ラピッド シャットダウン デバイスのトラブルシューティング 101

太陽光発電に関しては、火災の安全性が最も重要です。 多数のソーラー規制により、火災のリスクが軽減されていますが、消防士が太陽光発電を使用する建物の上または内部で任務を遂行する際の危険を軽減するために、定期的に更新する必要があります。 PV 配列。

多くの国では、以下を保証するために安全対策を優先しています。 太陽エネルギー機能 安全で、消防士やその他の最初の対応者が防火エリアに行くことができます。 このような状況では、高速シャットダウンを使用できます。 

急速シャットダウンの基準をさらに詳しく調べて、すべてのソーラー設置業者とシステム所有者がそれらを認識することが重要である理由を見てみましょう.

それはどのように動作しますか？ 

その 国立電気コード 米国 (NEC) では、電気安全要件として急速シャットダウンの要件が導入されました。 

太陽 PV システムには、この基準を満たすために、屋根の太陽電池モジュールの電源を切るか、電圧を下げる方法が必要です。 これには、「オンまたはオフ」スイッチを追加する必要があります。

急速なシャットダウンは、太陽光発電の設置者や消防士が太陽光発電アレイからの電圧と電流を停止または低減するための安全な方法を提供し、電気的危険を回避しながら安全かつ生産的に作業できるようにします。

インバーターには、モジュールによって生成されたエネルギーの流れを遮断するためにシャットダウンする能力があります。 ただし、太陽が昇っている限り、ソーラー パネルは発電し続け、パネルとインバーターを接続するワイヤに電圧と電流が流れます。

モジュールレベルで屋根の電圧をオフにするか下げると、ソーラーモジュールからの過剰な電圧によって消防士がショックを受ける可能性が低くなるか、なくなります。

インバータとモジュール レベルのクイック シャットダウン デバイスは、米国電気工事規程に従って相互に通信する必要があり、これらが XNUMX つのシステムを構成します。

ラピッド シャットダウン デバイスが動作を停止するのはなぜですか? 

ラピッド シャットダウン デバイスは、一種のマイクロインバータまたはモジュール レベルのパワー エレクトロニクス (MLPE) です。 それらには、太陽系全体の電圧出力をシャットダウンして下げることができるツールが装備されています。 PV ラピッド シャットダウン規制。

最後に、急速シャットダウン システムにはインバータが必要です。 ソーラー モジュールで生成された電気は、インバーターを介して家庭用の有用なエネルギーに変換されます (このプロセスの詳細については、以前のブログを参照してください)。 インバーターの内部には、いくつかの Rapid Shutdown イニシエーターがあります。

これら XNUMX つのコンポーネントは、太陽光発電の急速シャットダウン装置として知られています。 これらのデバイスを使用すると、電圧を安全なレベルまで下げる迅速なシャットダウン システムが可能になります。 迅速なシャットダウンのために、PVRSE と PVRSS は UL 認定を受けている必要があります。 これらの部品が正常に機能していないと、急速停止スイッチが機能しなくなる可能性があります。

一般的な高速シャットダウン デバイスの障害を特定する手順 

世界のエネルギー構造の変化が深まり、新エネルギーを主燃料とする新電力システムが拡大し、屋上に太陽光発電システムを設置する建造物が増加しています。 

家庭用システムであろうと、産業用および商業用発電所であろうと、太陽光発電の設置容量は大幅に拡大すると予想されており、それに関連する安全性の問題は常に業界の注目を集めてきました。

• 緊急時にデバイスをオフにする

消防士の安全のためにモジュールレベルのシャットダウンが必要になるため、ソリューションは信頼できるものでなければなりません。 高速シャットダウン デバイスによってクイック シャットダウンが有効になっている場合は、アレイを正常にオフにし、電源を切る必要があります。 

消防士は、アレイが実際に電源が切られていると想定しているため、これが起こらない場合、シャットダウン手順がまったくない場合よりもリスクが大きくなる可能性があります.

