PVコンバイナーボックスをソーラーアレイに適合させる方法：電流と電圧の定格について

太陽電池アレイは、すべてのコンポーネントが調和して機能しなければならない、細かく調整されたシステムです。しかし、最も重要なコンポーネントのひとつであるPVコンバイナーボックスは、しばしば誤解され、誤ったサイズに設定されることがあります。サイズの合わないコンバイナーボックスは、単に効率が悪いというだけでなく、大惨事を引き起こす可能性があります。不適切な定格電圧や定格電流は、過負荷回路、部品の溶融、さらには電気火災を引き起こす可能性があります。これは単なる法令遵守の問題ではなく、太陽光発電投資全体の安全性、寿命、性能に関わることなのです。.

このガイドでは、PVコンバイナーボックスをソーラーアレイに完璧に適合させる方法について、エンジニアレベルの徹底的な解説を行います。NECに準拠した電圧と電流の計算方法、よくある失敗例、そしてCNKUANGYAのコンバイナーボックスのような高品質な部品を選ぶことで、システムが何十年にもわたって安全かつ確実に動作する方法について説明します。.

主要な電気パラメータを理解する：ソーラーパネルについて

部品のサイズを決める前に、ソーラーモジュール自体の電気的な「データシート」言語を理解する必要があります。これらの値は、あなたが行うすべての計算の基礎となります。データシートなしでコンバイナーボックスのサイズを決めようとするのは、地図なしでナビゲートするようなものです。.

典型的な高性能ソーラーパネルを例にしてみよう：

サンプル・ソーラーパネル・データシート

• モデル CNK-M450
• 最大出力（Pmax）： 450 W
• 最大電力時の電圧（Vmpp）： 41.5 V
• 最大出力時の電流（Impp）： 10.85 A
• 開回路電圧（Voc）： 49.8 V
• 短絡電流（Isc）： 11.4 A
• 電圧の温度係数： -0.25% / °C

これらの重要なパラメーターが、システム設計にとって何を意味するのかを説明しよう：

• 開回路電圧（Voc）： 負荷が接続されていない状態（インバーターに接続されていない状態）で、ソーラーパネル1枚が出力できる最大電圧です。標準試験条件（STC）下でのパネルの「電位」電圧である。. Vocはすべての安全電圧計算の基礎となる。. 特に寒冷地では、コンバイナーボックスやインバーターの電圧制限を超えることなく、安全に直列接続できるパネルの最大数を決定するために使用します。.
• 短絡電流（Isc）： これは、1枚のパネルがプラス端子とマイナス端子を短絡したときに発生する最大電流です。標準的な試験条件下でパネルが生成できる最大電流を示します。. Iscはすべての安全電流計算の基礎となる。. これは、コンバイナーボックス内のヒューズやサーキットブレーカーなどの過電流保護装置（OCPD）に必要な定格を決定するために使用されます。.
• 最大電力時電圧（Vmpp）および最大電力時電流（Impp）： これらの値は、パネルがピーク効率、つまり “最大電力点 ”で動作しているときに生成される電圧と電流を表しています。エネルギー収量の予測やインバータのマッチング（MPPT）には欠かせない値ですが、以下のような特徴があります。 ない コンバイナーボックスの安全コンポーネント（ヒューズ、ブレーカー、ワイヤ）のサイジングに使用します。安全計算では、常にVocとIscで表される最悪のシナリオを想定して設計します。.

これらの基本的なパラメータを定義した上で、サイジング方程式の前半部分である電圧のマッチングに移ります。.

パート1：安全性とコンプライアンスのための定格電圧の一致

の最初の、そして最も重要なステップである。 コンバイナーボックス の選択は、その定格電圧がソーラーアレイの可能な最大システム電圧に対応できることを確認することです。これは、パネルの標準的なVocではなく、設置場所の可能な限り寒い温度に合わせて調整されたVocによって決まります。なぜでしょうか？ソーラーパネルの電圧は温度が下がると上昇するからです。これを無視すると、コンポーネントの定格を超える電圧になり、絶縁不良を引き起こし、重大な安全上の問題を引き起こす可能性があります。.

米国電気工事規定（NEC）は、次のように定めている。 第690.7条, これは、予想される最低の周囲温度に対してシステム電圧を計算することを義務付けている。.

