CM4A電流センサー：太陽光インバータの「電流哨兵」～1000A以上のシステムにおいて高精度な保護をいかに実現するか～

～1000A以上のシステムにおいて高精度な保護をいかに実現するか～

2025年1月～7月の中国における太陽光発電設備の新規導入容量は2.23億kWに達し、累計設備容量は111億kW（111,000万kW）を超えました。これは三峡ダム発電所約49基分に相当します。中国西部は人口密度が低く、日照条件が極めて良好なため、メガソーラー（大規模集中型太陽光発電所）の建設に最適です。こうした集中型太陽光発電所では、高出力インバータが1000Aを超える大電流を扱う必要があり、従来の変流器（CT）では精度が不足し、要件を満たせません。本稿では、このような大電流環境に対応可能な高性能電流センサーのソリューションを紹介します。

高出力太陽光インバータとは？

高出力太陽光インバータとは、一般的に100kW以上の出力を有するインバータのことで、太陽光パネルで発電された直流（DC）を交流（AC）に変換し、系統連系または負荷供給を行う、太陽光発電システムの中核機器です。用途や出力に応じて、主に以下の2種類に分類されます。

集中型インバータ：出力範囲は500kW～3MWで、大規模地面設置型発電所や産業・商業用屋上などに適用されます。出力が大きく、保守運用が容易です。
ストリング型インバータ：出力範囲は20kW～400kWで、地形が複雑な場所にも柔軟に対応できます。

インバータにおける電流検出の重要要件

高精度：インバータ効率が0.1%向上するだけで、年間発電量は0.5～1%増加します（1MWシステムの場合、年間収益は約3,000～6,000元増）。MPPT（最大電力点追従）制御アルゴリズムの精度を確保するため、電流検出誤差は±0.5%以内である必要があります。
広ダイナミックレンジ：高出力インバータでは、始動時と定格運転時の電流変動が大きく（例：10A～2000A）、センサーには広い測定範囲が求められます。
絶縁性と安全性：
- 1500Vシステムにおいて、漏れ電流検出はIEC 62109規格（漏れ電流≤30mA）を満たす必要があります。
- 高圧直流側での絶縁故障は、システム停止や火災の原因となる重大リスクです。
高速応答性：短絡保護にはマイクロ秒レベルの応答が必要で、センサーの帯域幅は100kHz以上が求められます。
環境耐性：屋外使用を想定し、動作温度範囲は－40℃～＋85℃、湿度95%RHという過酷な条件下でも高信頼性が求められます。

電流検出技術の比較

以下は、高出力太陽光インバータ向けの代表的な電流検出方式の比較です。

検出方式	原理	利点	欠点	適用シーン
ホールセンサー方式	ホール素子により電流が生じる磁界を非接触で検出し、電流値を算出	非接触測定で回路への影響が小さい；応答が速い；精度が高い	コストがやや高い；高精度用途では較正が必要な場合がある	精度と応答速度が重要な高出力インバータ
分流抵抗（シャント）方式	回路に既知の抵抗を直列接続し、その両端の電圧降下から電流を算出	構造がシンプルでコストが低い；広い測定範囲；安定性が高い	接触式測定のため回路を切断して接続が必要；大電流時に自己発熱し、精度に影響	コスト重視かつ電流範囲が比較的固定されたシステム
光ファイバーセンサー方式	光ファイバーをセンシング媒体として利用し、光の伝送特性変化で電流を検出	電磁ノイズに強く、絶縁性能が高い；高電圧・大電流環境に最適	コストが非常に高く、設置・調整が複雑	高電圧・強電磁干渉環境下の監視
ロゴフスキー（Rogowski）コイル方式	電磁誘導原理に基づき、被測定導体に巻いたコイルの誘起起電力を積分して電流を算出	柔軟なコイル形状で設置が容易；回路を切断不要；広帯域・高速応答	精度がコイル製造精度や設置位置に依存；積分回路が必要	設置の簡便性と高速変動電流の測定が求められる場面

電流検出方式を選定する際には、精度・コスト・設置性・ノイズ耐性などを総合的に評価し、用途に最適な方式を選ぶ必要があります。

CM4A電流センサーの特徴

CM4Aはクローズドループ（閉ループ）ホール方式を採用しており、二次側コイルで補償電流を生成し、一次側磁界を打ち消す「ゼロフラックス（零磁束）検出」を実現しています。主な特徴は以下の通りです。

高精度：精度±0.3%、直線性±0.1% — MPPT効率を1～3%向上可能
大電流対応：測定範囲±2100A — 1000A以上のシステムをカバー
高絶縁性：絶縁耐圧3.8kV、沿面距離20.6mm — IEC 62109-1規格に適合
高速応答：応答時間0.5μs、帯域幅150kHz — 瞬時電流変化を正確に捕捉

CM4Aの太陽光インバータにおける適用事例

1. ストリング型インバータ（20～100kW）

要件

直流入力電流（500～1000A）の監視によりMPPT制御の精度を確保
日照変動（例：雲による遮光）に伴う瞬時電流変動への対応

CM4Aソリューション

±0.3%の高精度でMPPT誤差による発電損失を防止
0.5μsの高速応答で瞬時変動を即時検出
設置推奨：
- 垂直方向に取り付け、母線を水平に貫通孔（39.3×13.5mm）に通す
- 長期高温（85℃超）を避けるため、十分な放熱スペースを確保

実績例：某社インバータにCM4Aを採用し、MPPT効率が1.5%向上

2. 集中型インバータ（500kW以上）

要件

4000A以上の電流を複数センサーで並列監視し、システム安定性を確保
1500Vシステムに対応する高絶縁性能

CM4Aソリューション

複数センサーの並列使用により電流を均等分配し、測定精度を維持
絶縁耐圧3.8kVで1500Vシステムの安全基準を満たす
課題と対策：
- 貫通孔寸法に合うよう母線をカスタマイズ設計
- 接触抵抗を低減するため、銅製母線の使用を推奨

実績例：1MW太陽光発電所でCM4Aを4台並列使用し、故障率が80%低下

電流センサー選定ガイド

応用シーン	推奨モデル	測定範囲（A）	精度	絶縁耐圧（kV）
ストリング型インバータ	CM4A H00	±2100	±0.3%	3.8
集中型インバータ	CM4A H00（並列使用）	4000以上	±0.3%	3.8
太陽光＋蓄電システム	CM4A H00	±2100	±0.3%	3.8
マイクロインバータ	AN1V	±100	±0.5%	2.5

ケーススタディ：中国西北部50MW太陽光発電所

課題：輸入品センサーの故障率が高く、精度が不安定
解決策：CM4Aに交換 → 精度を±0.3%に向上、故障率が30%低下

リスクと今後のトレンド

リスクポイント

設置ミス：母線寸法が貫通孔と合わないと精度が劣化
放熱不足：長期間の高温環境はセンサー寿命を短縮
競合代替品：マイクロインバータ用途では小型センサー（例：AN1V）がより適している場合あり

今後の技術トレンド

小型化：ASICを用いたチップサイズセンサーが主流に
高集積化：デジタルフィルタや通信インターフェース内蔵のモジュール化が進展
高電圧対応：1500V以上のシステム向けセンサーの需要拡大

まとめ

CM4Aクローズドループホール電流センサーは、「高精度」「大電流対応」「高絶縁性」「高速応答」という4つの優れた特性により、太陽光インバータにとって理想的な「電流哨兵」と言えます。特に1000A以上の高電流システムにおいて、CM4Aは発電効率の向上と故障率の低減を実現し、太陽光発電システムの信頼性と経済性を支える重要なデバイスです。