ソーラーポンプケーブルのサイジングと電圧降下: 2026 年完全ガイド

A ソーラーポンプシステム通常、ポンプの揚程と流量という 2 つの数値で販売されます。次に、それが設置され、宣伝どおりに機能するかどうかは 3 番目の数字、つまりケーブルによって静かに決定されます。過大なケーブルは、太陽光発電のポンプにおいて最も一般的だが診断がほとんど行われない障害の 1 つです。アレイ、ポンプ、コントローラーは正常ですが、ポンプの動作が遅くなったり、正午に不足電圧でトリップしたり、早朝にまったく始動しなかったりします。原因は多くの場合、長くて細い配線での数ボルトの損失です。

このガイドでは、電圧降下の仕組み、許容範囲、どのケーブル サイズにどの電流が流れるか、実際の例を示しながら段階的に配線のサイズを決定する方法、ケーブルがボーリング孔内で 10 年間耐えられるかどうかを決定する設置の詳細など、実践的な観点から主題全体を取り上げています。この本は、220 W から 15,000 W までのソーラー ポンプとコントローラーを製造する Taizhou Lead Pump Co., Ltd. のエンジニアリング チームによって書かれました。

1. 太陽光発電ポンプが動作するかどうかがケーブルによって決まる理由

主電源ポンプとは異なり、ソーラーポンプは電圧に非常に敏感です。 230 V で給電されるグリッド ポンプは、誰にも気付かれずに 10 V の電圧降下に耐えることができます。 DC96Vソーラーポンプ10 V が失われると、電源の 10% 以上が失われ、コントローラの MPPT ウィンドウ、起動しきい値、低電圧保護がすべて誤動作し始めます。

ケーブルを間違えると、次の 3 つの結果が生じます。

· さく乳時間の損失。ポンプを起動するには最低電圧が必要です。電圧降下によってそのしきい値が午前中遅くなり、午後の早い時間帯に押し上げられるため、1 日の中で最も生産的な時間が失われます。

· ピーク時の流れの喪失。公称電圧以下で動作するモーターは、同じ負荷に対してより多くの電流を消費し、より高温で動作し、供給される水の量が少なくなります。これは典型的な「動作しますが、データシートとは異なります」という不満です。

· 迷惑な旅行と短い人生。不足電圧および過電流保護が繰り返し作動します。すべてのトリップは始動と停止のサイクルであり、すべてのサイクルでモーター、シール、コントローラーのコンデンサーが摩耗します。

2. 重要な 2 つの数値: 電圧降下と電流容量

ケーブルの選択は常に 2 つの独立した制限の間の妥協点であり、両方を満たす必要があります。

電圧降下（性能限界）

銅には 1 メートルごとに抵抗があります。そこを流れる電流は、電流、長さ、1メートルあたりの抵抗に比例して電圧を失います。電圧降下自体は何も損傷しませんが、モーターが消耗します。これがシステムが機能するかどうかを決定する限界です。

電流容量 — 通電容量 (安全限界)

導体がその断面に対して多すぎる電流を流すと過熱します。ボーリング孔内では、ケーブルはドロップ パイプと束ねられ、多くの場合シュラウド内で空気の流れがなく、熱が逃げることができません。過熱により PVC 絶縁が劣化し、水中での絶縁劣化によりポンプが完全にショートします。これは、システムが安全かどうかを決定する制限です。

電圧降下テストに合格したケーブルでも電流容量テストに合格しない可能性があり、その逆も同様です。必ず両方を計算して、大きい方のサイズを選択してください。

3. 電圧降下の計算式と 3% / 5% ルール

2 線式 DC 回路の場合、これが最も重要です。ソーラーポンプアレイと多くのポンプ供給では、電圧降下は次のようになります。

VD (V) = 2 × L × I × ρ ÷ A

· L = メートル単位の片方向ケーブルの長さ (2 は戻り導体を考慮します)

· I = 電流（アンペア）

· ρ = 銅の抵抗率 ≈ 0.0175 Ω·mm²/m (20 °C) (ホット ケーブルと保守的な設計には 0.020 を使用)

