すべてのPVストリングにサージ保護が必要な理由

防げたかもしれない$47,000の落雷

アリゾナにある500kWの商業用太陽光発電設備のメンテナンス・チームが、恐れていた連絡を受けたのは7月の火曜日の朝だった。激しい雷雨が一晩中続き、インバーターがオフラインになっていたのだ。技術者たちが現場に到着すると、落雷が保護されていないPVストリングを伝わって、3台のストリング・インバータを破壊し、24枚の太陽電池モジュールを損傷し、監視システムを破壊していた。修理費用は？$47,000。システムのダウンタイムは？3週間。予算を節約するために設置時にスキップした適切な太陽光発電ストリングのサージ保護にかかった費用は？$2,000未満。.

これは孤立した事件ではない。業界のデータによると、雷およびサージに関連する損害は、太陽光発電システムの保証請求のうち最大30%を占めています。しかし、多くの設置業者やシステム所有者は、サージ保護装置（SPD）を必要不可欠な安全装置ではなく、オプションのアクセサリーと見なしています。太陽電池アレイの設計、設置、または保守を担当している場合、このような考え方は、あなたやあなたの顧客に何万ドルもの損害を与えている可能性があります。.

隠された脆弱性 PVストリングス

太陽電池アレイは設計上、本質的に雷の磁石です。ここでは、PVストリングがサージに対して特に脆弱である理由を説明する：

露出度の上昇:ソーラーパネルは意図的に、日射量が最大となる開放的で高い場所に設置される。屋上設置は建物で最も高い場所に設置される可能性がある一方、空き地に設置された地上設置のアレイは、自然の雷保護が最小限である。.

アンテナとしての長いDCケーブル:PVストリングを接続するDCケーブルは巨大なアンテナの役割を果たし、近隣の落雷による電磁干渉を拾います。間接的な落雷（2km以内にある地面や近くの構造物に落雷）であっても、保護されていないケーブルでは6,000Vを超える電圧サージを誘発する可能性があります。.

複数のエントリー・ポイント:単一のユーティリティ接続ポイントを持つ従来の電気システムとは異なり、ソーラーアレイには何十、何百もの潜在的なサージ侵入経路があり、すべてのストリングが高価なインバータ機器に到達する破壊的エネルギーの経路となります。.

DCアークの持続性:サージが直流システムでアーク放電を起こした場合、アークは交流システムのようにゼロクロスで自己消弧することはありません。直流アークは持続してエスカレートし、火災の危険や機器の壊滅的な損傷を引き起こす可能性があります。.

太陽電池アレイを、精密電子機器に直接接続された避雷針のフィールドのように考えてみよう。 もし サージによるダメージはあるが いつ.

ソーラーアレイに雷が落ちるとどうなるか

不十分なPVストリングサージ保護がもたらす結果は、直接的な機器の損傷にとどまりません：

機器の即時破壊

サージが無防備なPVストリングを通過する場合、最初の犠牲者は通常、PVストリングである：

• インバータ入力段:IGBTモジュール、DCリンクコンデンサ、制御基板（修理費用：インバータ1台あたり$5,000～$15,000円）
• 太陽電池モジュールのバイパスダイオード:ホットスポットと永久的な電力損失の原因（交換費用：モジュール1個につき$400～$800）
• 監視・通信機器:データロガー、センサー、制御システム ($2,000-$8,000)

隠しモジュールの劣化

すぐに故障を引き起こさないサージでさえ、太陽電池にマイクロクラックを生じさせ、長期的な劣化を加速させる可能性がある。研究によると、適切な保護がないまま繰り返しサージにさらされたモジュールは、保護されたシステムと比較して、寿命の間に15～25%も効率が低下する可能性があります。.

システムのダウンタイムコスト

ヒント：多くの保険では、法令で義務付けられているサージ保護が適切に設置され、維持されていることを証明できなければ、サージによる損害は補償されません。.

保証無効リスク

メーカー保証で多くの人が見逃している条項がある：ほとんどのインバーターとモジュールの保証は、「地域の電気工事規定とIEC 61643-31に従って適切に設置されたサージ保護」を明確に要求している。適切なSPDが設置されたことを証明できなければ、数万ドル相当の保証が無効になる可能性がある。.

文字列レベルの保護が譲れない理由

PVシステムを通過するサージ経路を理解することで、複数のレベルでの保護が不可欠である理由が明らかになる：

プロテクション・カスケードのコンセプト

効果的なPVストリングサージ保護は、調整された保護カスケードに従います。これは、それぞれが特定の脅威レベルに対応するように設計された一連の防御バリアと考えてください：

ファースト・ライン・オブ・ディフェンス（ストリング・レベル）:PVアレイまたはその近傍に設置されるタイプ2のSPDは、初期のサージエネルギーを処理する。これらのデバイスは、高電圧過渡現象が、エネルギーが蓄積しやすい長いケーブルを通って伝播する前にクランプする。.

