직렬, 병렬 또는 직렬 병렬 조합으로 태양광 패널을 배선하는 방법을 결정하는 것은 모든 상업용 태양광 시스템에서 가장 기본적인 설계 선택 중 하나입니다. 이 선택에 따라 시스템 전압, 스트링 전류, 인버터 MPPT 매칭, 케이블 크기 요구 사항, 음영 허용 오차 및 안전 규정 준수가 직접적으로 결정됩니다. EPC 엔지니어와 시스템 설계자는 상업용 어레이의 배선 구성을 지정하기 전에 전기 원리, 인버터 호환성 제약 조건 및 코드 요구 사항을 이해해야 합니다.
모든 태양광 패널은 표준 테스트 조건(STC: 1000W/m², AM1.5, 25°C)에서 세 가지 주요 전기 매개변수를 특징으로 하는 DC 전력을 생산합니다.
여러 패널을 함께 연결하면 연결이 직렬, 병렬 또는 조합인지에 따라 전기 매개변수가 결합됩니다. 인버터 MPPT 전압 범위, 스트링 퓨즈 정격 및 적용 가능한 전기 코드 내에서 유지되는 시스템을 설계하려면 이러한 조합을 이해하는 것이 필수적입니다.
직렬 연결된 스트링에서 패널은 데이지 체인의 양극 단자와 음극 단자에 연결됩니다. 직렬 연결의 전기적 효과는 다음과 같습니다.
여기서 N은 문자열의 모듈 수입니다. 모듈이 추가될 때마다 전압이 증가합니다. 전류는 일정하게 유지됩니다(스트링에서 가장 낮은 전류 모듈에 의해 제한됨).
V가 있는 600W 모듈의 경우oc = 49.8V, 나는sc = 15.2A, Vmp = 41.5V, 나는mp = 14.4A:
대부분의 상용 1500V DC 스트링 인버터(Sungrow SG250HX, Huawei SUN2000-215KTL, SMA Sunny Highpower PEAK3)는 1,000~1,500V DC 범위의 스트링을 수용합니다. 최대 문자열 길이는 다음으로 제한됩니다.
V가 있는 모듈의 경우oc = 49.8V,TCVoc = −0.27%/°C, T에서분 = -10°C:
병렬 연결에서는 모든 양극 단자가 공통 양극 버스에 연결되고 모든 음극 단자가 공통 음극 버스에 연결됩니다. 전기 효과는 계열의 역수입니다.
전류가 곱해집니다. 전압은 단일 모듈 수준으로 유지됩니다. 순수 병렬 배선은 상업용 태양광에서는 거의 사용되지 않습니다. 그 이유는 결과적으로 낮은 전압과 매우 높은 전류로 인해 매우 큰 케이블 단면이 필요하고 설치 비용과 전력 손실이 불균형적으로 증가하기 때문입니다. 그러나 병렬 연결은 특정 상황에서 사용됩니다.
상업용 태양광 어레이는 거의 보편적으로 직렬-병렬 조합을 사용합니다. 직렬의 여러 패널이 스트링을 형성하고 여러 스트링이 인버터 MPPT 입력 또는 결합기 박스에서 병렬로 연결됩니다. 이 구성은 효율적인 전력 전송에 필요한 고전압과 상업적 규모에 필요한 전력 용량을 모두 달성합니다.
| 구성 | 시리즈 모듈 | 병렬 문자열 | 어레이 Vmp | 배열 Imp | 어레이 P최대 |
|---|---|---|---|---|---|
| 예시 A | 28 | 1 | 28 × 41.5V = 1,162V | 14.4A | 16.8kW |
| 예시 B | 28 | 4 | 1,162V | 4 × 14.4A = 57.6A | 67.2kW |
| 예시 C | 25 | 10 | 25 × 41.5V = 1,037V | 10 × 14.4A = 144A | 150kW |
참고: 모든 예시에서는 V가 포함된 600W 모듈을 사용합니다.mp = 41.5V, 나는mp = STC에서 14.4A. 예 C는 DC 연결 전에 10개의 스트링을 통합하는 적절한 스트링 결합기 박스가 있는 150kW 중앙 인버터에 적합한 구성을 나타냅니다.
상용 시스템 설계에는 인버터 사양에 맞게 어레이 전압, 전류 및 전력을 신중하게 계산해야 합니다. 주요 설계 제약 사항은 다음과 같습니다.
스트링 Voc (최소 주변 온도에 대해 온도 보정)은 다음을 초과하면 안 됩니다.
스트링 Vmp (최대 셀 온도에 대해 온도 보정)은 항상 인버터의 MPPT 추적 범위 내에 있어야 합니다. 최대 셀 온도(더운 기후에 있는 모듈의 경우 75~80°C):
V가 있는 모듈의 경우mp = 41.5V,TCVMP = −0.34%/°C, T에서세포 = 75°C:
28개 모듈 스트링의 경우: 28 × 34.4 = 964V. 이는 인버터의 최소 MPPT 전압(인버터 모델에 따라 일반적으로 200-600V)을 초과해야 합니다. Sungrow SG250HX의 경우 MPPT 전압 범위는 200~1,500V이므로 28모듈 스트링이 허용됩니다.