では、安全な切り替えを保証するにはどうすればよいでしょうか。 インバーターで使用されるものなどの機械的 DC 切断は、UL 98B に準拠したテストに合格する必要があります。 他の安全性試験に加えて、この規格は、切断が意図されているものと同様の条件下での試験を義務付けています。 

対照的に、今日のソリッドステート DC スイッチは、UL1741 に対してのみテストされており、モジュール レベルのシャットダウン コンプライアンスで採用されています。 DC 切断または安全スイッチは、UL 1741 の対象外です。 

MLPE デバイスの作業環境は、実際には、インバーターまたはインバーターでの一般的な DC 切断の作業環境よりも過酷です。 通常の動作温度範囲外で急速シャットダウン機能をテストすることをお勧めします。

• アーク故障の検出と適切なシャットダウン応答

電気ノイズは、電子部品によって発生することがあります。 これは通常、太陽光発電システムの DC 側では問題になりません。 ただし、今日の急速シャットダウン装置を使用すると、ノイズ レベルが劇的に上昇し、正確なアーク故障検出が妨げられる可能性があります。 

アーク故障回路遮断器 (AFCI) アルゴリズムは、太陽系の DC 電流と電圧を追跡し、アークに似た特定の特性 (急激な変動など) を探します。 それらは、典型的なアークがどのように見えるかを説明するアーク シグネチャのコレクションに基づいて検出を行います。 

その AFCI 検出された電流と電圧のパターンがアーク シグネチャに似ている場合、損傷が発生する前にアークを消すか、発生する可能性のあるアークを停止するためにアクティブ化されます。 の AFCI アルゴリズムは、クイックによって電気ノイズが生成されると、真のアークを区別するのに問題があります。 デバイスのシャットダウン (オプティマイザーのスイッチング周波数など) は、実際のアークに似た信号を提供します。 

騒ぎが原因で、迷惑なつまずきが発生する可能性が高くなり、さらに悪いことに、実際のアークに気付かない可能性があります。 さらに、この余分なノイズが一部のシステムのシャットダウン信号を妨害し、必要に応じてシャットダウンするという信頼を難しくしているというのは皮肉なことかもしれません。

• アークのリスクを低減するための接続数の特定

DC コネクタは、シリアル アークの主な原因です。 PV これは、ドイツのフラウンホーファー研究所と英国の BRE 国立太陽センターの調査によるものです。 通常、DC コネクタの問題には、次の XNUMX つの根本原因のいずれかがあります。

1. 取り付けミス: 最も頻繁に発生する取り付けミスは、現場での不適切な圧着とコネクタの取り付けが不十分であり、どちらも接続が弱くなり、アーク放電を引き起こす可能性があります。 

2. 一般的なエラーには、間違った圧着工具の使用、コネクタの不正確な取り付け、または単に不十分な取り付けトレーニングが含まれます。

異なるメーカーの DC コネクタは、ミスマッチ接続と呼ばれます。 非互換性は、接続の緩み、腐食、水の侵入、および可変熱膨張挙動の原因となります。

接続ポイントの数を大幅に増やすクイック シャットダウン方法は、システムをより危険なものにする可能性があります。

• デバイスの寿命の発見

太陽エネルギーの採用は費用対効果によって推進されるため、クイック シャットダウン テクノロジによってシステム コストが消費者の手の届かないレベルにまで上昇しないことが重要です。 太陽光発電システムも 20 年以上の投資です。 部品が少なく、電子機器が過酷な屋上条件にさらされないシステムは、より信頼できるはずです。

市場で入手可能な急速シャットダウン技術を評価する際は、安全性を第一に考え、次に追加コストを考慮する必要があります。

迅速なシャットダウンは、消防士が緊急時にソーラー システムの DC 導体の電源を切り、建物の屋根の安全な環境を維持するための簡単な方法を提供するために、2014 年の National Electrical Code (NEC) に最初に含まれていました。 

