ソーラーパネル配線の基本: 太陽光発電システムを配線するための完全なガイドとヒント

太陽光発電 (PV) システムは、世界中で最も重要な再生可能エネルギー源の 1 つです。 住宅用太陽光発電設備の電圧は最大 600 V であるため、ソーラー パネルの配線の基礎を学ぶことは、安全性と実用的な理由からスキル レパートリーの中で最も重要なツールの 1 つです。

PV モジュールには、直列、並列、直並列の 3 つの配線タイプがあります。ソーラーパネルの配線方法を学ぶには、重要な概念を学び、適切なインバーターを選択し、システム構成を計画し、配線方法などを学ぶ必要があります。 この記事ではこれらすべてを説明します。これにより、このテーマについて数か月とは言わないまでも、数週間の労力を節約できます。

目次

「ソーラーパネルストリング」は、ソーラーパネルの配線において最も基本的かつ重要な概念です。 これは、複数の PV モジュールが直列または並列に接続されているだけです。

ソーラーパネルにはプラス端子とマイナス端子があります。 ソーラーパネルを直列に配線するということは、モジュールのプラス端子を次のマイナス端子に配線することを意味し、ストリング全体で同様に配線されます。 この配線タイプは出力電圧を増加させます、利用可能な端末で測定できます。

ソーラーパネルを並列に配線する電圧を一定に保ちながら出力電流を増加させます 。 出力電流は、ストリング内のモジュールによって生成されるすべての電流の合計です。

並列配線されたソーラーパネルも NEC の規制を満たす必要があります。 これには、導体のサイズと過電流デバイスが含まれます。 これは、NEC 690.8(A)(1) および NEC 690.8(A)(2) で規定されているように、システム内のモジュールの数を考慮して、短絡電流 (Isc) を 125% 大きくすることによって計算されます。

直並列と呼ばれる、直列接続と並列接続を組み合わせたソーラーパネルの配線があります。 この接続では、電圧を高めるためにプラス端子とマイナス端子を接続することでソーラーパネルを直列に配線し、これらのストリングを並列に接続します。 並列接続されたすべてのソーラー パネル ストリングは同じ電圧を備えている必要があり、また NEC 690.7、NEC 690.8(A)(1)、および NEC 690.8(A)(2) に準拠している必要があります。 システムで最適なパフォーマンスを提供するには、モジュールはどのような場合でも同じモデルである必要があります。

ソーラーパネルの配線に使用するツールについて事前に学習する必要があります。 圧着工具とソーラーコネクタ組立工具です。

圧着工具は、ソーラーコネクタの接続プレートを裸線に圧着するために使用されます。 ほとんどの場合、これは太陽光発電業界で最も人気のある MC4 を意味します。 ソーラー コネクタ組立ツールは、MC4 コネクタのすべての部分をメス/オス接続プレートに締め付けるのに使用されます。 このツールは、コネクタが差し込まれた後にコネクタのロックを解除するためにも使用されます。

ソーラーパネルインバーターは、太陽光発電システムの最も重要なコンポーネントの 1 つです。 このコンポーネントは、ソーラーパネルによって生成された DC エネルギーを、家電製品に適切な電圧の AC エネルギーに変換します。 出力は純粋な正弦波で、120V AC 電圧 (米国) または 240V AC (ヨーロッパ) を特徴とします。

ソーラーパネル同士の配線は、モジュールにあらかじめ取り付けられたワイヤを使用して行うことができますが、配線をインバータまたはサービスパネルに延長するには、適切なワイヤを選択する必要があります。 屋上 PV 設置の場合は、ヨーロッパでは TUV PV ワイヤーまたは EN 50618 ソーラー ケーブル規格として知られている PV ワイヤーを使用できます。 地下設置を必要とする地上設置型 PV 設置の場合は、Underground Service Entry (USE-2) ケーブルが必要です。

太陽光発電システムで使用されるインバータには、マイクロインバータとストリング インバータの 2 種類があります。 どちらも互換性を向上させるための MC4 コネクタを備えています。 このセクションでは、それぞれの内容とその詳細について説明します。

ストリングインバータまたは集中型インバータは、太陽光発電設備で最も一般的なオプションであり、直列または直並列に配線されたソーラーパネルに適しています。 集中型インバータはストリング全体の DC 電力を変換するため、部分的な日陰を受けない PV システムに推奨されます。

マイクロインバータは、部分的に日陰になるかどうかにかかわらず、あるいは将来的にモジュール式に拡張される太陽光発電設備でも使用できます。 マイクロインバーターは、単一モジュールの DC 電力を AC に変換し、120 V AC 出力を備えます。そのため、マイクロインバーターを備えた太陽電池アレイはもっぱら並列接続されます。

太陽電池アレイの構成を計画すると、太陽光発電システムに適切な電圧/電流出力を確保するのに役立ちます。 このセクションでは、これらの項目とは何か、およびその重要性について説明します。

最大 DC 電圧は、安全上の理由、NEC の規制、およびストリング インバータの技術仕様に一致するために制限する必要があります。 NEC の規制では、住宅用 PV システムの制限は 600 V ですが、これは集中型インバータによって異なる場合があります。