최신 상업용 스트링 인버터는 연결된 스트링과 독립적으로 전력 추출을 최적화할 수 있는 여러 MPPT 추적기를 제공합니다. MPPT 구성의 주요 원칙:
Sungrow SG250HX(MPPT 입력 12개, 입력당 최대 3스트링)를 사용하는 250kW 상업용 옥상 프로젝트의 경우: 12 × 3 = 최대 36스트링. 600W의 28개 모듈 스트링을 사용하면 최대 어레이 전력 = 36 × 28 × 600W = 604.8kW입니다. DC/AC 비율은 604.8/250 = 2.42로 권장 범위인 1.1~1.5를 초과합니다. 보다 보수적인 설계에서는 9개의 MPPT 입력에 걸쳐 302.4kW DC(비율 1.21)에 대해 28개 모듈의 18개 스트링을 사용할 수 있습니다.
DC 배선의 저항 손실은 어레이 출력을 감소시키며 어레이 전력의 1~2% 미만으로 유지되어야 합니다. 케이블 단면적 선택은 옴의 법칙을 따릅니다.
상업용 PV 케이블의 경우 일반적인 단면적 및 저항 값(70°C에서):
| 단면 | 저항(70°C에서 Ω/km) | 일반적인 스트링 실행 | 전류 용량(도관 내, 주변 온도 40°C) |
|---|---|---|---|
| 4mm² | 5.09Ω/km | 모듈 간, 단기 실행 | 25A |
| 6mm² | 3.39Ω/km | 결합 상자에 연결되는 스트링 케이블(<50m) | 32A |
| 10mm² | 1.95Ω/km | 인버터와 결합기(<80m) | 44A |
| 16mm² | 1.21Ω/km | 고전류 DC 트렁크 케이블 | 57A |
| 25mm² | 0.795Ω/km | 중앙 인버터 어레이용 메인 DC 케이블 | 73A |
직렬 배선은 주어진 전력 레벨에 대해 자연스럽게 더 높은 전압과 더 낮은 전류를 생성하므로 병렬 배선에 비해 저항 손실이 줄어듭니다. 이것이 상업용 태양광 시스템이 병렬 구성보다 고전압 직렬 스트링을 선호하는 근본적인 전기적 이유입니다.
상업용 태양광 배선은 해당 전기 규정 및 표준을 준수해야 합니다. 지역별 주요 참고자료:
직렬 병렬 어레이에 대한 중요한 안전 요구 사항은 다음과 같습니다: 다중 스트링 병렬 구성의 각 스트링에 있는 스트링 퓨즈 또는 회로 차단기; NEC 690.9에 따른 과전류 보호 크기(I의 125%)sc 스트링 퓨즈의 경우); NEC 690.11에 따라 미국의 모든 DC 도체에 대한 AFCI 보호; 690.43에 따라 어레이 프레임 및 장비 접지 도체(EGC)의 적절한 접지.
상업용 태양광 프로젝트를 위한 패널, 인버터 및 케이블링을 조달할 때 Econo Solar는 올바르게 지정된 케이블 단면적 및 보호 장치가 포함된 완전한 BOM을 제공할 수 있습니다. 프로젝트 요구사항에 대해 논의하려면 당사를 방문하세요. 프로젝트 문의 페이지.
직렬 스트링에서 패널이 완전히 고장나는 경우(개방 회로), 전류가 끊어진 회로를 통해 흐를 수 없기 때문에 전체 스트링에 전원이 공급되지 않습니다. 패널이 단락되지 않거나 바이패스 다이오드에 의해 바이패스되는 경우(차광으로 인해) 스트링의 나머지 패널은 감소된 전압에서 계속 생성됩니다. 이는 모든 모듈에 바이패스 다이오드를 포함함으로써 얻을 수 있는 주요 안전 이점입니다(표준 관행). 음영 처리되거나 고장난 셀은 해당 셀 그룹에 대한 바이패스 다이오드를 활성화하여 스트링의 나머지 부분이 계속 생성되도록 합니다. 스트링의 전체 패널 오류는 모니터링을 통해 감지할 수 있으며 즉각적인 유지 관리를 시작해야 합니다.
기술적으로는 가능하지만 상용 시스템에서는 사용하지 않는 것이 좋습니다. 동일한 스트링에 서로 다른 모듈 유형이나 전력량을 혼합하면 직렬 스트링의 모든 패널이 동일한 전류를 통과해야 하며 이는 가장 낮은 전류 패널에 의해 제한되기 때문에 불일치 손실이 발생합니다. 더 높은 전력량의 패널은 최적의 지점 아래에서 작동하도록 강제되어 전체 스트링 출력을 줄입니다. 상업용 프로젝트의 경우 항상 각 스트링 전체에 걸쳐 동일한 모듈(동일한 제조업체, 동일한 모델, 동일한 전력 등급)을 사용하고, 가급적 동일한 MPPT 트래커의 모든 스트링에 걸쳐 사용하는 것이 좋습니다. IEC 62548에서는 스트링의 모든 모듈이 일치하는 전기적 특성을 갖도록 권장합니다.
1.1-1.3의 DC/AC 비율(특대 비율이라고도 함)은 적당한 조사 구역의 상업용 설치에 일반적입니다. 조도가 높은 위치(GHI > 2,000kWh/m²/년)에서는 피크 시간대의 인버터 클리핑 손실이 태양이 부분적으로 비치는 시간대의 높은 에너지 생산량으로 상쇄되기 때문에 1.3~1.5의 비율이 일반적입니다. 클리핑 손실이 심각해지고 인버터 제조업체의 보증 조건이 AC 출력 제한에서 지속적인 작동에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 상용 전력망 연결 시스템에서는 1.6 이상의 비율이 거의 발생하지 않습니다. Sungrow, Huawei 및 SMA는 모두 특정 인버터 모델에 대해 참고해야 하는 설계 가이드에 권장 대형 비율을 게시합니다.