太陽光発電所 — 合理化された幹線ケーブル設計により設置が容易になり、全体のコストが削減されます

スポンサー付きコンテンツ別 | 2020年9月10日

TE Con​​nectivity、プロダクト マネージャー、Daniel Ribeiro 氏

近年、従来の化石燃料ベースの発電に代わるより環境に優しい代替手段として太陽光発電の需要が高まっており、太陽光発電設備の傾向としては、より大きな設置面積とより大きな生産能力を備えたシステムが求められています。

しかし、太陽光発電所の容量と複雑さが増大し続けるにつれて、その設置、運用、メンテナンスに関連するコストも増加します。 システムが適切に設計されていない限り、システムのサイズが大きくなるにつれて、小さな電圧損失が増大します。 TE Con​​nectivity (TE) の Solar Customizable Trunk Solution (CTS) システムは、集中型のトランク バス アーキテクチャ (後述) に依存しています。 この設計は、数百または数千の個別の結合ボックス接続とより複雑な全体の配線方式に依存する従来のアプローチに代わる効率的な方法を提供します。

TE のソーラー CTS は、一対のアルミニウム ケーブルを地上に配線することでコンバイナ ボックスを排除し、TE のストリング ハーネスを当社の特許取得済みのゲル太陽光絶縁ピアス コネクタ (GS-IPC) をワイヤの長さのどこにでも接続できる柔軟性を備えています。 設置の観点から見ると、現場で確立するケーブルと接続ポイントが少なくなります。

CTS システムは、ワイヤとケーブルのコストの削減、設置時間の短縮、システムの起動の高速化という点で、システム所有者とオペレータに即座の節約をもたらします (これらのカテゴリでは 25 ～ 40% の節約効果が得られます)。 また、系統的に電圧損失を削減し（それにより生産能力を保護し）、長期的なメンテナンスやトラブルシューティングの取り組みを容易にすることで、太陽光発電所のライフサイクル全体にわたって継続的な節約が可能になります。

また、CTS 設計は、現場でのトラブルシューティングと修理作業を容易にすることで、大規模太陽光発電所の運営者にとってシステム全体の信頼性と効率を向上させます。 また、このシステムは標準化されたモジュラー設計コンセプトの恩恵を受けている一方で、さまざまなサイト固有の条件やエンジニアリング上の考慮事項に対処するためにカスタマイズすることもできます。 このサービスの重要な側面は、TE が顧客と緊密に連携して完全なエンジニアリング サポートを提供していることです。 これらのサービスには、電圧降下の計算、効率的なシステム レイアウト、バランスの取れたインバータ負荷、現場設置者向けのトレーニングなどがあります。

電圧降下の低減

従来の太陽光発電システムでは、どの接続点でも、どれほど適切に設計されているか、適切に設置されているかに関係なく、わずかな抵抗が発生します（したがって、システム全体で電流の漏れと電圧降下が発生します）。 システムのサイズが大きくなるにつれて、この漏れ電流と電圧降下の複合的な影響が大きくなり、商業規模の太陽光発電施設全体の生産と財務目標が損なわれます。

対照的に、ここで説明する新しい合理化されたトランクバス アーキテクチャは、より少ない接続数でより大きなトランク ケーブルを展開することで DC グリッド ネットワークの効率を向上させ、システム全体の電圧降下を低くします。

3 つの主要なコンポーネントに焦点を当てる

CTS システムは、次の 3 つの主要コンポーネントで構成されます (ここで説明します)。

ゲル太陽光絶縁貫通コネクタ (GS-IPC)。ゲル太陽光絶縁ピアスコネクタ (GS-IPC) は、一連の太陽光発電パネルを幹線バスに接続します。 トランク バスは、低電圧 DC ネットワークとシステム DC/AC インバータの間で高レベルの電流 (最大 500 kcmil) を運ぶ大きな導体です。

