Соответствие номиналов тока и напряжения комбинированного блока PV

В солнечной фотоэлектрической системе (PV) объединительная коробка играет центральную роль в консолидации энергии и обеспечении безопасности. Это распределительная коробка, в которой выходы нескольких солнечных батарей соединяются параллельно, объединяя их ток перед отправкой в инвертор. Что еще более важно, в ней находятся критически важные устройства защиты от перегрузки по току (предохранители или автоматические выключатели), которые защищают проводку и компоненты системы от потенциально опасных неисправностей.

Правильное определение размера Распределительная коробка и его внутренних компонентов - это не просто лучшая практика, это фундаментальное требование для безопасной, надежной и соответствующей нормам установки. Недостаточно мощный компонент может привести к пожароопасности, а чрезмерно мощный - не обеспечить должной защиты.

В этом руководстве вы узнаете, как подобрать номинальные значения напряжения и тока для вашей солнечной батареи, ориентируясь на требования Национального электрического кодекса (NEC). Мы рассмотрим:

• Основные принципы безопасности из статьи 690 NEC
• Расчет максимального напряжения системы в зависимости от условий эксплуатации
• Определение размеров предохранителей и защиты от сверхтоков в сети постоянного тока
• 

Основа: Понимание статьи 690 NEC

Для любой фотоэлектрической установки в Соединенных Штатах, NEC Статья 690 является высшим авторитетом. Этот раздел кодекса специально посвящен солнечным фотоэлектрическим системам, в нем рассматриваются уникальные характеристики и потенциальные опасности, связанные с выработкой электроэнергии постоянного тока. Он обеспечивает основу для всего - от проводки и заземления до средств отключения и защиты от сверхтоков. Соблюдение статьи 690 необходимо для обеспечения безопасности вашей системы и прохождения инспекции.

Часть 1: Согласование напряжения фотоэлектрической системы

Первый и самый важный параметр, который необходимо определить, - это максимальное напряжение в системе. Все компоненты в цепи, от проводов до предохранителей и самой комбинированной коробки, должны иметь номинальное напряжение, равное или превышающее максимальное напряжение, которое они могут испытать.

В фотоэлектрической системе максимальное напряжение определяется количеством модулей в последовательной цепи и их напряжением разомкнутой цепи (Voc), указанным в техническом паспорте модуля. Однако напряжение обратно пропорционально температуре; напряжение солнечной панели будет самым высоким в самый холодный день. NEC требует, чтобы вы рассчитали максимальное напряжение для самой низкой ожидаемой температуры окружающей среды на вашем участке.

Как рассчитать максимальное напряжение в системе:

1. Найдите Вока: Найдите напряжение разомкнутой цепи (Voc) в техническом паспорте вашего солнечного модуля.
2. Определите самую низкую температуру: Найдите рекордно низкую температуру для вашего региона. Часто это можно узнать из местных метеорологических данных или таблиц расчетных температур ASHRAE.
3. Найдите температурный поправочный коэффициент: В техническом паспорте модуля указан температурный коэффициент для Voc, выраженный в процентах или V/°C. Используйте его, чтобы найти поправочный коэффициент для самой низкой температуры относительно стандартной температуры условий испытаний (STC) 25°C. В NEC в разделе 690.7 приведены таблицы для упрощенного расчета.
4. Рассчитайте скорректированный Voc: Скорректированный Voc = Voc × [1 + (Наименьшая температура °C - 25°C) × (Температурный коэффициент Voc %/°C)].
5. Рассчитайте максимальное напряжение системы: Максимальное напряжение системы = Скорректированный Voc × Количество модулей в серии

Пример:

• Напряжение питания модуля: 48,5 В
• Самая низкая температура на участке: -10°C
• Количество модулей в строке: 12
• Температурный коэффициент Voc: -0.28%/°C
• Исправленный голос = 48.5V × [1 + (-10 - 25) × (-0.0028)] = 48.5V × [1 + (-35 × -0.0028)] = 48.5V × 1.098 = 53.25V
• Максимальное напряжение системы = 53.25V × 12 = 639V

В этом случае для системы требуется объединительная коробка, предохранители и выключатели, рассчитанные на напряжение не менее 639 В. Поэтому следует выбрать компоненты из стандартного класса 1000 В постоянного тока, поскольку компонентов на 600 В будет недостаточно.

Часть 2: Распределительная коробка PV Определение размеров и предохранители для цепей постоянного тока

После определения номинального напряжения следующим шагом будет подбор устройств защиты от сверхтоков (OCPD), которые обычно представляют собой предохранители. Основное назначение предохранителей - защита от обратного тока. Неисправность одной струны может вызвать обратный ток в других струнах, создавая опасное состояние перегрузки по току.

Согласно NEC 690.9, предохранитель на уровне струны требуется при наличии три или более струн параллельно. При наличии только двух струн потенциал обратного тока не настолько высок, чтобы превысить номинал предохранителя модуля, поэтому предохранители не требуются по правилам (хотя иногда они все же используются в качестве средства отключения).

