適切なサージ保護装置（SPD）を選択することは、太陽光発電システムの寿命と信頼性を確保するために重要な決定です。この包括的なガイドでは、太陽光発電設備用のSPDを選択する際に考慮すべき重要な要素について説明し、有害な電気サージから貴重な投資を保護するお手伝いをします。
ソーラーシステムにSPD保護が必要な理由
太陽光発電システムは、いくつかの理由からサージによるダメージを特に受けやすい：
- 露出した場所：太陽電池アレイは通常、高台の露出した場所に設置される。
- ケーブルの延長：DC電源ケーブルは、誘導サージのアンテナとして機能する可能性がある。
- 敏感な電子機器：インバータ、監視システム、制御装置には脆弱な部品が含まれている。
- 落雷の誘引：ソーラーパネル・アレイは落雷の通り道となる。
適切なサージ保護がなければ、1回の落雷やグリッドスイッチングによって、インバーター、チャージコントローラー、パネル、モニタリングシステムに数千ドルの損害を与える可能性があります。さらに小規模なサージが繰り返されると、システムのコンポーネントが時間とともに劣化し、効率が低下して動作寿命が短くなる可能性があります。
適切なソーラーSPDを選択するための主な要因
1.SPDの種類と用途を理解する
SPDは主に3つのタイプに分類され、それぞれ異なる保護ニーズに対応している：
タイプ1のSPD：
- 直撃雷に対する保護に使用
- サービス入口またはユーティリティ接続部に設置
- 高エネルギー・インパルスに対応するため、10/350μs波形でテスト済み
- 外部雷保護システムのある建物に必要
- 通常、スパークギャップ技術を使用
タイプ2のSPD：
- 誘導サージおよびスイッチングイベントからの保護
- 分電盤またはサブパネルに設置
- 8/20μs波形でテスト
- 金属酸化物バリスタ（MOV）技術の使用
- 標準的な太陽光発電設備で使用される最も一般的なタイプ
タイプ3のSPD：
- デリケートな端末機器の保護
- 特定の電子機器の近くに設置
- タイプ1および2よりも放電容量が低い
- 監視システムや通信インターフェースによく使用される
ほとんどの住宅用および商業用ソーラーシステムでは、包括的な保護のためにSPDタイプの組み合わせが必要です。両方の保護特性を1つのユニットに統合したタイプ1+2複合SPDもあります。
2.システム電圧要件を評価する
最も重要な選択基準のひとつは、SPDの定格電圧をソーラーシステムの要件に適合させることです：
最大連続動作電圧（MCOV または Uc）：
- DC側SPDは、システムの最大開回路電圧（Voc）よりも高いMCOV定格を持つ必要があります。
- 気温が低いとPVアレイの電圧は上昇する
- 経験則によると最大システムVocを少なくとも10%上回るMCOVを持つDC SPDを選択する。
- 例えば、DC600Vのシステムには、少なくともDC660VのMCOVを持つSPDが必要です。
- AC側SPDは、公称システム電圧を少なくとも25%上回ること
MCOVが不十分なSPDを使用すると、デバイスが正常なシステム電圧をサージ状態として認識するため、早期故障につながり、火災の危険を引き起こす可能性があります。
3.電圧保護レベルをチェックする（上）
電圧保護レベルまたはクランプ電圧は、サージ時に機器に到達する最大電圧を示します：
- より低いUp値により、繊細な部品の保護が向上
- 機器のインパルス耐量以下であること。
- 最良の保護を得るには、機器の許容差より少なくとも20%低いUpのSPDを選択する。
- 一般的なPVインバーターは2.5-4kV以下のUp値を必要とします。
SPDを比較する場合、一般的に電圧保護レベルが低いほど保護性能が優れていることを示しますが、他のパラメータとのバランスを考慮する必要があります。
4.必要な放電電流容量の評価
SPDのサージ電流に対する能力は、2つの重要な定格によって決まる：
