太陽光発電システムの切断について：種類、選択、設置のヒント

太陽光発電の切断とは何か、そしてなぜそれが重要なのか

ソーラーディスコネクトは、最も基本的なレベルのスイッチです。手動式のシンプルなスイッチです。巧妙な動作をするのではなく、文字通り2点間の電力の流れを遮断します。それほど難しいことではありませんが、設置場所となぜ必要なのかが重要です。「なぜ」という問題は、安全性に関わる重要な問題です。太陽光パネルが光に当たるとすぐに直流電流（DC）が生成されます。太陽には「オフ」ボタンはありません。この絶え間ない生成は、重大かつ永続的な脅威となります。

屋根の上で燃えている建物の換気に努める地元消防署の消防士を想像してみてください。インバータを修理している技術者を想像してみてください。街頭の変圧器の上で作業する電力会社の送電線作業員を想像してみてください。これらの人々は皆、触れる予定の回路の電源を確実に、検証可能かつ容易に遮断できる手段を必要としています。太陽光発電システムの遮断装置はまさにそれを提供します。これはメンテナンスにおいて不可欠な要素であり、火災などの緊急事態における最前線の防御策であり、管轄当局（AHJ）による適合認定と地方自治体の規制遵守が求められるあらゆるシステムの必須要素です。

これは利便性の問題ではなく、完全な制御の問題です。これらの装置は、米国電気工事規程（NEC）、特に690.13条や690.15条といった非常に具体的な条項で義務付けられています。その根幹を成すのは電気的絶縁の原則です。技術者は、スイッチを手動で開き、「オフ」の位置にロックし（ロックアウト/タグアウト、またはLOTOと呼ばれる手順）、回路が遮断されていることを認識した上で作業を継続できる必要があります。これができない場合、各ソーラーアレイは常に高電圧の活線に晒される危険があります。これは設計上の見落としではなく、重大な設計ミスです。

2つの主なタイプを理解する：AC切断とDC切断

「ソーラーディスコネクト」は紛らわしい用語です。単一のデバイスを指すのではなく、本質的に異なる2つ以上の要素を指し、互換性がありません。これらを区別できないことは、広く蔓延している危険な誤解です。インバーターは、パネルからの直流電力を家庭または電力網への交流電力に変換する装置であり、その境界線を成しています。直流側（インバーターの前）と交流側（インバーターの後）にディスコネクトがあり、これらは互換性がありません。

AC切断：グリッド側安全スイッチ

ACディスコネクトは、インバータの後段、インバータと建物のメインサービスパネル、またはより一般的にはユーティリティメーターの間に設置されます。これはお客様にとって有益ではなく、電力会社にとっての主な受益者です。電力線作業員が送電網を修理する必要がある場合、技術的には小型発電所である太陽光発電システムが、作業中の送電線に電気を逆流させていないことを確実に確認する必要があります。これは「アイランド化」と呼ばれる非常に危険な現象で、システムがいわゆる「デッド」な電力網に電力を供給し続けている状態です。彼らの安全スイッチはACディスコネクトです。これはほとんどの場合、耐候性筐体に収められた頑丈でロック可能なスイッチです。電力会社の規制により、通常、作業員がいつでもすぐにアクセスできる場所、つまりメインの電気メーターに近い外壁に設置することが義務付けられています。ACディスコネクトの技術仕様はインバータのAC出力に依存し、他のAC定格スイッチと同様に非常にシンプルな装置です。

DC切断（PV アイソレータ（アレイ側安全スイッチ）

DC切断とも呼ばれる PV アイソレータまたはアレイ切断装置は、インバータの反対側にあります。これは、ソーラーパネル自体（アレイ）とインバータのDC入力の間に配置されます。これは、機器と作業する技術者を保護するという、まったく異なる目的のためにあります。中央インバータを保守、修理、または交換するには、屋根から供給される高電圧DC電源でインバータを分離できる必要があります。これは技術的に難しい作業です。なぜなら、高電圧DC電源を遮断することは、ACを遮断することよりもはるかに困難で危険だからです。特に現代のアレイに典型的な600Vから1500VのDC電源は、遮断されることを望みません。1秒間に120回ゼロボルトを横切る（もちろん、これによりアークが消えます）ACの正弦波とは対照的に、DCは、この遮断を容易にする「ゼロ交差」ポイントのない、連続的で避けられない電力の流れです。通電中の高電圧DC回路を遮断すると、持続的な高温プラズマアークが発生します。だからこそ、高品質で専用に設計されたDCアイソレータスイッチの重要性は計り知れません。このスイッチは、絶え間なく流れる高電圧DC電力に対応できるよう綿密に設計され、この危険なアークを安全かつ迅速に消火するためのアーク消火装置を内蔵した、非常に特殊なエンジニアリング製品でなければなりません。このような場所にAC定格のスイッチを設置すると、悲惨な故障につながる可能性があります。スイッチは、負荷がかかった際に溶着したり、溶けたり、さらには爆発したりする傾向があります。

