太陽光ケーブルの種類: PV ワイヤー、USE-2、AC ケーブルの説明

ソーラー ケーブルの種類の決定的な違いは、DC 太陽光発電アレイに直接埋設するように設計されているか、パワーコンディショナと電力網の間の AC 相互接続用に設計されているかどうかです。 PV ワイヤ (UL 4703) は、DC アレイ内での直接埋設と太陽光への連続曝露の両方に定格されている唯一のケーブル タイプであり、90°C の湿潤定格と 150°C の乾燥定格があり、DC 1,000 または 1,500 ボルトで動作する非接地トランスレス インバータ システムには必須です。 USE-2 ケーブルは、依然として直接埋設用にリストされていますが、最新の高電圧アレイに要求される完全な耐太陽光性定格とより高い温度のヘッドルームを備えていません。

ソーラー ケーブルの 4 つの主要なカテゴリ

太陽光発電システムには個別の電気ゾーンが含まれており、各ゾーンは特定のケーブル タイプと、国家電気法 (NEC) 第 690 条に基づく対応する一連の設置要件によって管理されます。アレイから相互接続点まで、適切に設計されたシステムに含まれる 4 つのケーブル タイプは次のとおりです。

UL 4703 および対象規格 UL 4703 にリストされている PV ワイヤは、次の機能を備えた単導体ケーブルです。 架橋ポリエチレン (XLPE) 絶縁体 耐日光性のあるアウタージャケット。評価されているのは、 600V、1000V、2000V 絶縁の厚さに応じて、2,000 V バリアントは 1,500 VDC ユーティリティ スケール アレイ用に指定されています。 XLPE 絶縁体は熱硬化安定性を提供します。つまり、導体の最大動作温度である湿潤状態で 90°C、乾燥状態で 150°C に長時間さらされた後でも、ケーブルは絶縁耐力と機械的特性を維持します。 ASTM B174 クラス B または C に従って撚られた錫メッキ銅導体は、数十年の使用にわたって絶縁体に浸透する湿気の腐食作用に耐えます。 PV ワイヤーは、太陽光発電業界で唯一のケーブルです。 VW-1 の難燃性評価と直接埋設評価 同時に、屋上設置における防火要件と、地上設置型 DC 収集システムにおける地下配線要件の両方を満たします。

UL 854 に準拠して構築され、NEC 第 338 条によって認められた USE-2 ケーブルは、地下引き込み口用に定格された単導体ケーブルです。使用します XLPE絶縁体 化学的性質は PV ワイヤと同じですが、地下の導管を通って引き抜いたり、直接アースに接触したりする際の機械的磨耗に耐えるように設計された、より厚く、より堅牢なジャケットが適用されています。電圧定格は 600 V に制限されており、導体温度の最大値は 600 V です。 90°C ウェットおよび 90°C ドライ 、PV ワイヤーと比較すると重大な制限があります。 150°C の乾燥定格がないことは、モジュールのバックシート温度が日常的に 75°C ～ 85°C に達し、全負荷時の導体温度の上昇により絶縁体が熱過負荷領域に押し込まれる屋上のアレイ内の自由空気では USE-2 を使用できないことを意味します。

TC-ER ケーブル、トレイ ケーブル露出実行定格は、コンバイナ ボックスとインバータ入力の間、またはデイジーチェーン構成の複数のストリング インバータ間の DC 収集トランクとして機能します。 TC-ER は、PVC の内側絶縁体とナイロンまたは PVC の外側ジャケットを備えた多導体アセンブリであり、通常は 3 つの導体とアースが付いています。評価されているのは、 600V、90℃乾燥 、およびそのリストでは、露出した配線の導管なしでケーブル トレイでの配線が許可されています。多心構造により、単心ケーブルを個別に引く場合に比べて配線が簡素化されますが、PVC ジャケットは紫外線により劣化するため、TC-ER を直射日光の当たる屋外に設置する場合は密閉する必要があります。

THHN/THWN-2 建物用ワイヤーは、専用のソーラー ケーブルではありませんが、インバーター出力の AC 側に現れ、メインのサービス パネルまたはユーティリティ相互接続ポイントまで接続されます。評価済み 600V、90℃乾燥, 75°C wet PVC 絶縁体の上にナイロン ジャケットを備えたこの製品は、コスト効率が高く、広く入手可能であり、インバーターの下流のすべての屋内 AC 配線に対して規格に準拠しています。その耐太陽光性はゼロであり、直接埋葬リストに記載されていないため、その使用は内部のレースウェイ、導管、および密閉された AC コンバイナ パネルに厳密に限定されています。