ステップバイステップの電圧サイジング計算

サンプル450Wパネル（Voc = 49.8V、Temp.Coeff = -0.25%/℃）を使用し、-10℃という記録的な低温の場所でストリングを設計してみましょう。標準試験条件（STC）は25℃。.

ステップ1：温度差を求める
STCと過去最低気温の差を計算する。.

• 温度デルタ (ΔT) = 25°C - (-10°C) = 35°C

ステップ2：電圧上昇率の計算
温度デルタにパネルのVoc温度係数を掛ける。.

• 電圧上昇 % = 35°C × 0.25%/°C = 8.75% または 0.0875

ステップ3：温度補正Voc（Voc_corrected）の計算
標準Vocを計算されたパーセンテージだけ増やします。これは、最も寒い日にパネル1枚が生成できる真の最大電圧です。.

• Voc_corrected = 49.8V × (1 + 0.0875) = 49.8V × 1.0875 = 54.17V

ステップ4：最大ストリング・サイズの決定
目標システム電圧（例えば、多くの商用システムで1000V）をパネルあたりの補正Vocで割る。常に小数点以下を切り捨てます。.

• ストリングあたりの最大パネル数 = 1000V / 54.17V = 18.46
• 結果1ストリングあたり最大18枚のパネルを安全に設置できます。.

ステップ5：最終最大システム電圧の計算
ストリングのパネル数に補正Vocを掛けて、最悪の場合のストリング電圧を求めます。.

• 最大システム電圧 = 18パネル × 54.17V = 975.06V

ステップ6：コンバイナーボックスを選択する
計算された最大システム電圧よりも高い定格直流電圧のコンバイナーボックスを選択してください。.

• 正しい選択だ： A DC1000V定格 CNKUANGYA CNK-CBシリーズのようなコンバイナーボックスは完璧で安全な選択です。600Vのボックスは過小評価で非常に危険です。1500Vのボックスも安全ですが、最初から高電圧システム用に設計しない限り、この特定の用途にはオーバーサイズかもしれません。.

第2部：過電流保護のための電流定格の適合

電圧が処理されたら、過電流保護装置（OCPD）と導体のサイズを決めなければなりません。これには、個々のストリングの保護と、すべてのストリングをまとめるメイン出力の保護の2つのレベルがあります。これには NEC 690.8（回路サイジング）および 690.9（過電流保護）.

その基本原理は、ソーラー回路は「連続デューティ」とみなされ、1000W/m²のSTC基準を超える日射量により電流が増加する可能性があるという事実を考慮することです。これが、「ダブル125%」または1.56倍を使用する理由です。.

ストリングヒューズ／ブレーカーのサイズ

コンバイナーボックスに入る各文字列は保護されなければならない。計算式は以下の通り：
最小ヒューズ定格 = Isc × 1.56

• なぜ1.56なのか？ これはNECが要求する2つの安全係数の積である：連続負荷のサイジングのための1.25と、PV回路のOCPDのサイジングのための1.25です（1.25×1.25≒1.56）。これにより、高照度下でヒューズが迷惑トリップすることはなく、電線のアンペア容量を超える前に安全に溶断する。.

ステップ・バイ・ステップのストリングヒューズ計算

のサンプルパネルを使用した。 Isc = 11.4A:

ステップ 1: 最小ヒューズ定格の計算

• 最小ヒューズ定格 = 11.4A × 1.56 = 17.78A

ステップ 2：次の標準ヒューズサイズを選択する
17.78Aのヒューズは購入できません。利用可能な次の標準 DC ヒューズサイズに切り上げる必要があります。一般的な DC ヒューズのサイズは 15A、20A、25A、30A です。.

• 正しい選択だ： A 20A DC定格ヒューズ が正しい選択である。15Aのヒューズは小さすぎて、迷惑なトリップを起こしやすい。.

この計算を、コンバイナーボックスに接続されているすべてのストリングについて繰り返す。コンバイナーに12個の入力がある場合、この20Aヒューズが12個必要になる。.

主出力導体とブレーカーのサイズ決定

主出力導線とそれに関連する断路器またはブレーカは、すべてのストリングの合計電流を処理できるサイズでなければならない。.

ステップ・バイ・ステップの主な出力計算

でシステムを設計していると仮定しよう。 8弦.

ステップ1：アレイの合計最大電流を計算する
この計算では、すべてのストリング電流の合計に1.25の安全係数をかける必要がある。.

