南スペインの100 MW太陽光発電施設のオペレーターは、2か月のタイムラインに対抗しています。パネルは地面に設置され、インバーターは工場試験を通過し、オフテイク契約が締結されましたが、接続ポイントはまだ空いていました。通常の変電所を建設するには、少なくとも10週間の土木工事が必要です。しかし、太陽光発電所専用に作られたプレハブの中圧/低圧変電所である太陽光発電（PV）新エネルギー変電所は、1回の貨物で納品され、コンクリート基礎の上に3日以内に組み立てられ、運転開始の週に稼働を始めました。太陽光発電能力が拡大している世界のさまざまな地域で、同様のケースが見られます。.
この記事では、PV新エネルギー変電所とは何か、従来の配電変電所とどのように異なるか、何から構成されているか、コストはいくらか、開発者やEPC請負業者がそのような変電所をどのように説明し、注文するかについて説明します。630 kVAから4 MVAまでの定格範囲をカバーし、IEC 62271-202、IEC 60076、IEEE 1547を参照し、現在の輸出市場で入手可能な実際のコストの例を示します。.
太陽光発電（PV）新エネルギー変電所は、太陽エネルギー発電所を電力網に接続するプレアセンブリの中圧/低圧変電所を指します。組み立てには、通常630 kVAから4,000 kVAの範囲で定格された昇圧変圧器、MVおよびLVのスイッチギア、ACおよびDCからの保護、インバーターを接続するためのワイヤー、IEC 62271-202に従った屋外キャビネットに収められた測定機器が含まれます。また、インバーター出力電圧を400-800 Vから10-35 kVのグリッドレベルに昇圧し、グリッドからの保護および収益メーターを提供します。.
PV新エネルギー変電所とは何ですか？
PVベースの新エネルギー発電所は、太陽光発電所が電力網に接続するその接続点のために特別に作成および製造された革新的な発電センターです。時には、太陽光変電所、インバーター駅変電所、または新エネルギー変電所と呼ばれることもあります。.
このような変電所は、太陽光発電の特定の要件を満たす能力に関して革新的なデザインを持っています。特に、太陽光発電施設の出力の変動、容量の急速な動的変化、インバーターによって生成される高調波に対処し、電圧、無効電力、アイランディングプロセスの管理に関するグリッドコードの要件を遵守することができます。.
PV新エネルギー変電所は通常、インバーターシステムと電力網施設の分離線で運用されます。低圧セクションでは、PV新エネルギー変電所は1つまたは複数の中央またはストリングインバーター駅（DCバス電圧が800-1500 Vの範囲、AC出力電圧が400-690 V）に接続します。中圧セクションに関しては、10、20、22、または35 kVの電圧で集電ネットワークに接続し、110-220 kVの送電線レベルに電圧を上げる責任を持つ上流の高圧変電所をサポートします。.
太陽光発電所における変電所の役割
ユーティリティ規模の太陽光発電施設で生成された電力は、接続されている変電所が以下に示す4つの重要な仕事を行わない限り、電力網に送信することはできません。
- 電圧変換：インバータの動作電圧（400Vから800V）の電流を中圧（10〜35kV）に増加させ、全体の設置における抵抗損失を減少させます。.
- グリッド保護：過電圧および低電圧、過周波数および低周波数、ならびに意図しない発電のダウンタイムを監視し、規制基準に従って所定の時間内に発電所を切り離します（通常0.2秒から2秒）。.
- 請求：発電所が生成し、電力網に供給したエネルギーを適切な精度（通常はクラス0.2または0.5）で計算します。.
- 切り替えおよび隔離：効果的なメンテナンスおよび予防的なシャットダウンのために、設置の信頼性の高い隔離を提供します。.
太陽光発電はその不安定性と変動性が特徴であり、雲が通過することで発電所の性能が30秒以内に60%急激に低下する可能性があるため、設置の保護と管理は、電力の変化が遅い従来の電力ネットワークと比較して、はるかに迅速かつ正確である必要があります。.
