出典：iaeimagazine.org
ライトニングの破壊のための完璧な嵐は、太陽光畑にあります。ソーラーパネルの大きな-、そしてしばしば露出し、孤立した-の位置により、サージ保護が寿命を延ばすために重要になります。
稲妻は大気中の電気放電です。稲妻が打つと、エネルギーの放出により火災が発生する傾向があります。ニンバス雲（雨雲）には電荷が集中しており、それらの蓄積は空気のイオン化を作成します。地面とニンバスの雲の間にある空気のイオン化は、雲から地面への排出を作り出します。ニンバスの雲は、稲妻を生成するものであるため、最大の急増を引き起こします。
間接的な稲妻のストライキは破壊的です。稲妻活動に関する逸話的な観察は、通常、PVアレイの稲妻-誘導性過電圧のレベルの貧弱な指標です1。間接稲妻ストライクは、PV機器内の敏感なコンポーネントを簡単に損傷する可能性があります。これは、損傷したコンポーネントを修復または交換するためのコストが高く、PVシステムの信頼性に影響を与えることがよくあります。1。過電圧は、各PVシステムのセットアップ条件とWiringsに依存します。
PVシステムは、通常はフィールドまたは建物の上部にある大きなオープンスペースで露出しています。そのようなオープンフィールドに蓄積する帯電した雨雲は、雷の形で電荷を解放する傾向があります。これが発生すると、電圧サージが発生する可能性があります。フィールドが拡大するほど、破壊が発生する可能性が高くなります。
電子機器は、サージによる壊滅的な故障の点まで簡単に損傷する可能性があります。職員が存在するときにサージが発生すると、安全性も危険にさらされます。人が落雷の時点から60フィート以内にいる場合、間接的な稲妻のストライキは致命的になる可能性があります[2]。 PVシステムが産業用地にある場合、事業運営と機器も危険にさらされます。インバーターは高価ですが、産業用アプリケーションの場合、さらに高価な障害はダウンタイムのコストです。
稲妻が太陽PVシステムを攻撃すると、太陽PVシステムワイヤループ内に誘導される過渡電流と電圧が発生します。これらの一時的な電流と電圧は、機器端子に現れ、PVパネル、インバーター、制御、通信機器などの太陽光発電および電子機器コンポーネント内の断熱と誘電障害を引き起こす可能性があります2、建物の設置のデバイスと同様に3。アレイボックス、インバーター、およびMPPT（最大パワーポイントトラッカー）デバイスは、障害の最高点を持っています。
高エネルギーが電子機器を通過し、PVシステムに高電圧損傷を引き起こすのを防ぐために、電圧サージは地面への経路を持っている必要があります。これを行うには、すべての導電性表面を直接接地し、システム（イーサネットケーブルやACメインなど）に入って終了するすべての配線を、サージ保護装置（SPD）を介して接地します。
Arrayボックス内の文字列、Recombinerボックス、およびDC切断には、SPDが必要です。
サージ保護装置の分類
SPDは、サージによって引き起こされる危険に対する保護を提供します。
UL 1449 [4]は、タイプ1、タイプ2、およびタイプ3 SPDを定義します。
タイプ1：1つのポート、永続的に接続されたSPDS、ワット-時間メーターソケットエンクロージャーを除き、サービストランスのセカンダリとサービス機器の過電流デバイスのライン側との間の設置を目的としています。 PVシステムで使用するタイプ1 SPDは、PVアレイとメインサービス切断間で接続できます。
タイプ2：サービス機器過電流デバイスの負荷側に設置するための永続的に接続されたSPD。ブランチパネルにあるSPDと成形ケースSPDを含む。 IMAX値は、SPDがサポートできる8/20 µs波形で表される最大単一放電電流です。
タイプ3：電気サービスパネルから使用点まで10メートルの最小導体長で設置された使用率SPD、たとえばコード接続、直接プラグ- in、レセプタクルタイプ、および保護されている使用装置に設置されたSPD。距離（10メートル）は、SPDを付着するために提供される、または使用される導体を除外しています。
タイプ1 SPDは、直接稲妻のストライキから保護し、10/350 µs電流波によって特徴付けられます。タイプ1 SPDは、中央インバーターで使用されます。
タイプ2 SPDは、8/20 µs波形で特徴付けられる間接稲妻のストライクから保護します。 8/20 µsの波形は、ストライクの立ち上がり時間が8 µs、1 -半分の20 µsの期間があることを意味します。タイプ2 SPDは、電気設備と機器への過電圧の拡散を防ぎます。また、ワイヤ内のサージを伝播する稲妻の電磁効果からも保護します。
