PV 컴바이너 박스 전류 및 전압 정격 일치

태양광 발전(PV) 시스템에서 컴바이너 박스는 전력을 통합하고 안전을 보장하는 중심적인 역할을 합니다. 여러 태양광 스트링의 출력을 병렬로 연결하여 인버터로 보내기 전에 전류를 결합하는 정션 박스입니다. 더 중요한 것은 시스템의 배선과 구성 요소를 잠재적으로 위험한 결함으로부터 보호하는 중요한 과전류 보호 장치(퓨즈 또는 회로 차단기)가 들어 있다는 점입니다.

적절한 크기 조정 PV 컴바이너 박스 내부 구성 요소는 모범 사례일 뿐만 아니라 안전하고 신뢰할 수 있으며 규정을 준수하는 설치를 위한 기본 요건입니다. 크기가 작은 구성 요소는 화재 위험으로 이어질 수 있고, 크기가 큰 구성 요소는 적절한 보호 기능을 제공하지 못할 수 있습니다.

이 가이드에서는 미국 전기 규정(NEC)에 명시된 요구 사항을 중심으로 컴바이너 박스의 전압 및 전류 정격을 특정 태양광 어레이에 맞추는 데 필요한 필수 단계를 안내합니다. 다음 내용을 다룹니다:

• NEC 690조의 핵심 안전 원칙
• 현장 조건에 따른 최대 시스템 전압 계산
• DC 스트링 퓨즈 및 주 과전류 보호 크기 조정
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재단 NEC 690조 이해

미국 내 모든 태양광 발전 설치에 대해서는 NEC 690조가 최종적인 권한을 갖고 있습니다. 이 규정의 이 섹션은 태양광 발전 시스템 전용으로, DC 발전의 고유한 특성과 잠재적 위험을 다루고 있습니다. 배선 및 접지부터 차단 수단 및 과전류 보호에 이르기까지 모든 것에 대한 프레임워크를 제공합니다. 690조를 준수하는 것은 시스템의 안전과 검사 통과를 보장하는 데 필수적입니다.

1부: 1부: 태양광 시스템 전압 정합

가장 먼저 확인해야 할 가장 중요한 매개변수는 최대 시스템 전압입니다. 전선부터 퓨즈 및 컴바이너 박스 자체에 이르기까지 회로의 모든 구성 요소는 발생할 수 있는 최대 전압과 같거나 그 이상의 정격 전압을 가져야 합니다.

태양광 시스템에서 최대 전압은 직렬 스트링의 모듈 수와 모듈의 데이터시트에서 확인할 수 있는 개방 회로 전압(Voc)에 따라 결정됩니다. 그러나 전압은 온도에 반비례하므로 태양광 패널의 전압은 가능한 가장 추운 날에 가장 높습니다. NEC는 사이트에서 예상되는 가장 낮은 주변 온도에 대한 최대 전압을 계산할 것을 요구합니다.

최대 시스템 전압을 계산하는 방법:

1. Voc 찾기: 태양광 모듈의 데이터시트에서 개방 회로 전압(Voc)을 찾아보세요.
2. 최저 온도를 결정합니다: 현재 위치의 최저 기온을 찾아보세요. 현지 날씨 데이터나 ASHRAE 설계 온도 표에서 찾을 수 있는 경우가 많습니다.
3. 온도 보정 계수를 찾습니다: 모듈 데이터시트에는 백분율 또는 V/°C로 표시되는 Voc에 대한 온도 계수가 제공됩니다. 이를 사용하여 표준 테스트 조건(STC) 온도인 25°C를 기준으로 최저 온도에 대한 보정 계수를 찾을 수 있습니다. NEC는 690.7에서 간단한 계산을 위한 표를 제공합니다.
4. 수정된 보컬을 계산합니다: 보정된 보컬 = 보컬 × [1 + (최저 온도 °C - 25°C) × (보컬 온도 계수 %/°C)]]
5. 최대 시스템 전압을 계산합니다: 최대 시스템 전압 = 보정 Voc × 직렬 모듈 수

예시:

• 모듈 Voc: 48.5V
• 최저 현장 온도: -10°C
• 문자열당 모듈 수입니다: 12
• Voc 온도 계수: -0.28%/°C
• 수정된 음성 = 48.5V × [1 + (-10 - 25) × (-0.0028)] = 48.5V × [1 + (-35 × -0.0028)] = 48.5V × 1.098 = 53.25V
• 최대 시스템 전압 = 53.25V × 12 = 639V

이 경우 시스템에는 최소 639V 정격의 컴바이너 박스, 퓨즈 및 차단기가 필요합니다. 따라서 600V 구성 요소로는 충분하지 않으므로 표준 1000V DC 등급의 구성 요소를 선택해야 합니다.

2부: PV 컴바이너 박스 사이징 및 DC 스트링 퓨징

전압 정격을 결정한 후 다음 단계는 일반적으로 퓨즈인 과전류 보호 장치(OCPD)의 크기를 결정하는 것입니다. 스트링 퓨즈의 주요 목적은 역전류로부터 보호하는 것입니다. 한 스트링에 결함이 발생하면 다른 스트링에 역전류가 발생하여 위험한 과전류 상태가 발생할 수 있습니다.

NEC 690.9에 따라 다음과 같은 경우 스트링 레벨 퓨징이 필요합니다. 세 개 이상의 문자열을 병렬로 연결. 두 개의 스트링만 있으면 역전류 전위가 모듈의 퓨즈 정격을 초과할 만큼 충분히 높지 않으므로 코드에서 퓨즈가 필요하지 않습니다(단, 퓨즈는 여전히 연결 해제 수단으로 사용되기도 함).

