すべての太陽光発電設備に太陽光発電避雷器を含める必要があるのはなぜですか?

太陽光発電 (PV) システムは、高額な損害や電源停止を引き起こす可能性のある電気サージにさらされています。この記事では、すべての太陽光発電設備に太陽避雷器（重要な機器を一時的な過電圧から保護するデバイス）が必要である理由を説明します。

1. とは太陽光避雷器?

サージアレスタはサージ保護デバイス (SPD) としても知られ、システムを過電圧から保護する電気部品です。避雷器は、雷によって引き起こされるサージを止めたり吸収したりするものではありません。代わりに、サージをバイパスまたは放電して、敷地内の電気機器への損傷を制限します。これらのデバイスは、高電圧電流をアースに導くことで、高電圧電流が流れ続けるのを防ぎます。

サージが導体を通過すると、避雷器がその絶縁を遮断し、サージが地面に伝わるようにします。電圧レベルが正常に戻ると、導体とアース間の絶縁が回復します。その後、グランドに向かう電流の流れが止まります。

ソーラーサージアレスタは、太陽光発電設備用に特別に設計された SPD です。導体の欠陥や変圧器の故障によって引き起こされる一時的な過電圧や永続的な過電圧から太陽光発電システムを保護します。

一時的な過電圧とは、数サイクルにわたって配電網の公称値を 10% 以上上回る電圧の一時的なスパイクです。永続的な過電圧では、電圧レベルは永続的に高いままになります。

完全な避雷システムには、エアターミナル (避雷針)、引き込み線、サージプロテクター、等電位ボンディング、および接地システムが含まれます。これは直撃雷に対する防御の第一線です。

2. 太陽光発電システムにサージ保護装置が必要なのはなぜですか?

太陽光発電システムは電気サージの影響を受けやすく、機器に多大な損害を与えたり、一時的な電源停止を引き起こす可能性があります。電気サージは、落雷、内部故障、送電網の変動などの外部要因によって発生する可能性があります。

物理的暴露により太陽系が脆弱になる

太陽電池アレイは通常、環境条件にさらされる可能性のある屋外、屋上、または広い野原に設置されます。ソーラーパネルは表面積が広く、屋上や空き地の地面などに露出して設置されるため、落雷を受けやすくなり、寿命が短くなる可能性があります。

太陽電池アレイに直接雷が落ちていない場合でも、近くで雷が発生すると危険な電圧が誘導され、重要なコンポーネントに損傷を与える可能性があります。近くの建造物、公共電線、または地面に雷が落ちると、その結果生じる電磁場により、太陽光発電システムの配線に過渡電圧が誘発される可能性があります。これらの誘導サージは設置場所全体に伝わり、元の衝撃場所から遠く離れた機器に損傷を与える可能性があります。

広範囲にわたるケーブル配線によりサージの経路が生じる

太陽光発電システムには多くの場合、広範な DC ケーブル配線と相互接続された電気機器が含まれるため、サージ電流が伝播するための複数の経路が提供されます。その広範な配線ネットワークは導体として機能し、システムに過渡電圧を導入する可能性があります。

DC 側と AC 側の両方に保護が必要

太陽光発電システムのユニークな特徴の 1 つは、DC 電気回路と AC 電気回路の両方で動作することです。サージはシステムのどちらの側からも侵入する可能性があります。効果的な太陽光サージ保護戦略は、DC 回路と AC 回路の両方に対処し、包括的な保護を提供します。

DC 側には、ソーラー モジュール、ストリング配線、結合ボックス、DC 切断、インバーター入力が含まれます。 AC 側には、インバータ出力、配電機器、変圧器、商用相互接続、施設の電気システムが含まれます。

システムの一部分だけを保護すると、他の重要な機器が損傷を受けやすくなる可能性があります。

サージ保護は見落とされがちです

太陽光発電システムの所有者の多くは、パネルの効率、インバーターの選択、エネルギー生産量の予測に重点を置いています。電気的保護は、損害の大きい故障が発生するまで無視されることがよくあります。サージ現象は予期せず発生し、太陽光発電設備に大きな損傷を与え、ダウンタイム、修理費、エネルギー生産の損失につながる可能性があります。

サージイベントが発生すると、機器の交換コスト、人件費、システムのダウンタイム、エネルギー生産の減少、収益機会の逸失、メンテナンス要件の増加、および保険請求が発生する可能性があります。

開発者によっては、プロジェクトの初期コストを抑えるためにサージ保護デバイスを含めないことを選択する場合があります。ただし、サージによって機器が損傷し、修理または交換が必要になった場合、メンテナンス費用が高額になる可能性があります。

サージ保護の経済的事例

太陽光サージ保護への投資は、多くの場合、プロジェクトの総コストのほんの一部にすぎません。それでも、保護デバイス自体のコストをはるかに超える損失を防ぐのに役立ちます。商用および実用規模の設置では、ダウンタイムがすぐに大幅な収益損失につながる可能性があります。たとえ短時間の操業停止であっても、生産目標や財務実績に影響を与える可能性があります。

3. 太陽光発電システムに落雷が起こるとどうなりますか?