これは、典型的なストリング インバーター ソーラー システムでは、インバーターがオフになった後でも太陽が輝いているとき、ソーラー システムからの DC ワイヤが生き続けるようにするためです。

2017 年 NEC は、どのくらい近いかに基づいて、急速シャットダウンの基準を変更しました。 PV システム導体は PV これは、アレイから全方向に 1 フィート (305 mm) 伸びる領域です。

高速シャットダウン開始から 30 秒以内に、 PV 入口から 3 フィート (1 m) 以上離れた建物内の回路は、30 ボルト以下に制限する必要があります。

1 年 2019 月 XNUMX 日から、次の XNUMX つの代替手段のいずれかを使用する必要があります。 PV 配列境界内にある回路:

その PV 配列を指定するか、フィールドを PV 急速シャットダウンを備えたアレイ。 そのような PV アレイは、現場のラベルまたは迅速なシャットダウンのリストに記載されているガイドラインに従ってセットアップおよび使用する必要があります。 PV 配列。

PV 境界内または建物の表面が貫通するポイントから 3 フィート (1 m) 未満の導体は、クイック シャットダウンの開始から 80 秒以内に 30 ボルト以下に制限する必要があります。

PV 露出した接地された導電性要素または地面から 8 フィート以上離れて設置され、露出した配線方法と導電性部品がないアレイは、規制から免除されます。

新エネルギーを主要な燃料として使用する新しい電力システムの拡大と、屋上太陽光発電システムを備えた建物の増加は、世界のエネルギー構造のより深刻な変化の結果です。

太陽光発電の設備容量は、それが家庭用システムであろうと産業および商業用発電所であろうと、劇的に増加すると予想されており、それに関連する安全上の懸念は常に業界の注目を集めてきました.

ラピッド シャットダウンとインバーターおよびパワー オプティマイザーとの相互作用

他のインバータ システムでは、迅速なシャットダウンを可能にするために追加のコンポーネントが必要ですが、モジュール レベルの迅速なシャットダウンに基本的に準拠しているシステムもあります (NEC 2017 以降)。

米国の住宅用ソーラー パネル システムで最も一般的なインバータの選択肢は、マイクロインバータとパワー オプティマイザ システムです。 ありがたいことに、パワー オプティマイザーとマイクロインバーターの両方がパネル サイトで動作し、クイック シャットダウン機能が組み込まれています。

「NEC 2017 または NEC 2020 に準拠するには、ストリング インバーターのみをインストールする場合、モジュール レベルのパワー エレクトロニクス (MLPE) を追加でインストールする必要がある場合があります。 ソーラーエッジのように、パワー オプティマイザーとストリング インバーターを組み合わせるとうまくいくはずです。

ただし、追加の州が NEC 2017 の実装を開始したとき、多くのストリング インバーター メーカーやその他のソーラー企業が、急速シャットダウン機能を備えた新しい MLPE 技術を開発したため、急速シャットダウン コンプライアンスのための唯一の選択肢はパワー オプティマイザーではありませんでした。 迅速なシャットダウン用に特別に設計されたこれらの MLPE は、多くの場合、パワー オプティマイザやマイクロインバータを追加するよりも経済的な選択肢です。

一部のインバータ システムは、追加のコンポーネントを必要とせずにクイック シャットダウンをトリガーできますが、そうでないものもあります。 パワーオプティマイザと マイクロインバーター どちらにもシャットダウン機能が組み込まれています。 2017 NEC コードに準拠するには、ストリング インバーターを使用している場合、モジュール レベルのデバイスを追加する必要がある場合があります。

ソーラー パネル システムを調整する前に、システムが迅速なシャットダウン基準に準拠しているかどうかを確認する必要があります。検査を受けるためです。 お使いのシステムに最適な高速シャットダウン コンポーネントを見つけるには、専門家の支援を求めることができます。

パワー オプティマイザは、グリッド準拠の AC 電圧に変換するために集中型インバータに低電圧 DC を供給し、マイクロインバータは、低電圧 DC をユーティリティ グリッド準拠の AC 電圧に変換します。 次に、AC 電力は、オンサイトの負荷が使用するために電気サービスにエクスポートされるか、ユーティリティ グリッドが利用可能になったときに他のユーザーが使用するためにグリッドにエクスポートされます。 

これらの MLPE は AC 電力の生成を停止し、AC 電圧または電流をインバータ出力回路またはグリッドに供給できなくなります。したがって、グリッドに障害が発生した場合、または PV システムの AC 回路が、AC 回路ブレーカー、ユーティリティ メーターの取り外し、またはその他の方法でユーティリティ サービスから切断されている。 AC切断.