セカンドライン（コンバイナーボックス）:追加のタイプ2 SPDはバックアップ保護を提供し、ストリングレベルのデバイスを通過したり、他の経路から侵入した残留サージを処理する。.

最終ライン（インバータ入力）:インバータのDC入力に設置されたタイプ2またはファインプロテクションSPDが最後の防御となり、クリーンな電力だけが繊細な電子機器に届くようにする。.

主要原則：各保護段階は適切に調整されなければならない。また、SPDの相互作用を防ぐため、デバイスは少なくとも10メートルのケーブルで分離するか、デカップリングインダクタを介して接続する必要があります。.

コンプライアンスとコード要件

米国電気工事規定（NEC）第690.35条（A）では、PVシステムに対するサージ保護を明確に定めている。具体的には

• 建物内外で配線が露出するPVシステムにはSPDが必要
• SPDは、直流PVアプリケーション用にリストされ、ラベル付けされていなければならない。
• 直流側と交流側の両方に保護が必要

IEC 61643-31は、太陽光発電システムにおけるSPDの選択と設置に関する国際規格で、試験手順と最低性能要件を規定しています。.

プロ・アドバイス: 許可審査や検査において、適切に格付けされ設置されたストリングレベルのSPDは、技術的なデューデリジェンスを証明し、承認プロセスを早めることができます。.

の4段階選考法 PVストリング SPD

適切なPVストリングサージ保護を選択することは当てずっぽうではなく、この体系的なアプローチに従って毎回適切なデバイスを指定します：

ステップ1：最大システム電圧の計算（Voc考慮）

SPDの最大連続動作電圧（Uc）は、どのような条件下でもシステムが生成できる最大開回路電圧（Voc）を超えていなければなりません。.

計算式：

Uc(min)＝Voc(STC)×温度補正係数×安全マージン

温度補正係数:25°C（STC）を10°C下回るごとに、一般的な結晶シリコンモジュールの場合、Vocは1°Cあたり約0.35～0.40%増加する。.

計算例：

• モジュール Voc (STC)：49.5V
• 文字列の長さ：20モジュール
• STCでのVoc：49.5V×20＝990V
• 予想最低気温：-20
• STCとの温度差：45
• 電圧上昇990V×（45℃×0.0035）＝156V
• 最大Voc：990V + 156V = 1,146V
• 15%の安全マージンを考慮した場合の必要Uc：1,146V×1.15＝1,146V 1,318V

選択する：公称1000Vのシステムには、Uc≧1500V DCのSPDを選択する。.

重要なポイント公称システム電圧だけでSPDを選択しないこと。常に、温度の影響を含むワーストケースVocを計算し、低温、高照度条件下でのSPDの劣化を防ぐために15-20%の安全マージンを加えます。.

ステップ2：必要な電圧保護レベルの決定（アップ）

電圧保護レベル（Up）は、SPD動作中に保護対象機器に現れる最大電圧です。これは機器の耐電圧より低くなければなりません。.

選考基準

Up(SPD)＜0.8×機器耐電圧

一般的なストリングインバータの場合：

• 1000Vシステムインバータ：耐電圧は通常6～8kV
• 1500Vシステムインバータ：耐電圧は通常10-12kV

弦レベルのSPDの推奨アップ値：

• 1000Vシステム最大≤ 4 kV
• 1500Vシステム最大≤ 6 kV

ヒント：Up値が低いほど保護性能は高くなりますが、起動頻度が高くなるため寿命が短くなる場合があります。雷の多い地域では、より堅牢な仕様が必要になる場合があります。.

ステップ3：適切な放電電流定格（Iimp、Imax）の選択

PVストリングSPDは、直接雷サージと間接雷サージの両方に対応する必要があります。理解すべき重要な定格

Iimp（インパルス電流）:直撃または近傍の落雷による高エネルギーサージを処理するデバイスの能力。10/350μs波形で測定（タイプ1試験）。.

Imax（最大放電電流）:間接的な打撃による複数のサージを処理するデバイスの能力。8/20μs波形で測定（タイプ2試験）。.