• 合計最大電流 = (ストリング数 × Isc) × 1.25
• 合計最大電流 = (8ストリングス×11.4A) × 1.25 = 91.2A × 1.25 = 114A

ステップ 2: メインブレーカ/ディスコネクト定格の選択
出力ブレーカまたはヒューズ付きディスコネクトの定格は、少なくともこの値でなければなりません。次の標準サイズを選択します。.

• 正しい選択だ： 114Aの次に標準的なブレーカーのサイズは、一般的に次のとおりです。 125A. .を搭載したコンバイナーボックスを選択することになる。 125Aメイン・サーキット・ブレーカー. .出力導体は、NECの電線耐量表に従って、少なくとも114Aの耐量を持つようにサイズ設定される。.

CNKUANGYAの高品質なコンバイナーボックスは、適切なサイズのバスバーで事前に設計されており、過熱することなくこれらの複合電流を処理し、安全で効率的な電力移行を保証します。.

クイック・リファレンス用クリティカル・サイジング・テーブル

デザイン・プロセスを合理化するために、ここで取り上げた原則に基づくクイック・リファレンス・テーブルをいくつか紹介しよう。.

表1：電圧サイジング例（1000Vターゲットシステム）

表 2：ストリングヒューズのサイズ決定例

表 3：コンバイナー・メインラグ／ブレーカーのサイジング例

避けるべき5つの一般的なサイズの間違い

ベテランのプロでもミスを犯すことはある。ここでは、現場でよく見られる5つのミスと、それがなぜ危険なのかを紹介する：

1. 電圧の温度補正を無視する： パネルのSTC Vocに基づいてストリングのサイズを決めるのは、涼しい気候の気候では災いの元です。寒く晴れた朝は、システム電圧がコンポーネントの定格をはるかに超えて急上昇し、インバータの故障や致命的な故障につながる可能性があります。.
2. AC定格コンポーネントの使用： 直流回路では、ACサーキットブレーカーやヒューズを絶対に使用しないでください。AC OCPDは、AC正弦波の「ゼロクロス」でアークを消火するように設計されています。直流にはゼロ交差がないため、一度形成されたアークは持続し、コンポーネントや筐体、周囲の配線を溶かす可能性があります。CNKUANGYAのコンバイナーボックスにあるような、直流電力用に明確に定格されたコンポーネントを常に使用してください。.
3. 不適切な導体サイズ： コンバイナーボックスに接続する電線は、コンバイナーボックスと同じサイズにする必要があります。 Isc x 1.56 連続的な負荷に対する係数。サイズ不足のワイヤは過熱し、重大な火災の危険をもたらす。.
4. パネルの最大直列ヒューズ定格の確認忘れ： すべてのソーラーパネルのデータシートには「最大直列ヒューズ定格」が記載されています（例：20Aまたは25A）。コンバイナーで選択するヒューズ を超えてはならない。 をこの値に設定してください。そうすることで、パネルの保証は無効になり、ヒューズが切れる前に、故障したパネルがバックフィードして他のストリングにダメージを与える可能性があります。.
5. 不適切なトルクと接続の緩み： 驚くほど多くの故障が、不適切なトルクで締め付けられた端子に起因している。接続が緩むと抵抗が大きくなり、端子台が溶けて火災を引き起こす可能性のある高熱が発生します。常に校正されたトルクレンチを使用し、メーカーの仕様に従ってください。.

CNKUANGYA導入事例

ケーススタディ1：厳しい気候の住宅屋上

• プロジェクト 冬は寒く、夏は暑い地域にある15kWの住宅用屋上アレイ。.
• チャレンジだ： 限られたスペースと、広い温度範囲と紫外線への暴露に耐えるコンバイナーの必要性。.
• 解決策 CNKUANGYA CNK-CB-4S-1000Vは、NEMA 4X規格のポリカーボネート製筐体に収められたコンパクトな4ストリングコンバイナーです。1000Vの定格電圧は寒い冬に十分な電圧ヘッドルームを提供し、プレインストールされた20AのDCヒューズは使用された450Wのパネルに完璧にマッチしました。設置業者は、広々としたレイアウトと明確にラベル付けされた端子を高く評価し、設置時間を30%短縮しました。.

