태양광 케이블 유형: PV 와이어, USE-2 및 AC 케이블 설명

태양광 케이블 유형 간의 정의적인 차이점은 DC 광전지 어레이에 직접 매립하도록 설계되었는지 아니면 인버터와 배전망 사이의 AC 상호 연결을 위해 설계되었는지 여부입니다. PV 와이어(UL 4703)는 90°C 습식 등급 및 150°C 건조 등급을 갖춘 DC 어레이의 직접 매립 및 햇빛에 대한 지속적인 노출 모두에 적합한 유일한 케이블 유형이므로 1,000 또는 1,500V DC에서 작동하는 비접지 무변압기 인버터 시스템에 필수입니다. 사용-2 케이블은 여전히 ​​직접 매설 목록에 있지만 최신 고전압 어레이가 요구하는 완전한 햇빛 저항 등급과 더 높은 온도 헤드룸이 부족합니다.

네 가지 주요 태양광 케이블 카테고리

태양광 발전 시스템에는 NEC(National Electrical Code) 690조에 따라 각각 특정 케이블 유형과 해당 설치 요구 사항 세트가 적용되는 별도의 전기 구역이 포함되어 있습니다. 어레이에서 상호 연결 지점까지 적절하게 설계된 시스템에 나타나는 4가지 케이블 유형은 다음과 같습니다.

UL 4703 및 해당 표준 UL 4703에 나열된 PV 와이어는 다음을 갖춘 단일 도체 케이블입니다. 가교 폴리에틸렌(XLPE) 단열재 햇빛에 강한 외부 재킷. 등급이 매겨져 있습니다 600V, 1,000V 또는 2,000V 절연 두께에 따라 1,500VDC 유틸리티 규모 어레이에 대해 2,000V 변형이 지정됩니다. XLPE 절연체는 열경화성 안정성을 제공합니다. 즉, 도체의 최대 작동 온도인 습윤 시 90°C 및 건조 시 150°C에 장기간 노출된 후에도 케이블이 유전 강도와 기계적 특성을 유지합니다. ASTM B174 클래스 B 또는 C에 따라 연선된 주석 도금 구리 도체는 수십 년 동안 절연체에 스며드는 습기의 부식 효과에 저항합니다. PV 와이어는 태양광 업계에서 유일한 케이블입니다. VW-1 화염 등급 및 직접 매장 등급 동시에 옥상 설치의 화재 안전 요구 사항과 지상 장착형 DC 수집 시스템의 지하 라우팅 요구 사항을 모두 충족합니다.

UL 854에 따라 제작되고 NEC Article 338에 의해 승인된 USE-2 케이블은 지하 서비스 입구용 등급의 ​​단일 도체 케이블입니다. 그것은 사용한다 XLPE 단열재 화학적 성질은 PV 와이어와 동일하지만 지하 도관을 잡아당기는 기계적 마모와 직접적인 접지 접촉을 견딜 수 있도록 설계된 더 두껍고 견고한 재킷을 적용합니다. 전압 정격은 600V로 제한되며 최대 도체 온도는 다음과 같습니다. 90°C 습윤 및 90°C 건조 , PV 와이어에 비해 중요한 제한 사항입니다. 150°C 건조 등급이 없다는 것은 모듈 백시트 온도가 일반적으로 75°C ~ 85°C에 도달하고 최대 부하 시 도체 온도 상승으로 인해 절연체가 열 과부하 영역으로 밀려나는 옥상 어레이 내의 자유 공기에서 USE-2를 사용할 수 없음을 의미합니다.

TC-ER 케이블, 트레이 케이블 노출 실행 정격은 결합기 박스와 인버터 입력 사이 또는 데이지 체인 구성의 여러 스트링 인버터 사이에서 DC 수집 트렁크 역할을 합니다. TC-ER은 PVC 내부 절연체와 나일론 또는 PVC 외부 재킷을 갖춘 다중 도체 어셈블리로, 일반적으로 3개의 도체와 접지가 포함되어 있습니다. 등급이 매겨져 있습니다 600V 및 90°C 건조 , 해당 목록에서는 노출된 배선을 위한 도관 없이 케이블 트레이에서 라우팅을 허용합니다. 다중 도체 구조는 개별 단일 도체 케이블을 당기는 것에 비해 배선이 간단하지만 PVC 재킷은 자외선 복사에 열화되므로 직사광선이 닿는 옥외에 설치할 경우 TC-ER을 밀폐해야 합니다.

THHN/THWN-2 건물 전선은 전용 태양광 케이블은 아니지만 주 서비스 패널 또는 유틸리티 상호 연결 지점을 통해 인버터 출력의 AC 측에 나타납니다. 정격 600V 및 90°C 건조, 75°C wet , PVC 절연체 위에 나일론 재킷을 사용하면 비용 효율적이고 널리 사용 가능하며 인버터 다운스트림의 모든 실내 AC 배선에 대한 규정을 준수합니다. 햇빛 저항은 0이고 직접 매장 목록이 없으므로 사용은 내부 배선관, 도관 및 밀폐형 AC 결합기 패널에만 엄격하게 제한됩니다.