ソーラーケーブルタイプ比較仕様表

電圧クラスの選択と 1,500 V 遷移

実用規模の太陽光発電所におけるシステム アーキテクチャが DC 1,000 V から 1,500 V に移行すると、同じ電力スループットで DC 集電電流が約 3 分の 1 に削減され、コンバイナ ボックス、DC フィーダ、および関連するトレンチの数も同様の割合で削減されます。ただし、電圧が高くなると絶縁要件が厳しくなります。 1,500 VDC アレイには、次の定格の PV ワイヤが必要です。 DC2,000V 、1,000 VDC ではありません。 2,000 V PV ワイヤの絶縁体の厚さは約 10 AWG 導体の場合は 2.4 mm、1,000 V バージョンでは 1.14 mm 。この肉厚の増加により、ケーブルの柔軟性が低下し、最小曲げ半径が増加します。これが、モジュール ジャンクション ボックスやインバータ DC エンクロージャ内のワイヤ管理を複雑にする要因になります。

IEC 62930 規格は、北米以外の世界的に適用され、1,500 V PV ケーブルの性能要件を調和させています。最小絶縁抵抗を指定します。 10MΩ・km（20℃） 、出荷前にすべてのリールの工場生産テストで検証された数値です。設置された 1,500 V PV ワイヤを 5,000 V メガオーム計で現場でテストすると、絶縁抵抗値が少なくとも 1弦あたり4MΩ ストリングがインバータに接続される前に、ジャケットの取り付け損傷や不適切に圧着された MC4 コネクタ シールを識別する試運転ゲートが必要になります。

温度ディレーティングと電流容量補正

NEC 第 310.15 条の電流容量表は、周囲温度が 30°C で、レースウェイ内の通電導体が 3 本以下であることを前提としています。太陽光発電直流集電システムは、両方の前提に日常的に違反します。アリゾナ州フェニックスの屋上では、夏の午後、屋根表面から 12 インチ上の周囲温度が 65°C に達します。定格 90°C の PV ワイヤーの温度補正係数は次のとおりです。 0.58 NEC 表 310.15(B)(1)(1) による。したがって、30°C の電流容量が 40 アンペアの 10 AWG PV ワイヤは、次のように定格が低下します。 23.2アンペア 65℃で。同じワイヤが導管内で他の 3 本の通電ストリングと 24 インチを超える距離で束ねられている場合、追加の調整係数は次のとおりです。 0.80 が適用され、許容電流容量はさらに 18.6 アンペアに減少します。

その結果、一見すると 9 アンペアのストリング電流に対して十分に大きいように見える 10 AWG 導体が、 温度と結束の補正後、定格低下容量のほぼ 50% 。屋上システムのエンジニアリング慣行では、モジュール相互接続の最小 PV ワイヤ サイズとして 10 AWG が指定されており、2 つ以上のストリングを供給するホームラン導体には 8 AWG が必要です。これは、固定された標準ではなく最悪の場合の屋上温度データから導かれた経験則です。

絶縁化学と XLPE の利点

絶縁材は、他のどの属性よりもソーラー ケーブルと汎用建築用ワイヤーとを区別します。 XLPE (PV ワイヤーおよび USE-2 で使用される架橋ポリエチレン) は熱硬化性材料であり、硬化プロセス中にポリマー鎖が化学的に架橋されることを意味します。一度架橋すると、材料は加熱しても溶けたり流動したりすることはありません。 150°C の導体温度にさらされた PV ワイヤは物理的形状と絶縁強度を維持しますが、PVC で絶縁された THHN ワイヤは同じ温度で軟化して流れ、内部短絡が発生します。

シランベースの湿気硬化または電子ビーム照射によって実現される架橋プロセスにより、圧縮下のコールドフローに対する断熱材の耐性も向上します。 PV ワイヤがモジュール フレームと取り付けレールの間に挟まれると、XLPE 絶縁体は、時間の経過とともに PVC 絶縁壁が薄くなる圧縮永久歪みに耐えます。後の保持壁厚さ 90°C で 1,000 時間の圧縮荷重をかけると、通常、XLPE の場合は元の厚さの 85% ～ 90% になりますが、PVC の場合は 60% 以下になります。 。この特性は、モジュール クランプとワイヤ クリップがシステムの 25 年の設計寿命の間持続する局所的な圧力点を加える太陽光発電アレイでは不可欠です。