· A = 導体の断面積（mm²）

三相 AC の場合も同じ考えが VD = √3 × L × I × ρ ÷ A となります。単相 AC の場合は、力率を含めた 2 線式を使用します。

どの程度のドロップであれば許容されますか?業界の慣習と私たちがそれに合わせて設計するのは次のとおりです。

2 つの実践的なルールが続きます。まず、常にケーブルが受ける最大電流に基づいて計算します。通常は、定格動作電流ではなく、全負荷時のポンプの最大入力電流です。次に、ケーブルが熱くなる場合、他のケーブルと束ねられる場合、または夏の直射日光にさらされる場合は、10 ～ 20% のマージンを追加します。

4. ワイヤーゲージ: mm²、AWG、および各サイズの意味

ほとんどの輸出市場ではメートル法 mm² が標準です。北米のバイヤーは AWG で考えます。おおよその等価電流と標準的な銅線電流 (PVC 絶縁、周囲 30 °C、自由空気中の単一ケーブル) は次のとおりです。

電流容量の数値は参考値です。絶縁タイプと設置方法については、ケーブル メーカーのデータシートを必ず確認してください。ボアホール内で束ねられた水中ドロップ ケーブルの場合は、およそ 0.8 のディレーティング係数を適用します。電線管または高温の屋根スペース内のケーブルの場合、0.7 ～ 0.8。ディレーティング数値が負荷に近い場合は、1 つ上のサイズをお選びください。

5. クイックリファレンス: 10 メートルあたりの損失ボルト数

以下の表は、20 °C での単方向銅配線、2 線式回路の 10 m ごとの電圧降下をボルト単位で示します。システム電圧に依存しないため、48 V、96 V、220 V、または 380 V システムに使用できます。結果を許容パーセンテージと比較するだけです。

このように読んでください: 20 A を流す 4 mm² ケーブルは 10 m あたり 1.75 V 損失します。 10.5 V の片道 60 メートル以上の走行 - 380 V システム (2.8%) では問題ありませんが、96 V システム (10.9%) では致命的です。

6. 段階的なサイジング (3 つの実際の例を使用)

すべての実行に毎回このシーケンスを使用します。

· ステップ 1 — システム電圧を確立します。 DC システムの公称 DC バス電圧、または AC の相電圧。

· ステップ 2 — 最大電流を見つけます。銘板またはデータシートに記載されている全負荷時のポンプの最大入力電流を使用します。アレイからコントローラーへの実行には、アレイ短絡電流 × 1.25 を使用します。

· ステップ 3 — 実際の片道の長さを測定します。ボーリング孔の垂直方向の落差、アレイまでの水平方向の距離、および両端の 2 ～ 3 m のたるみを含めます。敷地計画から見積もらないでください。

· ステップ 4 — 許可されるドロップを設定します。各セクションのシステム電圧の 3%、合計 5%。

· ステップ 5 — A を解きます: A = 2 × L × I × ρ ÷ VD_allowed。次の標準サイズに切り上げます。

· ステップ 6 — 電流容量を確認し、ディレーティングを適用し、アース/グランド導体を確認します。迷った場合は、1 つ上のサイズをお選びください。ポンプの故障に比べれば、コストの差はわずかです。

例 A — 1.5 kW DC 水中機器、96 V システム、片道 60 m

最大ポンプ電流 15.6 A。96 V の 3% の許容降下 = 2.88 V。A = 2 × 60 × 15.6 × 0.0175 ÷ 2.88 = 11.4 mm²。次の標準サイズは 16 mm² です。電流容量のチェック: 16 mm² の定格は約 62 ～ 76 A、ボーリング孔内では約 55 A に減定格されます。これは 15.6 A をはるかに上回ります。 結果: 16 mm²、3% 以内に十分収まります。

例 B — 2.2 kW AC 単相水上ポンプ、220 V、片道 50 m

電流 ≈ 10 A。許容降下は 220 V の 3% = 6.6 V。A = 2 × 50 × 10 × 0.0175 ÷ 6.6 = 2.65 mm²。次の標準サイズは 4 mm² で、これは約 1.75 V 降下 (0.8%) をもたらします。これは、負荷下で始動するモーターにとって健全なマージンです。結果: 4 mm²。

例 C — 7.5 kW 三相水中発電機、380 V、片道 120 m

電流 ≈ 15 A。許容降下は 380 V の 3% = 11.4 V。A = 1.732 × 120 × 15 × 0.0175 ÷ 11.4 = 4.8 mm²。電圧降下は 6 mm² と記載されていますが、15 kW クラスのボアホール設置では、機械的堅牢性と将来の再定格のために通常 10 mm² が指定されています。結果: 10 mm² — 電流容量と実用的なチェックが最小計算よりも優先されます。これは深井戸では正常です。

