Come abbinare una scatola combinatore fotovoltaica al vostro impianto solare: Spiegazione dei valori di corrente e tensione

Un impianto solare è un sistema finemente regolato in cui ogni componente deve funzionare in armonia. Tuttavia, uno dei componenti più critici, il combinatore fotovoltaico, viene spesso frainteso e dimensionato in modo errato. Una scatola di combinatori inadeguata non è solo un punto di inefficienza, ma un guasto catastrofico in attesa di verificarsi. I circuiti sovraccaricati, i componenti fusi e persino gli incendi elettrici possono essere il risultato di valori di tensione e corrente non corretti. Non si tratta solo di conformità alle norme, ma di sicurezza, longevità e prestazioni dell'intero investimento solare.

Questa guida fornisce una spiegazione esaustiva e di livello ingegneristico su come abbinare perfettamente un combinatore fotovoltaico al vostro impianto solare. Verranno illustrati i calcoli essenziali conformi alla normativa NEC sia per la tensione che per la corrente, si analizzeranno gli errori più comuni da evitare e si mostrerà come la scelta di un componente di alta qualità come un combiner box CNKUANGYA possa garantire un funzionamento sicuro e affidabile del sistema per decenni.

Capire i parametri elettrici chiave: Il linguaggio dei pannelli solari

Prima di dimensionare qualsiasi componente, è necessario comprendere il linguaggio della “scheda tecnica” elettrica dei moduli solari stessi. Questi valori sono alla base di tutti i calcoli che farete. Cercare di dimensionare un combinatore senza questi valori è come cercare di navigare senza una mappa.

Utilizziamo come esempio un tipico pannello solare ad alte prestazioni:

Esempio di scheda tecnica del pannello solare

• Modello: CNK-M450
• Potenza massima (Pmax): 450 W
• Tensione alla massima potenza (Vmpp): 41.5 V
• Corrente alla massima potenza (Impp): 10.85 A
• Tensione a circuito aperto (Voc): 49.8 V
• Corrente di cortocircuito (Isc): 11.4 A
• Coefficiente di temperatura della Voc: -0,25% / °C

Ecco cosa significano questi parametri critici per la progettazione del sistema:

• Tensione a circuito aperto (Voc): È la tensione massima che un singolo pannello solare può produrre senza carico (cioè non collegato a un inverter). È la tensione “potenziale” del pannello in condizioni di test standard (STC). Voc è la pietra miliare per tutti i calcoli della tensione di sicurezza. Viene utilizzato per determinare il numero massimo di pannelli che è possibile collegare in serie senza superare i limiti di tensione del combinatore o dell'inverter, soprattutto in condizioni di freddo.
• Corrente di cortocircuito (Isc): È la corrente massima che un singolo pannello può produrre quando i suoi terminali positivo e negativo vengono messi in cortocircuito. Rappresenta la corrente massima che il pannello può generare in condizioni di test standard. Isc è la pietra miliare per tutti i calcoli della corrente di sicurezza. Viene utilizzato per determinare il valore nominale richiesto per i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (OCPD), come i fusibili o gli interruttori automatici, all'interno della scatola del combinatore.
• Tensione alla massima potenza (Vmpp) e corrente alla massima potenza (Impp): Questi valori rappresentano la tensione e la corrente che un pannello produce quando funziona alla sua massima efficienza, o “punto di massima potenza”. Pur essendo fondamentali per le previsioni di rendimento energetico e per l'adattamento dell'inverter (MPPT), essi sono non utilizzato per il dimensionamento dei componenti di sicurezza (fusibili, interruttori, fili) del vostro combinatore. Per i calcoli di sicurezza, progettiamo sempre per gli scenari peggiori, rappresentati da Voc e Isc.

Definiti questi parametri fondamentali, possiamo ora passare alla prima parte dell'equazione di dimensionamento: l'adattamento della tensione.

Parte 1: Corrispondenza dei valori di tensione per la sicurezza e la conformità

Il primo e più importante passo per scatola combinatore La scelta del pannello consiste nell'assicurarsi che la sua tensione nominale sia in grado di gestire la massima tensione possibile del sistema del campo solare. Questo non è determinato dalla Voc standard del pannello, ma dalla sua Voc adattata alla temperatura più fredda possibile nel luogo di installazione. Perché? Perché la tensione del pannello solare aumenta al diminuire della temperatura. Ignorare questo aspetto può portare a tensioni che superano i valori nominali dei componenti, causando guasti all'isolamento e creando un grave rischio per la sicurezza.

Il National Electrical Code (NEC) affronta questo aspetto in Articolo 690.7, che prevede che la tensione del sistema sia calcolata per la temperatura ambiente più bassa prevista.