応募による選考ガイドライン：

ストリングレベルのプロテクションの計算例：
中程度の雷地域にある典型的な商業用屋上アレイの場合：

• 露出：主に間接的な打撃
• 推奨タイプ2 SPD
• 1極あたりの最小Imax：40 kA（8/20 μs）
• 重要な設備の場合：Iimp=12.5kAのタイプ1+2ハイブリッドを検討する。

ステップ4：テクノロジーの選択（MOV対GDT）

太陽光発電ストリングのサージ保護における金属酸化物バリスタ（MOV）とガス放電管（GDT）技術の論争は、しばしばエンジニアを混乱させます。ここに決定的な比較があります：

ハイブリッド・ソリューション - プロの選択：

最新の高性能PV SPDは、段階的保護アプローチで両方の技術を組み合わせている：

• プライマリーステージ（GDT）:優れた放電容量で高エネルギーサージに対応
• セカンダリーステージ（MOV）:高速応答と低電圧クランプを提供
• アーク消弧回路:GDTが現在の問題をフォローするのを防ぐ

キーポイント長期的な信頼性が重要な商業施設やユーティリティ規模の施設では、ハイブリッドMOV+GDT技術のSPDをご指定ください。初期コストが若干高くなりますが、長寿命と優れた保護性能によって相殺されます。.

選択決定木：

• 予算重視の住宅用（20kW未満）：MOVのみのタイプ2 SPD
• 商業用屋上（20～500kW）：ハイブリッドMOV+GDTタイプ2 SPD
• グランドマウントまたは高照度エリア：アーク消弧機能付きハイブリッド・タイプ1+2 SPD
• ユーティリティスケール（> 1 MW）：遠隔監視付きハイブリッド・タイプ1SPD

重要な技術的パラメータについて

データシートの仕様を理解することで、太陽光発電ストリングのサージ保護について十分な情報を得た上で決定することができます：

包括的な技術比較

ソーラー用SPDタイプ1とタイプ2の比較

適切な太陽光発電ストリングのサージ保護には、タイプ1とタイプ2のデバイスをいつ指定するかを理解することが重要です：

ヒント：最適な保護のためには、アレイのコンバイナーポイントにタイプ1+2のハイブリッドデバイスを使用し、インバータ入力にタイプ2のデバイスを使用する。これにより、調整されたカスケードで高エネルギー処理と微細な電圧クランピングの両方が実現します。.

エッセンシャル・レーティングの解読

Uc（最大連続動作電圧）:SPDが劣化することなく連続的に耐えられる最高電圧。あらゆる条件下でシステムの最大Vocを超える必要がある。.

アップ（電圧保護レベル）:SPDが動作したときに保護対象機器に現れる電圧。低いほど良いが、エネルギー処理能力とのバランスが必要。.

で（公称放電電流）:分類およびエージング試験に使用される電流（タイプ 2 機器では通常 5kAまたは 10kA）。.

Imax（最大放電電流）:デバイスが損傷することなく1回の操作で扱えるサージ電流の最大値。.

Iimp（インパルス電流）:タイプ 1 機器については、10/350μs の波形で高エネルギーサージ電流能力を試験。.

TOV（一時的過電圧）能力:システム障害やスイッチング動作による一時的な電圧上昇に、永久的な損傷なしに耐える装置の能力。.

インストールのベストプラクティス

最高品質の太陽光発電ストリングサージ保護装置であっても、設置が不適切であれば、システムを保護することはできません。この実証済みの設置順序に従ってください：

重要な設置条件

1.ケーブルの長さとルーティング（0.5メートルルール）

SPDと保護対象機器の接続は非常に重要です。ケーブルが1メートル伸びるごとにインダクタンスが増加し、立ち上がりの早いサージ時に追加電圧が発生します：

電圧降下の計算：

V_additional = L × (di/dt)
ここでL ≒ ケーブル1mあたり1μH
       雷の di/dt ≒ 10-100 kA/μs

例 わずか2メートルの接続ケーブルがサージ時に200Vの電圧上昇を追加し、SPDの保護を部分的に無効にする可能性がある！

設置規則：

• SPDから保護された機器までのケーブルの総長を0.5メートル未満に保つ（理想：0.3メートル未満）
• ループやコイルを避け、できるだけ短い直線を使用する。
• やむを得ず延長する場合は、より太い導体（最小6 AWG / 10 mm²）を使用してください。
• SPDケーブルを信号線や通信線と絶対に束ねないこと

プロからのアドバイス：設置前に接続ケーブルを事前に測定し、正確な長さにカットしてください。設置用テンプレートに0.5メートルの制限をマークしておくと、現場での設置時に確実に遵守できます。.

