ソーラー パネルの設置に最適な SPD は何ですか?

ほとんどのソーラー パネルの設置では、最適なアプローチは、協調サージ保護です。PV アレイまたはインバータ DC 入力の DC SPD、インバータ出力または配電パネルの AC SPD、およびタイプ 2 SPD を一次保護層として使用します。 タイプ 3 デバイスは、機密性の高いエンドポイントでのみ使用されます。

これは、すべての太陽光発電システムに「最適な」サージ保護装置が 1 つもないことを意味します。 適切なタイプの SPD を適切な場所に正しく設置して接地して使用することで、最良の結果が得られます。これにより、サージがインバータや他の電子機器に損傷を与える前に段階的に減少します。

太陽光発電システムにおける「最高の SPD」の意味

太陽光発電システムでは、「最高」とは、最大のデバイス、最も高い電流定格、または最も高価な製品を意味するものではありません。 これは、保護の概念がシステムに適合し、サージが実際に入る方法を意味します。

実際には、「最高」とは、次のことを意味します。

正しい場所
太陽系には、パネルからの DC 側とグリッドまたは負荷に接続された AC 側の 2 つの電気世界があります。 両側はサージを受けることができ、通常は両側が独自の保護を必要とします。

正しい SPD タイプ
タイプ 2 デバイスは、通常、PV システムの主な保護層です。 タイプ 3 デバイスは、敏感な機器に近いローカルで細かい保護専用です。

配線距離と接地品質
非常に優れたサージ保護装置でさえ、長いワイヤ、ループ、またはアースへの結合が不十分な状態で取り付けると、パフォーマンスが低下します。

反復サージ持久力
太陽光発電設備は、長年にわたって露出しています。 SPD は、1 つの大きなイベントだけでなく、時間の経過とともに多くの小さなサージを許容する必要があります。

つまり、太陽系の「最適な」SPD は、DC 側または AC 側で正しく選択され、他の保護段階と適切に調整され、短くてよく結合された接続で取り付けられたものです。

ソーラー パネルの設置がサージに敏感な理由

太陽光発電システムは、他の多くの電気設備よりもサージの問題にさらされています。 これは、機器が弱いからではなく、システムの設置方法と場所によるものです。

長い DC ケーブル
PV ストリングは、多くの場合、屋根や畑を横切って数十メートルまたは数百メートル走る。 長いケーブルはアンテナのように機能し、直撃がなくても、近くの雷活動から誘導電圧を拾うことができます。

屋外露出
パネル、コンバイナー ボックス、およびケーブルの一部は屋外に設置されています。 これにより、直接的または間接的な雷効果と高速過渡過電圧の可能性が高まります。

敏感なインバーター電子機器
最新のインバータには、高密度のパワー エレクトロニクス、制御基板、通信インターフェースが含まれています。 これらのコンポーネントは、比較的小さな過電圧インパルスによって損傷を受ける可能性があります。

2 つのメイン サージ エントリ パス
サージは、 アレイ側 (PV フィールドからの DC ケーブルを介して) および グリッド側 (AC ネットワーク経由) 一方の面だけが保護されている場合でも、もう一方の側がインバータを破壊する可能性があります。

これらの要因により、ほとんどの PV システムでは、協調サージ保護はオプションではありません。 これは、基本的な信頼性と稼働時間の設計の一部です。

ソーラー パネルの設置における DC SPD と AC SPD

DC SPD と AC SPD は、ソーラー設備で異なる仕事をします。 たとえ似ていても交換可能ではありません。

A DC SPD DC 電圧が連続しており、多くの場合、高レベル (600 V、1000 V、1500 V 以上) で動作するように設計されています。 DC 固有のアーク動作を処理し、PV ストリング電圧に一致させる必要があります。

アン AC SPD グリッド側で動作するように設計されています。そこでは、電圧が交互にあり、交差がゼロになると、アークの消火に役立ちます。 ユーティリティ ネットワークからのサージや、インストール内のイベントの切り替えから保護します。

これをより明確にするために、次の比較を検討してください。

太陽光発電システムにおける DC 側と AC 側のサージ保護

この表は、DC と AC SPD が異なるサージ パスから保護し、異なるポイントに取り付けられることを示しています。 それらはシステムとして連携します。 片側だけを保護すると、もう一方の側がサージの扉として出てきます。