タイプ2 SPDは、各MPPTおよび弦インバーターおよび配列ボックス内で使用する必要があります。
サージが発生する箱は、通常、間接的なストライクから損傷します。材料と高さの種類だけでなく、稲妻を引き付けるオブジェクトの能力に影響を与える形状でもあります。ボックスまたは素材の形状が稲妻のストライキを引き付ける傾向がある場合は、タイプ1のSPDまたは稲妻を使用する必要があります。
高さ、先の尖った形状、および分離は、稲妻がどこにあるかを決定する支配的な特性です。金属が稲妻を引き付けるのは神話です。ただし、PVファームがどこにあるか、または近くのオブジェクトの形状に関係なく、SPDは、直接的および間接的なストライキに固有の感受性のため、すべてのPVシステムに不可欠であることに注意することが重要です。
PVシステムのサージ保護デバイスの選択と設置
PVシステムには一意の特性があるため、PVシステム用に特別に設計されたSPDの使用が必要です。
PVシステムには、最大1500ボルトまでのDCシステム電圧が高くなっています。最大のパワーポイントは、システムの短絡電流よりもわずか数パーセンタイルで動作します。
PVシステムとそのインストールの適切なSPDモジュールを決定するには、次のことを知っておく必要があります。
稲妻の丸いフラッシュ密度。
システムの動作温度。
システムの電圧。
システムの短絡現在の評価。
保護される波形のレベル（間接または直接稲妻）;そして
公称放電電流。
外部稲妻保護システム（LPS）によって保護されているインストールのSPD要件は、LPSの選択されたクラスと、LPSとPVインストールの間の分離距離が分離されているか、{0}}分離されているかどうかに依存します[4]。 IEC 62305-3は、外部LPSの分離距離要件を詳述しています。
保護効果を持つために、SPDの電圧保護レベル（UP）は、システムの端子機器の誘電強度より20％低くする必要があります。
SPDが接続されているソーラーアレイストリングの短絡電流よりも大きい短絡電流を備えたSPDを使用することが重要です。 DC出力で提供されるSPDには、パネルの最大太陽光発電システム電圧以上以上のDC MCOVが必要です。
稲妻がポイントAでストライキをかけると（図1を参照）、太陽PVパネルとインバーターが損傷する可能性があります。稲妻がポイントBで打撃を与える場合、インバーターのみが損傷します。ただし、インバーターは通常、PVシステム内で最も高価なコンポーネントであるため、ACラインとDCラインの両方で正しいSPDを適切に選択してインストールすることが不可欠です。ストライキがインバーターに近いほど、インバーターがより損傷します。
図1。落雷の場所。
太陽光発電システムのDC側のSPD
PVソースは、従来のDCソースとは非常に異なる電流および電圧特性を持っています。それらは、非-線形特性を持ち、点火したアークの長い-用語の持続性を引き起こします。したがって、PV電流源は、より大きなPVスイッチとPVヒューズを必要とするだけでなく、このユニークな性質に適応し、PV電流に対処できるサージ保護装置の切断も必要です。
DC側にインストールされたSPDは、常にDCアプリケーション用に特別に設計する必要があります。誤ったACまたはDC側でのSPDの使用は、障害条件下では危険です。
DC側でSPDを使用する場合、潜在的な違いのためにAC側でも使用する必要があります。
AC側のSPD
サージ保護は、AC側にとってDC側と同じくらい重要です。 SPDがAC側向けに特別に設計されていることを確認してください。
最適な保護のために、SPDはシステム専用のサイズにする必要があります。適切な選択により、最も長い寿命で最高の保護が保証されます。
AC側では、同じグリッド接続を共有する場合、複数のインバーターを同じSPDに接続できます。
インストール
SPDは、保護するデバイスの上流に常にインストールする必要があります。 NFPA 780 12.4.2.1は、ソーラーパネルのDC出力から正から地面、ネガティブ、複数のソーラーパネルのコンバイナーと再納のボックス、およびインバーターのAC出力にサージ保護が提供されると述べています。
SPDの適切なインストールは、次の3つの値に依存しています。
最大連続動作電圧：SPDが活性化する電圧。