TE のゲル太陽光絶縁ピアス コネクタ

GS-IPC は絶縁ピアシング技術を使用しており、小さなピアシングブレードがケーブルの絶縁ジャケットを貫通し、絶縁体の下の導体への電気接続を確立します。 取り付けの際、コネクタの片側が大型ケーブルを「噛み込み」、もう一方の側がタップケーブルになります。 これにより、現場技術者による時間と労力のかかる断熱材のカットバックや剥離が不要になります。 新しい GS-IPC コネクタは、ソケットまたは六角ソケット付きインパクト レンチのみを必要とし、各接続は 2 分以内に取り付けることができます (新しい CTS システムの早期採用者による報告によると)。 せん断ボルトヘッドの使用により、取り付けがさらに簡素化されます。事前に設計されたトルクに達するとせん断され、コネクタのブレードが同時にケーブル絶縁体を貫通し、導体素線に損傷を与えることなく到達します。 GS-IPC アセンブリは、#10 AWG ～ 500 Kcmil の範囲のケーブル サイズに使用できます。

一方、これらの接続を紫外線や気象条件による損傷から保護するために、GS-IPC 接続にはもう 1 つの重要な設計要素、つまり各トランク/バス ネットワーク接続に取り付けられる保護ゲル ボックス エンクロージャも含まれています。 コネクタが適切に取り付けられたら、現場技術者は TE の Raychem Powergel シーラントを充填したカバーを配置して閉じます。 このシーラントは、取り付け時に接続内の湿気を排出し、接続の寿命の間、将来の湿気の侵入を防ぎます。 ゲルボックスエンクロージャは、電流漏れ、UV、日光耐性を低減することで完全な環境保護を実現し、難燃性も備えています。

全体として、TE Solar CTS システムで使用される GS-IPC アセンブリは、太陽光発電システムの厳しい UL 要件を満たしています。 また、GS-IPC コネクタは、UL 486A-486B、CSA C22.2 No. 65-03、および Underwriters Laboratories Inc. ファイル番号 E13288 にリストされている該当する UL6703 テストに従ってテストに合格しています。

ソーラーヒューズハーネス (SFH) 。 SFH は、インラインでオーバーモールドされた高定格ヒューズ、タッピ​​ング、ホイップ、ストリング ジャンパーを含むアセンブリ システムであり、UL9703 準拠の製造済みヒューズハーネス ソリューションを提供するように構成できます。 従来の太陽光発電アレイでは、ヒューズはハーネスにありません。 むしろ、それらは通常、各結合ボックスに配置されています。 この新しい SFH アプローチを使用すると、代わりにヒューズがハーネスに埋め込まれます。 これにより、複数の文字列が集約され、必要なコンバイナー ボックスの総数が減り、材料費と人件費が削減され、設置が簡素化され、長期的なシステム運用、メンテナンス、トラブルシューティングに関連する継続的な節約が増加するなど、いくつかの利点が得られます。

トランク切断ボックス。 TE Solar CTS システムで使用されているトランク切断ボックスは、ロード ブレーク、サージ保護、およびスイッチング ネガティブを提供し、インバータ接続前にシステムをサージから保護し、オペレータが必要に応じてシステムを接続および切断できる柔軟性を高めます。 。 これらは、ケーブル配線を最小限に抑える (そしてシステム全体の電圧降下を損なうことなく) ように戦略的に配置されています。

これらの切断ボックスはグラスファイバーまたはスチールで作られており、統合されたサージおよび共通接地機能を備えた最大 400 アンペアの負荷遮断を提供します。 シャーボルトコネクタを使用して迅速かつ簡単に取り付けられ、熱サイクル、湿度、電気サイクルに関するUL要件を満たしています。

これらのトランク切断ボックスは、1500 V スイッチとしてゼロから構築された負荷遮断スイッチを使用します。 比較すると、市場の他のソリューションでは、1500 V に対応できるようにアップグレードされた 1000 V シャーシで構築された切断スイッチが使用されることがよくあります。これにより、切断ボックス内で非常に高い熱が発生する可能性があります。

信頼性を高めるために、これらのトランク切断ボックスは、より大きなロード ブレーク スイッチとより大きなエンクロージャ (30 インチ x 24 インチ x 10 インチ) を使用して熱放散を改善しています。同様に、これらの切断ボックスは、ケーブルのより大きな曲げ半径に対応できます。サイズは 500 AWG ～ 1250 kcmil です。

2 AWG から 1000 kcmil 導体までの UL 定格を備えています。

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