ソーラー システムのタイプ 2 とタイプ 3 SPD

ほとんどの太陽光発電設備では、主な決定は、多くのエキゾチックな SPD タイプの間ではなく、使用する間の決定です。 2型 そして タイプ3 デバイスを正しく。

• PV パネルのタイプ 2 がデフォルトである理由
  タイプ 2 SPD 通常の設置で発生する誘導およびスイッチング サージの大部分を処理するように設計されています。 何年にもわたって繰り返される出来事を乗り切るのに十分な放電容量とエネルギー処理を備えています。 このため、タイプ 2 は、ほとんどの PV システムで DC 側と AC 側の両方の標準的な選択肢です。
  
• タイプ 3 が補足的な理由
  タイプ 3 SPD は、敏感な機器に非常に近い微細な保護機能を備えています。 放電容量が低く、最初の保護段階または唯一の保護段階を意図したものではありません。 PV システムでは、監視機器、通信ポート、または非常に敏感な制御電子機器の近くで使用されることがあります。
  
• タイプ 3 がパネル保護を置き換えられない理由
  タイプ 3 デバイスだけでは、長い屋外ケーブルやグリッドからのサージのエネルギーを安全に処理できません。 適切なアップストリーム タイプ 2 デバイスなしで使用すると、すぐに故障したり、実際の保護がほとんど得られない可能性があります。
  

要するに、タイプ 2 は、太陽光発電設備におけるサージ保護の主力です。 タイプ 3 は、追加のローカル レイヤーにすぎません。

太陽系の SPD の主要な選択基準

• SPD20C/3-1500 PV S クラス II
• 指定: Type2
• 分類: クラス II
• 保護モード: (+/-)–>PE 、(-/+)–>PE 、(+/-)–>(-/+)
• 公称電圧 UN: 1500 VDC
• マックス 連続動作電圧 UC (L-N): 180 VDC
• 短絡電流定格 ISCPV: 100 A
• 連続動作電流 ICPV: <20 µA
• 定格負荷電流: 80A
• 最大放電電流 (8/20μs) IMAX:40 kA
• 公称放電電流 (8/20μs) in:20 kA
• 電圧保護レベルアップ: ≤5.0 kV
• 絶縁抵抗: ＞1000 MΩ
• ハウジングの材質: UL94V-0
• 保護度: IP20

見積もりを依頼する

を選択する 太陽光発電システム用 SPD ブランドやマーケティングの主張についてではありません。 装置を設置の電気的および物理的条件に合わせることが重要です。 次のチェックリストは、最も重要なポイントをカバーしています。

選択チェックリスト

• PV ストリング電圧 (VOC + 温度影響)
  低温では、PV ストリングの最大開放電圧が増加します。 DC SPD は、公称システム電圧だけでなく、この最悪の場合の値よりも高い連続動作電圧定格 (UC) を持っている必要があります。
  
• DC と AC の配置
  デバイスが設置される場所に応じて、DC または AC での使用を特別に設計および認定されていることを確認してください。 混ぜないでください。
  
• ケーブルの長さと露出
  屋外ケーブルが長いとサージのリスクが高まり、SPD をアレイ側とインバータ側の両方に配置することは、1 つの場所だけでなく、多くの場合に正当化されます。
  
• 接地と接合システム
  SPD は、低インピーダンスでよく結合された接地システムがある場合にのみ、サージ エネルギーを地球に転用できます。 接地概念と SPD の選択は、一緒に考慮する必要があります。
  
• ステージ間の調整
  複数の SPD (たとえば、メイン ボードに 1 つ、インバータの近くに 1 つなど) を使用する場合、それらの電圧保護レベルとエネルギー ハンドリングを調整して、互いに戦うのではなく、ストレスを正しく共有する必要があります。
  

これらの点が尊重されると、選択された ソーラーパネル用サージ保護装置 インストールは、紙の上だけでなく、何年にもわたってその仕事をします。

ソーラー設備での典型的な SPD 配置レイアウト

正確なレイアウトはシステムのサイズと構造に依存しますが、ほとんどの場合、ロジックは似ています。サージをできるだけ近くに近づけ、インバータを両側から保護します。

住宅の屋上システム

一般的な住宅システムでは、PV ストリングはルーフから 1 つのインバーターに直接流れます。

• オンザに DC側、タイプ 2 DC SPD は、多くの場合、ルーフトップ コンバイナー ボックス (存在する場合) またはインバータの DC 入力に取り付けられます。
  