ケーススタディ2：商業用グランドマウントの効率性

• プロジェクト 農業施設用の200kW商用地上設置型システム。.
• チャレンジだ： このプロジェクトでは、何十本ものストリングにまたがって効率を最大化し、設置にかかる人件費を最小限に抑える必要があった。.
• 解決策 チームはCNKUANGYA CNK-CB-16S-1500V-Dを選択した。この16ストリング、1500Vのコンバイナーボックスには、ディスコネクトとして250AのDCモールドケースサーキットブレーカー（MCCB）が内蔵されていました。このオールインワン設計により、別個のDCディスコ ネクトが不要となり、材料費と人件費を大幅に削減できま した。1500Vアーキテクチャにより、ストリングを長くすることができ、コンバイナーの総数とプロジェクトに必要な銅配線の量を削減することができました。.

お客様の声プロフェッショナルがCNKUANGYAを選ぶ理由

“「インストーラーにとって、時は金なり。CNKUANGYAのコンバイナーは夢のような製品です。ノックアウトはきれいで、曲げ半径に余裕があり、端子は頑丈です。品質も信頼できるし、インストールも早い。文句なしの製品です」。”
- アペックス・ソーラー・ソリューションズ、リード・インストーラー、ジョン・P.

“「エンジニアリングの観点から見ると、CNKUANGYAのスペックシートは明確で、そのコンポーネントは一流です。私は大規模なプロジェクトで同社の1500Vの断路器一体型コンバイナを指定しましたが、システムのバランスコストを大幅に削減できました。CNKUANGYAの製品は堅牢で、規格に準拠しており、信頼性が高いです」。”
- Sunstone Engineering Group、シニア電気エンジニア、P.E.、マリア・E.

“「私たちは5年前にCNKUANGYAのコンバイナーボックスを地上設置システムに取り付けました。凍てつくような冬も、灼熱の夏も、完璧に作動しています。ソーラーアレイの心臓部がこのような耐久性のある部品で保護されていることを知って、私たちは信じられないほどの安心感を得ています。”
- デビッド・L., 農場主

現場のチェックリストコンバイナーボックス設置のベストプラクティス

安全で信頼性が高く、法令に準拠した設置を確実にするため、すべての作業でこのチェックリストを使用してください。.

• 電圧を確認する： システムの最大電圧は、その場所の最低気温を記録して計算されましたか？
• コンバイナーの評価を確認する： コンバイナーボックスのDC定格電圧は、計算された最大システム電圧より大きいか？
• ヒューズの定格を確認する： ストリングヒューズの定格は計算（Isc×1.56）され、次の標準サイズに切り上げられたか？
• パネルヒューズの限界を点検する： 選択したヒューズの定格がパネルの「最大直列ヒューズ定格」を超えていませんか？
• コンポーネントの評価を確認する： すべてのヒューズおよび/またはブレーカは明示的にDC定格ですか？
• メインブレーカ/コンダクタのサイズを確認する： メイン出力のブレーカとワイヤーの耐量は、ストリングの合計電流の少なくとも125%を処理できるサイズになっていますか？
• エンクロージャーの定格をチェックする： NEMA定格（3R、4Xなど）は、設置場所の環境要件に適合していますか？
• 全端子にトルクを与える： すべての電気接続は、校正された工具を使用し、メーカー指定のトルク値で締め付けられていますか？
• 適切な接地： コンバイナーボックスの筐体と接地バスバーは、システムの機器接地導体に適切に接着されているか。
• ラベリング： コンバイナーボックスには、NEC要件に従って明確にラベルが貼られているか。

結論システムは最も弱いリンクほど強い

太陽光発電システムには、“これで十分 ”という余地はありません。PVコンバイナーボックスのサイズを正しく設定することは、オプションではありません。NECに準拠した電圧と電流の公式を真摯に適用することで、投資を致命的な故障から守り、最高の効率で稼働させることができます。.

単純な部品が複雑なシステムを損なうことはありません。CNKUANGYAのような信頼できるメーカーから、堅牢で設計済み、認証済みのコンバイナーボックスを選択することで、この重要なステップを簡素化できます。高品質な素材、考え抜かれた設計、そしてどのようなシステムサイズにも対応する幅広いソリューションにより、アレイがパワフルで保護されていることを確信しながら、自信を持って構築することができます。.

より安全で信頼性の高いソーラーアレイを建設する準備はできていますか？ 600V、1000V、1500V PVコンバイナーボックスの全製品を見る または 技術サポートチームへのお問い合わせ 次回のシステム設計にお役立てください。.