7. 太陽系内の 2 つの実行は同じではない

ほとんどの設置には 2 つの異なるケーブル配線があり、さまざまな理由で失敗します。

配列 → コントローラー

この走行は、屋根の上、地上マウント、野原を横切って露出されます。アレイの電圧でアレイの全電流が流れます。優先事項は、UV 定格の絶縁、げっ歯類やアトリマーに対する機械的保護、正しい極性、およびコントローラーの DC アイソレーターです。通常の建築用電線ではなく、太陽光発電ケーブル (H1Z2Z2-K または同等品) を使用してください。

コントローラー→ポンプ

この配管はボーリング孔に埋まっており、永久に濡れており、ポンプを引かなければ交換することはできません。優先事項は、連続的な防水ジャケットを備えた適切な水中ドロップ ケーブル、強力な物理的サポート (ケーブルはケーブル自体の導体からではなく、張力緩和装置から吊り下げる必要があります)、および熱を考慮したディレーティングです。システム内のどこかで使いすぎる場合は、ここで使いすぎてください。

アレイを長時間実行する場合、アレイの電圧を上げてコントローラで下げるという別のオプションもあります。電圧を 2 倍にすると電流が半分になり、損失は電流の 2 乗で減少します。これが、より深い井戸では 96 V および 192 V DC システムが一般的である理由です。

8. ケーブルの寿命を決定する設置の詳細

· 連続した 1 つの長さを使用します。濡れたボーリング孔内のすべての接合部は、将来の故障点となります。やむを得ず接合する場合は、テープではなく、適切な水中スプライス キットを使用してください。

· ケーブルを独立してサポートします。ケーブルは 2 ～ 3 m ごとにドロップ パイプに結束され、上部には張力緩和グリップが付いています。導体は決してケーブルの重量を支えてはなりません。

· サービスループを終了します。坑口とコントローラーに 2 ～ 3 m のたるみがあるため、試運転中の再引き上げが不要になります。

· ケーブルをポンプの吸気口に近づけないでください。吸引領域から離して、平らにテープで留めて、パイプにまっすぐ上に配線します。

· 曲げ半径を尊重してください。しっかりと曲げて亀裂を絶縁します。メーカーの最小半径に従ってください。通常はケーブル直径の 6 ～ 10 倍です。

· 適切に接地して接着します。ポンプ本体とコントローラーエンクロージャを地域の条例に従って接地してください。浮遊太陽電池アレイ上でフレームも接着します。

· 雷から保護します。長いアレイの実行では、誘発されたスパイクが検出されます。コントローラに DC サージ アレスタを取り付け、アース線を短く真っ直ぐに保ちます。

· 両端にラベルを付けます。コントローラ エンクロージャ内にケーブル スケジュールがテープで貼られているため、次の技術者の時間を節約できます。

9. 私たちが繰り返し目にする8つの間違い

· 最大入力電流ではなく定格電流に基づいてサイジングする - 重要な場合、ケーブルはギリギリになります。

· 井戸の深さを測定し、アレイまでの水平方向の距離を忘れますが、これはしばしば長くなります。

· トラックに積まれていたため、ボーリング孔内で建築用ワイヤーを使用した。通常の PVC は永久的な浸漬には耐えられません。

· 40 m の DC 配線でコストを節約するためにアルミニウムを選択しましたが、なぜ電圧崩壊がさらに悪化するのか疑問に思いました。

· 温度ディレーティングを無視します。自由空気中で定格 41 A のケーブルは、束ねられたボアホール内で 30 A を伝送できます。

· ミッドドロップを絶縁テープで接合します。水は常に接合部を見つけます。

· ポンプ ケーブルとアレイ ケーブルを両方のディレーティングを確認せずに同じ導管内で配線する。

· ケーブルを導体からぶら下げたままにすると、銅線がゆっくりと伸び、抵抗が増加します。

10. トラブルシューティング: ケーブルに起因する症状

11. 試運転前のケーブルチェックリスト

· 片道の長さは測定および記録されており、推定ではありません

· 最大電流はデータシートから取得され、関連する場合は 1.25 係数が適用されます。

· 電圧降下はセクションごとに計算され、合計は 5% 未満

· 温度とバンドルのディレーティングで電流容量をチェック

· 環境向けに評価されたケーブル タイプ (アレイの場合は UV、ボアホールの場合は水中)

· 水線より下の継ぎ目はありません。すべてのスプライスは水中キットを使用します

· ケーブルは 2 ～ 3 m ごとにサポートされ、坑口で張力が軽減されます。

· 最初の開始前に対アースの絶縁抵抗を測定および記録

· アースの導通性と極性が確認済み

· コントローラ内に残るケーブル スケジュールと完成時の長さ

12. よくある質問

Q: 配線が短い場合、より小さいケーブルを使用できますか?