태양광케이블 종류별 비교사양표

전압 등급 선택 및 1,500V 전환

유틸리티 규모 태양광 발전소의 시스템 아키텍처를 1,000VDC에서 1,500VDC로 전환하면 동일한 전력 처리량에 대해 DC 수집 전류가 약 1/3로 줄어들고 결합기 상자, DC 공급 장치 및 관련 트렌칭 수가 비슷한 비율로 줄어듭니다. 그러나 전압이 높을수록 절연 요구 사항이 더 엄격해집니다. 1,500 VDC 어레이에는 다음 정격의 PV 와이어가 필요합니다. 2,000VDC , 1,000VDC가 아닙니다. 2,000V PV 전선의 절연 두께는 대략 다음과 같습니다. 10 AWG 도체의 경우 2.4mm, 1,000V 변형의 경우 1.14mm . 이렇게 증가된 벽 두께는 케이블의 유연성을 감소시키고 최소 굽힘 반경을 증가시킵니다. 이는 모듈 접속 배선함 및 인버터 DC 인클로저 내의 와이어 관리를 복잡하게 만드는 요소입니다.

북미 이외의 지역에서 전 세계적으로 적용되는 IEC 62930 표준은 1,500V PV 케이블의 성능 요구 사항을 조화시킵니다. 이는 최소 절연 저항을 지정합니다. 20°C에서 10MΩ·km , 선적 전 모든 릴에 대한 공장 생산 테스트 중에 검증된 수치입니다. 5,000V 절연 저항계를 사용하여 설치된 1,500V PV 전선의 현장 테스트에서는 다음 이상의 절연 저항 값을 산출해야 합니다. 스트링당 4MΩ 스트링이 인버터에 연결되기 전에 재킷의 설치 손상이나 부적절하게 압착된 MC4 커넥터 씰을 식별하는 시운전 게이트.

온도 감소 및 전류용량 보정

NEC 조항 310.15의 전류용량 표에서는 주변 온도가 30°C이고 전선로에 전류가 흐르는 도체가 3개 이하라고 가정합니다. 태양광 DC 수집 시스템은 일상적으로 두 가지 가정을 모두 위반합니다. 여름철 오후 지붕 표면 위 12인치 위의 대기 온도가 65°C에 도달하는 애리조나 주 피닉스의 옥상에서 90°C 등급 PV 전선의 온도 보정 계수는 다음과 같습니다. 0.58 NEC 표 310.15(B)(1)(1)에 따라. 따라서 30°C 전류 용량이 40A인 10AWG PV 전선은 다음으로 감소됩니다. 23.2암페어 65°C에서. 동일한 와이어가 24인치를 초과하는 거리의 도관에 세 개의 다른 전류 전달 스트링과 함께 묶인 경우 추가 조정 계수는 다음과 같습니다. 0.80 적용되어 허용 전류용량을 18.6A로 더욱 줄입니다.

그 결과, 언뜻 보면 9A 스트링 전류에 비해 너무 큰 것처럼 보이는 10AWG 도체가 다음과 같이 작동하고 있습니다. 온도 및 번들링 수정 후 감소된 용량의 거의 50% . 옥상 시스템의 엔지니어링 관행에서는 모듈 상호 연결을 위한 최소 PV 와이어 크기로 10AWG를 지정하고, 2개 이상의 스트링을 제공하는 홈런 도체에는 8AWG가 필요합니다. 이는 고정 표준이 아닌 최악의 옥상 온도 데이터에서 파생된 경험 법칙입니다.

절연 화학 및 XLPE 장점

단열재는 다른 어떤 속성보다 태양광 케이블을 범용 건축용 와이어와 차별화합니다. PV 와이어 및 USE-2에 사용되는 가교 폴리에틸렌인 XLPE는 열경화성 재료입니다. 즉, 경화 과정에서 폴리머 사슬이 화학적으로 가교됩니다. 일단 가교되면 재료는 가열될 때 녹거나 흐르지 않습니다. 150°C의 도체 온도에 노출된 PV 와이어는 물리적 형태와 절연 강도를 유지하는 반면, 동일한 온도에서 PVC 절연 THHN 와이어는 부드러워지고 흐르며 내부 단락을 생성합니다.

실란 기반 수분 경화 또는 전자빔 조사에 의해 달성되는 가교 공정은 또한 압축 시 저온 흐름에 대한 절연체의 저항성을 향상시킵니다. PV 와이어가 모듈 프레임과 장착 레일 사이에 끼어 있으면 XLPE 단열재는 시간이 지남에 따라 PVC 단열재 벽을 얇게 만드는 압축 변형에 저항합니다. 이후 유지된 벽 두께 90°C에서 1,000시간의 압축 하중은 일반적으로 XLPE의 경우 원래 두께의 85%~90%인 반면, PVC의 경우 60% 이하입니다. . 이 속성은 모듈 클램프와 와이어 클립이 시스템의 25년 설계 수명 동안 지속되는 국부적인 압력 지점을 적용하는 광전지 어레이에 필수적입니다.

