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DC1500Vシステムソリューション

高効率のDC1500Vシステムの導入が加速しています

太陽光発電所は、PVパネルが発電する直流(DC)電力をパワーコンディショナ(PCS)で交流(AC)に変換したのち昇圧し系統に連系します。 これまでPVパネルからPCS間のDC電圧は1000Vが一般的でしたが、2017年よりDC1500V化が進んでいます。
国内大手PVパネルメーカ、PCSメーカは既にDC1500V対応製品の販売を開始しており、DC1500V化の流れは本年さらに加速するものと考えられます。
我々ワイドミュラーは、いち早く製品の1500V対応に取り組み実績を重ねています。ここでは1500Vシステムのメリットおよび弊社の1500V対応接続箱がなぜ選ばれているのかをご紹介します。

システムの簡素化により、大幅に導入コストを削減
メンテナンスコストも低減します

下図は1MW(発電パネル4032 枚)のPV発電プラントをDC1000VシステムとDC1500Vシステムで構成した場合の試算です。

発電電力は"システム電圧"と"電流"の『積』となります。同じ電力を発電する場合にシステム電圧をDC1000VからDC1500Vに上げると、電流はDC1000V 時の60~70% で良いことになり、 直流電路を構成する資材費を大幅に低減することが可能となります。
結晶系PV パネルの開放電圧VocはDC35V程度のため、DC1000V システムでは、1ストリング当り24 直列となり、ストリング数は合計168 本となります。
一方、DC1500V システムでは、直列数を32 枚程度まで増やすことが可能で、ストリング数は合計126 本となります。 また条件によっては(上図は1MW相当プラントでの試算)集電箱の削減も可能です。よって、各種ケーブル、接続箱、集電箱数を大幅に削減することが可能になります。

発電効率アップと電圧降下リスクを低減
売電収入の増加につながります

PVパネルで発電した電力の一部はPCSに送電される間に、直流電路の抵抗により熱として消散してしまいます。
DC1500V化により、PVパネルで発電した電力をPCSに供給するまでのストリング/ケーブル、および接続箱の導通損失を更に低減し発電効率をアップすることが可能です。導通損失は、"電流の2乗"と"電路の抵抗値"の『積』となります。
またDC1500V化により、PCSの変換効率も一般的に増加します。

IECに準拠したワイドミュラーの安全設計コンセプト
ヒューズ方式、GFRPボックスの接続箱で安全・安定性の高い発電所システムを構築

熱硬化性FRPボックスの採用により金属ボックス並みの耐火性を実現

接続箱/集電箱の規格IEC61439-2ではボックスの耐火性評価としてグローワイヤー試験が要求されます。 赤熱した金属棒をボックスに押し当てても発火しないことを確認するもので金属棒の温度として960℃、850℃、650℃の3段階のグレードがあります。 IEC規格では発火しなければ溶融しても合格となるため炎の閉じ込め性能の評価にはなっていませんが、ワイドミュラーの社内基準では最高グレード960℃をクリアするだけでなく溶融も禁止しています。
樹脂には熱を加えると溶ける“熱可塑性樹脂”と熱を加えても溶けない“熱硬化性樹脂”があります。ワイドミュラーの接続箱/集電箱は“熱硬化性FRPボックス”を採用し、金属ボックス並みの耐火性を実現しています。

  • グローワイヤー試験

    グローワイヤー試験

  • 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂

    試験結果:熱硬化性樹脂(左)と熱可塑性樹脂(右)

二重絶縁でDC1000Vによる感電事故を防止

接続箱/集電箱の規格IEC61439-2では、感電保護として3種類の方法が認められています。 地絡遮断装置を用いる方法、電気的分離を用いる方法、二重絶縁を用いる方法です。地絡遮断装置を用いる場合は金属ボックスが使用可能ですが入力側、出力側共に地絡遮断装置を設置する必要があります。 電気分離を用いる場合も金属ボックスが使用可能ですがDC回路の浮遊容量が大きい大規模太陽光発電所には適切ではありません。 ワイドミュラーは安全性を第一に考え、感電防止として最も信頼性の高い二重絶縁を採用しています。二重絶縁を実現するためには、ボックスは非導電材料を使用する必要があり金属ボックスは使用できません。 IEC規格は上記3種類の方法を認めていますが二重絶縁を推奨しています。

過電流遮断器を全ての分岐回路に採用した本質安全設計

大規模太陽光発電所では多数のストリングが並列接続されるため、DC回路の一点で短絡事故が発生した場合に他のストリングから事故点に向かって大電流が流れます。 このため分岐回路毎に過電流遮断器を設ける必要があります。 逆流防止ダイオードを使用する場合はストリングの過電流遮断器を省略出来ますが、逆流防止ダイオードが短絡故障した際はストリングケーブルおよびPVパネルの発火リスクがあるためIEC規格は過電流遮断器の省略を推奨していません。 過電流遮断器はライフエンドで遮断状態となることが理想です。逆流防止ダイオードのライフエンドは短絡状態となる可能性があるためライフエンド前に交換する必要があります。 また、大規模太陽光発電所では誘導雷の影響を受けやすく逆流防止ダイオードに4kV程度の逆バイアスが印加され短絡故障する場合があるため定期検査も必要です。
一方、ヒューズのライフエンドは溶断、誘導雷の影響を受けた場合も溶断となり安全上は理想的な過電流遮断器となります。 ワイドミュラーは太陽光発電所のライフエンドまでを想定した本質安全設計として過電流遮断器の省略は行わず、全分岐回路に過電流遮断器(ヒューズ)を採用しています

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