構造と主要コンポーネント
通常、PV専用のMV/LV変電所は、気象条件から保護するエンクロージャ内に配置された異なるコンパートメントで構成されています（IEC 60529で提供されるIP 54規格に従ったステンレス鋼または亜鉛メッキ鋼）。
| コンパートメント | 主な機器 | 典型的な定格 |
|---|---|---|
| LVインバータ側コンパートメント | LVスイッチボード、ACブレーカー、サージアレスタ、保護リレー、ストリング/モニタリング端子 | 400–690 V、1,000–4,000 A |
| トランスコンパートメント | ステップアップトランス、オイル containment、強制または自然換気 | 630–4,000 kVA、10–35 kV / 0.4–0.69 kV |
| MVグリッド側コンパートメント | RMUまたは真空ブレーカー、メータリングCT/VT、サージアレスタ、リレーパネル | 10–35 kV、630 Aバスバー |
| 制御および補助機器 | DC供給、ヒーター、SCADA/RTU、通信リンク、抗結露制御 | — |
標準の電力配電ユニットとは異なり、PV変電所の保護の複雑さはより多様です。たとえば、インバータのインターロッキング、方向性過電流、グリッドコードに従った電圧および周波数の制限、ならびにアイランド化防止システムが1つのリレーシステムに実装されています（通常、出力が1MWを超える発電所には冗長性があります）。.
PV変電所の動作
日中、太陽光パネルは最大1,500ボルトの直流電力を生成します。インバータはその後、400Vから690Vの三相交流を生成し、これをユーティリティグリッドに供給します。変電所はこれを中圧レベルに増加させ、保護スイッチを介してグリッドに供給します。.
トランスの負荷変動は、太陽放射に依存し、産業の定常負荷には依存しません。このため、負荷の挙動には特有の特徴があります：日の出前はほぼゼロで、朝に一定のレベルに上昇し、正午にピークレベルに達し、日没時には再びほぼゼロになります。熱設計は非常に重要であり、トランスの熱サイクルは毎日発生する可能性があります — 適切に設計されたトランスは、油温モニターと強制空冷を高いスケールで使用して、絶縁材料の早期劣化を避けます。PV専門の製造業者は、一般的にテストされた負荷プロファイルと高温気候向けの低い定格を持つトランスを提供します。.
保護に関しては、爆発図システムがトランスの出力で電圧、周波数、および電流を測定します。何らかの理由でグリッドが失敗した場合、システムはスイッチギアに信号を送り、通常は数秒で必要な時間内にプラントを隔離します。.
タイプと構成
| 構成 | 説明 | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| 単一のMV/LVユニット | の変圧器とMVおよびLVスイッチギア | 商業/産業用屋上、0.5–5 MWプラント |
| 中央インバーターステーションユニット | 中央インバーターハウジングと統合されたユニット | 中央インバーターを使用したユーティリティ規模のプラント |
| ストリングインバーターユニット | 複数のストリングインバーターに最適化されたLVスイッチギア | 分散型インバーターを持つ大規模アレイ |
| スキッドマウントユニット | 輸送可能な鋼製スキッド上のすべての機器 | ファストトラックおよびリモートサイト |
| 分割MV/HV配置 | の中央HV変電所に供給する複数のMV/LVユニット | 110–220 kVの輸出を持つ20 MW以上のプラント |
5 MWから100 MWの範囲のプラントの場合、一般的な実践は、インバータ容量の2-10 MWごとに1つの単一ユニットを持つMV/LVユニットを利用し、中央の高電圧変電所を設置することです。このモジュラーコンセプトは、建設を段階的に行い、スペアパーツを標準化することを可能にし、パネルの配置に基づいて電力を選択することを可能にします。.
PV変電所と標準配電変電所
| 要因 | PV新エネルギー変電所 | 標準配電変電所 |
|---|---|---|
| 負荷プロファイル | 可変、太陽駆動、日次サイクリング | 比較的安定したまたはピーク需要 |
| 保護 | アンチアイランド、方向性、グリッドコードの閾値 | 基本O/C、E/F、接地故障 |
| 無効電力 | 規制されており、しばしば0.95リーディング/ラギング | 通常は受動的または未補正 |
| 計測 | 双方向、クラス0.2s/0.5s輸出メーター | 単方向請求 |
| SCADA | 常に、リモートコントロールとデータロギング付き | しばしばオプション |
| 一般的な定格 | 630–4,000 kVA/ユニット | 50–2,500 kVA |
| 高調波 | インバータ誘発、フィルター考慮 | ほとんどの負荷では小さい |
この場合、保護に関する複雑さのレベルが高く、グリッドコードへの厳格な準拠が必要なため、標準ユニットのコストとPVシステムのコストが異なります。.