2.接地のベストプラクティス

適切な接地は、効果的なサージ保護の基礎です：

• グラウンド接続:メインPVシステムのアースには最低6AWG（10 mm²）の銅導線を使用する。
• 低インピーダンス・パス:接地抵抗の合計は10Ω以下（理想的には5Ω以下）とする。
• グラウンド・ループを避ける:SPDのアースを保護する機器と同じアースバーに接続する。
• 等電位ボンディング:すべての金属構造物（アレイフレーム、機器シャーシ、SPDハウジング）が接合されていることを確認する。

中間点接地のPVシステム用：

• DC+ と DC- SPD の両極を接続します。
• PE端子を中点グランド基準に接続する。
• 接地がお住まいの地域の電気規格に準拠していることを確認してください。

3.物理的な設置に関する考慮事項

場所と取り付けは、保護効果とメンテナンスの両方に影響する：

• 取り付け:交換が容易なDINレールマウントを使用し、確実な機械的接続を確保
• 換気:十分なエアフローを確保する。
• アクセシビリティ:視覚的なステータスインジケータを点検しやすい場所に設置する。
• 環境保護:屋外設置には適切な IP 定格のエンクロージャを使用してください（最低 IP65）。
• ラベリング:SPDの設置場所、設置日、次回の検査期限を明確に表示する。

4.接続シーケンス

地絡や機器の損傷を避けるため、常に適切な接続順序に従ってください：

1. システムが非通電であることを確認する（Voc = 0V を確認する）
2. SPDを最終位置に取り付ける
3. アース/PE端子を最初に接続する
4. DC極を接続する
5. DC+極を最後に接続する
6. すべての接続が締まっていることを確認する（メーカー仕様のトルク）。
7. システムに通電する前に、ステータスインジケータを確認する

プロアドバイス：PVストリングとSPDの間にディスコネクトスイッチを取り付ければ、アレイ全体を非通電にすることなく、安全にメンテナンスや交換を行うことができます。これは、ダウンタイムにコストがかかる大規模な商用システムでは特に有効です。.

実世界での応用例：10ストリング、1000VシステムのSPDサイジング

典型的な商業施設における適切なPVストリングサージ保護の選択を実証するために、完全な設計例を通して作業してみましょう。.

システム仕様

アレイの構成：

• 10パラレル・ストリング
• 20モジュール/ストリング
• モジュールの仕様：
  • Voc (STC)：49.5V
  • Isc（STC）：11.5A
  • Vmp：41.8V
  • インプ：11.0A
  • 温度係数 (Voc)：-0.35%/°C

環境条件：

• 場所アリゾナ州（日射量が多く、雷が多い）
• 予想最低気温：-5
• 設置商業ビル屋上
• 被ばく：間接的な落雷が予想される

設備

• ストリング・インバータ：100kW、1000V DC入力定格
• インバーター耐電圧: 6 kV
• コンバイナー・ボックス、入力ストリング10本

ステップ・バイ・ステップ SPD セレクション

ステップ1：最大システム電圧の計算

1ストリングあたりの電圧（STC）＝49.5V×20＝990V

温度補正
δT = 25°C - (-5°C) = 30°C
電圧上昇＝990V×（30℃×0.0035）＝104V
電圧（コールド） = 990V + 104V = 1,094V

20%の安全マージンを考慮した必要Uc：
Uc(min) = 1,094V × 1.20 = 1,313V

選択Uc = 1,500V DC（標準定格）のSPD

ステップ2：必要な電圧保護レベルの決定

インバータ耐電圧 = 6 kV
最大許容アップ = 6 kV × 0.8 = 4.8 kV

選択：最大4.0kVまでのSPD（33%の安全マージンを提供）

ステップ 3: 定格放電電流の選択

中程度の雷地域の屋上設置用：

• 主な脅威：間接攻撃
• 推奨タイプ2 SPD
• 最小Imax: 1極あたり40 kA (8/20 μs)

保護強化のため（オプションだが推奨）：

• タイプ1＋2のハイブリッドを考える
• Iimp: 12.5 kA (10/350 μs)
• 最大電流：60 kA（8/20 μs）

選択：極あたりImax = 40 kA（最小）のタイプ2 SPD、または重要な負荷用のタイプ1+2ハイブリッド

ステップ4：テクノロジーの選択

この商業用アプリケーションのために：

• 予想されるサージの頻度中程度（年間10-20回）
• システム価値：$150,000（設備＋損失生産リスク）
• メンテナンスへのアクセス良好

セレクション性能と寿命の最適なバランスを実現するハイブリッドMOV+GDT技術

プロテクション・アーキテクチャーの設計

グラフTB
    部分グラフ "PVアレイ - 10ストリング"
        S1[文字列1：20モジュール］
        S2[文字列2：20モジュール］
        S3[文字列3：20モジュール］
        S10[文字列10：20モジュール］
    終了
    