システム インバーターへの AC 電源が切断されると、パワー オプティマイザーを備えたシステムは迅速なシャットダウン コンプライアンスを実現します。 

インバーターはオプティマイザーに信号を送信し、AC 信号が失われたときに電圧出力を自動的に 350 ボルトに下げることができるようにします。 この場合、オプティマイザを使用した 18 枚のパネルのラインの平均 18 ボルトは XNUMX ボルトに低下します。

内部の DC ワイヤの 10 フィートの終端距離 PV アレイは、1 年に NEC が提案した記事 2017 の変更の一環として、690.12 フィートの境界線に縮小されます。 さらに、既存の 30 ボルトの導体制約を維持しながら、80 フィートの境界内でアレイ内の XNUMX ボルトの制限を必要とします。 

その結果、マスター スイッチから個々のパネルをリモートでオフにする必要があります。 パネルとクイック シャットダウン ボックス間のストリング電圧は最大 600 ボルト DC まで存在する可能性があるため、2014 年 NEC 基準で現在使用されている急速シャットダウン システムは、この新しい基準に準拠していません。 

本質的に、この新しい計画では、すべての屋上に何らかの種類のアレイ内またはモジュール レベルのシャットダウン デバイスが必要です。 PV システム。

新しいアレイ内の 80 ボルト制限が消防士やその他の最初の応答者の安全をどのように改善するかは不明ですが、追加の規則により、実際には設置者の安全性が低下する可能性があります。 

太陽光発電業界がより過酷なモジュールレベルのシャットダウンを実施せざるを得なくなった場合、設置者がモジュールレベルのデバイスの故障や摩耗の交換に費やす時間が長くなるという懸念はどこにありますか? 

サービス担当者は、建設業界における職業上の死亡事故の主な原因である転倒を経験する可能性が高いことを考慮する必要があります。

パフォーマンスの向上はほとんどまたはまったくないため、この提案された 2017 年 NEC の記事 690.12 への追加規則は増加します。 PV システムの複雑さ、設置者とメンテナンスのリスク、費用、および信頼性の問題。これは、ルーフトップの将来の可能性に影響を与えます。 PV インストール。 

そのような変更はよく考えなければなりません。 NEC は、存在さえしないかもしれない問題を解決しようとしているようです。

NEC 2017 基準は、安全性の向上を示しています。 PV システム。 市場には、NEC コードの管理基準に準拠した設計とデバイスがいくつかあります。 あなた自身とあなたの身を守るために、急速シャットダウンシステムを活用してください。 PV システムを安全に。

あなたの州があなたの州の安全のためのコードを持っている場合は、あなたの州のクイックシャットダウンデバイスの更新された要件に準拠してあなたのソーラーシステムを更新することを確認する必要があります. PV システム。

電気はソーラー パネル アレイを使用して生成され、直流 (DC) を供給します。 アプライアンスが利用する可能性のある交流電流 (AC) は、インバーターによって生成されます。 大型のインバーターは、建物の電気メーターまたは主配電盤の近くに配置するか、個々のソーラー パネルに結合された多数の小型の個々のインバーターをシステムに含めることができます。

建物の電線の大部分は、外部に沿った電線管を通って配線されています。 AC 切断スイッチは通常、住宅の主配電盤または電気メーターの近くに設置されます。 各切断スイッチには、リンクされているソーラー アレイを示すラベルが必要です。