Calcolo del dimensionamento della tensione passo dopo passo

Progettiamo una stringa per una località con una temperatura minima record di -10°C (14°F), utilizzando il nostro pannello campione da 450W (Voc = 49,8V, Coeff. Temp. = -0,25%/°C). Le condizioni di prova standard (STC) sono di 25°C.

Fase 1: trovare la differenza di temperatura
Calcolare la differenza tra STC e la temperatura minima registrata.

• Delta di temperatura (ΔT) = 25°C - (-10°C) = 35°C

Fase 2: calcolo della percentuale di aumento della tensione
Moltiplicare il delta di temperatura per il coefficiente di temperatura Voc del pannello.

• Aumento di tensione % = 35°C × 0,25%/°C = 8,75% o 0,0875

Fase 3: Calcolo della Voc corretta per la temperatura (Voc_corretta)
Aumentare la Voc standard della percentuale calcolata. Questa è la tensione massima reale che un singolo pannello può produrre nel giorno più freddo.

• Voc_corretta = 49,8V × (1 + 0,0875) = 49,8V × 1,0875 = 54,17V

Passo 4: determinare la dimensione massima della stringa
Dividere la tensione target del sistema (ad esempio, 1000 V per molti sistemi commerciali) per la Voc corretta per pannello. Arrotondare sempre per difetto al numero intero più vicino.

• Pannelli massimi per stringa = 1000V / 54,17V = 18,46
• Risultato: È possibile installare in sicurezza un massimo di 18 pannelli per stringa.

Fase 5: Calcolo della tensione massima finale del sistema
Moltiplicare il numero di pannelli della stringa per la Voc corretta per trovare la tensione di stringa nel caso peggiore.

• Tensione massima del sistema = 18 pannelli × 54,17V = 975,06V

Passo 6: selezionare la scatola combinatore
Scegliere un combinatore con una tensione nominale CC superiore alla tensione massima calcolata del sistema.

• Scelta corretta: A 1000V DC-rated come la serie CNK-CB di CNKUANGYA, è la scelta perfetta e sicura. Una scatola da 600 V sarebbe sottovalutata ed estremamente pericolosa. Anche una scatola da 1500 V sarebbe sicura, ma potrebbe essere sovradimensionata per questa particolare applicazione, a meno che non si progetti fin dall'inizio un sistema a tensione più elevata.

Parte 2: Corrispondenza dei valori nominali di corrente per la protezione da sovracorrenti

Una volta gestita la tensione, è necessario dimensionare i dispositivi di protezione dalle sovracorrenti (OCPD) e i conduttori. Questo comporta due livelli: la protezione di ogni singola stringa e la protezione dell'uscita principale che combina tutte le stringhe. Questo è regolato da NEC 690.8 (Dimensionamento del circuito) e 690.9 (Protezione da sovracorrenti).

Il principio fondamentale è quello di tenere conto del fatto che i circuiti solari sono considerati “a servizio continuo” e possono presentare una corrente elevata a causa di livelli di irraggiamento solare superiori allo standard STC di 1000 W/m². Per questo motivo utilizziamo un “doppio 125%” o un moltiplicatore 1,56.

Dimensionamento di fusibili/interruttori di stringa

Ogni stringa che entra nel combinatore deve essere protetta. La formula è:
Fusibile minimo nominale = Isc × 1,56

• Perché 1.56? È il prodotto di due fattori di sicurezza richiesti dal NEC: 1,25 per il dimensionamento del carico continuo e un altro 1,25 per il dimensionamento dell'OCPD nei circuiti fotovoltaici (1,25 × 1,25 ≈ 1,56). In questo modo si garantisce che il fusibile non scatti in caso di irraggiamento elevato, ma che si bruci in modo sicuro prima che venga superata l'ampacità del filo.

Calcolo passo per passo del fusibile di stringa

Utilizzando il nostro panel di campioni con Isc = 11,4A:

Fase 1: Calcolo della portata minima del fusibile

• Fusibile minimo = 11,4A × 1,56 = 17,78A

Fase 2: selezionare la dimensione del fusibile standard successivo
Non è possibile acquistare un fusibile da 17,78A. È necessario arrotondare per eccesso alla dimensione del fusibile DC standard successivo disponibile. Le dimensioni comuni dei fusibili CC sono 15A, 20A, 25A e 30A.

• Scelta corretta: A Fusibile da 20A in corrente continua è la scelta corretta. Un fusibile da 15 A sarebbe troppo piccolo e soggetto a interventi fastidiosi.

Questo calcolo viene ripetuto per ogni stringa collegata al combinatore. Se il combinatore ha 12 ingressi, sono necessari 12 fusibili da 20A.

Dimensionamento del conduttore e dell'interruttore di uscita principale

Il conduttore di uscita principale e il relativo sezionatore o interruttore devono essere dimensionati per gestire la corrente combinata di tutte le stringhe.

Calcolo passo-passo dell'uscita principale

Supponiamo di stare progettando un sistema con 8 corde.