    S1 --&gt; SPD1[文字列レベルSPD<br>タイプ2、Uc=1500V<br>Up=4kV、Imax=40kA]の場合
    S2→SPD2[ストリングレベルSPD］
    S3 --&gt; SPD3[文字列レベルSPD］
    S10 --&gt; SPD10[文字列レベルSPD］
    
    SPD1 --&gt; CB[コンバイナーボックス］
    SPD2 --&gt; CB
    SPD3 --&gt; CB
    SPD10 --&gt; CB
    
    CB --&gt; SPD_CB[コンバイナーSPD<br>タイプ2、Uc=1500V<br>Up=3.5kV、Imax=60kA]。
    
    SPD_CB --&gt; 10mケーブル| INV[ストリングインバータ<br>100kW、1000VDC］。
    
    INV→SPD_INV[インバータ入力SPD<br>タイプ2、Uc=1500V<br>Up=3.0kV、Imax=40kA］。
    
    SPD1 -.-&gt;|グランド| GND[システムグランド<br>&lt; 5Ω抵抗］
    SPD_CB|グランド｜GND
    SPD_INV -.-&gt;|グランド| GND
    
    スタイルSPD1 fill:#90EE90
    スタイルSPD2 fill:#90EE90
    スタイルSPD3 fill:#90EE90
    スタイルSPD10 fill:#90EE90
    スタイルSPD_CBフィル：#87CEEB
    スタイルSPD_INVフィル：#FFD700

最終仕様の概要

ストリングレベルのプロテクション（10ユニット）：

• テクノロジー：ハイブリッドMOV+GDT
• 構成：2極（DC+、DC-)
• Uc: 1,500V DC
• アップ: ≤ 4.0 kV
• 最大電流：40kA（8/20μs）/極
• 取り付けアレイ近くのジャンクションボックスにDINレール
• 見積もり単価$180
• 総額：$1,800ドル

コンバイナー・ボックスの保護（1ユニット）：

• テクノロジー：ハイブリッドMOV+GDT タイプ1+2
• 構成：2極（DC+、DC-)
• Uc: 1,500V DC
• アップ: ≤ 3.5 kV
• Iimp: 12.5 kA (10/350 μs)
• 最大電流：60 kA（8/20 μs）
• 遠隔監視ステータス用接点出力
• 見積もり価格： $450

インバータ入力保護（1ユニット）：

• テクノロジー：ハイブリッドMOV+GDT
• 構成：2極（DC+、DC-)
• Uc: 1,500V DC
• アップ: ≤ 3.0 kV
• 最大電流：40 kA（8/20 μs）
• 予定価格：$220

保護システム費用合計：$2,470

キーポイントこの包括的な3段階の保護カスケードのコストは、システム総額の1.5%未満ですが、$47,000以上の損害から保護することができます。ROIの計算は簡単です。1回のサージ発生防止で、保護システム全体の19倍を支払うことができます。.

プロテクションを持たないことの代償

太陽光発電ストリングのサージ保護を指定するかどうかを評価する際には、指定しない場合の真のコストを考慮してください：

直接コスト比較

ROI分析

損益分岐点の計算：

SPDの初期投資$3,270
平均サージ被害コスト：$22,500
損益分岐点：0.145サージイベント

地域が7年に1回だけ重大なサージイベントを経験する場合、
SPDシステムは元が取れます。

IEEEのデータによると、ほとんどの商業用太陽光発電設備は、保護なしで25年間の寿命の間に2-4回の有害なサージイベントを経験する。
2-4回の有害なサージが発生します。.

25年間の予想ROI：

• 初期投資$3,270
• SPDの交換（10年目、20年目）： $3,000
• 投資総額$6,270
• 3イベント×$22,500）：$67,500
• 純節約：$61,230
• ROI977%

プロヒント：予算重視の顧客にサージ防護を提案する場合、次のように説明します。『防護のために今日$3,000を投資するか、後で修理のために$2万～5万を予算化するか、どちらかです。保護システムは費用ではなく、1000%のROIを持つ損害保険なのです』。‘

保険と保証

保証範囲：
ほとんどの主要メーカーは、保証にサージ保護の要件を盛り込んでいる：

• SPDなし:サージによる損傷が発生し、保護装置が取り付けられていない場合、保証請求は拒否される
• SPDあり:SPDの交換費用をメーカーが負担することもある。

保険料：
民間の保険会社は、サージ保護の文書化を求めるようになっている：

• 十分なプロテクションのないシステム15-25%より高い保険料
• 文書化された、法令に準拠した保護を備えたシステム：標準料金
• $10万システムの年間節約額：$300-500

ダウンタイムのリスク：
重要施設（病院、データセンター、製造業）または電力購入契約（PPA）下のシステム用：

• PPAの違約金ダウンタイム1週間につき$5,000～15,000ドル
• 重大な負荷の影響：操業への計り知れないリスク
• 評判の低下：顧客の信頼を失う

要点

⚡ 雷はアレイに直接落ちなくてもダメージを与える。. 最大2km離れた間接的なストライキは、無防備なPVストリングに6,000Vを超えるサージを誘発する可能性があります。ストリングレベルの保護が第一の防御線です。.

