, 1000V DC	$18	14	$252
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC	250A, 4P-1000V	$245	1	$245
SPD module	Type II, 1000V, 40kA	$165	1	$165
Busbars & terminals	พิกัด 300A	$128	1 ชุด	$128
ต่อมเคเบิ้ล	PG21, IP66	$15	16	$240
Per Box Equipment Cost	—	—	—	$2,042
Two boxes total	—	—	—	$4,084
แรงงานในการติดตั้ง	14 ชั่วโมง @ $85/hr	—	—	$1,190
Total Installed Cost	—	—	—	$5,274
Cost per Watt	—	—	—	$0.021/W

If Same System Deployed at 600V: จะต้องมี 42 strings ของ 15 แผงแต่ละ string ซึ่งจำเป็นต้องใช้ combiner boxes สี่ boxes Total equipment cost: $6,890 (+$1,616 หรือ +31%).

ระบบสาธารณูปโภค 5MW (สถาปัตยกรรม 1500V DC)

การกำหนดค่าระบบ:

• 12,500 แผง @ 400W แต่ละแผง = 5MW
• 298 strings × 42 แผงต่อ string
• แรงดันไฟฟ้า string: 45V × 42 × 1.20 ปัจจัยอุณหภูมิ = 2,268V DC → ต้องมีการคำนวณโดยวิศวกรมืออาชีพ
• ปรับปรุง: 298 สตริง × 35 แผง = 1,890V DC
• Combiners: 19 หน่วย @ 16 สตริงต่อหน่วย (รวม 304 สตริง)

Component Breakdown (ต่อ combiner box):

ส่วนประกอบ	Specification	ต้นทุนต่อหน่วย	ปริมาณ	รวม
Combiner enclosure	สแตนเลส 316L, 48×36×18″	$1,250	1	$1,250
ตัวยึดฟิวส์	1500V, 14×65mm	$65	16	$1,040
ฟิวส์ gPV	25A, 1500V DC	$28	16	$448
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC	400A, 1500V hybrid	$1,180	1	$1,180
SPD module	Type I+II, 1500V, 50kA	$385	1	$385
Busbars & terminals	พิกัด 500A	$295	1 ชุด	$295
ต่อมเคเบิ้ล	M32, IP66	$22	18	$396
ส่วนต่อประสานการตรวจสอบ	การบูรณาการ SCADA	$420	1	$420
Per Box Equipment Cost	—	—	—	$5,414
รวม 19 กล่อง	—	—	—	$102,866
แรงงานในการติดตั้ง	285 ชั่วโมง @ $85/ชม	—	—	$24,225
Total Installed Cost	—	—	—	$127,091
Cost per Watt	—	—	—	$0.025/W

หากใช้ระบบเดียวกันที่ 1000V: จะต้องใช้ 500 สตริง สตริงละ 25 แผง ซึ่งต้องใช้กล่อง combiner 31 กล่อง ต้นทุนอุปกรณ์ทั้งหมด: $168,400 (+$41,309 หรือ +32%) ค่าแรงในการติดตั้ง: 385 ชั่วโมง (+$8,500).

การเปรียบเทียบ ROI: สถาปัตยกรรม 1500V ช่วยประหยัดต้นทุนเริ่มต้น $49,809 เมื่อรวมกับการปรับปรุงผลผลิตพลังงานประจำปี 0.3% (ลดการสูญเสีย) ระยะเวลาคืนทุนจะอยู่ที่ประมาณ 14 เดือน เทียบกับทางเลือก 1000V.

การเตรียมพร้อมสำหรับอนาคต: แนวโน้มการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้า

วิวัฒนาการของแรงดันไฟฟ้าในอุตสาหกรรมโซลาร์เซลล์ยังคงดำเนินต่อไปเกินกว่ามาตรฐาน 1500V ในปัจจุบัน โดยมีแรงกดดันอย่างต่อเนื่องในการลด LCOE และปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ.

การเคลื่อนไหวของอุตสาหกรรมไปสู่ 1500V เป็นมาตรฐานสากล

ข้อมูลตลาดจาก Wood Mackenzie แสดงให้เห็นว่าระบบ 1500V ปัจจุบันคิดเป็น 68% ของโครงการขนาดสาธารณูปโภคใหม่ทั่วโลก (ข้อมูลปี 2025) เพิ่มขึ้นจาก 32% ในปี 2020 เส้นโค้งการยอมรับนี้สะท้อนถึงการเปลี่ยนผ่าน 1000V เมื่อทศวรรษก่อน ซึ่งในตอนแรกจำกัดเฉพาะขนาดสาธารณูปโภค จากนั้นจึงลดลงไปสู่แอปพลิเคชัน C&I เมื่อต้นทุนส่วนประกอบลดลงและห่วงโซ่อุปทานเติบโตเต็มที่.