ソーラー アレイへの家庭の接続のみが切断スイッチによって切断されます。 パネルは DC 電力を生成し続けるため、人々に衝撃を与える可能性があります。 の 太陽光発電 バッテリーバックアップがあれば、システムは発電し続けます。

ソーラーパネルは、太陽が出ている限り機能し続けることに注意してください。 ソーラー パネルは、他の電源と同様に危険な場合があります。 

屋根や敷地内の別の場所にソーラーパネルを設置している場合は、危険に注意し、電気機器から安全な距離を保ってください。 緊急要員には、太陽電池アレイに関連する危険性について通知する必要があります。

健全なソーラー急速シャットダウン装置のヒント

太陽が出ているときはいつでも、ソーラー パネル システムの導体は帯電します。

迅速なシャットダウン メカニズムなしに、これらの導体を流れる電流を停止する安全な方法はありません。

ほとんどの人が信じていることに反して、ソーラーインバーターをオフにするだけでは電源をオフにすることはできません。 ソーラー パネルはまだ電気を生成しており、ソーラー パネルを接続する電気接続はまだ電気を運んでいます。

ソーラー パネル システムに接触する人は誰でも、この通電電流により感電死の危険にさらされます。これには、屋根での事故に呼び出される可能性のある最初の対応者も含まれます。

消防士は、壁や屋根にドリルで穴を開けて燃えている建物を頻繁に換気しているため、ソーラーパネルシステムの導体やケーブルに直接触れる可能性があるため、特に脆弱です.

この問題は、ソーラーパネルシステムの電源を即座に遮断し、屋根に登る人の感電死のリスクを排除する急速シャットダウン装置ソーラーによって解決されます。

健全な太陽光発電のためのヒント 急速遮断装置 には次の値があります: 

• 「リストに記載された」または現場でラベル付けされた迅速なシャットダウン システムをインストールする

「リスト」という言葉は、XNUMX 世紀以上前に作成された UL 認証プログラムの最初の名前に由来します。 

National Electric Code には「listed」という言葉が含まれていますが、システムと製品が UL 認定を受けなければならないとは述べていません。 むしろ、そのような認証サービスを提供する組織の一般的な品質について説明しています。 

UL は、製造業者が UL を通じて自社製品の迅速なシャットダウンを認証する必要があることを明確に信じていますが、他の全国的に有名な試験所も支援できる可能性があります。

• 80 秒以内に電圧を 30 V まで下げることができるシステムを設置する

マイクロインバータは、高電圧の DC 電源を、80 秒で 30 V まで低下できる低電圧で安全な AC 電源に変換するため、本質的に pv 急速なシャットダウン。

インバーターを設置した後のテストは困難ですが、UL はこれらのテストを積極的に実施して、特定のマイクロインバーターが 80 V のしきい値を満たすことができることを確認しています。

• BI をインストールするPV 金属部品がなく、露出した導体がなく、接地された金属から 8 フィート以内にないシステム

NEC 2017 基準は、ソーラー シングル、タイル、またはその他の統合された建物で満たすことができます。 PV (BIPV) システムは、露出した金属導体または金属コンポーネントがない限り、または接地された金属の隣に配置されていない場合に限ります。 これらのシステムは、導電性および接地されたコンポーネントから離して保管してください。

結論

太陽光発電設置事業者として知っておくべきことはこれだけでした。 世界的に、消防士が太陽光発電の近くで活動している間、消防士を保護するための迅速なシャットダウン規制が策定されています。 PV 機器。これらの安全上の利点をさらに詳しく知りたい場合は、以下をご覧ください。 急速停止装置: 太陽光発電システムに不可欠な安全ソリューション.

NEC が要求する急速シャットダウン システム (PVRSE) は、電圧を安全なレベル (PVRSS) に下げるために多くのデバイスを使用します。 NEC の要件を満たすには、インバーター、イニシエーター、および MLPE やマイクロインバーターなどの急速シャットダウン デバイスなどのコンポーネントが必要です。

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