💰 防御コストは損害コストに比べれば些細なものである。. 包括的な3段階SPDシステムのコストは、一般的な商業施設では$2,000-5,000ですが、$20,000-100,000以上の潜在的損害から保護します。損益分岐点は、わずか0.15回のサージ発生後に発生します。.

SPDの選択には4つの重要な計算が必要である： 最大システム電圧（Voc×温度×安全マージン）、必要な保護レベル（Up＜0.8×機器の耐電圧）、定格放電電流（曝露レベルに基づく）、および技術選択（最高のパフォーマンスを実現するハイブリッドMOV+GDT）。.

🐍 設置品質が保護効果を決定する。. 接続ケーブルは0.5m未満にし、最低6AWGの接地導体を使用し、ケーブルのループを避け、すべての接続が仕様通りのトルクで締められていることを確認してください。取り付けが不十分な場合、保護効果が50%以上低下することがあります。.

🎯 連携したカスケード保護が不可欠。. アレイコンバイナーでタイプ1+2のSPDを使用し、ストリングレベルでタイプ2を使用し、最終的にインバータ入力でタイプ2の保護を使用する。各ステージは徐々に低いUp値を持ち、適切な調整のために適切なケーブル長で区切られていなければならない。.

✅ 規範遵守は義務であり、任意ではない。. NEC690.35条およびIEC61643-31は、PVシステムにサージ保護を義務付けている。適切なSPDの設置は、許認可、保証の有効性、保険の適用に必要です。写真と試運転報告書ですべてを記録してください。.

SPD のライフサイクル保守を計画する。. どんなに優れたSPDでも寿命は有限です（サージ頻度にもよりますが、通常5～10年）。視覚的なステータス・インジケータとリモート監視機能を備えたデバイスを指定し、年1回の点検を予定して継続的な保護を確認する。.

よくある質問

SPDはすべてのストリングに必要なのか、それともコンバイナーボックスだけに必要なのか？

ベストプラクティスは、両方のレベルでの保護である。. コンバイナーレベルの保護は最低限必要であるが、ストリングレベルのSPDは、サージがシステムを伝播する前に、サージに対する最初の防御を提供する。最適な保護のために

• 重要な設備 (商用、ユーティリティスケール）：ストリングとコンバイナーの両レベルにSPDを設置する。
• 予算重視の住宅 (20kW未満）：コンバイナーまたはインバーター入力での最小限の保護は許容される
• 雷の多い地域:ストリングレベルのプロテクションは譲れない

ストリングレベルの保護は、ストリングがかなりの距離（50メートル以上）離れている場合や、アレイの配線が露出している場合に特に重要になる。追加コストは、保護効果に比べればわずかです（通常、1ストリングあたり$150～200）。.

太陽光発電のSPDのタイプ1とタイプ2の違いは何ですか？

タイプ1のSPDは直接雷撃に対応し、タイプ2のSPDは間接雷撃とスイッチングサージに対応する。.

タイプ1装置は、直撃による高エネルギーを表す10/350μsのインパルス電流波形でテストされる。タイプ2のデバイスの40～50倍のエネルギーを消散させることができますが、大型で高価です。以下の場合は、タイプ1のSPDを使用してください：

• アレイは野外に設置（地上設置）
• 設置場所はこの地域で最も高い場所
• 地域の落雷密度が3回/km²/年を超える。
• 地域規格ではタイプ1の保護が必要

タイプ 2 のデバイスは 8/20μs の波形でテストされ、間接的なストライキ（最も一般的な脅威）に対応します。より優れた電圧クランピング（より低いUp）を提供し、ほとんどの屋上設置に十分です。.

最新のハイブリッド「タイプ1+2」デバイスは、単一ユニットで両方の機能を提供し、直接および間接的なサージ脅威が存在するコンバイナーボックスの保護に最適です。.

DC側でAC SPDを使用できますか？

ACとDCのSPDは根本的に異なるもので、互換性はない。.