Как определить размер струнных предохранителей:

Согласно требованиям NEC, предохранитель должен быть рассчитан на непрерывную работу и возможные скачки облучения. Это достигается путем умножения тока короткого замыкания модуля (Isc) на коэффициент 1,56.

• 1,25 фактор для непрерывной нагрузки (цепи, которые могут работать более 3 часов).
• 1,25 фактор для потенциального “усиления облучения”, когда солнечное облучение может превышать стандартные 1000 Вт/м².
• 1.25 × 1.25 = 1.56

Формула номинала предохранителя: Минимальный номинал предохранителя ≥ Модуль Isc × 1,56

Рассчитав этот минимум, вы выбираете следующий стандартный размер предохранителя.

Важнейшее ограничение: Максимальный номинал серийного предохранителя\
Каждый солнечный модуль имеет “Максимальный номинал предохранителя”, указанный в его техническом паспорте. Это значение является абсолютным пределом. Рассчитанный вами размер предохранителя не должен превышать этот номинал. Если это так, то в конструкции вашей системы есть недостатки, которые обычно означают, что выбранный вами модуль не может использоваться с таким количеством струн параллельно.

Пример:

• Модуль Isc: 10.5A
• Максимальный номинал предохранителей серии модулей: 20A
• Минимальный номинал предохранителя = 10.5A × 1.56 = 16.38A

Исходя из этого расчета, вы выберете следующий стандартный размер вверх, то есть 20A предохранитель. Поскольку 20 А равно максимальному номиналу последовательного предохранителя модуля, это правильный выбор. Если бы в результате расчета получился 21 А, вы не смогли бы использовать предохранитель на 25 А, и конструкцию пришлось бы пересмотреть.

Часть 3: Координация защиты от сверхтоков

Координация защиты гарантирует, что в случае неисправности первым откроется нужный OCPD. При неисправности в одной струне срабатывает предохранитель отдельной струны, изолируя только эту струну без отключения всего массива. Главный предохранитель OCPD на выходе объединительной коробки должен срабатывать только в случае серьезного повреждения на основных проводах, ведущих к инвертору.

Это достигается за счет того, что устройство, расположенное ниже по течению, имеет меньший номинал, чем устройство, расположенное выше по течению.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Нужны ли предохранители только для двух параллельных струн?\
Нет. Согласно NEC 690.9, защита от сверхтоков требуется только при параллельном подключении трех и более струн. При двух струнах максимальный ток повреждения, который одна струна может выдать на другую, ограничен Isc одной струны, что ниже максимального номинала предохранителя модуля.

Можно ли использовать предохранители или выключатели переменного тока для цепей постоянного тока?\
Нет, вы должны использовать компоненты, специально предназначенные для цепей постоянного тока. Дугу постоянного тока гораздо сложнее погасить, чем дугу переменного тока. Устройство, рассчитанное на переменный ток, скорее всего, не сможет безопасно прервать замыкание в цепи постоянного тока, что приведет к серьезной угрозе пожара и безопасности.

Что произойдет, если установить предохранитель неправильного размера?

• Слишком маленький: Предохранитель будет подвержен “нештатному срабатыванию”, перегоранию при нормальных условиях эксплуатации (например, в прохладный, очень солнечный день), что приведет к ненужному простою системы.
• Слишком большой: Слишком большой предохранитель (особенно превышающий максимальный номинал серийного предохранителя модуля) не защитит модуль от повреждающих обратных токов. Это может привести к выходу модуля из строя и создать риск возгорания.

Почему для определения размера используется множитель 1,56?\
Это комбинированный коэффициент безопасности, требуемый NEC. Он состоит из двух отдельных множителей 1,25: один учитывает тот факт, что солнечные цепи считаются “непрерывной нагрузкой” (работающей при максимальном токе более 3 часов), а второй - уровень облучения, который может превышать стандартные условия испытаний, вызывая временное повышение тока выше номинального Isc. (1.25 x 1.25 = 1.56).

Что такое “максимальный номинал серийного предохранителя” модуля?\
Это показатель безопасности, определяемый производителем модуля и сертифицированный UL. Он определяет максимальный ток, который модуль может выдержать без повреждения при воздействии обратного тока. Никогда не устанавливайте предохранитель или OCPD с номиналом выше этого значения.

Заключение

Подбор номинальных значений тока и напряжения фотоэлектрического блока - это систематический процесс, основанный на инженерных принципах и строгих стандартах безопасности NEC. Основные выводы:

1. Напряжение первое: Всегда определяйте максимальное напряжение системы, используя самую низкую ожидаемую температуру для вашей местности. Все компоненты должны быть рассчитаны на это напряжение.
2. Текущий второй: Подбирайте строчные предохранители, исходя из Isc модуля и множителя 1,56x, но не превышайте максимальный номинал предохранителя модуля.
3. Код - это ключ: В случае сомнений руководствуйтесь статьей 690 NEC и техническими характеристиками производителя всех компонентов.

Следуя этим рекомендациям, вы сможете обеспечить безопасный, надежный и профессиональный подбор размера объединительной коробки для солнечной батареи, которая станет надежным фундаментом для всей вашей фотоэлектрической системы.