2025-07-03
太陽光発電システムの普及
近年、太陽光パネルは、家庭用エネルギーの代替または主要な供給源としてますます普及しています。過去数年間、さまざまな研究が、太陽光発電（PV）ソーラーパネルの効率、信頼性、さらにはすべての季節、さらには夜間における利用可能性を向上させることに焦点を当てています。さらに、太陽光発電システムの設置は屋外で行われるため、過酷な気象条件、動物の干渉、およびサージや雷などの電気的イベントにも耐えなければなりません。
太陽光発電は、世界中の人々がエネルギーニーズを満たすための定番の選択肢になりつつあります。
ソーラー用DC SPDの理解
DCサージ保護デバイスは、ソーラーPVシステムにおける電力サージを防止します。しかし、より正確には、DC SPDは金属酸化物バリスタを含んでいます。したがって、回路にサージが発生すると、金属酸化物バリスタが余分な電圧を吸収し、電流を通過させます。金属酸化物バリスタは高い抵抗を持っているため、回路は電流の流れによって損傷を受けることはありません。代わりに、サージが通過すると通常の機能に戻ります。さらに、このプロセスはわずかナノ秒で行われるため、システムにサージが発生するリスクはありません。
なぜソーラーシステムはDCサージ保護デバイス（SPD）を必要とするのか？
電圧サージは、落雷や電圧使用の内部変化など、複数の理由で発生する可能性があります。したがって、ソーラーPVシステムは損傷を受けやすいため、電圧サージはソーラー電力の太陽光発電（PV）システムのコンポーネントを破壊します。この電圧サージは、PVパネルに焼け焦げた穴を作り、インバータを劣化させます。したがって、DCサージ保護デバイスは、電流が回路に溢れるのを防ぎ、これらのコンポーネントが損傷するのを防ぐことができます。
電力サージが発生すると、システムは最適なレベルで動作しなくなります。場合によっては、PVシステムのコンポーネントがひどく損傷することもあります。したがって、PVシステムにソーラーサージプロテクターを設置すると、システムが突然のサージなしでスムーズに動作するのに役立ちます。その結果、システムはより良く、より一貫したパフォーマンスを提供します。
突然の電力サージは、PVシステムのコンポーネントを時間の経過とともに劣化させます。これにより、太陽光発電システムの寿命が徐々に短くなります。したがって、サージ保護デバイスは、これらのコンポーネントの健全性を確保します。さらに、このデバイスは、太陽光発電システムの寿命をより長く延ばします。
落雷が太陽光発電PVシステムに当たると、インバータ、コントローラー、またはパネルが深刻な損傷を受ける可能性があります。これらの損傷を修復するには、長期的に投資額を超える費用がかかることがよくあります。場合によっては、これらのコンポーネントを交換する必要があり、これは非常に高価です。したがって、DC SPDを使用すると、余分な費用を費やす必要がなくなり、長期的に節約できます。したがって、DC SPDへの投資は本当に価値があります。
わずかな電圧スパイクでさえ、サージ保護がない場合、太陽光パネルアレイから電力を供給するすべての電子デバイスを損傷する可能性があります。これは、落雷が太陽光パネルの誤動作の主な理由の1つであるため、省エネ投資が落雷保護なしでは無駄になるという事実とは別にあります。
落雷がソーラーPVシステムに当たるとどうなるのか？
落雷は、直接的な落雷による即時的な破壊、または間接的な落雷による劣化損傷のいずれかにより、ソーラーファームに完全または部分的な破壊の重大なリスクをもたらします。
過電圧は、さまざまな方法で太陽光パネルシステムの設置に影響を与える可能性があります。
- 構造物の外部避雷システムへの直接的な落雷、その近く、さらにはPV設置自体への落雷
- 電気ネットワークに分散する雷誘起電流から
- 大気起源（雷）および/または操作による電気ネットワークから伝送される過電圧から
- 雷による電界の変動から
- 雷が中電圧または低電圧導体に当たった場合、グリッドから
- 雷がPVのインバータの近くに当たった場合、地球から
- 雷がPVモジュールに当たった場合、DC側から
落雷が太陽光パネルアレイに当たると、システムのワイヤーループ内に誘導過渡電流が発生し、絶縁体、パネル、インバータ、および通信機器が故障します。コンバイナボックスやMPPT（最大電力点追跡デバイス）など、太陽光発電システム内の他のコンポーネントは、故障する可能性が最も高くなります。
一部のソーラーPVシステムは、パネルへの物理的または回路の損傷に耐える可能性がありますが、その回路制御およびエネルギー貯蔵デバイスは、落雷後すぐに使用できなくなります。
過電圧はどのように太陽光パネルシステムを破壊するのか？
ソーラーセルの損傷：
回路内の電圧過負荷は、ソーラーセルに圧力をかけます。その結果、過熱が始まります。最終的には、材料が焼き切れたり、セルが損傷したりします。場合によっては、ソーラーセルに修復不可能な損傷を与える可能性があります。その結果、太陽光発電プラントを完全に交換する必要がある場合があります。