電圧保護レベル：機器の過電圧カテゴリは、SPDの電圧保護レベルよりも高い必要があります。
公称放電電流：SPDが繰り返し急増後に耐えることができる波形のピーク値（タイプ2 SPDの8/20 µs）。
ケーブル
PVシステムのケーブルは、グリッド接続ポイントに到達できるように長距離にわたって延長されることがよくあります。ただし、長いケーブルの長さは決して推奨されず、PVシステムは例外とはほど遠いものです。
これは、ケーブルの長さと導体ループの増加に関連して稲妻の増加によって引き起こされる電界-ベースの電気干渉の効果です。一時的な過電圧が発生すると、接続ケーブルの誘導電圧低下はSPDの保護効果を弱める可能性があります。これは、ケーブルが可能な限り短くルーティングされている場合に発生する可能性が低くなります。
サージ電圧はケーブル故障の重要な貢献者であり、ケーブル上の各衝動は、ケーブルの断熱強度の劣化に寄与します。
サージがスタンド-単独のPVシステム（電力網から遠く離れたシステム）に注入された場合、医療機器や水供給などの太陽電力を搭載している機器が破壊される場合があります。
DC側に設置するSPDの位置と数量は、ソーラーパネルとインバーターの間のケーブルの長さによって異なります（表1を参照）。長さが10メートル未満の場合、1つのSPDのみが必要であり、SPDをインバーターと同じ近くに設置する必要があります。ケーブルの長さが10メートル以上の場合は、インバーターの近くに1つのSPDと、ソーラーパネルに近いボックスに2番目のSPDを取り付けます。
ケーブルは、大きな導体ループを回避するような方法でケーブルをルーティングします。 ACおよびDCラインおよびデータラインは、ルート全体に沿って等電位結合導体と一緒にルーティングして、導体ループがいくつかの文字列にルーティングされたり、インバーターをグリッド接続に接続するときに形成されないようにする必要があります。
表1。SPD選択。
SPDとインバーターを組み合わせる方法
PVファームは、広大な保護が必要な非常に敏感な機器で構成されています。 PVファームは直接電流（DC）電力を生成するため、インバーター（この電力をDCからACに変換するために必要です）は、電気生産に不可欠なコンポーネントです。残念ながら、インバーターは稲妻のストライキを非常に受けやすいだけでなく、非常に高価です。
NFPA 780、稲妻保護システムの設置の標準、12.4.2.3では、システムインバーターが最も近いコンバイナーまたはリコンビナーボックスから30メートル以上離れている場合、インバーターのDC入力で追加のSPDを必要とします。
ストリングプロテクター（ヒューズ、DCブレーカー、ストリングダイオードなど）がある場合は、ヒューズとインバーターの間にSPDを取り付けます[図2を参照]。
図2。SPDは、ストリングプロテクターを備えたインバーターに正しくかつ誤って接続されています。
インバーターが統合されたヒューズボックスがあるときにSPDを接続するには、内部ヒューズがバイパスされ、外部文字列ヒューズが接続されていることを確認します（図3を参照）。 SPDは、インバーターの外側とNEMAタイプ- 3 rエンクロージャーまたは屋外アプリケーションの場合はそれ以上に取り付ける必要があります。
ストリングインバーターは、できるだけ文字列の近くに設置する必要があります。 L+/L -ネットワークに接続するSPDケーブル、およびSPDの端子ブロックとグランドバスバーの間では、2.5メートル未満でなければなりません。接続ケーブルが短いほど、より効率的でコスト-が効果的になります。
1つのMPPトラッカーのみを備えたインバーターの場合、インバーターの前に文字列を組み合わせて、相互接続のポイントでそれらをSPDに接続します。
インバーターに複数のMPPトラッカーがある場合、各入力に対してSPDの組み合わせを計画する必要があります。文字列ダイオードと融合した各入力にSPDを使用する必要があります。
図3。統合されたヒューズボックスを使用してインバーターに接続されています
結論
適切なサージ保護なしで太陽光発電機器を操作することは、危険なビジネス-以上のものではありません。
太陽系がより環境に優しい世界の未来になるためには、それらを保護する必要があります。稲妻の発生は止められないため、保護が不可欠です。
太陽光発電システムの稲妻ストライクに対する脆弱性{-直接および間接{-の両方は、信頼できる適切に設置されたサージ保護で構築する必要があることを意味します。