PV ケーブルのサイジング ポイント 1: インバーター出力導体

Nov 07, 2023

Joe Jancauskas、Castillo Engineering のシニア電気エンジニア 2023 年 4 月 4 日

クレジット: Castillo Engineering

PV モジュールの定格に次いで、インバータのキロワット定格ほど速く変化するものはありません。 実際、インバータのメーカーは製品の定格を頻繁に変更するため、相互接続の交流 (AC) 定格を同じに保ち、面倒なユーティリティ分析のキューに再び入るのを避けるために、インバータのディレーティングが一般的になりつつあります。さらに、適切なサイズの設定方法については誤解が広まっています。インバータの AC 出力導体は、不必要な材料コストと時間の損失をもたらす、特に中央インバータのインバータのディレーティングを考慮して設計されています。

以下に、インバータの 3 つの主要なカテゴリのインバータ定格に関する入門書を提供します。 電力会社によって広く受け入れられ検証されている、一般的なインバータのディレーティング。 インバータ出力導体のサイズを適切に設定することで時間と費用を節約する方法についても説明します。

インバータのさまざまなカテゴリの定格

インバータには 3 つの主要なカテゴリがあり、ストリング インバータとセントラル インバータの両方のケーブル サイズに関するトピックの背景として、各グループの最近入手可能な定格のセレクションを検討する価値があります。

1.単相ストリングインバータ:

これらのインバータには、2 kW から 12 kW までの幅広いキロワット単位で、その間に多くの反復が行われる、途方もないサイズが揃っています。

2.三相ストリングインバータ:

低キロワット範囲では、これらのインバータは単相ストリング インバータと同じ高キロワット粒度を備えていますが、この範囲の上限では、メーカーが入手可能なサイズをどんどん増やしているため、kW 定格の差がさらに大きくなります。 これらのインバータの範囲は 2 ～ 275 kW です。

3.セントラルインバータ:

「中心的な」インバーターを構成する定格の定義は常に上昇しており、これらの大型デバイスには、実際にはかなり奇妙なキロワット定格が付いています。 1,910 kW から始まり、6,800 kW まで上昇します。

インバータ メーカーが詳細な市場分析を行って、定格 2,930 kW のインバータで本当に市場を追い込むことができることを発見し、それを設計したとは思えません。 インバータ メーカーは、UL テストを迅速に通過して市場に投入できる実績のあるエレクトロニクス プラットフォームを使用して、より高いレベルの出力を達成しようとしています。

さらに、これらは、理想的な電力設定である力率 1.0 におけるキロワット定格にすぎません。 グリッド上でのインバータベースの分散型エネルギーシステムの普及が進むにつれて、多くのインバータが非単一力率動作用の拡張定格を提供するようになりました。 10 年前、ストリング インバータはワット単位でのみ評価されていましたが、現在では、実皮相無効電力容量と総皮相無効電力容量 (キロワットとキロボルト アンペア [kVA]) の両方で評価されており、無効電力 (kVAR) はユーザーの判断に委ねられています。以下の図に示すように計算します。

クレジット: Castillo Engineering

力率 1.0 以外の力率で動作させると、kVAR を生成するために kWh の収益がいくらか失われますが、優れた力率で動作させると、公共事業の相互接続が安価になる場合があります。

メーカーがインバータの電力定格を急速に見直しているため、相互接続用のインバータの定格を下げる

定格と製品提供は非常に急速に変化しているため、インバータの注文が行われる頃には、電力会社が協調型電力システム相互接続レビュー (CESIR) で承認したインバータはもう入手できなくなり、わずかに定格の高いインバータが代わりに使用されます。定格はキロワット単位で増加し続けています。 太陽光発電システムの所有者は、電力会社の分析キューを再度通って戻るという大変な作業を行わずに、より高い AC 電力システムをグリッドに接続することはできないため、結果として、相互接続の AC 定格を同じに保つために、新しいインバータの定格を下げる必要があります。

インバーターの定格変更の例として、ソーラーエッジは 2022 年 5 月 1 日に大規模な製品刷新を行い、新しい高出力インバーター モデルと低定格モデルの製造中止を行いました。 たとえば、SE9k、SE14.4k、および SE43.2k は現在製造中止されており、SE10k、SE17.3k、および SE50k に置き換えられています。

導体のサイズにインバーターの銘板を使用するか連続出力定格を使用するか、およびプロジェクト コストへの影響

中央インバータは、通常、インバータの AC 480 V、600 V、630 V、または 800 V の高アンペア出力を昇圧トランスに供給して中電圧に変換するための出力導線が短くても、特に問題になります。 リードタイムを考慮するため、インバータと変圧器は工場で統合されたスキッドとしてではなく、個別に注文されることが多く、現場でカスタム バス (扱いにくい) またはケーブル (より一般的) を使用して接続する必要があります。

インバータの AC 出力導体のサイジングに関する米国電気規定 (NEC、NFPA 70) の規則は、1999 年以来同じです。第 690.8(A)(3) 条では、インバータの出力回路電流について、「最大電流はインバータの連続出力電流定格。」 では、それは UL 試験を通過した銘板に刻印された値を意味するのでしょうか、それとも電子的に制限された出力の値を意味するのでしょうか?