典型的な仕様
22 kV電圧レベルで動作する2000 kVA PVシステムの仕様は以下の通りです。.
| パラメータ | 典型的な値 |
|---|---|
| トランスの定格 | 2,000 kVA、油浸式、ONAN |
| 電圧比 | 22 kV / 0.69 kV（10/20/33/35 kVオプションもあり） |
| ベクトルグループ | Dyn11またはDyn5 |
| 無負荷損失 | ~2.2–3.0 kW |
| 75°Cでの負荷損失 | ~16–20 kW |
| インピーダンス電圧 | 6%–8% |
| LVスイッチギア | 2,500–4,000 A ACB、インバータ端子 |
| MVスイッチギア | SF6または固体絶縁RMU / 真空ブレーカー、20–25 kA/3s |
| 保護 | 数値リレー：50/51、50N/51N、27/59、81、アンチアイランド、方向性 |
| 計測 | クラス0.5sまたは0.2s収益メーター、CTs/VTs |
| エンクロージャ | IP54、亜鉛メッキベース、沿岸サイト用の防腐コーティング |
| 環境設計 | 熱帯減衰曲線で最大50°C |
| 規格 | IEC 62271-202、IEC 60076、IEC 60529、IEEE 1547（北米） |
定期的および特別な検証テストは、IEC 60076およびIEC 62271-202基準に基づいています。システムの保護設定は、プラントがグリッドにエネルギーを販売する場合、ユーティリティのグリッドコードに対して確認する必要があります。.
PV変電所が使用される場所
- ユーティリティスケールの地上設置施設：5-300メガワットの範囲で運用され、分散した中電圧/低電圧設置と1つの集中高電圧変電所を持つ施設。.
- 商業および産業の屋上：0.5から10メガワットの電力で運用され、メーターの背後と前に接続されている太陽光施設。.
- 浮体式太陽光：ポンツーン筏または近隣の土地構造に設置された太陽光発電所で、防腐保護を提供します。.
- アグリボルタイクス：同じ土地で農産物を栽培しながらの太陽光発電。.
- ハイブリッドプラント：蓄電または風力と組み合わせた太陽光施設で、複数のエネルギー源を変換する施設を持つ。.
- 分散型発電プログラムは、さまざまなプログラムを提供する小規模施設を含み、その1つがコミュニティソーラー計画です。.
太陽光アプリケーションとは別に、同様のシステムがバッテリーエネルギー貯蔵システムに適用されています。.
標準、グリッドコード、および試験
| 標準 | 範囲 | PV変電所への関連性 |
|---|---|---|
| IEC 62271-202 | プレファブリケート変圧器サブステーション | 完全ユニット設計、エンクロージャ、型式試験 |
| IEC 60076 | 電力変圧器 | 変圧器定格、損失、試験 |
| IEC 60529 | IPエンクロージャ保護 | 屋外露出用のIP54/IP55 |
| IEC 60255 | 測定リレーおよび保護機器 | リレーの精度と性能 |
| IEEE 1547 | 分散資源の相互接続（北米） | グリッドコード保護および相互接続要件 |
| 地域のグリッドコード | 国別（例：GCC、EU EN 50549、国家TSO規則） | 電圧/周波数のライドスルー、アンチアイランドタイム |
お住まいの国に適用されるグリッドコード規制に準拠した証明書をダウンロードしてください。同じデバイスは、EN 50549（欧州コード）またはIEEE 1547（北米に適用されるコード）または国家コードに準拠することができますが、リレーのファームウェアと設定が適切な管轄に合わせて構成されている必要があります。.