火災の危険性の発生：
電圧が過負荷になると、材料が過熱し始めます。場合によっては、過度の過熱により材料が爆発する可能性があります。その結果、太陽光発電プラントに大きな火災の危険性が生じます。さらに、これらの発電所は相互に接続されているため、太陽光パネル設置システム全体を破壊する可能性があります。人々の命を危険にさらす可能性もあります。
電源供給の中断：
電圧過負荷は、回路が一貫したパフォーマンスを提供することを妨げます。これらの定期的なサージは、太陽光発電プラントがスムーズに機能することを徐々に不可能にします。その結果、消費者は、システムパフォーマンスの低下を受け取ります。したがって、適切な対策を適切なタイミングで講じないと、システム全体が損傷するのに時間はかかりません。
DC SPDでソーラーシステムを保護するには？
DCサージプロテクターソーラーは、サージを制限して地面に送ることにより、回路制御およびエネルギー貯蔵デバイスを保護します。太陽光パネルアレイへの落雷は、システムのケーブルループに誘導過渡電流を引き起こし、絶縁体、パネル、インバータ、および通信機器を損傷させます。コンバイナボックスやMPPT（最大電力点追跡デバイス）など、太陽光発電システム内の他の電子コンポーネントは、故障する可能性が最も高くなります。DCサージ保護デバイスは、過電圧の振幅を制限し、電流波を地球に迂回させることにより、サージ保護を提供します。このDCサージアレスタは、DCコンポーネントだけでなく、ACコンポーネントにも設置する必要があります。ソーラーPVシステムのDC SPDの総数は、モジュールとインバータ間の距離、およびインバータとDCラインの数によって異なります。
ソーラーに最適なDC SPDの選び方
フラッシュ密度：
雷フラッシュ密度は、1平方キロメートルあたりの落雷の数です。これは、1年を基準に測定されます。このフラッシュ密度は、特定の地域でどのくらいの落雷が発生しているかを知るのに役立ちます。したがって、平均でどのくらいのフラッシュに耐えられるかに基づいて、DC SPDを選択できます。
たとえば、特定の地域で落雷が多すぎる場合は、タイプ1 DC SPDを選択できます。このデバイスは、落雷からコンポーネントを保護するように特別に設計されています。
システム動作温度：
システム動作温度は、物理コンポーネントが故障する可能性のあるデバイスの動作限界です。したがって、選択するDC SPDのシステム動作温度を知っておく必要があります。より良いシステム動作範囲は、DC SPDが安全に動作していることを確認します。
システム電圧：
システム電圧は、DC SPDが動作する最大電圧定格です。これは、電流が定格電流を超えて流れると、DCサージ保護デバイスが劣化する可能性があることを意味します。また、デバイスに永久的な損傷を与える可能性もあります。したがって、選択するDC SPDが高い電圧定格を持っていることを確認してください。
ソーラーファームには、いくつのサージプロテクターが必要ですか？
サージ保護ネットワークは、重要な回路を保護するために、太陽光発電システムのDCおよびAC電力配電ネットワーク全体に設置する必要があります。ソーラーPVシステムに必要なSPDの総数は、パネルとインバータ間の距離によって異なります。
ソーラーPVシステムのインバータのDC入力とAC出力にSPDを設置し、正と負の両方のDCラインを接地することをお勧めします。コンバイナ回路、制御回路、監視システム、および追跡システムも、電気的干渉とデータ損失を防ぐために保護する必要があります。
- ACラインでは、サージ保護は各電力導体に接地する必要があります。
- 太陽光パネル間のケーブル長が10メートル未満の場合、1つのSPDをインバータ、コンバイナボックス、または太陽光パネルの近くに設置する必要があります。
- DCケーブルが10メートルを超える設置では、インバータと太陽光モジュールの両端にさらに多くのサージプロテクターが必要になります。
- 短いDCケーブルを使用するが、長いACケーブルを使用するマイクロインバータを備えた住宅用太陽光発電システムでは、過渡サージから家を保護するために、コンバイナボックスにSPDを設置する必要があります。
ソーラー用DC SPDのコンポーネントは何ですか？
さまざまなタイプの抵抗器が、太陽光発電プラントへのサージストライクを防止します。したがって、DC SPDには、これらの抵抗器のいずれかが含まれている可能性があります。ここでは、それらの内部動作と、それらがどのように電力サージを防止するかについて説明します。確認してください：
金属酸化物バリスタ：
金属酸化物バリスタは、電気デバイスが過電圧または電力サージを回避するのに役立つタイプの抵抗器です。このバリスタは、回路の入り口に配置されます。この抵抗器は、一次回路からの余分な電圧が簡単に過渡的に伝達されるようにします。