Fase 1: Calcolo della corrente massima totale della matrice
Questo calcolo richiede un fattore di sicurezza di 1,25 sulla somma di tutte le correnti di stringa.

• Corrente massima totale = (numero di stringhe × Isc) × 1,25
• Corrente massima totale = (8 stringhe × 11,4A) × 1,25 = 91,2A × 1,25 = 114A

Fase 2: selezionare il valore nominale dell'interruttore/sezionatore principale
L'interruttore di uscita o il sezionatore con fusibile devono avere un valore nominale di almeno questo valore. Si sceglierà la taglia standard successiva.

• Scelta corretta: La dimensione dell'interruttore standard successiva a 114A è tipicamente 125A. Per questo motivo si dovrebbe scegliere un combiner box dotato di un Interruttore principale da 125 A. I conduttori di uscita dovrebbero quindi essere dimensionati per avere un'ampacità di almeno 114A, secondo le tabelle di ampacità dei fili NEC.

Un combinatore di qualità di CNKUANGYA è pre-ingegnerizzato con sbarre di dimensioni adeguate per gestire queste correnti combinate senza surriscaldarsi, garantendo una transizione di potenza sicura ed efficiente.

Tabelle di dimensionamento critico per una rapida consultazione

Per semplificare il processo di progettazione, ecco alcune tabelle di riferimento rapido basate sui principi discussi.

Tabella 1: Esempi di dimensionamento della tensione (sistema target 1000V)

Tabella 2: Esempi di dimensionamento dei fusibili di stringa

Tabella 3: Esempi di dimensionamento del capocorda principale/interruttore del combinatore

5 errori comuni di dimensionamento da evitare

Anche i professionisti più esperti possono commettere errori. Ecco cinque errori comuni che vediamo sul campo e perché sono così pericolosi:

1. Ignorare la correzione della temperatura per la Voc: Il dimensionamento delle stringhe in base all'STC Voc del pannello è una ricetta per il disastro in qualsiasi clima fresco. Una mattina fredda e soleggiata può far schizzare la tensione del sistema ben oltre i valori nominali dei componenti, causando guasti all'inverter o guasti catastrofici.
2. Utilizzo di componenti con tensione alternata: Non utilizzare mai interruttori o fusibili CA in un circuito CC. Gli OCPD in c.a. sono progettati per spegnere un arco al “passaggio a zero” di un'onda sinusoidale in c.a.. La corrente continua non ha un passaggio a zero; un arco, una volta formatosi, può mantenersi e fondere il componente, l'involucro e il cablaggio circostante. Utilizzare sempre componenti esplicitamente classificati per l'alimentazione in c.c., come quelli presenti nelle scatole combinatore CNKUANGYA.
3. Dimensionamento improprio del conduttore: I fili che si collegano alla scatola del combinatore devono essere dimensionati in base alla stessa Isc x 1,56 per il servizio continuo. I cavi sottodimensionati si surriscaldano, con un rischio significativo di incendio.
4. Dimenticando di controllare la portata massima del fusibile di serie del pannello: Ogni pannello solare ha un “valore massimo del fusibile in serie” sulla sua scheda tecnica (ad esempio, 20A o 25A). Il fusibile selezionato nel combinatore non deve superare questo valore. In questo modo si annulla la garanzia del pannello e si potrebbe consentire a un pannello difettoso di retroalimentare e danneggiare altre stringhe prima che il fusibile si bruci.
5. Coppia di serraggio errata e collegamenti allentati: Un numero sorprendente di guasti ha origine da terminali non correttamente serrati. Un collegamento allentato crea un'elevata resistenza, generando un calore intenso che può fondere le morsettiere e innescare incendi. Utilizzare sempre una chiave dinamometrica calibrata e seguire le specifiche del produttore.

Casi di studio di installazioni CNKUANGYA

Caso di studio 1: tetto residenziale in un clima rigido

• Progetto: Un impianto residenziale su tetto da 15 kW in una regione con inverni freddi ed estati calde.
• Sfida: Spazio limitato e necessità di un combinatore in grado di resistere a un'ampia gamma di temperature e a una significativa esposizione ai raggi UV.
• Soluzione: CNKUANGYA CNK-CB-4S-1000V, un combinatore compatto a 4 stringhe in un contenitore in policarbonato NEMA 4X. Il suo valore nominale di 1000 V ha fornito un'ampia capacità di tensione per i freddi inverni e i fusibili DC da 20 A preinstallati si sono adattati perfettamente ai pannelli da 450 W utilizzati. L'installatore ha apprezzato il layout spazioso e i terminali chiaramente etichettati, che hanno ridotto i tempi di installazione di 30%.

