太陽光発電システムのサージ保護


再生可能エネルギーを利用するための太陽光発電(PV)施設は、その露出した場所と大きな表面積のために、落雷のリスクが非常に高くなっています。

個々のセグメントの損傷またはインストール全体の障害が結果として生じる可能性があります。

雷電流とサージ電圧は、多くの場合、インバーターと太陽光発電モジュールに損傷を与えます。 これらの損害は、太陽光発電施設の運営者にとってより多くの費用を意味します。 修理費用が高くなるだけでなく、施設の生産性も大幅に低下します。 したがって、太陽光発電施設は常に既存の避雷および接地戦略に統合する必要があります。

これらの停止を回避するには、使用中の雷およびサージ保護戦略が相互に作用する必要があります。 施設がスムーズに機能し、期待される歩留まりを実現するために必要なサポートを提供します。 そのため、太陽光発電による照明の設置とLSPからの過電圧保護を保護する必要があります。

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標準と要件

太陽光発電システムの設計と設置では、過電圧保護に関する現在の基準と指令を常に考慮に入れる必要があります。

欧州ドラフト規格DINVDE0100パート712 / E DIN IEC 64/1123 / CD(低電圧システムの建設、特別な機器および設備の要件、太陽光発電システム)およびPV設備の国際設置仕様– IEC 60364-7- 712 –どちらも、PV設備のサージ保護の選択と設置について説明しています。 また、PV発電機間のサージ保護デバイスも推奨しています。 ドイツの不動産保険会社協会(VdS)は、PVが設置された建物のサージ保護に関する2010年の出版物で、雷保護クラスIIIに準拠した10kWを超える雷および過電圧保護を要求しています。

インストールが将来にわたって安全であることを保証するために、当社のコンポーネントがすべての要件に完全に準拠していることは言うまでもありません。

さらに、サージ電圧保護コンポーネントの欧州規格が準備中です。 この規格は、PVシステムのDC側にサージ電圧保護をどの程度設計する必要があるかを指定します。 この規格は現在prEN50539-11です。

同様の規格が現在フランスですでに施行されています– UTE C61-740-51。 LSPの製品は現在、さらに高いレベルの安全性を提供できるように、両方の規格への準拠についてテストされています。

クラスIおよびクラスII(BおよびCアレスタ)のサージ保護モジュールは、電圧の発生を迅速に制限し、電流を安全に放電することを保証します。 これにより、太陽光発電施設での高額な損害や完全な停電の可能性を回避できます。

照明保護システムの有無にかかわらず、建物の場合–あらゆる用途に適した製品をご用意しています。 完全にカスタマイズされ、ハウジングに事前に配線されたモジュールを、必要に応じて提供できます。

太陽光発電システムへのサージ保護デバイス(SPD)の導入

太陽光発電エネルギーは、再生可能エネルギー源からのエネルギー生産全体の重要な要素です。 太陽光発電システムにサージ保護デバイス(SPD)を配備する際に考慮する必要のある、いくつかの特別な特性があります。 太陽光発電システムには、特定の特性を持つDC電圧源があります。 したがって、システムコンセプトは、これらの特定の特性を考慮に入れ、それに応じてSPDの使用を調整する必要があります。 たとえば、PVシステムのSPD仕様は、太陽光発電機の最大無負荷電圧(VOC STC =標準テスト条件下での無負荷回路の電圧)、および最大のシステム可用性と安全性の確保に関して。

外部雷保護

太陽光発電システムは、表面積が大きく、設置場所が一般的に露出しているため、特に雷などの大気放出のリスクがあります。 この時点で、直接落雷の影響といわゆる間接(誘導性および容量性)落雷の影響を区別する必要があります。 一方で、避雷の必要性は、関連する規格の規範的な仕様に依存し、他方では、避雷の必要性は、関連する規格の規範的な仕様に費やされます。 一方、それはアプリケーション自体に依存します。つまり、それが建物であるかフィールドインストールであるかによって異なります。 建物の設置では、既存の避雷システムを備えた公共の建物の屋根への太陽光発電機の設置と、避雷システムを備えていない納屋の屋根への設置との間に違いが生じます。 フィールドインストールは、大面積のモジュールアレイにより、大きな潜在的なターゲットも提供します。 この場合、直接の落雷を防ぐために、このタイプのシステムには外部の落雷保護ソリューションをお勧めします。