커넥터 호환성 및 MC4 표준

태양광 케이블 자체는 단지 도체일 뿐입니다. 커넥터 종단은 시스템 수준 오류 지점입니다. 업계 표준은 원래 Multi-Contact에서 개발했으며 현재는 12개 이상의 글로벌 공급업체에서 라이선스를 받아 제조하는 MC4 커넥터입니다. MC4의 등급은 다음과 같습니다. 4mm² 또는 6mm²(12AWG ~ 10AWG) PV 와이어를 사용한 1,500VDC 및 30A 연속 전류 , 결합 시 IP68의 침투 보호 등급을 유지합니다. 즉, 1미터의 물 속에서 지속적인 침수를 견딜 수 있습니다.

신뢰성을 위한 중요한 규칙은 커넥터 동질성입니다. 즉, 단일 스트링의 수 커넥터와 암 커넥터는 동일한 제조업체의 것이어야 합니다. 물리적 호환성 및 UL 등록에도 불구하고 Am페놀 H4 커넥터를 정품 Staubli MC4와 결합하면 모재 금속과 도금 두께가 다르기 때문에 접촉 인터페이스에 갈바니 부식 위험이 발생합니다. 4와이어 밀리옴 미터로 측정한 결과적인 접촉 저항은 허용 가능한 수준에서 시작할 수 있습니다. 0.5밀리옴 하지만 3년 이내에 5밀리옴 이상 열 순환으로 인해 커넥터의 I²R 가열이 주변 케이블 온도를 초과하고 산화가 가속화됩니다. 일치하지 않는 커넥터로 인한 현장 고장은 주거용 옥상 시스템에 대한 가장 일반적인 보험 청구입니다.

접지 및 장비 본딩 도체 요구 사항

태양광 어레이의 장비 접지 도체(EGC)는 오류 전류 복귀 경로 역할을 하며 정격 온도를 초과하지 않고 어레이의 전체 단락 전류를 전달할 수 있는 크기를 가져야 합니다. NEC 표 250.122는 과전류 보호 장치 등급을 기준으로 EGC 크기를 결정하지만 DC 지락 감지 기능이 통합된 변압기 없는 인버터의 경우 코드에서 더 작은 크기가 허용되는 경우에도 엔지니어링 모범 사례에 따라 가장 큰 DC 회로 도체보다 작지 않은 EGC가 권장됩니다. 접지되지 않은 DC 양극 도체로 사용되는 10 AWG PV 와이어에는 다음이 수반되어야 합니다. 최소 10AWG EGC , NEC의 690.45당 크기입니다.

AC 측의 경우 인버터와 주 서비스 패널 사이의 EGC는 일반적으로 인버터의 AC 출력 과전류 보호 등급을 기준으로 표 250.122에 따라 크기가 결정된 녹색 절연체의 THHN/THWN-2 도체입니다. 40암페어 인버터 출력 차단기에는 다음이 필요합니다. 최소 10AWG 구리 EGC . EGC는 정상 작동 시 전류를 운반하는 도체가 아니지만 과전류 장치가 오류를 해결하는 데 필요한 시간(현대 전류 제한 회로 차단기의 경우 일반적으로 0.1초 미만) 동안 전체 지락 전류를 전도할 수 있어야 합니다.

케이블 관리 및 UV 노출 보호

햇빛에 강한 PV 와이어라도 날카로운 모서리, 야생 동물 손상 및 스트레스 지점의 집중적인 UV 저하로부터 물리적 보호가 필요합니다. 지상 장착 어레이의 케이블은 금속 또는 HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 케이블 트레이를 통해 라우팅되며 다음을 초과하지 않는 간격으로 스테인리스 스틸 케이블 타이로 고정됩니다. 1.5미터 . 케이블 타이는 절연체를 과도하게 압축해서는 안 됩니다. 제조업체의 사양을 초과하는 결속 장력은 XLPE 단열재를 냉간 유동시키고 단일 열 사이클 내에서 결속점의 벽 두께를 50%까지 줄일 수 있습니다.

옥상 설치에서 PV 전선은 케이블 클립이나 모듈 프레임 통합 전선 관리 채널을 통해 지붕 표면에서 지지되어야 합니다. 케이블 재킷과 아스팔트 슁글 사이의 직접적인 접촉은 지붕 표면에서 케이블로 열을 전달하여 도체 온도를 대략적으로 상승시킵니다. 주변 기온보다 5°C ~ 10°C 높음 이는 최대 부하 전류 및 높은 모듈 백시트 복사와 결합될 때 도체 온도를 90°C 습식 정격 이상으로 높일 수 있는 마진입니다. 또한 케이블은 지붕의 낮은 지점에 물이 고이지 않도록 배선해야 합니다. 이 지점에서는 동결-해동 주기가 얼음 형성의 반복적인 팽창과 수축을 통해 재킷에 압력을 가합니다.