EN
ドイツ低電圧系統規格：VDE-AR-N 4105
ドイツは、世界で最も高度かつ厳格に規制された電力網の一つを有しています。同国が「エネルギーヴェンデ」（エネルギー転換）を推進する中、分散型太陽光発電を低電圧配電網に接続する際には、システムの安全性および信頼性を維持するために、その統合を慎重に管理する必要があります。この接続を規定する基幹的な技術規格は、『低電圧配電網に接続される発電設備』をタイトルとするVDE-AR-N 4105です。この規格は、すべての発電設備が満たさなければならない電力品質、系統支援機能、および安全動作に関する厳格な要件を定めています。ドイツ国内の産業施設マネージャー、電気技術者、およびB2B向け太陽光発電開発事業者にとって、VDE-AR-N 4105に基づく重要な適合要件の一つは、三相不平衡（シュヒフラスト）の管理です。システムのバランスを保たない場合、地域の配電事業者（DSO）による接続拒否や、即時の系統からの切断につながる可能性があります。
本ガイドでは、三相不平衡とは何か、なぜVDE-AR-N 4105がその値を制限するのか、および高度なJYINSインバータとスマートコントローラを活用して産業用太陽光発電システムを適切に管理・設定する方法について説明します。
三相不平衡（シーフラスト）の解説
平衡した三相交流（AC）ネットワークでは、すべての三相（L1、L2、L3）の電圧および電流波形は等しい振幅を持ち、互いに正確に120度の電気的位相差があります。三相不平衡とは、電気負荷または発電容量が三相間で均等に配分されていない場合に生じます。
電力会社が不平衡を制限する理由：
- 変圧器の過熱：各相電流が不均等になると、中性線に還流する中性線電流が発生します。この電流により、変圧器の中性線巻線が過熱し、寿命が短縮され、早期の故障を引き起こす可能性があります。
- 電圧ひずみ：単一相に高電流が流れると、その相で局所的な電圧降下が生じ、他の相では電圧上昇が発生します。このような不均等な電圧は、感度の高い三相産業用モーターや電気機器を損傷する可能性があります。
- 地絡遮断：著しい位相不平衡により、地域の変電所において地絡保護リレーまたは中性線過電流保護リレーが作動し、局所的な停電を引き起こすことがあります。
これらの問題を防止するため、VDE-AR-N 4105では、任意の2相間における許容最大有効電力不平衡値を4.6 kVA以下と定めています。この制限は、産業施設が公共電力網に接続される共通結合点（PCC）に適用されます。位相不平衡が単相負荷や不均等な単相PV発電によって引き起こされた場合であっても、ネットの不平衡値はこの4.6 kVAの閾値を超えてはなりません。
産業現場における位相不平衡低減戦略
大規模産業施設における位相不平衡の管理には、戦略的な設計、負荷の均等な配分、およびスマートインバータの選定が組み合わされて必要です。
- 三相ストリングインバータの活用：発電に起因する位相不平衡を防ぐ最もシンプルかつ効果的な方法は、JYINS商用シリーズなどの専用三相ストリングインバータを採用することです。三相インバータは、その出力電力を本質的にバランスさせるため、L1、L2、L3の各相に等しい有効電力を供給します。この電力は対称的であるため、インバータ自体は施設の位相不平衡に一切寄与しません。
- 対称型単相インバータ配置：小規模システムにおいて単相インバータを用いる必要がある場合、それらは3台ずつのグループで設置しなければなりません。単相インバータをL1、L2、L3の各相に等容量で接続することで、全体の発電量がバランスを保ちます。ただし、いずれかのインバータが故障により停止した場合、直ちに系統の不平衡が生じます。VDE-AR-N 4105規格への適合を確保するため、これらのインバータは通信機能により相互接続され、1台がトリップした際に残り2台が自動的に出力を制限し、不平衡を4.6kVA未満に抑える必要があります。
- 産業用負荷の位相バランス調整：産業施設には、単相のオフィス機器、照明、専用機械など、多数の単相負荷が存在します。電気技術者は施設の負荷状況を調査・分析し、これらを可能な限り均等に3相に分散させる必要があります。設計段階で対称的な負荷配分を行うことで、太陽光発電システムが対応しなければならないベースラインの不平衡を最小限に抑えられます。
JYINSインバータおよび外部スマートメーターの役割
三相インバータは発電における不平衡を解消しますが、グリッド接続点における実際の不平衡は、発電と消費の両方の影響を受ける総合的な結果です。たとえば、工場などの産業施設において負荷が不平衡である場合、対称型の三相太陽光発電用インバータであっても、インテリジェント制御を用いなければこれを補正することはできません。
この問題を解決するため、最新のJYINS三相ハイブリッドインバータは、動的位相補償機能をサポートし、外部のスマートメーターと連携可能です。
- リアルタイム監視：VDE準拠のJanitza社製またはJYINS製などの高精度スマートメーターをメインのグリッド接続点に設置します。このメーターは、L1、L2、L3各相の電流および有効電力を1秒間に複数回サンプリングし、継続的に監視します。
- 動的電力配分（位相独立制御）：標準の三相インバータは、すべての位相で等しい電力を出力する必要があります。しかし、高度なJYINSハイブリッドインバータは、各位相の電力出力を独立して制御する機能を備えています。スマートメーターがL1で5kWの電力を系統から受電しているのに対し、L2およびL3はバランスが取れていると検出した場合、JYINSインバータは内部のスイッチングを調整し、L1への出力を増加させ、L2およびL3への出力を減少させることができます。この能動的な位相補償により、系統連系点における正味の電力潮流が動的にバランス化されます。
- 蓄電池との連携：極端な負荷アンバランスが発生した際には、JYINSハイブリッドインバータがバッテリーバンクから電力を供給し、過負荷状態にある特定の位相に電力を供給することで、系統連系点における正味の位相差をVDE-AR-N 4105規格で定められた4.6kVAという限界値より大幅に低く抑えることができます。
ドイツ国内の電力会社向け設置・納入文書
商用太陽光発電施設がドイツで運転を開始するには、まず地域の配電系統事業者（DSO）（例：Westnetz、Netze BW、Bayernwerkなど）による網連系適合性の詳細な審査を受ける必要があります。開発者は、VDE-AR-N 4105規格への適合を明確に示す書類を提出しなければなりません。
- 適合証明書（Einheitenzertifikat）：この文書は、JYINSインバータが欧州の認定試験機関によりVDE-AR-N 4105のすべての要件を満たしていることが検証・認証されたことを証明するものです。
- 電気回路図：三相接続、安全リレー、および外部スマートメーターの設置位置を詳細に示した回路図です。
- 設定ログ：インバータの据付ソフトウェアから出力された印刷済みのログで、ドイツの系統運用プロファイルが選択され、有効位相補償機能が有効化され、かつフェイルセーフ通信パラメーターが完全に動作していることを確認できるもの。
JYINS社との提携および当社の高性能・完全認証済み三相インバータとハイブリッドエネルギー貯蔵システムの採用により、B2B向け太陽光発電ディストリビューターおよびEPC事業者は、ドイツ国内における送配電事業者による承認プロセスを効率化し、高効率・規制準拠・耐久性に優れた産業用エネルギー解決策を提供できます。