ปัจจัยขับเคลื่อนการยอมรับ 1500V ที่เร่งตัวขึ้น:

• ผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์ ได้กำหนดมาตรฐานบนอินพุตสเตจ 1500V สำหรับอินเวอร์เตอร์ส่วนกลางทั้งหมดที่สูงกว่า 1MW
• ผู้ผลิตโมดูล ออกแบบแผงที่มีพิกัด Voc ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับสตริง 1500V (ช่วง 49-52V)
• ซัพพลายเออร์ส่วนประกอบ มุ่งเน้น R&D ไปที่ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการจัดอันดับ 1500V มากขึ้น ทำให้สาย 1000V เติบโตเต็มที่โดยไม่ต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติม
• มาตรฐานการเชื่อมต่อระบบสาธารณูปโภค ในตลาดหลัก (CAISO, ERCOT, MISO) สนับสนุนสถาปัตยกรรม 1500V ผ่านกระบวนการอนุมัติที่คล่องตัว

VIOX คาดการณ์ว่าภายในปี 2028 1500V จะคิดเป็น 85% ของกำลังการผลิต PV ใหม่ที่สูงกว่า 1MW โดย 1000V จะถูกลดระดับลงเป็นการบำรุงรักษาระบบเดิมและการใช้งานเฉพาะกลุ่ม.

ระบบ 2000V ในอนาคตอันใกล้

คณะกรรมการด้านเทคนิค IEC TC 82 (ระบบพลังงานแสงอาทิตย์) ได้เริ่มงานมาตรฐานเบื้องต้นสำหรับระบบ PV 2000V DC แล้ว แม้ว่าจะยังไม่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ แต่ผู้ผลิตอุปกรณ์หลายรายได้สาธิตส่วนประกอบต้นแบบ:

ข้อดีทางทฤษฎีของ 2000V:

• ลดต้นทุน BOS เพิ่มเติม 12-15% นอกเหนือจาก 1500V
• ช่วยให้สตริงยาวขึ้น (50-60 แผง) ในสถานการณ์โมดูลประสิทธิภาพสูง
• ลดโครงสร้างพื้นฐานการรวบรวม DC เพิ่มเติม

ความท้าทายในทางปฏิบัติที่ทำให้การค้าเป็นไปได้ช้าลง:

• พลังงานอาร์คแฟลช: การคำนวณพลังงานที่เกิดขึ้นสำหรับข้อผิดพลาด 2000V เกินขีดจำกัดการทำงานที่ปลอดภัยโดยไม่มี PPE ที่ครอบคลุม
• วัสดุฉนวน: ต้องใช้โพลีเมอร์ที่แปลกใหม่และสูตรเซรามิกที่ยังไม่คุ้มค่า
• การพัฒนาโค้ด: NEC 2026 ไม่น่าจะกล่าวถึง 2000V การยอมรับที่เร็วที่สุดอาจเป็น NEC 2029

การประเมินทางวิศวกรรมของ VIOX ชี้ให้เห็นว่าระบบ 2000V อาจยังคงจำกัดอยู่เฉพาะการติดตั้งขนาดสาธารณูปโภคในทะเลทรายในสภาพอากาศที่มีความชื้นต่ำ ซึ่งโปรโตคอลความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุงและทีมบำรุงรักษาเฉพาะทางสามารถทำงานได้อย่างประหยัด.