公称放電電流 (In)：
- SPDが繰り返し扱えるサージ電流の大きさを示します。
- 数値が高いほど、頻繁なサージに対する耐久性に優れる
- 太陽電池用途のタイプ 2 SPD では、定格電流が 10～20kA 以上であることを確認すること。
最大放電電流（Imax）：
- SPDが安全に迂回できる単一サージ電流の最高値
- タイプ2のデバイスは通常40～80kA
- 高照度地域のシステムは、より高い定格を使用すべきである。
- タイプ1のSPDは、代わりにインパルス放電電流（Iimp）定格を使用する。
場所の雷リスクとシステムの重要性に基づいて、これらの評価のバランスを取ってください。雷雨が頻繁に発生する地域では、雷活動が少ない場所よりも高い格付けが必要です。
5.短絡電流定格(SCCR)の検討
SCCRは、SPDが故障した場合に安全に処理できる最大見込み短絡電流を指定します：
- SPDのSCCRは、設置ポイントで使用可能な故障電流と同等以上でなければならない。
- これは、多くの電気コードで義務付けられている安全要件です。
- 高電圧PVシステムにおけるDC SPDは、故障電流の処理において大きな課題に直面している。
- 一部のSPDは、マークされたSCCRを達成するために外部過電流保護デバイスを必要とします。
6.SPDの最適配置の決定
ソーラーシステムを効果的に保護するには、SPDを戦略的に配置することが重要である：
DC側配置のガイドライン：
10メートル未満ルール」は業界で広く採用されている：
- DCケーブル長が10m未満の場合：インバータのDC入力にSPDを1セット設置すれば十分です。
- DCケーブルの長さが10mを超える場合PVアレイの近く（コンバイナーボックス内）とインバータ入力の2箇所にSPDを設置する。
より大規模なシステムの場合、これらの重要なポイントでの保護を検討する：
- アレイレベル：分散アレイのコンバイナーボックスにSPDを設置する。
- インバータDC入力：インバータDC入力の直前にSPDを設置する。
- ストリング・レベル：複数のストリングを持つシステムでは、ストリングレベルの保護を検討する。
AC側配置：
- 系統連系点：メイン・サービス・パネルでの一次保護
- インバーターAC出力：インバータ近傍の二次保護
- 配電盤：大規模システムのサブパネルに追加保護
また、サージに非常に敏感なことが多い通信システムや監視システムの保護も考慮する。
7.関連規格への準拠の確認
選択したSPDが適用される基準に準拠していることを確認する：
- IEC 61643-31：太陽光発電用途のSPDに特化した規格
- IEC 61643-32：PV SPDの選定および適用原則
- UL 1449：北米におけるSPDの安全規格
- IEC 62305 シリーズ：雷保護システム規格
- NEC第690.7条(C)：米国電気工事規定要件
UL1449に適合し、タイプ1またはタイプ2に指定された製品は、北米のPV用途で一般的に認められている。
8.外部雷保護の影響評価
建物に外部雷保護システム（LPS）がある場合は、それとPVシステムとの間の「離隔距離s」を考慮する必要があります：
- 離隔距離を維持できる場合：タイプ2のSPDで十分かもしれない
- 離隔距離が維持できない場合タイプ1のSPDが義務付けられる
これは、SPDの選択戦略に大きく影響する基本的な設計上の考慮事項である。
9.システムの接地構成を理解する
異なる接地構成には、特定のSPD接続スキームが必要である：
DC側の構成：
- 機能的に接地されている：DCの1極がアースに接続されている
- 高抵抗アース：直流極は抵抗を介してアースに接続
- 未発売/浮遊：どちらの極もアースに直接接続されていない
AC側の構成：
- TN-C、TN-S、TN-C-Sシステム
- TTシステム
- ITシステム