문자열 퓨즈 크기를 조정하는 방법:

NEC는 퓨즈의 정격이 연속 듀티 및 잠재적 조도 스파이크를 처리할 수 있어야 한다고 규정하고 있습니다. 이는 모듈의 단락 전류(Isc)에 1.56의 계수를 곱하여 달성됩니다.

• 1.25 계수 연속 부하(3시간 이상 작동할 수 있는 회로)의 경우.
• 1.25 계수 태양 노출이 표준 1000W/m²를 초과할 수 있는 잠재적인 “조도 향상'을 위해.
• 1.25 × 1.25 = 1.56

퓨즈 등급 공식: 최소 퓨즈 정격 ≥ 모듈 Isc × 1.56

이 최소값을 계산한 후 다음 표준 퓨즈 크기를 선택합니다.

중요한 제한 사항: 최대 직렬 퓨즈 정격\
모든 태양광 모듈에는 데이터시트에 “최대 직렬 퓨즈 정격”이 기재되어 있습니다. 이 값은 절대적인 한계입니다. 계산된 퓨즈 크기는 이 정격을 초과하지 않아야 합니다. 이 경우 시스템 설계에 결함이 있는 것으로, 일반적으로 선택한 모듈을 그렇게 많은 문자열을 병렬로 사용할 수 없다는 의미입니다.

예시:

• 모듈 Isc: 10.5A
• 모듈 최대 직렬 퓨즈 정격: 20A
• 최소 퓨즈 정격 = 10.5A × 1.56 = 16.38A

이 계산에 따라 다음 표준 사이즈 업인 20A 퓨즈. 20A는 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격과 같으므로 이는 유효한 선택입니다. 계산 결과 21A가 나왔다면 25A 퓨즈를 사용할 수 없으며 설계를 다시 평가해야 합니다.

3부: 과전류 보호 조정

보호 조정은 장애 발생 시 올바른 OCPD가 먼저 열리도록 보장합니다. 단일 스트링 내 고장의 경우 개별 스트링 퓨즈가 끊어져 전체 어레이를 오프라인으로 전환하지 않고 해당 스트링만 분리할 수 있습니다. 컴바이너 박스 출력의 메인 OCPD는 인버터로 연결되는 메인 컨덕터에 중대한 결함이 있는 경우에만 트립되어야 합니다.

이는 다운스트림 디바이스가 업스트림 디바이스보다 낮은 등급을 갖도록 하여 달성할 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

두 개의 병렬 스트링에만 퓨즈가 필요한가요?\
NEC 690.9에 따르면 과전류 보호는 3개 이상의 스트링이 병렬로 연결된 경우에만 필요합니다. 두 개의 스트링이 있는 경우 한 스트링이 다른 스트링에 공급할 수 있는 최대 고장 전류는 모듈의 최대 퓨즈 정격보다 낮은 한 스트링의 Isc로 제한됩니다.

DC 회로에 AC 등급 퓨즈 또는 차단기를 사용할 수 있나요?\
아니요, DC 회로용으로 특별히 정격화된 부품을 사용해야 합니다. 직류 아크는 교류 아크보다 끄기가 훨씬 더 어렵습니다. AC 정격 장치는 DC 오류를 안전하게 차단하지 못해 심각한 화재 및 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

퓨즈 크기를 잘못 설치하면 어떻게 되나요?

• 너무 작습니다: 퓨즈는 정상적인 작동 조건(예: 시원하고 매우 맑은 날)에서 끊어져 불필요한 시스템 다운타임을 유발하는 “성가신 트립'이 발생할 수 있습니다.
• 너무 큽니다: 퓨즈가 너무 크면(특히 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격을 초과하는 퓨즈) 모듈을 손상된 역전류로부터 보호할 수 없습니다. 이는 모듈 고장으로 이어질 수 있으며 화재 위험을 초래할 수 있습니다.

크기 조정에 1.56 승수를 사용하는 이유는 무엇인가요?\
이는 NEC에서 요구하는 복합 안전 계수입니다. 하나는 태양광 회로가 “연속 부하”(3시간 이상 최대 전류로 작동)로 간주된다는 사실을 고려한 것이고, 다른 하나는 표준 테스트 조건을 초과하여 일시적으로 전류가 정격 Isc 이상으로 상승할 수 있는 조도 수준을 고려한 것으로, 두 개의 개별 1.25 배수로 구성됩니다. (1.25 x 1.25 = 1.56).

모듈의 “최대 직렬 퓨즈 정격”이란 무엇인가요?\
모듈 제조업체가 결정하고 UL에서 인증한 안전 등급입니다. 모듈이 역전류에 노출되었을 때 손상되지 않고 견딜 수 있는 최대 전류를 지정합니다. 이 값보다 높은 등급의 퓨즈 또는 OCPD를 설치해서는 안 됩니다.

결론

PV 컴바이너 박스의 전류 및 전압 정격을 맞추는 것은 엔지니어링 원칙과 NEC의 엄격한 안전 표준에 따른 체계적인 프로세스입니다. 핵심 사항은 다음과 같습니다:

1. 전압 우선: 항상 사이트의 예상 최저 온도를 사용하여 최대 시스템 전압을 결정하세요. 모든 구성 요소는 이 전압에 맞게 정격화되어야 합니다.
2. 현재 초: 모듈의 Isc 및 1.56배 승수를 기준으로 스트링 퓨즈의 크기를 정하되 모듈의 최대 직렬 퓨즈 정격을 초과하지 마세요.
3. 코드가 핵심입니다: 확실하지 않은 경우 모든 구성 요소에 대한 NEC 690조와 제조업체의 데이터시트를 참조하세요.

이 가이드라인을 따르면 태양광 어레이의 컴바이너 박스 크기를 안전하고 안정적이며 전문적으로 조정하여 전체 태양광 시스템을 위한 견고한 기반을 구축할 수 있습니다.