ข้อกำหนด Grid Code ทั่วโลก

มาตรฐานแรงดันไฟฟ้าระหว่างประเทศแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้เกิดการแบ่งส่วนตลาด:

• ยุโรป (EN 50618): แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 1500V DC เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวาง โดยเยอรมนี ฝรั่งเศส และสเปนเสนอสิ่งจูงใจในการป้อนกริดสำหรับระบบ 1500V
• จีน (GB/T 37655): อนุญาตให้ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 1500V DC สำหรับระบบที่สูงกว่า 1MW โครงการที่ได้รับเงินอุดหนุนจากรัฐบาลกำหนดให้ใช้ 1500V มากขึ้นเรื่อยๆ
• อินเดีย (CEA Regulations 2019): จำกัดหลังคาเชิงพาณิชย์ไว้ที่ 1000V DC โครงการสาธารณูปโภคภาคพื้นดินได้รับอนุญาตให้ใช้ 1500V
• ออสเตรเลีย (AS/NZS 5033): แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 1000V DC ที่อนุรักษ์นิยมสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ 1500V ต้องได้รับการอนุมัติเป็นพิเศษ
• ตะวันออกกลาง (มาตรฐาน DEWA): ส่งเสริม 1500V อย่างแข็งขันสำหรับสวนพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ (Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park ทั้งหมด 1500V)

สำหรับบริษัท EPC ระหว่างประเทศและผู้ส่งออกอุปกรณ์ กลุ่มมาตรฐานนี้จำเป็นต้องมีความสามารถในการผลิตที่ยืดหยุ่นในทุกระดับแรงดันไฟฟ้าทั้งสาม VIOX ได้รับการรับรอง UL, CE และ TÜV ในกลุ่มผลิตภัณฑ์กล่อง combiner ทั้งหมดของเราโดยเฉพาะ เพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดที่หลากหลาย.

คำถามที่ถูกถามบ่อย

คำถามที่ 1: ฉันต้องใช้พิกัดแรงดันไฟฟ้าเท่าใดสำหรับระบบโซลาร์เซลล์ที่อยู่อาศัย

สำหรับที่อยู่อาศัยแบบหนึ่งและสองครอบครัวในอเมริกาเหนือ NEC 690.7(A)(3) กำหนดแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุด 600V DC โดยไม่คำนึงถึงการกำหนดค่าสตริงหรือแรงดันไฟฟ้าที่คำนวณได้ ใช้การคำนวณแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่แก้ไขอุณหภูมิจาก NEC Table 690.7(A) หรือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของผู้ผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าความยาวสตริงของคุณไม่เกิน 600V DC หลังจากใช้ปัจจัยแก้ไขแล้ว ระบบที่อยู่อาศัยทั่วไปที่มีแผง 400W (45V Voc) ในสภาพอากาศปานกลางสามารถรองรับแผง 10-11 แผงต่อสตริง โดยให้ระยะขอบแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอ สำหรับระบบที่อยู่อาศัยขนาดใหญ่ที่ต้องการพลังงานมากขึ้น ให้ปรับใช้สตริงเพิ่มเติมแทนที่จะเพิ่มความยาวสตริงเกินขีดจำกัด 600V.

คำถามที่ 2: ฉันสามารถใช้กล่อง combiner 1000V กับระบบ 600V ได้หรือไม่

ใช่ การใช้กล่องรวมสายที่มีอัตราแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าในระบบแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่านั้น ปลอดภัยทางไฟฟ้าและเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน แม้ว่าจะไม่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจก็ตาม ส่วนประกอบที่มีอัตรา 1000V (ฟิวส์, เซอร์กิตเบรกเกอร์, อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก) ทำงานได้อย่างปลอดภัยที่ 600V DC เนื่องจากความเค้นของแรงดันไฟฟ้ายังคงต่ำกว่าเกณฑ์การสลายของฉนวน อย่างไรก็ตาม คุณต้องเสียค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น อุปกรณ์ 1000V โดยทั่วไปมีราคาสูงกว่าส่วนประกอบที่มีอัตรา 600V ที่เทียบเท่ากัน 35-40% เนื่องจากข้อกำหนดด้านฉนวนที่เพิ่มขึ้นและวัสดุพิเศษ แนวทางนี้สมเหตุสมผลเฉพาะเมื่อทำการปรับอุปกรณ์ให้เป็นมาตรฐานในการติดตั้งแรงดันไฟฟ้าผสม หรือเมื่อคาดการณ์การขยายระบบในอนาคตเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น VIOX แนะนำให้จับคู่อัตราแรงดันไฟฟ้ากับข้อกำหนดของระบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านเศรษฐศาสตร์ของโครงการ เว้นแต่ผลประโยชน์ของการปรับมาตรฐานจะมากกว่าส่วนต่างของต้นทุน.