AC SPDは、ACシステムで1秒間に100～120回発生する自然電流のゼロクロスに依存し、サージ保護後の追従電流を消滅させます。DCシステムにはゼロクロスはありません：

• GDTベースのAC SPDは短絡モードにラッチできる 直流システムで永久故障を起こす
• AC用に設計されたアーク消弧機構は機能しない 直流用途に最適
• 定格電圧が大きく異なる 応力特性の違いによる交流と直流の違い

DC SPDは、太陽光発電アプリケーション用に特別に設計され、定格されていなければならない：

• GDT技術用のアーク消弧または電流制限回路
• 直流電圧ストレスに基づく適切なUc定格
• 直流アーク放電に適したサーマル・ディスコネクタ
• IEC 61643-31（PV専用規格）に準拠した試験と認証

直流回路にAC SPDを使用することは、法令違反、保証の無効、および重大な安全上の問題があります。必ずDC定格のPV専用サージ保護装置を指定してください。.

SPDの交換時期の目安は？

ほとんどの高品質のSPDは、視覚的なステータスインジケーターを備えているが、目視検査だけに頼ってはならない。.

最新の太陽光発電ストリング・サージ保護装置には、複数の故障表示方法があります：

視覚的指標：

• 動作状態を示す緑/赤のインジケーターウィンドウ
• “筐体を開けずに見える「OK」対「FAULT」マーク
• ポップアウト・メカニカル・インジケーターを備えた装置もある

電気インジケータ：

• リモート接点出力（常時閉接点、故障時に開接）
• モニタリングシステムへのドライ接点信号
• 一部の上級モデルはModbus/SNMPリモート・モニタリングに対応

検査スケジュール：

• 年次目視検査:定期メンテナンス時にステータスインジケータをチェック
• 嵐後の点検:悪天候後24時間以内に点検
• 四半期ごとの遠隔監視チェック:SCADA/監視システムに接続されている場合

交換時期：

• ステータスインジケータが “FAULT ”または赤の状態を示す
• 遠隔監視でSPDの故障を確認
• 既知の直撃雷の後（予防のために交換する）
• 見かけの状態にかかわらず5～10年後（予防交換）
• 漏れ電流測定値が定格値の10倍を超える場合

ヒント：SPDの取り付け日を機器のラベルやメンテナンスログに記録する。メーカーの推奨に基づく予防交換のリマインダーをカレンダーに設定する。.

1000V/1500Vシステムにはどのような定格電圧を選べばよいですか？

SPDの定格電圧は、公称システム電圧ではなく、ワーストケースVocに基づいて選択してください。.

について 公称1000Vシステム:

典型的な最大Voc（コールド）：1,100-1,200V
推奨SPD Uc定格1,500V DC
標準保護レベル（上）3.5-4.0 kV

について 公称1500Vシステム:

典型的な最大Voc（コールド）：1,650-1,800V
推奨SPD Uc定格：2,000V DC
標準保護レベル（上）5.0-6.0 kV

重要な計算ステップ：

1. 標準試験条件（STC）でのストリングVocの計算
2. 予想最低温度に対して温度補正をかける
3. 15-20%の安全マージンを追加
4. 次に高いSPD定格電圧を選択する

1500Vシステムの例：

• モジュール電圧（STC）：52V
• 文字列の長さ：28モジュール
• STCでの電圧：1,456V
• 最低温度：-10℃（STCより35℃低い）
• 温度上昇1,456V × 35℃ × 0.0035 = 178V
• 最大電圧：1,456V + 178V = 1,634V
• 20%の安全マージン：1,634V×1.2＝1,961V
• Uc = 2,000V DC（標準定格）のSPDを選択

コスト削減のためにSPDの定格電圧を過小評価しないでください。過小評価されたSPDは、高電圧条件にさらされると急速に劣化したり、早期に故障したりします。.

MOVとGDT - ソーラー用途にはどちらが良いか？

どちらも一概に「より良い」とは言えず、最適な選択は特定のアプリケーション要件に依存する。.

次のような場合は、MOVのみのSPDを選択する：

• 予算が主な制約（住宅設備）
• サージの発生頻度が低い（年間5件未満）。
• 高速応答が重要（25ナノ秒以下）
• 低電圧クランピング（Up）が必要
• システムが低～中程度の雷暴露地域にある

以下の場合は、GDTのみのSPDを選択する：

• 高い放電電流容量が必要（直撃ゾーン）
• 最大寿命が重要（経年劣化を最小限に抑える）
• 高温環境でも作動するシステム
• 漏れ電流ゼロが不可欠
• 高い初期投資を可能にする予算

ハイブリッドMOV+GDT SPDは、以下のような場合に選択する：

• 商業施設または公共施設規模（50kW以上）
• 長期的な信頼性が最優先
• システムは中～高レベルの雷にさらされている
• 遠隔監視と状態表示が可能
• 総所有コスト（イニシャルコストだけではない）が意思決定を左右する

業界のトレンドはハイブリッド設計 なぜなら、両テクノロジーの長所を兼ね備えているからだ：

• 堅牢なGDTエネルギー処理による高速MOV応答
• アーク消弧回路により、GDT追従電流の心配がない
• 長期信頼性に優れ、若干のコスト高を正当化

システムのアップタイムと長期的な保護が優先される専門的な設置の場合は、ハイブリッドテクノロジを指定してください。20-30%の高い初期コストは、長寿命と優れた保護性能によって回収されます。.

