PV ケーブルのサイジング ポイント 2: ケーブル サイズを安全に縮小してプロジェクトの利益を最大化する

ビリー・ラッド 2023 年 4 月 6 日

Castillo Engineering 社シニア電気エンジニア、Joe Jancauskas 著

ソーラーパネルのケーブルを適度に大きくすると、火災安全性が確保され、電圧降下基準を満たすことができますが、ケーブルを大幅に大きくし、電圧降下の義務を厳密に遵守すると、太陽光発電プロジェクトの長期的な収益性が不必要に低下する可能性があります。

PV ケーブルのサイジング シリーズの第 2 部では、PV ケーブルが非常に大きすぎる理由と、安全性を確保しながらプロジェクトの収益を最大化するためにケーブル サイズをより適切に計算する方法について説明します。

なぜ PV ケーブルは非常に大きいのでしょうか?

クレジット: Castillo Engineering

ケーブルが非常に大きすぎる理由を理解するには、インバータへの直流 (DC) 入力配線が一般に米国電気規定 (NEC) によって 2 つの用語に分けられていることに注意してください。PV ストリング配線は「太陽光発電源」と呼ばれます。結合箱からの出力配線を「太陽光発電出力回路」と呼びます。 リコンバイナを使用する場合、その出力配線を「インバータ入力回路」と呼びます。

まず、PV ケーブルが非常に大きすぎる理由の 1 つは、NEC が PV が継続的な負荷であると想定しているためです。 NEC の連続負荷の定義によれば、太陽のような可変電源は 3 時間以上フル出力になることはあまりないため、これは保守的な想定であることがよくあります。 多くの太陽光発電プロジェクトでは、安全性を維持するために必要な量よりもはるかに多くの銅が使用されており、その結果、不必要なコストが発生し、プロジェクトの収益が低下します。

第 2 に、連続負荷に対する通常の 125% のサイジング係数に加えて、標準テスト条件よりも優れたまれな放射照度と温度の組み合わせで、PV 出力が銘板よりも大きくなる場合があることを考慮して、追加の 125% のサイジング係数が追加されます。その結果、156% のサイジング係数が太陽光発電出力回路の全負荷電流に適用されます。

PV ケーブルが大幅に大きすぎるもう 1 つの理由は、太陽電池モジュールの定格が 1,000 W/m2 の太陽放射量に基づいており、地上環境ではこれを超えることはほとんどないためです。 その結果、多くの人は、このまれなインシデントは最悪の場合の設計エンジニアリングとして計画されなければならないと考えることがよくありますが、これは本当に常に必要なのでしょうか? 設計上の懸念の多くは、たとえその定格が現実世界のシナリオに関連していないとしても、「銘板」機器の定格に固執することから生じます。

電気機器の銘板定格を計算するには、周囲温度 30 °C (86 °F) で 100% 負荷を 40 年間続けるなど、特定の一連の条件を確立する必要があります。 ただし、このような条件の組み合わせが発生することはほとんどないため、多くの商用変圧器やケーブル システムは、設計耐用年数が 40 年を超えた後も、依然として使用され続けています。

リアルタイムの銘板定格は固定値ではなく、周囲条件や負荷条件の変化によって変動します。 変圧器やケーブルの場合、経年劣化や寿命に関する最大の懸念は、有機ベースの絶縁材料の劣化です。 変圧器、ケーブル、送電線、PV モジュールなどの主要な PV プロジェクト要素の定格条件のいくつかを見てみましょう。

変圧器の定格

バッテリーエネルギー貯蔵 (BESS) のない PV 変圧器は常に負荷がかかるわけではありませんが、短時間の軽度の過負荷は問題になりません。 IEEE 規格 C57.91-20 でさえ、特定の条件下では重大な寿命の損失なしに銘板定格の最大 200% の短期過負荷が発生する可能性があることを認識しています。 めったに使用されない機器定格の 2 倍を提供するには資本コストが法外にかかるため、銘板定格を 200% 上回る緊急 4 時間過負荷定格が一部の大手電力会社で採用されています。

多くの PV 設計では、低定格の変圧器を購入して資本コストを節約するために、一連の冷却ファンを利用していません。 たとえば、Florida Power & Light が 85 MVA システム (75 MW の PV と 10 MVAr のコンデンサ) を設計している場合、51 MVA の変圧器を購入します。 追加されたファンの最初の段階では評価が 68 MVA になり、ファンの 2 番目のセットでは評価が 85 MVA になります。