A: はい。電圧降下は長さに応じて変化するため、10 m の配線では 100 m の配線よりもはるかに小さな導体が許容されます。ただし、モーター電流が流れるものについては、電流要件を決して下回ってはならず、また 1.5 mm² を下回ってはなりません。

Q: 電圧降下はAC側でも問題になりますか?

A: これは重要ですが、主電源電圧が高く、損失の割合が小さいため、それほど劇的ではありません。同じ 3% ルールが適用され、モーターの始動がチェック対象となります。

Q: 最大実行長はどれくらいですか?ソーラーポンプ?

A: 固定の制限はありません。コストには制限があります。およそ 150 ～ 200 m を超えると、3% を維持するために必要なケーブルが高価になり、通常は銅線を購入するよりもシステム電圧を上げる方が安価になります。

Q: 配線全体に 1 つのケーブル サイズを使用する必要がありますか?

A: 必ずしもそうではありません。各セクションを個別に計算する場合、深いボーリング孔セクションには重いケーブルを使用し、地上では軽いケーブルを使用するのが一般的であり、賢明です。

Q: 朝だけポンプが不足電圧でトリップするのはなぜですか?

A: 暗い場所では、アレイ電圧はすでに起動しきい値に近くなります。ケーブルが落ちると下に押し込まれます。通常、アレイからコントローラーへの実行を改善すると、問題は解決します。

Q: アルミケーブルは使用できますか?

A: 固定式の大きなセクションのフィーダーの場合は、適切なラグと酸化防止剤を使用すれば可能です。水中ドロップ ケーブルの場合は、銅線を使用しないでください。

Q: ポンプを下げる前にケーブルをチェックするにはどうすればよいですか?

A: 対アースの絶縁抵抗 (通常、新しいケーブルの場合は 500 V で >100 MΩ)、すべてのコアの導通、および極性チェック。測定値を記録します。これらは、将来の障害発見のベースラインとなります。

Q: 坑口にジャンクションボックスを使用して水中ケーブルを延長できますか?

A: はい — 水線より上、両側に張力緩和のある適切な IP68 エンクロージャ内。水線より下では、水中接続キットを使用するか、まったく使用しないでください。

結論

ケーブルはソーラーポンプシステムの中で最も安価な部分であり、最も間違いやすい部分です。 3% / 5% ルールに対する電圧降下とディレーティングテーブルに対する電流容量という 2 つの計算により、現場でのほぼすべてのケーブル関連の障害を防止できます。ポンプが穴に落ちる前にこれらを実行し、数値を記録すれば、システムは 10 年目でも定格流量を供給できます。

LEAD PUMP について (台州リードポンプ有限公司)

Taizhou Lead Pump Co., Ltd. は、太陽熱温水ポンプと、220 W から 15,000 W までの水中ポンプ、遠心ポンプ、ジェットポンプ、汚水ポンプの全製品を製造しています。ポンプとコントローラーの両方を製造しているため、井戸の深さ、落差、流量、日照時間を考慮して、ケーブルを含む完全なシステムのサイズを決定できます。製品はCE、RoHS、ISO 9001:2015認証を取得しています。

· ウェブサイト: www.zjleadpump.com

· 電子メール: sales01@zjleadpump.com

· WhatsApp: +86 195 6006 2010

· MOQ: OEM の場合、モデルごとに 50 セット。サンプル 1 ～ 5 セット。モデルごとに卸売 50 セット以上

· 保証: ポンプ本体は 2 年、コントローラーは 1 年 — 交換、問答無用 (FOB 中国)

· アフリカ: ナイジェリア、タンザニア、ケニア、南アフリカ、ガーナ、カメルーンの現地企業アカウント。現地通貨での支払いが可能

実際のプロジェクトに合わせてケーブルのサイズを調整する必要がありますか?システム電圧、ポンプ出力、井戸の深さ、コントローラーまでの距離の 4 つの数値をお送りいただければ、当社のエンジニアリング チームが 24 時間以内にサイズ表と見積もりを返信します。