Caso di studio 2: Efficienza commerciale a terra

• Progetto: Un sistema commerciale a terra da 200 kW per un impianto agricolo.
• Sfida: Il progetto richiedeva di massimizzare l'efficienza e ridurre al minimo i costi di manodopera per l'installazione di decine di fili.
• Soluzione: Il team ha scelto il CNKUANGYA CNK-CB-16S-1500V-D. Questo combinatore da 16 stringhe e 1500 V comprendeva un interruttore automatico integrato da 250 A DC come sezionatore. Questo design all-in-one ha eliminato la necessità di un sezionatore CC separato, con un notevole risparmio di materiali e costi di manodopera. L'architettura a 1500 V ha permesso di realizzare stringhe più lunghe, riducendo il numero totale di combinatori e la quantità di cavi in rame necessari per il progetto.

Testimonianze dei clienti: Perché i professionisti scelgono CNKUANGYA

“Come installatore, il tempo è denaro. I combinatori di CNKUANGYA sono un sogno da lavorare. I fori sono puliti, c'è molto spazio per i raggi di curvatura e i terminali sono robusti. Posso fidarmi della qualità e le mie installazioni sono più veloci. Non c'è da preoccuparsi”.”
- John P., installatore capo, Apex Solar Solutions

“Da un punto di vista ingegneristico, le schede tecniche di CNKUANGYA sono chiare e i loro componenti sono di altissimo livello. Ho specificato i loro combinatori da 1500 V con sezionatori integrati per un progetto su larga scala e la riduzione dei costi di bilanciamento del sistema è stata significativa. I loro prodotti sono robusti, conformi e affidabili”.”
- Maria E., P.E., ingegnere elettrico senior, Gruppo Sunstone Engineering

“Abbiamo installato un combinatore CNKUANGYA con il nostro impianto a terra cinque anni fa. Ha funzionato perfettamente durante gli inverni gelidi e le estati torride. Sapere che il cuore del nostro impianto solare è protetto da un componente così resistente ci dà un'incredibile tranquillità”.”
- David L., proprietario dell'azienda agricola

Lista di controllo sul campo: Migliori pratiche per l'installazione delle scatole combinatore

Utilizzate questa lista di controllo in ogni lavoro per garantire un'installazione sicura, affidabile e conforme alle norme.

• Verificare la tensione: La tensione massima del sistema è stata calcolata utilizzando la temperatura minima record del sito?
• Verificare la valutazione del combinatore: La tensione nominale CC del combinatore è superiore alla tensione massima calcolata del sistema?
• Verificare la portata del fusibile: Il valore nominale del fusibile di stringa è stato calcolato (Isc x 1,56) e arrotondato alla misura standard successiva?
• Controllare il limite del fusibile del pannello: La portata del fusibile selezionato non supera la “portata massima dei fusibili in serie” del pannello?
• Verificare la valutazione del componente: Tutti i fusibili e/o interruttori sono esplicitamente classificati in CC?
• Verificare le dimensioni dell'interruttore principale e del conduttore: L'interruttore di uscita principale e l'ampacità dei fili sono dimensionati per gestire almeno 125% della corrente totale combinata della stringa?
• Controllare il grado di protezione: La classificazione NEMA (ad esempio, 3R, 4X) corrisponde ai requisiti ambientali del luogo di installazione?
• Coppia di serraggio di tutti i terminali: Tutti i collegamenti elettrici sono stati serrati al valore di coppia specificato dal produttore utilizzando uno strumento calibrato?
• Messa a terra adeguata: L'involucro del combinatore e la barra di messa a terra sono collegati correttamente al conduttore di messa a terra dell'impianto?
• Etichettatura: La scatola del combinatore è chiaramente etichettata secondo i requisiti NEC?

Conclusione: Il vostro sistema è forte solo quanto il suo anello più debole

In un impianto fotovoltaico, non c'è spazio per un “abbastanza vicino”. Il corretto dimensionamento della scatola di combinatori fotovoltaici non è un dettaglio opzionale, ma è fondamentale per la sicurezza, le prestazioni e la redditività del progetto. Applicando diligentemente le formule conformi al NEC per la tensione e la corrente, si protegge l'investimento da guasti catastrofici e si garantisce il funzionamento al massimo dell'efficienza.

Non lasciate che un semplice componente comprometta un sistema complesso. Scegliere un combinatore robusto, pre-ingegnerizzato e certificato da un produttore affidabile come CNKUANGYA semplifica questa fase critica. Grazie a materiali di alta qualità, a un design accurato e a una gamma di soluzioni per sistemi di qualsiasi dimensione, potete costruire in tutta tranquillità, sapendo che il vostro array è potente e protetto.

Siete pronti a costruire un impianto solare più sicuro e affidabile? Sfoglia la nostra gamma completa di scatole combinatore fotovoltaiche da 600V, 1000V e 1500V o contattate il nostro team di assistenza tecnica per un aiuto nella progettazione del vostro prossimo sistema.