ストリングインバータを起動するには最小 DC 入力電圧が必要であるため、これが PV システムの計画構成として重要です。 この数値は、選択したモデルやブランドによって大きく異なります。

最大 DC 入力電流は、インバータの技術仕様によって制限されます。 この値は、太陽電池の電流-電圧曲線 (IV-Curve) に基づいて設計されています。 システムの DC 出力がインバーターの最大入力電流を超えないようにするため、これはソーラー パネルを配線する際に考慮すべき重要な要素です。

MPPT トラッカーは、IV 曲線を考慮して PV システムの電力出力を最適化します。 複数の MPPT トラッカーを備えた集中型インバーターは、互いに仕様が異なるソーラー パネル ストリングの出力を最適化し、より複雑なソーラー アレイをインバーターに配線できるようにします。 インバータに 2 つ以上の MPPT 入力がある場合、特に複数の向きやシェーディングの影響があるシナリオでは、それらを適切に活用してください。

ここまでで、ソーラー パネルを配線する前に考慮すべき重要な概念と計画の側面について学びました。 このセクションでは、ソーラーパネルの配線方法について段階的なガイドを提供します。

ほとんどのソーラー パネルには、あらかじめ取り付けられた MC4 コネクタが付属しており、ソーラー パネル間でソーラー パネルを連結することができます。 システムの終点では、通常、複数のサイズの MC4 延長ケーブルを使用して PV システムとインバータを相互接続できる場合があります。

ただし、場合やセクションによっては、システムによって自分で接続を行う必要がある場合があるため、PV コネクタの適切な取り付け方法を学ぶことが依然として重要です。 これは、適切な長さの MC4 延長ケーブルが見つからない場合に発生する可能性があります。

太陽光発電コネクタを PV ワイヤに追加する手順は次のとおりです。

すべての手順を以下の図に示します。

ソーラーパネルを直列に配線するには、モジュールのプラス端子を次のモジュールのマイナス端子に接続する必要があり、電圧が増加します。 これを行うには、次の手順に従います。

ソーラーパネルを並列に配線するには、2 つ以上のモジュールのマイナス端子を接続し、プラス端子でも同じことを行います。 プロセスは次のとおりです。

2 つのモジュールには 2-in-1 MC4 コンバイナーを使用でき、より多くのモジュールにはより大きなコンバイナー (4-in-1 コンバイナーなど) を使用できます。 MC4 コンバイナーの出力には、ソーラー パネルの並列出力接続が含まれます。

直並列接続は、ソーラーパネルを直列と並列で配線する利点を組み合わせたものです。 この構成でソーラーパネルを配線するには、次の手順に従います。

主な違いは、2 つのモジュールではなく、2 つの文字列を接続します。、文字列の先頭と末尾で利用可能な MC4 コネクタを使用します。

ここで、専門家のようにソーラーパネルを配線するためのいくつかのヒントを学ぶことが重要です。以下に重要な考慮事項のリストを示します。

安全装置はオプションではありません。太陽光発電設備では最大 600 V の電圧の直流にさらされる可能性があり、これは非常に危険です。 太陽光発電の設置中は、絶縁手袋、電気安全靴、安全ジャケットなどを着用する必要があります。 これらすべての装備により、設置中の安全が確保されます。

適切な配線管理は、設置を成功させるために重要な考慮事項です。 ソーラーパネルを直列に配線する場合、通常、知っておくべき重要な方法が 2 つあります。リープフロッグとデイジーチェーン。

デイジーチェーンは基本的な配線方法で、1 つのパネルを次のパネルに接続しますが、Leapfrog は、以下に示すように、モジュール上でワイヤをジャンプして次のパネルに接続します。 デイジー チェーンを使用すると通常の配線が可能ですが、リープ フロッグは配線コストを節約し、熱による電力損失を軽減する最も効率的な配線技術です。

もう 1 つの優れた配線管理方法は、結束バンドを使用したり、ケーブルが長すぎる場合にループ状のワイヤを使用したりして、ケーブルを自然なルートに固定または配線することです。 これにより、機械的ストレスが軽減され、ワイヤーの垂れ下がりがなくなり、PV ワイヤーが整理されて安全に保たれます。 これは、屋根や地面の上を歩いている人が緩んだワイヤーにつまずいて接続を損傷したり、さらに悪いことに感電したりするのを防ぐための優れた習慣です。

ソーラーパネルを配線するときは、安全すぎるということはありません。 すべての接続を再確認すると、安全性がさらに高まり、重大な家庭内事故を引き起こす可能性のある電気ホットスポットの可能性を排除することもできます。

各ソーラーストリングの電圧を測定することは、通常の設置では非常に重要ですが、直並列設置ではさらに重要です。 これは、太陽光発電システムを適切に設置するのに役立つだけでなく、工場で欠陥がある可能性があるソーラー パネルや、接続が緩んでいる可能性があるソーラー パネルを検出する優れた方法です。

太陽光発電システムのサイズをインバータの最大出力よりわずかに大きくすることをお勧めします。 これにより、日射量が少ない場合でも、システムはインバーターの最大定格に非常に近い電力出力を生成できることが保証されます。

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