システムに適した太陽光発電切断装置の選択方法

切断の選択は近似値ではありません。アレイの譲れない要件と環境のニーズを正確に見積もることです。誤った決定を下すことは些細なミスではなく、動作しないシステム、あるいはテスト時に劇的に機能不全に陥るシステムを設計してしまうことです。これは体系的なチェックリストであり、推測ゲームではありません。

電圧定格（Voc）の計算

まず、電圧です。スイッチの定格は、アレイが生成できる最大電圧である必要があります。これは動作電圧 (Vmp) ではなく、ソーラーパネルのデータシートに記載されている開回路電圧 (Voc) です。ストリングの Voc を取得するには、1 つの直列ストリング内のすべてのパネルの Voc を合計する必要があります。しかし、それだけではありません。太陽光発電パネルの電圧は、温度の低下とともに上昇します。NEC では、設置場所の予想される最低周囲温度に応じて温度補正 (NEC 表 690.7) を計算することを義務付けています。この寒冷地向けの調整済み Voc が、最低限必要な電圧です。寒冷地での公称 600 V のアレイは簡単に 700 V を超える可能性があり、600 V ではなく 1000 V 定格のスイッチが必要になります。ここで妥協することはできません。電圧定格が低いと、大きな火災の危険があります。

アンペア定格（Isc）の決定

次に、電流定格です。スイッチは、想定される最大電流に耐えられる定格である必要があります。これは、ソーラーストリングの短絡電流（Isc）に基づいています。複数のストリングを並列接続する場合（例えば、コンバイナボックス内）、Iscの値を加算する必要があります。ソーラー回路は連続運転（つまり、少なくとも3時間以上フルパワーで使用できる）電源とみなされるため、NECでは最大回路電流に1.25（125%）の安全率を適用することを義務付けています。遮断器の電流定格は、計算された最大電流の125%以上である必要があります。これは「推奨」ではありません。過熱、部品の劣化、火災の防止は基本的な要件です。ハードウェアオプションの詳細については、当社のガイドをご覧ください。 DC切断スイッチ.

融合型と非融合型：どちらが必要ですか?

このオプションは、システムの設計と過電流保護 (OCPD) の場所によって決まります。

• 非ヒューズ切断: これは基本的なオン/オフスイッチです。過電流保護機能は備えていません。絶縁のみを目的としています。OCPDが他の場所で提供されている場合に適しています。例えば、シングルストリングインバータのDC遮断にはヒューズが取り付けられていないことがよくあります。これは、インバータ自体が必要な保護機能を備えているためです。
• ヒューズ付き切断装置: これは、スイッチ筐体にヒューズが内蔵されているタイプです。過電流保護と遮断機能を備えています。これは、接続箱に3つ以上の並列ストリングを接続するシステムで必須です。故障時に他のストリングからの逆電流が各ストリングに流れ込まないように、各ストリングには個別にヒューズを取り付ける必要があります。バッテリーバンクとインバーターの間には、主ヒューズ付き遮断器が必要になる場合もあります。

どちらかが常に優れているとは思わないでください。これらは異なる設計目的で使用されます。

適切なエンクロージャの選択（NEMA/IP定格）

スイッチの内部部品は、それらを収納する筐体が破損すると役に立たなくなります。北米では筐体の定格はNEMA（全米電気工業会）で、国際的にはIP（侵入保護）で定められています。

• NEMA 3R： これは屋外設置のほとんどにおいて最低限必要なものです。耐候性があり、雨やみぞれを防ぎます。
• NEMA 4 / 4X: これは大きな改善です。NEMA 4は防水性を備えており、ホースからの散水にも耐えます。これは、雨が風で吹き飛ばされる地域や、機器に水が飛散する可能性のある地域では不可欠です。4Xは耐腐食性も備えているため、沿岸地域、工業地域、農業地域では必須です。
• IP 評価: IP65は防塵性と噴流水への耐性を備えています。IP66は高出力噴流水への耐性を備えています。これらはNEMA 4スタイルの保護等級に相当する、国際的に標準的な規格です。