• オンザに AC側2 AC SPD はメインの分電盤またはインバータ出力の近くに取り付けられています。
  

目標は、サージ パスごとに 1 つずつ、2 つの保護点の間にインバータを維持することです。

商用屋上システム

商用システムでは、通常、ケーブル配線が長くなり、複数のストリングがあり、場合によっては複数のインバーターがあります。

• DC側 SPD は、多くの場合、コンバイナー ボックスに配置され、距離が大きい場合はインバータ入力の近くに配置されることがあります。
  
• AC側 SPD は、インバータ出力とメインの低電圧分電盤に配置されます。
  

ここでは、多くの点でサージが入る可能性があるため、いくつかの SPD 間の調整がより重要になります。

地上設置型ソーラーシステム

地上に設置されたシステムは、空き領域を横切って非常に長い DC ケーブルを接続できます。

• DC側 保護は、アレイ フィールド (フィールド コンバイナー ボックス内) とインバータまたは発電所の両方に取り付けられることがよくあります。
  
• AC側 保護は、インバータ出力とグリッド接続点に取り付けられています。
  

ロジックは常に同じです。サージを一歩ずつ減らし、ケーブル全体を電子機器に移動させるのではなく、一歩ずつ減らします。

パフォーマンスを決定するインストール方法

最高のサージ保護装置でさえ、正しく取り付けられなかった場合、パフォーマンスが低下することがあります。 実際の多くの障害では、問題はデバイス自体ではなく、接続方法にあります。

• 接続リード線が短い
  SPD から相、DC 導体、およびアースへのワイヤは、できるだけ短くする必要があります。 センチメートルを増やすとインダクタンスが加わり、サージ中に機器に現れる電圧が増加します。
  
• 配線にループはありません
  ループまたはコイル状のワイヤはインダクタのように機能し、高速トランジェント中の SPD の効果を大幅に低下させます。
  
• 保護された機器またはエントリー ポイントへの取り付けを閉じる
  SPD は、ケーブルがインバータまたは建物に入る場所の近くに設置する必要があります。正当な理由がない限り、別のキャビネットに遠くにはありません。
  
• 地球との高品質な結合
  アース接続は低インピーダンスで、アース システムの残りの部分に十分に結合する必要があります。 地球が貧弱な場合、サージ保護装置はほとんど役に立たなくなります。
  

これらのインストールの詳細は、SPD データシートの値のわずかな違いよりも、実際の保護パフォーマンスに大きな影響を与えることがよくあります。

ソーラー SPD 設計でよくある間違い

多くのソーラー システムには何らかの形のサージ保護機能がありますが、基本的な設計ミスにより、損傷を受けています。

AC のみまたは DC 保護のみ
グリッド側のみ、または PV 側だけを保護すると、インバータは別の方向から露出したままになります。

間違った配置
ケーブルのエントリ ポイントから遠く離れた場所に設置された SPD または長い接続リード線は、重要な場所で電圧をクランプできません。

タイプ 3 デバイスの使いすぎ
タイプ 3 デバイスは、小型で安価であるため、唯一の保護段階として使用されることがあります。 これは、PV システムで設計されたものではありません。

アースの仮定が不十分
「どこかに地球のつながりがある」と仮定するだけでは十分ではありません。 適切に設計された低インピーダンスの接地およびボンディング システムがなければ、サージ保護装置は意図したとおりに動作しません。

2 つの類似製品から選択するよりも、これらの間違いを避けることが重要です。

電力線に加えて、RS485 やイーサネットなどのインバータ通信ポートもサージ エネルギーを運ぶことができます。 一部の設置では、監視ケーブルや通信ケーブルによる損傷のリスクを軽減するために、データライン サージ保護装置が使用されています。

結論

ソーラー パネルの設置に最適なサージ保護は、単一のデバイスではなく、設置の DC 側と AC 面の両方をカバーする協調保護システムです。 サージは PV アレイまたはグリッドから入ることができるため、インバータやその他の電子機器が長期にわたって信頼性を維持するためには、両方のパスを保護する必要があります。 ほとんどのソーラー システムでは、タイプ 2 サージ保護デバイスがメインの保護層を提供しますが、タイプ 3 デバイスは、敏感な機器に近いローカルおよび補足保護にのみ使用されます。 個々のデバイスの生の定格よりも、DC または AC の使用に関する正しい選択、保護段階間の適切な調整、適切な接地とボンディング、および慎重な設置方法が、実際の動作条件でサージ保護が実際に機能するかどうかを決定します。

よくある質問