規範的な参照は、IEC 62305-3(VDE 0185-305-3)、補足2(雷保護レベルまたはリスクレベルLPL IIIによる解釈)[2]および補足5(PV電源システムの雷およびサージ保護)に記載されています。また、VdS指令2010 [3]では(PVシステムが10 kWを超える場合は、雷保護が必要です)。 さらに、サージ保護対策が必要です。 たとえば、PV発電機を保護するために、空気終端システムを分離することを優先する必要があります。 ただし、PV発電機への直接接続を回避できない場合、つまり安全な分離距離を維持できない場合は、部分的な雷電流の影響を考慮する必要があります。 基本的に、シールドケーブルを発電機のメインラインに使用して、誘導された過電圧を可能な限り低く保つ必要があります。 さらに、断面積が十分である場合(最小16mm²Cu)、ケーブルシールドを利用して部分的な雷電流を伝導することができます。 同じことが、閉じた金属製ハウジングの利用にも当てはまります。 アースは、ケーブルと金属ハウジングの両端で接続する必要があります。 これにより、発電機のメインラインがLPZ1(雷保護ゾーン)に分類されます。 つまり、SPDタイプ2で十分です。 それ以外の場合は、SPDタイプ1が必要になります。

サージ保護デバイスの利用と正しい仕様

一般に、AC側の低電圧システムでのSPDの展開と仕様を標準的な手順と見なすことができます。 ただし、PVDC発電機の展開と正しい設計仕様は依然として課題です。 その理由は、第一に、ソーラー発電機には独自の特性があり、第二に、SPDがDC回路に配備されているためです。 従来のSPDは通常、直流ではなく交流電圧用に開発されています。 関連する製品規格[4]は、これらのアプリケーションを何年にもわたってカバーしており、これらは基本的にDC電圧アプリケーションにも適用できます。 ただし、以前は比較的低いPVシステム電圧が実現されていましたが、現在、これらはすでに約無負荷のPV回路で1000VDC。 タスクは、適切なサージ保護デバイスを使用して、この順序でシステム電圧をマスターすることです。 太陽光発電システムにSPDを配置することが技術的に適切で実用的な位置は、主にシステムのタイプ、システムコンセプト、および物理的表面積に依存します。 図2と図3は、主な違いを示しています。まず、外部雷保護を備えた建物と、屋根に取り付けられたPVシステム(建物の設置)。 第二に、外部の避雷システムも備えた広大な太陽エネルギーシステム(現場設置)。 最初の例では、ケーブル長が短いため、保護はインバータのDC入力でのみ実装されます。 10番目のケースでは、SPDはソーラージェネレーターの端子ボックス(ソーラーモジュールを保護するため)とインバーターのDC入力(インバーターを保護するため)に取り付けられます。 SPDは、PV発電機とインバーターの間に必要なケーブルの長さが2メートルを超えたらすぐに、PV発電機の近くとインバーターの近くに設置する必要があります(図2)。 AC側、つまりインバーター出力とネットワーク電源を保護するための標準ソリューションは、インバーター出力に取り付けられたタイプ1 SPDを使用して実現する必要があります。建物に設置する場合は、主電源に外部雷保護を備えます。ポイント–SPDタイプXNUMXサージアレスタを装備。

DC太陽光発電機側の特徴

これまで、DC側の保護コンセプトでは、通常のAC主電源電圧に常にSPDが使用されていました。これにより、L +とL-はそれぞれ保護のためにアースに配線されていました。 これは、SPDが最大ソーラー発電機無負荷電圧の少なくとも50パーセントの定格であることを意味しました。 ただし、数年後、PV発電機で絶縁障害が発生する可能性があります。 PVシステムでのこの障害の結果として、PV発電機の全電圧がSPDの障害のない極に印加され、過負荷イベントが発生します。 連続電圧からの金属酸化物バリスタに基づくSPDの負荷が高すぎると、SPDが破壊されたり、切断デバイスがトリガーされたりする可能性があります。 特に、システム電圧が高いPVシステムでは、切断装置がトリガーされたときに、スイッチングアークが消火されないために発生する火災の可能性を完全に排除することはできません。 PV発電機の短絡電流は定格電流の短絡電流よりわずかに高いだけなので、上流で使用される過負荷保護要素(ヒューズ)はこの確率の解決策ではありません。 今日、約のシステム電圧を持つPVシステム。 電力損失を可能な限り低く抑えるために、1000 VDCがますます設置されています。

図4-XNUMXつのバリスタを備えたY字型の保護回路

SPDがこのような高いシステム電圧を確実にマスターできるようにするために、4つのバリスタで構成されるスター接続は信頼性が高く、準標準として確立されています(図XNUMX)。 絶縁不良が発生した場合でも、直列のXNUMXつのバリスタが残り、SPDの過負荷を効果的に防ぎます。