ただし、その抵抗は電圧によって変化します。これは、電圧が上昇すると、抵抗が減少することを意味します。その結果、DC SPD回路の電流の流れが大きくなり、電圧のバランスが取れます。
ガス放電管：
ガス放電管（GDT）は、避雷管です。このチューブが電圧の上昇を検出すると、不活性ガスを放出し、イオン化により低抵抗チャネルを形成します。さらに、電流を接地線に渡します。このようにして、ガス放電管は太陽光発電プラントでの電力サージを回避します。
感度抵抗器：
過渡電圧サプレッサ（TVS）などの感度抵抗器があります。これらの電圧サプレッサは、電圧を過渡的に伝達するために迅速に作用できます。まず、TVSのダイオードが回路内の電圧を検出すると、低遷移状態に変換されます。次に、余分な電圧を地面に伝送します。場合によっては、余分な電圧がTVSダイオードを通過することもあります。
ソーラーファームは避雷システムを必要としますか？
サージ保護は、あらゆる電気設備の必要なコンポーネントですが、適切な避雷ソリューションに取って代わるものではありません。
投資を保護したい場合は、サージ保護はオプションではなく、必要不可欠ですが、完全な保護と安心を求める場合は、避雷システムが大規模な太陽光発電設備の成功と失敗の違いを生み出す可能性があります。
避雷システムは、ソーラーPVシステムを保護するだけでなく、資産全体を確実に保護し、過渡電流を安全に地面に迂回させます。
避雷とサージ保護を簡略化する方法は、サージ保護を間接的な落雷に対する2番目の防御線と見なすことです。
対照的に、エアターミナル（避雷針）、ダウンコンダクター、サージプロテクター、等電位ボンディング、およびアースシステムを含む完全な避雷システムは、直接的な落雷に対する最初の防御線です。
ソーラー用DC SPDの事前設置のヒント
- 設置するSPDが、太陽光発電プラントの予想電圧定格よりも高い電圧定格を持っていることを確認する必要があります。
- 機器を適切に設置し、接続の混乱によって誤動作しないように、DC SPDエンクロージャに十分なスペースがあることを確認する必要があります。
- 複数のDC SPDを設置する場合は、これらのサージ保護デバイス間のギャップが管理可能であることを確認してください。
ソーラー用DC SPDの設置方法
ステップ1：DC SPDをソーラーシステムに接続する
まず、サージの可能性がある場所にDC SPDを配置する必要があります。場所は、ケーブルサイズに基づいて、インバータまたはソーラーモジュールにすることができます。場所を見つけたら、太陽光パネルのPVシステムの電気接続をオフにして、作業中の感電のリスクを減らす必要があります。次に、太陽光発電プラントの太陽光発電システムのモジュールからケーブルを取り、DC SPD端子に接続する必要があります。これらの端子には、単相ピンから三相ピンまでが含まれる場合があります。より正確には、単相接続の場合は、プラス記号の付いたケーブルをプラス端子に、マイナス記号の付いたケーブルをマイナス端子に接続する必要があります。最後のPEとマークされたケーブルは、アース線に接続されます。次に、ケーブルが端子に正しく接続されていることを確認して、緩い接続がないようにします。
ステップ2：エンクロージャを選択する
まず、DC SPDを配置できるエンクロージャを選択します。ただし、機器を配置するためにエンクロージャをカスタマイズすることもできます。熱がボックスから出るように、エンクロージャボックスにベントがあることを確認してください。
ステップ3：DC SPDを取り付ける
DC SPDをエンクロージャに配置します。端子が内部に正しく取り付けられていることを確認してください。さらに、これらの端子を後ろ向きに配置して、接続部にほこりがたまらないようにすることができます。
ステップ4：ケーブルを配線する
次に、PVモジュールのケーブルをエンクロージャに配線できます。また、ケーブルクランプを使用して、回路の端を固定し、他のコンポーネントに接触して潜在的な危険を発生させないようにする必要があります。次に、エンクロージャを閉じることができます。
ステップ5：PVシステムをテストする
次に、PVシステムを実行し、DC SPDがサージから適切な保護を提供しているかどうか、および太陽光発電プラントが正常に機能しているかどうかを確認できます。
ソーラー用DC SPDのメンテナンス方法
定期的なチェック：DC SPDを定期的に監視し、緩い接続がないか確認する必要があります。緩い接続が見つかった場合は、しっかりと固定し直してください。また、ケーブルへのほこりの蓄積がないか確認してください。場合によっては、ほこりの蓄積によりワイヤが劣化し、最終的に損傷する可能性があります。
定期的な交換：DC SPDを確認するときは、すべてのコンポーネントが新鮮で無傷であることを確認してください。ただし、ケーブルまたはコンポーネントに損傷が見られる場合は、すぐに交換してください。