คำถามที่ 3: ทำไมระบบ 1500V ถึงได้รับความนิยมมากขึ้น

การเปลี่ยนไปใช้ระบบไฟฟ้ากระแสตรง 1500V มีสาเหตุมาจากข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่น่าสนใจในระดับสาธารณูปโภค: การติดตั้งสามารถลด LCOE ได้ 15-20% เมื่อเทียบกับระบบ 1000V ที่เทียบเท่ากันผ่านกลไกหลายอย่าง แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยให้สตริงยาวขึ้น 50% ลดจำนวนสตริงลง 37% และกำจัดกล่องรวมสาย, สายเคเบิล DC และแรงงานในการติดตั้งที่เกี่ยวข้อง ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100MW ประหยัดค่าใช้จ่าย BOS ได้ 8-12 ล้านดอลลาร์เมื่อออกแบบที่ 1500V เทียบกับ 1000V นอกจากนี้ กระแสไฟ DC ที่ต่ำกว่า (ลดลง 33% สำหรับกำลังไฟฟ้าที่เทียบเท่ากัน) หมายถึงการสูญเสีย I²R ที่ต่ำกว่าตามสัดส่วน ซึ่งช่วยปรับปรุงผลผลิตพลังงานประจำปีประมาณ 0.3% นักลงทุนระดับสาธารณูปโภคสมัยใหม่ในปัจจุบันกำหนดสถาปัตยกรรม 1500V ใน RFP โครงการโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มผลตอบแทนสูงสุด ซึ่งขับเคลื่อนการยอมรับในอุตสาหกรรมในวงกว้างแม้ว่าต้นทุนส่วนประกอบจะสูงขึ้นก็ตาม.

คำถามข้อ 4: ฉันจะคำนวณค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับกล่องรวมสายของฉันได้อย่างไร

คำนวณแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุดโดยใช้วิธีการ NEC 690.7: คูณผลรวมของแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของโมดูล (Voc จากเอกสารข้อมูล) ด้วยค่าตัวประกอบการแก้ไขอุณหภูมิที่เหมาะสมจากตาราง NEC 690.7(A) ตามอุณหภูมิต่ำสุดที่คาดการณ์ไว้ของไซต์ของคุณ ตัวอย่างเช่น สตริง 16 แผงที่ใช้โมดูล Voc 45V ในสถานที่ที่มีอุณหภูมิต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ -10°C ต้องใช้: 16 × 45V × 1.14 (ตัวประกอบการแก้ไขที่ -10°C) = 822V DC สูงสุด เลือกกล่องรวมสายที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานถัดไปที่สูงกว่าค่าที่คุณคำนวณได้ ในกรณีนี้ กล่องรวมสาย 1000V DC ให้ระยะขอบที่เพียงพอ ตรวจสอบเสมอว่าการคำนวณของคุณคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากความล้มเหลวในการใช้ตัวประกอบการแก้ไขเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวในการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าที่พบในการติดตั้งภาคสนามกว่า 2,300 แห่งของเรา.

คำถามข้อ 5: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าฉันลดขนาดพิกัดแรงดันไฟฟ้าต่ำเกินไป

การติดตั้งกล่องรวมสายที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขสูงสุดของระบบของคุณจะสร้างโหมดความล้มเหลวร้ายแรงหลายอย่างในสภาวะอากาศเย็นและมีแดดจัดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของโมดูลสูงสุด การทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำเกินไปทำให้เกิดการสลายตัวของฉนวนทั่วตัวยึดฟิวส์ การติดตามจากบัสบาร์ไปยังกล่องหุ้ม และความล้มเหลวของ SPD เมื่อเกินเกณฑ์ MCOV ที่สำคัญที่สุดคือ เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC จะสูญเสียความสามารถในการขัดจังหวะเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินพิกัด ในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาด หน้าสัมผัสของเบรกเกอร์จะเปิดออก แต่ส่วนโค้งยังคงอยู่ต่อไปอย่างไม่มีกำหนดเนื่องจากความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอ ทำให้เกิดไฟไหม้กล่องหุ้มและการบาดเจ็บจากอาร์คแฟลชที่อาจเกิดขึ้นกับบุคลากรที่อยู่ใกล้เคียง ข้อมูลการตรวจสอบภาคสนามของ VIOX แสดงอัตราความล้มเหลว 100% ภายใน 18 เดือนสำหรับกล่องรวมสายที่ทำงานเกินพิกัดแรงดันไฟฟ้า โดยมีค่ามัธยฐานของเวลาจนถึงความล้มเหลว 7 เดือน การรับประกันอุปกรณ์ยกเว้นความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกินโดยชัดแจ้ง ทำให้เกิดการสูญเสียทางการเงินที่ไม่สามารถกู้คืนได้.