落雷は、直撃による即時、または間接的な雷撃による変性損傷により、太陽光発電施設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。

直撃雷

直撃雷は、壊滅的な被害を引き起こす可能性のある膨大な量のエネルギーを生成する可能性があります。雷がソーラーパネルアレイに落ちると、システムのワイヤーループ内に誘導過渡電流が発生します。絶縁物、パネル、インバータ、通信機器の故障につながります。

間接的な雷の影響

間接的な雷の影響はより一般的であることが多く、同様に問題を引き起こす可能性があります。過電圧は、ソーラー パネル システムの設置にいくつかの形で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やその近く、さらには太陽光発電設備そのものへの直撃まで。

• 電力網に分散された落雷による電流から

• 大気起源の電気ネットワーク (雷) または操作によって伝達される過電圧によるもの

• 雷による電場の変化から

• 送電網から、雷が中電圧または低電圧の導体に落ちた場合

• 地上から、PV のインバータの近くに雷が落ちた場合

• DC 側から、雷が PV モジュールに落ちた場合

主要コンポーネントの損傷

太陽光発電プラントがサージに遭遇し、落雷や避雷器で保護されていない場合、パネルの落雷による穴から、モジュールやインバータ、または監視装置やトラッカー制御などの二次システムの劣化に至るまで、さまざまな機器に損傷が発生する可能性があります。

故障の可能性が最も高い特定のコンポーネントには、結合ボックスと MPPT (最大電力点トラッカー デバイス) が含まれます。一部の太陽光発電システムは、パネルへの物理的損傷または回路損傷に耐えられる場合があります。ただし、回路制御とエネルギー貯蔵装置は落雷後は即座に使用できなくなります。

隠れた長期的な影響

たとえ初期の停電がなかったとしても、設備の損傷によって設備が二次的な影響を受ける可能性があります。これらにより、システムが生成できる電力量が減少する可能性があります。これらの影響は、サージによって引き起こされたことがすぐに明らかでない場合、誤って機器の故障または製造上の欠陥によるものであると誤って認識されることがあります。

PV モジュールが損傷すると、ストリングからの電力出力が失われます。インバータが損傷すると、設備の大部分の出力が遮断または制限される可能性があります。

適切な SPD 配置の重要性

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 配電ネットワーク全体にサージ保護ネットワークを設置する必要があります。太陽光発電システムに必要な SPD の総数は、パネルとインバーターの間の距離によって異なります。

一般的な設置ガイドラインは次のとおりです。

• AC ラインでは、アースへの各電源導体にサージ保護を配置する必要があります。

• ソーラー パネル間のケーブル長が 10 メートル未満の場合は、1 つの SPD をインバータ、コンバイナ ボックスの近く、またはソーラー パネルの近くに設置する必要があります。

• 10 メートルを超える DC ケーブル配線の設置では、ケーブルのインバータとソーラー モジュールの両方の端にさらに多くのサージ保護装置が必要になります。

• DC ケーブルが短く、AC ケーブルが長い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、住宅を過渡サージから保護するために結合ボックスに SPD を取り付ける必要があります。

DC 入力と AC 出力を保護するために SPD をインバータに取り付け、正と負の両方の DC ラインを接地する必要があります。コンバイナおよび制御回路、ならびに監視および追跡システムは、電力の流れへの干渉やデータの損失を防ぐために保護される必要があります。

4. まとめ

すべての太陽光発電設備には太陽光避雷器を含める必要があります。太陽光発電システムは、落雷、送電網の変動、内部の故障などによる電気サージにさらされています。

サージ現象は、インバータ、パネル、結合ボックス、監視装置、およびエネルギー貯蔵装置に損傷を与える可能性があります。損傷により、機器の交換コスト、システムのダウンタイム、エネルギー生産の減少、収益の損失が発生する可能性があります。

すぐに損傷が見られない場合でも、サージによって隠れた劣化が引き起こされ、時間の経過とともに出力が低下する可能性があります。これらの影響は、製造上の欠陥と誤解されることがよくあります。

太陽光サージ保護はオプションではなく、必須です。適切に接地してシステムの DC 側と AC 側の両方に SPD を設置すると、重要な機器を保護し、信頼性の高いエネルギー生成を維持できます。

サージ保護はあらゆる電気設備に必要なコンポーネントですが、適切な雷保護ソリューションに代わるものではありません。エアターミナル、引き込み線、サージプロテクター、等電位ボンディング、接地システムを含む完全な雷保護システムは、直撃雷に対する防御の第一線となります。

YRO は、太陽光発電設備向けに信頼性の高いサージ保護デバイスを提供することに尽力しています。最適な保護を得るには、必ず現地の規制を確認し、メーカーの仕様を参照し、認定されたコンポーネントを使用してください。

適切なサージ保護を選択することで、太陽光発電への投資を保護します。高価な損傷を防ぎ、信頼性の高い長期的なエネルギー生産を保証します。