各構成では、効果的な保護を確保するために特定のSPD接続方式が必要となる。例えば、非接地（IT）PVシステムでは、包括的な保護のために「Y字型」構成のSPDが必要になることが多い。
SPDの性能を最適化する設置のベストプラクティス
接続リードの長さの最小化
SPDの物理的な配線は、その性能に決定的な影響を与える：
- リード線の接続はできるだけ短く
- 理想的なリードの長さの合計は0.5メートル未満であるべきです。
- 総接続長が1メートルを超えないこと
- インダクタンスを増加させるので、導体の鋭利な曲げは避ける。
急上昇するサージ電流では、短い接続線でもかなりの誘導電圧降下が発生します。これはSPDのクランプ電圧に直接加わり、保護を損なう可能性があります。
適切な導体サイズの確保
- タイプ 2 SPD の場合、保護アース接続には最低 6 mm² の銅導線を使用すること。
- タイプ 1 SPD の場合、保護アース接続には 16 mm² 以上の銅線を使用すること。
- 活線導体は、システム配線と同等以上でなければならない。
- 常にメーカーの推奨と関連規格に従うこと
ケーブルを適切に配線する
- AC、DC、およびデータケーブルを、関連する等電位ボンディング導体とともに配線する。
- これにより、配線によって形成されるループの面積が減少し、誘導過電圧を最小限に抑えることができる。
- 電磁妨害にさらされるのを最小限に抑えるために、指定されたケーブル経路を作る。
長期保護のためのメンテナンス要件
どんなに優れたSPDでも、寿命には限りがある：
- ほとんどの高品質のSPDは、通常の条件下で10～15年の期待耐用年数を持つ
- SPDの作動や故障の兆候がないか、視覚インジケータを定期的にチェックすること。
- クリティカルな設置の場合は、リモート監視機能付きのSPDを選択すること
- 大きなサージが発生した後は、外見上損傷がなくてもSPDを交換すること
- 特に嵐の季節の前に、定期的な点検スケジュールを確立する。
SPD選定のよくある間違い
ソーラーシステムのサージ保護を選択する際には、このような間違いを避けるようにしましょう：
- アンダーサイジング保護：エネルギー処理能力が不十分なSPDの選択
- 熱性能の無視：屋外エンクロージャーの高温を考慮しない
- 調整の見落とし：エネルギー散逸を適切に調整しない不一致のSPDの設置
- 不完全な保護：DCまたはAC側のみを保護し、脆弱性を残す。
- AC SPD を DC 保護に使用する：アーク消弧能力が異なるため、AC SPDとDC SPDに互換性はありません。
- 品質の妥協：適切な認証を受けた機器ではなく、最も安価な選択肢を選ぶこと。
- 不適切な接地：どんなに優れたSPDでも、不十分な接地システムで設置すること。
- インジケータの欠落：ステータスインジケータのない機器を選択すると、メンテナンスが困難になる
結論ソーラー投資の保護
ソーラーシステムに適したSPDを選択するには、システムの特性、環境要因、および保護要件を慎重に考慮する必要があります。ニーズを適切に評価し、調整された保護戦略を実施することで、サージによる損傷のリスクを大幅に低減できます。
これらの重要なポイントを覚えておいてほしい：
- 太陽光発電アプリケーション用に特別に設計・定格されたSPDを選ぶ
- 定格電圧をシステム要件に合わせる
- DC側とAC側の両方に保護を実装
- 地理的な雷リスクに基づき、適切な保護レベルを選択する。
- メーカーのガイドラインに従った適切な設置
- 推奨されるスケジュールに従ってSPDの保守と交換を行う。
高品質のサージ保護への比較的小さな投資で、数千ドルの潜在的な損害とシステムのダウンタイムを防ぐことができます。太陽光発電システムの保護に妥協は禁物です。再生可能エネルギーへの投資が今後何十年にもわたって収益をもたらすことを保証するために不可欠な要素です。