要約すると、漏れ電流が完全にゼロの保護回路が設置されており、切断メカニズムが誤って作動するのを防ぎます。 上記のシナリオでは、延焼も効果的に防止されます。 同時に、絶縁監視装置からの影響も回避されます。 そのため、絶縁不良が発生した場合でも、シリーズには常に2つのバリスタがあります。 このようにして、地絡を常に防止しなければならないという要件が満たされます。 LSPのSPDタイプ40アレスタSLP1000-PV3 / XNUMX、UCPV = 1000Vdcは、十分にテストされた実用的なソリューションを提供し、現在のすべての規格(UTE C61-740-51およびprEN50539-11)への準拠についてテストされています(図4)。 このようにして、DC回路で使用できる最高の安全性を提供します。

実用的なアプリケーション

すでに述べたように、実際のソリューションでは、建物と現場での設置に違いがあります。 外部の避雷ソリューションが取り付けられている場合、PV発電機は、絶縁型避雷装置システムとしてこのシステムに統合することが望ましいです。 IEC 62305-3は、エア終端距離を維持する必要があることを指定しています。 それを維持できない場合は、部分的な雷電流の影響を考慮に入れる必要があります。 この点で、雷に対する保護の基準IEC 62305-3補足2は、セクション17.3で次のように述べています。「誘導過電圧を低減するために、シールドケーブルを発電機のメインラインに使用する必要があります」。 断面積が十分である場合(最小16mm²Cu)、ケーブルシールドを使用して部分的な雷電流を伝導することもできます。 補足(図5)–太陽光発電システムの雷に対する保護– ABB((ドイツ)電気電子情報技術協会の雷保護および雷研究委員会)によって発行されたものは、発電機の幹線をシールドする必要があると述べています。 つまり、両側にサージ電圧アレスタ(SPDタイプ1)が必要ですが、雷電流アレスタ(SPDタイプ2)は必要ありません。 図5に示すように、シールドされた主発電機ラインは実用的なソリューションを提供し、その過程でLPZ1ステータスを達成します。 このようにして、SPDタイプ2サージアレスタは標準仕様に準拠して配備されます。

すぐに使えるソリューション

現場での設置を可能な限り簡単にするために、LSPはインバーターのDC側とAC側を保護するためのすぐにフィットするソリューションを提供します。 プラグアンドプレイPVボックスは、インストール時間を短縮します。 LSPは、お客様の要求に応じて、顧客固有のアセンブリも実行します。 詳細については、www.lsp-international.comをご覧ください。

注:

国固有の基準とガイドラインを遵守する必要があります

[1] DIN VDE 0100(VDE 0100)パート712:2006-06、特別な設置または場所の要件。 太陽光発電(PV)電源システム

[2] DIN EN 62305-3(VDE 0185-305-3)2006-10雷保護、パート3:施設と人の保護、補足2、保護クラスまたはリスクレベルIII LPLによる解釈、補足5、雷PV電源システムのサージ保護

[3] VdS指令2010:2005-07リスク指向の雷およびサージ保護。 損失防止のためのガイドライン、VdSSchadenverhütungVerlag(発行者)

[4] DIN EN 61643-11(VDE 675-6-11):2007-08低電圧サージ保護デバイス–パート11:低電圧電力システムで使用するサージ保護デバイス–要件とテスト

[5] IEC 62305-3雷に対する保護–パート3:構造物への物理的損傷と生命の危険

[6] IEC 62305-4雷に対する保護–パート4:構造内の電気および電子システム

[7] prEN 50539-11低電圧サージ保護デバイス– DCを含む特定のアプリケーション向けのサージ保護デバイス–パート11:太陽光発電アプリケーションにおけるSPDの要件とテスト

[8] DCエリアでのサージ保護に関するフランスの製品規格UTEC 61-740-51

当社のサージ保護コンポーネントのモジュラー使用

避雷システムが建物にすでに存在する場合、これはシステム全体の最高点にある必要があります。 太陽光発電設備のすべてのモジュールとケーブルは、エアターミネーションの下に設置する必要があります。 少なくとも0.5mから1mの分離距離を維持する必要があります(IEC 62305-2のリスク分析による)。

外部のタイプI避雷器(AC側)にも、建物の電源にタイプI避雷器を設置する必要があります。 避雷システムがない場合は、タイプIIアレスタ(AC側)で十分です。