SPDはどの程度機器に近づけるべきですか？

SPDと保護された機器間のケーブルの総長は最大0.5m（50cm）-短いほど良い。.

重要な原理：接続ケーブル1メートルごとにインダクタンス（約1μH/メートル）が加わり、高速サージ発生時にさらなる電圧上昇を引き起こす：

電圧上昇の計算：

V_additional = L × (di/dt)

2メートルのケーブルの例
L = 2m × 1μH/meter = 2μH
di/dt = 50 kA/μs（典型的な雷サージレート）
V_additional = 2 μH × 50,000 A/μs = 100V/メートル

総追加電圧 = 200V

この追加電圧は保護された機器に現れます。 の上に SPDの電圧保護レベル（Up）が低下し、保護性能が効果的に低下する。.

インストールのベストプラクティス：

• 理想的な距離:<0.3メートル（30センチ）
• 最大許容範囲:0.5メートル（50センチ）
• やむを得ず長時間運転する場合:より太い導体（最小6 AWG / 10 mm²）とツイストペアルーティングを使用してください。
• ケーブル配線:信号ケーブルのループ、コイル、並列走行を避ける
• 取り付け位置:SPDは、物理的に可能な限り機器端子の近くに設置する。

プロからのアドバイス：SPD接続ケーブルは、取り付け前に必要な長さにカットしておくこと。たとえSPDの取り付け位置を変更する必要があっても、ケーブルは短く直接配線してください。.

複数のコンバイナーボックスを持つ大規模なシステムでは、SPDを中央のSPD位置まで長く配線するのではなく、各コンバイナーボックスに配置する。分散型保護は、長いケーブルを使用した集中型保護よりも効果的です。.

SPDはシステムの性能や効率に影響しますか？

適切に選択され、設置されたSPDは、通常運転時のシステム性能に全く影響を与えない。.

通常運転時：

• 電圧降下:実質ゼロ（通常時はSPDが開回路となる）
• 電力損失:ごくわずか（システム出力の0.001%未満）
• 効率への影響:測定不能
• EMI/RFIの影響:なし（SPDは実際に電気ノイズを低減する可能性がある）

漏れ電流の考慮：

• MOVベースのSPD：10～100μAのリーク（経年劣化により増加）
• GDTベースのSPD< 1 μAのリーク
• 1000V で動作する 100kW システムの場合：100μA 漏電 = 0.1W 電力損失（出力の 0.0001%）
• パフォーマンスへの影響：測定不能

サージイベント時

• SPDがナノ秒単位で作動し、電圧を安全なレベルにクランプ
• サージ後、SPDはハイインピーダンス状態に戻る
• システム運用への影響はない
• 最新のSPDは自己テストを行い、劣化があればそれを示す

誤って適用された場合にのみ起こりうる問題：

• 過小評価されたUc:SPDは、高電圧条件下でクランプし、システム障害として現れることがある。
• 故障したSPDは交換されない:短絡として表示され、システム動作を妨げることがある。
• 極性が正しくない:地絡を引き起こす可能性がある（設置の指示に注意深く従うこと）

結論： 高品質のSPDは、システム操作に対して透過的です。適切に設置されたサージ保護によるパフォーマンスへの影響は、保護のメリットによってはるかに凌駕されます。唯一の「性能上の問題」は、そうでなければ機器を破壊してしまうようなサージが発生した後でも操作を継続できることです。.

最後に思う： 太陽光発電業界では、「設置費用の節約は1ドルでも利益になる」とよく言われます。しかし、初期費用を$2,000～3,000ドル節約するために太陽光発電ストリングのサージ保護をスキップするのは、保険料を節約するために自動車保険を解約するようなものだ。問題は、サージ保護をする余裕があるかどうかではなく、インバーター全体や何十ものモジュールを交換し、雷が落ちたときに何週間ものダウンタイムを吸収する余裕があるかどうかだ。すべてのPVシステム設計においてサージ保護は譲れない部分であり、顧客（そしてあなたの評判）はあなたに感謝するでしょう。.