PV 케이블 사이징 pt. 2: 케이블 크기를 안전하게 줄여 프로젝트 수익 극대화

빌리 러트 | 2023년 4월 6일

작성자: Joe Jancauskas, Castillo Engineering의 수석 전기 엔지니어

태양광 패널 케이블의 크기를 적당히 늘리면 화재 안전을 보장하고 전압 강하 기준을 충족하는 데 도움이 될 수 있지만, 케이블의 크기를 크게 늘리고 전압 강하 규정을 엄격하게 준수하면 태양광 프로젝트의 장기적인 수익성이 불필요하게 줄어들 수 있습니다.

PV 케이블 크기 조정 시리즈의 두 번째 부분에서는 PV 케이블이 왜 그렇게 큰지, 그리고 프로젝트 수익을 극대화하는 동시에 안전을 보장하기 위해 케이블 크기를 더 잘 계산할 수 있는 방법을 살펴봅니다.

PV 케이블이 너무 큰 이유는 무엇입니까?

신용: 카스티요 엔지니어링

케이블이 너무 큰 이유를 이해하려면 인버터에 대한 직류(DC) 입력 배선이 일반적으로 NEC(National Electrical Code)에 의해 두 가지 용어로 구분된다는 점을 알아야 합니다. PV 스트링 배선을 "광전지 소스"라고 합니다. 회로", 결합기 상자의 출력 배선을 "광전지 출력 회로"라고 합니다. 재결합기를 사용하는 경우 출력 배선을 "인버터 입력 회로"라고 합니다.

첫째, PV 케이블의 크기가 너무 큰 이유 중 하나는 NEC가 PV를 연속 부하로 가정하기 때문입니다. NEC의 연속 부하 정의에 따르면 태양과 같은 가변 전원은 3시간 이상 최대 출력을 발휘하지 않는 경우가 많기 때문에 이는 보수적인 가정인 경우가 많습니다. 많은 태양광 프로젝트에서는 안전을 유지하는 데 필요한 것보다 훨씬 더 많은 구리를 사용하므로 불필요한 비용이 발생하고 프로젝트 수익이 낮아집니다.

둘째, 연속 부하에 대한 일반적인 125% 크기 조정 요소 외에도 표준 테스트 조건보다 더 나은 희귀한 복사 조도 및 온도 조합에 대한 PV 출력이 때때로 명판보다 더 큰 것을 설명하기 위해 추가 125% 크기 조정 요소가 추가됩니다. 결과적으로 광전지 출력 회로의 전체 부하 전류에 156%의 크기 조정 요소가 적용되었습니다.

PV 케이블이 상당히 큰 또 다른 이유는 태양광 모듈 정격이 1,000W/m2의 태양 복사조도를 기준으로 하기 때문입니다. 이는 지상 환경에서 드물게 초과되는 경우입니다. 결과적으로 많은 사람들은 이 드문 사고를 최악의 설계 엔지니어링으로 계획해야 한다고 생각하는 경우가 많지만 이것이 정말로 항상 필요한가요? 많은 설계 문제는 "명판" 장비 등급에 대한 고정에서 비롯됩니다. 해당 등급이 실제 시나리오와 관련이 없더라도 마찬가지입니다.

전기 장비의 명판 등급을 계산하려면 주변 온도 30°C(86°F)에서 40년 동안 100% 부하와 같은 특정 조건 세트를 설정해야 합니다. 그러나 이러한 조건의 조합은 거의 발생하지 않습니다. 이것이 바로 많은 유틸리티 변압기와 케이블 시스템이 초기 40년의 설계 서비스 수명이 지난 후에도 여전히 서비스되고 있는 이유입니다.

실시간 명판 등급은 고정된 값이 아니며 주변 및 부하 조건의 변화에 ​​따라 변동됩니다. 변압기 및 케이블의 경우 노후화 및 수명 종료와 관련된 가장 큰 우려 사항은 유기 기반 절연 재료의 성능 저하입니다. 변압기, 케이블, 송전선 및 PV 모듈 등 PV 프로젝트의 주요 요소에 대한 몇 가지 등급 조건을 살펴보겠습니다.

변압기 등급

배터리 에너지 저장 장치(BESS)가 없는 PV 변압기는 항상 부하를 걸 수는 없지만 단시간의 경미한 과부하는 문제가 되지 않습니다. IEEE 표준 C57.91-20에서도 특정 조건에서는 심각한 인명 손실 없이 명판 정격의 최대 200%에 달하는 단기 과부하가 가능하다는 점을 인정합니다. 명판 정격에 비해 200%의 비상 4시간 과부하 정격은 거의 사용되지 않는 장비 정격을 두 배로 제공하는 데 드는 자본 비용이 너무 높기 때문에 일부 주요 유틸리티에서 채택되었습니다.

많은 PV 설계에서는 낮은 등급의 변압기를 구입하고 자본 비용을 절약하기 위해 냉각 팬 세트를 사용하지 않습니다. 예를 들어, Florida Power & Light는 85MVA 시스템(75MW의 PV 및 10MVAr의 커패시터)을 설계할 때 51MVA 변압기를 구입합니다. 추가된 팬의 첫 번째 단계에서는 등급이 68MVA로 지정되고 두 번째 팬 세트에서는 등급이 85MVA로 지정됩니다.