コストと価格帯
フルPV特化型変電所ユニット（昇圧変圧器、MV/LVスイッチギア、保護デバイス、計測機器、ファイバーグラス構造）の価格見積もり：
| 定格 | 電圧クラス | 典型的な価格（USD） | リードタイム |
|---|---|---|---|
| 630–1,000 kVA | 10–35 kV | $12,000〜$25,000 | 7～12週間 |
| 1,250〜2,000 kVA | 10–35 kV | $16,000〜$35,000 | 8–14週間 |
| 2,500〜3,150 kVA | 10–35 kV | $30,000〜$60,000 | 10–16週間 |
| 3,550〜4,000 kVA | 10–35 kV | $45,000〜$90,000 | 12–20週間 |
ステンレス鋼または耐腐食性のエンクロージャには、乾式変圧器用に15-30%、10-20%を追加し、さらに高度な保護リレー、クラス0.2の計測、フルSCADA用に$1,500-5,000を追加してください。上記の価格はFOBの目安であり、仕様、製造元、地域によって異なります。.
トップブランドと価格比較
| ブランド | 国 | ソーラーの強み | 参考価格 — 2,000 kVA（USD） |
|---|---|---|---|
| シュナイダーエレクトリック | フランス | 統合型インバータ/変電所ソリューション、グローバルサービス | $38,000〜$60,000 |
| シーメンス | ドイツ | デジタルグリッドソリューション、強力なユーティリティの参照 | $40,000〜$65,000 |
| ABB | スイス | PVステーション範囲、インバータの相乗効果、グリッドサポート | $38,000〜$62,000 |
| イートン | 米国 | 北米市場、IEEE 1547準拠 | $34,000〜$55,000 |
| Sungrow / Huawei（統合ソリューション） | 中国 | インバータ + ステーションパッケージのスケール | $32,000〜$58,000 |
| 江蘇省蘇辺電力 | 中国 | IEC 62271-202 PV変電所、OEM、輸出 | $16,000〜$35,000 |
主要な国際プレーヤーおよびインバータメーカーは、エコシステムサポート、デジタルプラットフォーム、地域のコンプライアンスチームとともに変電所をバンドルしており、大規模なユーティリティ入札にとって魅力的です。江蘇省のSubian Electric Powerは、IEC準拠のPV特化型変電所（昇圧変圧器、MV/LVスイッチギア、グリッドコード保護、SCADA装備の計測）を約40%-55%の価格で提供しています。工場型テストとOEMカスタマイズは、EPC請負業者およびソーラーパークの開発者のために実施されます。変電所が同一のユニットの一つであるプロジェクトでは、認証されていること、安価であること、カスタマイズされていることの組み合わせが、Subianを大手ブランドに対する現実的な競争相手にしています。.
仕様の指定と購入方法
- インバータの出力容量を計算します。これは、インバータ端子でのAC出力容量の合計であり、周囲補正のための10から20%の設計マージンを考慮に入れます。.
- 輸出電圧とグリッド接続ポイントを確立します。例えば、ユーティリティの要件に従った10/20/22/35 kVの集電です。.
- 次のいずれかのトランスの種類を選択してください - 地上設置用の油浸式と、閉鎖環境または火災感受性のあるサイト用の乾式。.
- グリッドコードの遵守要件、すなわち、アンチアイランド時間、ライドスルー電圧、無効電力能力などを、あなたの国のグリッドコードに従って確認してください。.
- IEC 62271-202規格に従った完全な試験を要求し、完全なデバイスフィッティングに対する温度試験を含めてください。.
- リレー調整研究の要件に従って保護スキームを設計してください。また、プラントの総容量が1 MWを超える場合は、デバイス保護の冗長性を要求してください。.
- 初期コストではなく、25年間の評価された損失と信頼性を比較してください。.
- 海岸、砂漠、または非常に湿度の高い場所に必要な場合は、デバイスのエンクロージャーと耐腐食性を確認してください。.