コネクタの互換性とMC4規格

ソーラーケーブル自体は単なる導体です。コネクタの終端はシステムレベルの障害点です。業界標準は MC4 コネクタで、元々は Multi-Contact によって開発され、現在は 10 社以上の世界的なサプライヤーによってライセンスに基づいて製造されています。 MC4 の評価は次のとおりです。 4 mm² または 6 mm² (12 AWG ～ 10 AWG) PV ワイヤで 1,500 VDC および 30 アンペアの連続電流 、嵌合時に IP68 の侵入保護等級を維持します。これは、水深 1 メートルへの継続的な浸水に耐えることを意味します。

信頼性の重要なルールはコネクタの均一性です。単一のストリング上のオスとメスのコネクタは同じメーカーのものでなければなりません。 Amphenol H4 コネクタを純正の Staubli MC4 と嵌合すると、物理的な互換性と UL リストにもかかわらず、ベース金属とメッキの厚さが異なるため、接触界面で電気腐食のリスクが生じます。結果として得られる接触抵抗は、4 線式ミリオーム メーターで測定され、許容可能な値から始まる可能性があります。 0.5ミリオーム しかし、上昇する可能性があります 3年以内に5mΩ以上 この時点でコネクタの I²R 加熱が周囲のケーブル温度を超え、酸化が促進されます。住宅の屋上システムにおける最も一般的な保険請求は、コネクタの不一致に起因する現場での故障です。

接地および機器のボンディング導体の要件

太陽電池アレイ内の機器接地導体 (EGC) は、故障電流の戻り経路として機能し、定格温度を超えずにアレイの全短絡電流を流すことができるサイズにする必要があります。 NEC 表 250.122 は、過電流保護装置の定格に基づいて EGC のサイジングを規定していますが、DC 地絡検出が統合されているトランスレス インバータの場合は、コードでより小さなサイズが許可されている場合でも、エンジニアリングのベスト プラクティスにより、最大の DC 回路導体以上の EGC が推奨されます。非接地 DC 正導体として使用される 10 AWG PV ワイヤには、 最小 10 AWG EGC 、NECの690.45あたりのサイズ。

AC 側の場合、インバータとメイン サービス パネル間の EGC は通常、緑色の絶縁体を備えた THHN/THWN-2 導体で、インバータの AC 出力過電流保護定格に基づいて表 250.122 に従ってサイズが決定されます。 40 アンペアのインバータ出力ブレーカーには、 最小 10 AWG 銅 EGC 。 EGC は通常の動作では電流が流れる導体ではありませんが、過電流装置が故障を解消するのに必要な時間、つまり最新の限流回路ブレーカーの場合は通常 0.1 秒未満の時間、完全な地絡電流を流すことができなければなりません。

ケーブル管理と紫外線暴露保護

太陽光に強い PV ワイヤーであっても、鋭利なエッジ、野生動物による損傷、応力点での集中的な UV 劣化に対する物理的保護が必要です。地上設置アレイ上のケーブルは、金属製または高密度ポリエチレン (HDPE) のケーブル トレイを通して配線され、以下の間隔でステンレス鋼のケーブル タイで固定されます。 1.5メートル 。ケーブルタイは絶縁体を過度に圧縮してはなりません。メーカーの仕様を超えるタイ張力では、XLPE 断熱材がコールドフローし、1 回の熱サイクル内でタイポイントの壁厚が 50% 減少する可能性があります。

屋上に設置する場合、PV ワイヤは、ケーブル クリップまたはモジュール フレームに統合されたワイヤ管理チャネルによって屋根表面から支えられる必要があります。ケーブルジャケットとアスファルトシングルが直接接触すると、屋根表面からケーブルに熱が伝わり、導体の温度が推定温度上昇します。 周囲温度より 5°C ～ 10°C 高い これは、全負荷電流と高モジュールのバックシート放射と組み合わせると、導体温度が湿潤定格の 90°C を超える可能性があるマージンです。また、屋根の低い部分に水が溜まらないようにケーブルを配線する必要があります。屋根の低い部分では、氷の形成が繰り返し膨張したり収縮したりして、凍結融解サイクルによってジャケットにストレスがかかるためです。