最近、オーナーのエンジニアが、ユーティリティ相互接続契約の条項で超えられないディレーティング値に関係なく、銘板に記載されている出力電流をすべて使用する必要があると頑固に主張し、その結果、材料と時間が無駄になるという事例をいくつか見てきました。

クレジット: Castillo Engineering

高アンペア出力では、多くの導体の並列配線と多くのボルト接続が必要になります。 2500 kVA にディレーティングされたインバータを接続するには、75 ℃で 750 kcmil AL が 9 セット必要ですが、銘板のフル定格 2800 kVA で 10 セット目を実行したいですか? すぐにスペースとラグの制限に直面し始めます。 NEC 75 0C、90 0C、または別の評価方法を使用するかどうかについては、後の話で説明します。

オーナーズ エンジニアの希望通りに行動することが最も抵抗の少ない方法である場合もありますが、ハードウェアと労力が無駄になる可能性があります。 実用規模の太陽光発電の設置コストがキロワット当たりのドル単位で依然として低下傾向にあるのであれば、それほど痛手はかからないだろうが、実際はそうではない。

サプライチェーンの混乱により、建設中にケーブルサイズを変更する要求も非常に一般的になっています。 これにより、小さな導体が多すぎて接続する十分な場所がなかったり、導体が工場で提供された端子に対して大きすぎたりすることにより、終端の問題が発生する可能性があります。

NECは「インバータの銘板による」ではなく、「連続出力定格」と記載しています。 インバータの銘板と NEC 第 690.8 条との暗黙の関連性には宗教的神聖さはありません。

たとえば、電力会社が変電所用に屋内の金属被覆開閉装置を購入する場合、15 kV サーキット ブレーカーには 1200 A、2000 A、3000 A の 3 つの基本サイズしかありません。これらのブレーカーには PV のような贅沢はありません。システム所有者は、豊富なインバータ キロワット サイズから選択できます。 発信する配電フィーダー ケーブルのほとんどは、1200 A のサイズにはなりません。それは過剰になるためです。 ケーブルは予想される負荷に合わせてサイズ設定されており、保護リレーもそれに応じて設定されています。 大規模な変電所では、単一の 3000 A 主電源から給電される 12 個の 1200 A フィーダ回路ブレーカーを簡単に設置できます。 サーキットブレーカーの銘板定格は無視できます。

電力会社の受け入れとインバータのディレーティングの検証

ディレーティングの必要性が非常に一般的になったため、電力会社はディレーティング値を広く受け入れていますが、ディレーティングが実際に行われたかどうかの追加確認を要求し始めています。 Orange & Rockland の DER 相互接続設計パッケージ要件に記載されているように、次のとおりです。

「インバータの銘板: インバータの銘板がアプリケーションのしきい値を超えている場合、工場でインバータが削減されることを記載したメーカーのレターが必要です。このレターは一般的なもので構いません (この時点ではプロジェクト固有のものではありません)。プロジェクトが建設に進む場合は、プロジェクト番号とインバータのシリアル番号を記載したプロジェクト固有の手紙がインバータの製造元から必要になります。」

プロジェクトを承認した電力会社が出力低下を受け入れるのであれば、AHJ ​​や独立したエンジニアもそれを受け入れない理由はありません。 銘板定格の固定を回避する他のオプションは、単にインバータと一緒に変更された銘板を注文するか、定格値を下げた値を記載したプラカードを現場に取り付けることです。

銘板の固定は新しいものではありません。 2009 年、私が経営していた電力会社グループは、定格基準に準拠した「ケーブル銘板」の定格を含めなかったとして、全米電力信頼性評議会から 7,000 ドルの罰金を課されました。 ケーブルには銘板がありませんが、それでも罰金は支払われました。

重要なポイント

現在または今後の太陽光発電プロジェクトについては、インバーターの実際の AC 出力アンペア要件がどのくらいかを考えてください。 これらの要件を安全に満たすように設計する。 そして不必要にお金を無駄にしないでください。 第 90 条に記載されているように、NEC は「取扱説明書ではありません」。従った場合、結果は安全かもしれませんが、「効率的、便利、または良好なサービスを提供するのに十分」ではない可能性があります。

PV ケーブルのサイジング シリーズのパート 2 にご期待ください。このシリーズでは、厳格な電圧降下基準が実際に利益を生むかどうかについて説明します。 実用規模の太陽光発電の設計およびエンジニアリングに関する質問がある場合は、今すぐ当社の専門家にご連絡ください。