คำถามข้อ 6: ระบบ 1500V ปลอดภัยสำหรับอาคารพาณิชย์หรือไม่

ใช่ ระบบไฟฟ้ากระแสตรง 1500V สามารถติดตั้งในอาคารพาณิชย์ได้อย่างปลอดภัย หากมีการปฏิบัติตามขั้นตอนการออกแบบ การติดตั้ง และการบำรุงรักษาที่เหมาะสม มาตรา 690 ของ NEC อนุญาตให้ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1000V DC สำหรับการติดตั้งเชิงพาณิชย์ อุตสาหกรรม และสาธารณูปโภค เมื่อระบบมีกำลังการผลิตอินเวอร์เตอร์เกิน 100kW และการออกแบบได้รับการรับรองโดยวิศวกรไฟฟ้ามืออาชีพที่ได้รับใบอนุญาตตาม NEC 690.7(B)(3) แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นนี้ต้องมีมาตรการความปลอดภัยที่สอดคล้องกัน: PPE ที่ได้รับการรับรองสำหรับการป้องกันอาร์คสำหรับเจ้าหน้าที่บริการทุกคน ขั้นตอนการล็อกเอาต์/แท็กเอาต์ที่ได้รับการปรับปรุง ฉลากป้องกันอาร์คแฟลชเฉพาะตาม NFPA 70E และระยะห่างทางไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น อุปกรณ์ 1500V ที่ทันสมัยมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัย เช่น ฝาครอบขั้วต่อที่ปลอดภัยต่อการสัมผัส ระบบปิดเครื่องอย่างรวดเร็วในตัวสำหรับการตัดไฟฉุกเฉิน และการตรวจสอบจากระยะไกลเพื่อตรวจจับความผิดปกติก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวร้ายแรง เจ้าของอาคารพาณิชย์ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาได้รับการฝึกอบรมเฉพาะด้าน 1500V และดำเนินการตามขั้นตอนการทำงานที่ปลอดภัยซึ่งเป็นเอกสารก่อนที่จะจ่ายไฟให้กับระบบ.

คำถามข้อ 7: ความแตกต่างของต้นทุนระหว่างกล่องรวมสาย 600V และ 1500V คืออะไร

เมื่อพิจารณาต่อหน่วย กล่องรวมสายไฟ DC 1500V มีราคาสูงกว่ากล่องขนาด 600V ที่เทียบเท่ากันประมาณ 180-200% เนื่องจากส่วนประกอบเฉพาะทาง ข้อกำหนดด้านฉนวนที่สูงขึ้น และปริมาณการผลิตที่ต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น กล่องรวมสายไฟ 4 สตริงสำหรับที่อยู่อาศัยที่ 600V มีราคาประมาณ 390 ดอลลาร์สหรัฐเฉพาะค่าอุปกรณ์ ในขณะที่กล่องขนาด 1500V ที่เทียบเคียงได้มีราคาระหว่าง 720-780 ดอลลาร์สหรัฐ อย่างไรก็ตาม เศรษฐศาสตร์ในระดับระบบกลับความสัมพันธ์นี้ สถาปัตยกรรม 1500V ต้องการกล่องรวมสายไฟน้อยกว่าอย่างมากเนื่องจากความยาวสตริงที่ยาวขึ้น (ลดจำนวนกล่องลง 37%) ทำให้การลงทุนรวมในกล่องรวมสายไฟต่ำกว่าแม้ว่าต้นทุนต่อหน่วยจะสูงขึ้น การติดตั้งขนาด 5MW ใช้กล่องรวมสายไฟ 19 กล่องที่ 1500V (ต้นทุนรวม: 13,866 ดอลลาร์สหรัฐ) เทียบกับ 31 กล่องที่ 1000V (ต้นทุนรวม: 16,400 ดอลลาร์สหรัฐ) ซึ่งแสดงถึงการประหยัด 65,534 ดอลลาร์สหรัฐ จุดตัดของต้นทุนเกิดขึ้นที่ขนาดระบบประมาณ 1-2MW ซึ่งสูงกว่านั้น 1500V จะมีความได้เปรียบทางเศรษฐกิจมากกว่าแม้ว่าราคาของส่วนประกอบจะสูงกว่าก็ตาม.