効率を解き放つ：1500V太陽電池システムに電源供給する

2023年10月12日、Ron Stull著 - 5分の閲読

世界のソーラー市場

太陽光発電の状況は絶え間なく進化しており、効率や金融の存続可能性の限界を押し広げています。太陽光発電（PV）システムの未来を形作る重要なトレンドの1つに、より大きなセルストリングへの移行があり、より高いDC電圧でAC電力に変換します。この動きはコストの削減につながりますが、エンジニアはこれらの高電圧に対応すべく監視と制御をおこなうために補助電源を適応させるという課題に対処する必要があります。

政府の支援は変化するにもかかわらず、太陽光発電システムの成長は引き続き堅調です。2014年の178GWから、グローバルな設置容量は2019年までに驚異的な540GWに達すると予測されています。欧州ではこのチャージをリードしており、158GWへのブーストを予想していますが、中国や米国などのその他の国も著しい成長を予想しています。

1500 V PVシステムへの移行

効率は、PVシステムのコストを正当化する上でいつも重要な要素でした。現在、設計者はパネルを直列に接続することで効率を最大化しており、その結果DC電圧が高くなります。例えば、典型的なグリッド接続されたシステムには、1000Vを生成するために22枚の直列のパネルがあるかもしれません。しかし、1500Vへのシフトは、電流の大幅な減少や抵抗ケーブルの損失につながる可能性があり、その結果、システム全体の効率が高まったり、設置コストが下がります。

1000Vから1500Vへ移行する際の、大規模なソーラープラントで考えらえる展開にまつわる節約は、かなりのものがあります。これは、PVモジュール、コンバイナーボックス、PVインバーターなどの全体的なコンポーネント数の減少と単価の減少の結果です。

より高いストリング電圧の利点は明らかですが、潜在的な欠点が存在することに注意することも重要です。システム全体の絶縁をアップグレードして、より高い動作電圧に対応する必要があります。しかし、インバータ技術の進歩、特に広帯域半導体デバイスの使用が、この1500Vへの移行を促進しています。

補助回路の課題

この移行で注意が必要な領域の一つに、監視と制御のための補助電源の適応があります。PVコンバイナとインバータには、1500Vラインから導出された低電圧絶縁電力が必要です。その課題は、これらのレベルで動作する小型DC-DCコンバータの不足にあります。さらに、太陽電池からの出力は大きく変動し、200Vと低くなる可能性があるため、これらのコンバータは広い入力範囲を処理する必要があります。

このアプリケーションでは、IEC 62109-1などの安全規格への準拠もDC-DCコンバータに不可欠です。この規格は、感電、機械的、温度、火災、化学的リスクなどの危険に対する保護を保証します。これらの要件を満たすように特別に設計された DC-DC コンバータを選択することで、アプリケーション認証プロセスをスピードアップし、市場投入までの時間を短縮できます。

米国では、もう1つの関連規格はUL 1741であり、分散型エネルギー資源のより一般的な適用をカバーしています。これには、コンバータとコントローラに関する特定の要件が含まれます。

設計上の課題に真正面から見る

補助電源に関連する設計上の課題に対処するため、CUIのような企業では既製のソリューションを導入しています。例えば、CUIのAEシリーズのDC-DCコンバータは、1500VDC太陽光発電システム用に特別設計されています。これらのコンバータは、幅広い入力範囲、さまざまな電力定格、出力電圧を提供しながら、PVシステムの電力変換装置の厳しいIEC 62109-1安全要件を満たしています。

図3：CUIがお届けする、シャーシまたはDINレールに収められた、ボードマウント構成ののDC-DCコンバータのAEシリーズ

1500 VDCシステムへの移行

PVシステムは、ギガワット規模での効率的なエネルギー変換を目指すため、包括的な制御と監視の役割が最重要課題となっています。補助電源は、システムの円滑な機能を確保する上で重要な役割を果たします。CUIの製品は、PVシステム設計者やインテグレーター向けにフィット・アンド・フォージェット・パッケージを提供し、高い動作電圧に関連する特定の課題に対処しながら、信頼性と安全基準を遵守します。

ソーラーシステムでの1500VDCへの移行には、効率とコスト削減の向上に説得力のあるケースが存在します。しかし、エンジニアは、この高電圧に対応するために補助電源を適応させる上での課題に対処する必要があります。CUIのAEシリーズのような既製のソリューションにより、業界は自信を持って太陽光発電の未来を受け入れ、より持続可能で経済的に実行可能なエネルギーのランドスケープに向かって進んでいます。

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Ron Stull

電力システムエンジニア

Ron Stullは2009年にCUIに参入して以来、アナログおよびデジタル電源、そしてAC-DCおよびDC-DC電力変換の分野で知識と経験を積み重ねてきました。彼はこれまで、アプリケーションサポート、テスト、検証、設計などの責任者としてCUIのエンジニアリングチームで重要な役割を担ってきました。Ronは、電力エンジニアリング以外では、ギターを弾いたり、ランニングをしたり、アメリカの国立公園をすべて訪れることを目標に妻とアウトドアを楽しんでいます。