エンクロージャは環境によって決まります。屋内定格（NEMA 1）のエンクロージャを屋外環境で使用すると、水の浸入によりすぐに故障することになります。

コードおよび認証要件を満たす（NEC、UL、IEC）

最後に、デバイスが国家認定試験機関（NRTL）の認証を受けていない場合、重要な仕様は存在しません。この認証は、スイッチが定格の故障条件で実際に動作するという唯一の独立した保証です。米国では、ULマーク（UL 98またはUL 508など）の取得がこれに該当します。欧州では、IEC規格への準拠とCEマークの取得がこれに該当します。リストに載っていない、認証されていないコンポーネントは、大きな問題となります。電気検査に合格せず、損害保険の契約がキャンセルされる可能性があり、システムの安全性に関する重大な、そして容認できない憶測となります。コスト削減を図るには最も不適切な場所の一つです。

ご存知のとおり、適切な遮断器の選択は、基本的な定格だけの問題ではありません。特に、認証と安全機能は譲れない要素です。適切に設計されたDCアイソレータは、アークを迅速に抑制し、負荷がかかった状態でも絶対的な信頼性を発揮できる必要があります。ここでは、DC保護機器の専門メーカーである BENY 専門知識を実践する。

基本事項をより明確に理解するには、以下を参照してください。 太陽光パネルの接続解除に関する101ガイド 。

避けるべき太陽光発電切断設置のよくある間違い

理論は明快だが、実践は複雑だ。適切に選択された切断装置であっても、不用意な設置によって役に立たなくなったり、危険にさえなりかねない。基準が厳しいのには理由がある。以下は最も一般的で、かつ予防可能な失敗例である。

• 逆極性（DC切断）: これはおそらく最悪かつ最も危険なミスです。DCアイソレータスイッチでは、「ライン」端子と「負荷」端子は推奨されていません。電源（ソーラーパネル）は「ライン」側に接続し、デバイス（インバータ）は「負荷」側に接続する必要があります。これは、スイッチのアーク消弧機構に方向性があるためです。極性を逆にすると、この重要な安全対策が無効になり、スイッチが自己溶着するか、負荷がかかった際に壊滅的な故障を引き起こす可能性が高くなります。
• 不適切な場所とアクセシビリティ: NEC（国家電気設備委員会）は、遮断装置が「容易にアクセスできる」ことを要求しています。これは、20フィート（約6メートル）のはしごや地図があればアクセスできるという意味ではありません。容易にアクセスでき、機器に遮られず、救急隊員や技術者が視認できる場所に設置する必要があります。遮断装置を屋根裏、床下、またはボルトで固定されたパネルの裏などに隠さないでください。公益事業のAC遮断装置の場合は、地域の公益事業規制を参照してください。ほとんどの場合、メーター近くの指定された屋外位置に設置することが義務付けられています。
• 導体トルクが正しくありません: スイッチの端子ラグには、側面または設置マニュアルにインチポンド単位で規定のトルクが印刷されています。「しっかりと締める」というのは技術的な仕様ではありません。締め付けが緩すぎると高抵抗点が発生し、その部分が大量の熱を発生して絶縁体が溶け、火災の原因となります。締め付けが強すぎると、導体の素線とラグ自体が切断され、これも高抵抗による故障の原因となります。必ず校正済みのトルクレンチを使用してください。
• DC アプリケーションにおける AC 定格コンポーネントの適用: これは繰り返しになりますが、アマチュアにとって最も致命的なミスです。特に高電圧PVのDCブレーカーやスイッチは、ホームセンターで入手できるAC定格のブレーカーやスイッチでは動作しません。DCアークを消火する能力がないため、動作しません。動作せず、おそらく火災を引き起こすでしょう。DC電圧・電流定格と認証を備えた部品のみを使用してください。
• 弱いエンクロージャ管理: NEMA 4X エンクロージャは、上部に電線管の引き込み口を開けて、水を直接端子に流し込むと役に立ちません。電線管の引き込み口は常に側面、できれば底部に設けるようにしてください。すべてのハブと継手が NEMA 規格に適合し、しっかりと密閉されていることを確認してください。故障のないセットアップを確実にするために、当社の 太陽光発電システムの切断について：種類、選択、設置のヒント.

結論

太陽光発電システムの接続解除装置は、結局のところ、シンプルなルールを持つ複雑な装置です。付属物でもなければ、角度を付けて切断できる部品でもありません。システム、資産、そしてそれを扱うスタッフの安全を守る、まさに主役です。交流と直流の違いは明白であり、電圧と電流の計算には厳密さが求められるため、唯一許容される方法は、入念な作業です。NECとULの要件は、単なるお役所仕事ではなく、経験の集大成であり、非常に高い代償を払って得られたものです。そのように扱ってください。

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