よくある質問
PV新エネルギー変電所とは何ですか？
PV新エネルギー変電所は、工場で製造され、太陽光発電所とグリッドを接続するMV/LV変電所の一種です。これは、インバータによって生成されたAC電圧（400から800）をMV電圧（10から35 kV）に変換し、アンチアイランド機能や消費エネルギーの計測など、必要なグリッドコードの保証を提供します。この種の変電所は通常、630から4,000 kVAの容量を持つ昇圧トランス、MVおよびLVスイッチギア、保護リレー、およびIEC 62271-202に記載された要件に従って製造されたハウジングで構成されています。.
PV変電所のコストはいくらですか？
完成した設備のコストは、630から1,000 kVAで$12,000から$25,000、3,550から4,000 kVAで$45,000から$90,000の範囲です。価格は、使用されるトランスとスイッチギアの種類、および適用される保護システムによって変動します。追加材料の使用は、価格に約15-30%を加算し、乾式トランスは10-20%、SCADA技術は$1,500-5,000を加算します。これらの価格には輸送費は含まれておらず、地域によって変動する可能性があります。.
私の太陽光発電所に別の変電所が必要ですか？
はい、ユーティリティによって接続ポイントが提供されない限り必要です。太陽光発電所は、エネルギーがMVに変換されない限りエネルギーを提供できません。5 MWまでのプラントでは、通常、MV/LV技術を組み合わせた1つの変電所を建設することが可能です。より大きなプラントの場合、通常は複数の変電所が必要であり、高電圧の水分補給変電所も必要です。.
PV変電所と通常のボックス型変電所の違いは何ですか？
PV変電所は、太陽エネルギー管理のために提供されるいくつかの追加機能によって通常の変電所とは異なります。これには、アンチアイランド運転からの保護、電圧および周波数のホールドスルーなどが含まれます。通常の変電所にはこれらの実践がありません。1つを別のものに置き換えるには、保護工学文書の準備が必要であり、通常はグリッドコードを満たすことができません。.
PV変電所の設置にはどのくらいの時間がかかりますか？
設置自体は、コンクリート基礎とボルトが準備できている場合、2〜5日かかり、試運転プロセスは早い段階で始まります。基礎とケーブルが正確であれば、工場試験の速度の利点があります。プロジェクトの総時間は、注文が行われてから約8〜16週間です。.
参考文献
- IEC 62271-202 — プレファブリケート変電所 — PV変電所のエンクロージャ設計、安全性、および完成ユニット型試験のための規範標準。.
- IEC 60076シリーズ — 電力変圧器 — ステップアップ変圧器の定格、損失、および試験のための基本標準。.
- IEEE 1547 — 分散型エネルギー資源の相互接続 — 北米のグリッド接続および保護要件。.
- IEC 60255 — 測定リレーおよび保護機器 — リレーの精度および性能要件。.
- IRENA — 再生可能エネルギー容量統計 — 太陽光発電容量の成長および変電所需要に関するデータ。.
- U.S. DOE — 太陽エネルギー接続ガイド — ユーティリティ規模の太陽光発電のための実用的な接続要件。.
- Jiangsu Subian Electric Power — 公式サイト — IEC認証を受けたPV変電所の製造業者および輸出業者。.
結論
太陽光発電の新エネルギー変電所は、太陽光発電所とグリッドとの技術的接続であり、そのためユーティリティ規模のプロジェクト実施において不可欠な部分となっています。これらは工場で製造され、完成ユニットとして試験され、数日以内に設置されます。変電所は、電圧変動、保護ニーズ、グリッドコード要件など、太陽エネルギー生産に関連するさまざまな指標の要件を満たすために特別に作成されています。.
情報の要約：
- 変電所の電力定格を、インバータ容量を10-20%増加させたものとして選択し、ユーティリティが受け入れる電圧レベルをできるだけ早く確認してください。.
- 標準の配電ユニットが太陽光発電特有の技術に置き換えられるかどうかを検討する責任者がいたことを確認してください。.
- アンチアイランド、ライドスルー、およびあなたの国で適用される無効電力規制を含むグリッド基準への適合性チェックが行われたことを確認してください。.
- IEC 62271-202認証を取得し、25年間に発生した損失に基づいて比較してください。.
- Schneider、Siemens、ABBなどの有名ブランドが、IEC標準に従って認証された製品を持つサプライヤーに対して受け入れ可能であることを確認してください。.