ソーラーインバータとは何ですか？

世界が持続可能でクリーンなエネルギーソリューションの追求を進める中、太陽光発電はより環境に優しい未来に向けた競争の先駆者として浮上しています。豊富で再生可能な太陽エネルギーを活用する太陽光発電（PV）システムは、広く普及し、発電方法に劇的な変革をもたらしました。 あらゆる太陽光発電システムの中心には、太陽光を利用可能なエネルギーに変換する重要なコンポーネントがあります。太陽光発電インバーター太陽光パネルと電力網をつなぐ橋渡し役として、太陽光発電インバータは太陽光発電の効率的な利用に重要な役割を果たします。その動作原理を理解し、様々な種類を詳しく調べることは、太陽エネルギー変換の背後にある魅力的なメカニズムを理解する鍵となります。 HAはどうやってS口蓋IインバーターWオーク? 太陽光発電インバータは、太陽光パネルで発電された直流（DC）電力を、家庭用電化製品への電力供給や電力網への供給に使用できる交流（AC）電力に変換する電子機器です。太陽光発電インバータの動作原理は、変換、制御、出力という3つの主要な段階に分けられます。 変換： 太陽光発電インバータは、まず太陽光パネルで発電された直流電力を受け取ります。この直流電力は通常、太陽光の強度に応じて変動する電圧です。インバータの主な役割は、この変動する直流電圧を、消費に適した安定した交流電圧に変換することです。 変換プロセスには、2つの主要コンポーネント、すなわちパワーエレクトロニクススイッチ（通常は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT））と高周波トランスが関与します。スイッチはDC電圧のオン/オフを高速に切り替え、高周波パルス信号を生成します。その後、トランスは電圧を所望のAC電圧レベルまで昇圧します。 コントロール： 太陽光発電インバータの制御段は、変換プロセスが効率的かつ安全に動作することを保証します。高度な制御アルゴリズムとセンサーを用いて、様々なパラメータを監視・制御します。重要な制御機能には以下が含まれます。 a. 最大電力点追従（MPPT）：太陽光パネルには、最大電力点（MPP）と呼ばれる最適な動作点があり、一定の太陽光強度で最大の電力を生成します。MPPTアルゴリズムは、MPPを追跡することで太陽光パネルの動作点を継続的に調整し、出力を最大化します。 b. 電圧と周波数の調整：インバーターの制御システムは、通常は電力系統の基準に従って、安定したAC出力電圧と周波数を維持します。これにより、他の電気機器との互換性が確保され、電力系統へのシームレスな統合が可能になります。 c. 系統同期：系統接続型太陽光発電インバータは、交流出力の位相と周波数を電力系統と同期させます。この同期により、インバータは余剰電力を系統に送り返したり、太陽光発電が不足している場合には系統から電力を引き出したりすることができます。 出力： 最終段階では、太陽光発電インバータが変換された交流電力を電気負荷または電力系統に供給します。出力は以下の2つの方法で利用できます。 a. オングリッドシステムまたはグリッドタイドシステム：グリッドタイドシステムでは、太陽光発電インバータが交流電力を電力会社系統に直接供給します。これにより、化石燃料発電所への依存度が低減し、ネットメータリングが可能になります。ネットメータリングとは、日中に発電された余剰電力をクレジット化し、太陽光発電量が少ない時間帯に使用することです。 b. オフグリッドシステム：オフグリッドシステムでは、太陽光発電インバータは電気負荷への電力供給に加えて、バッテリーバンクを充電します。バッテリーは余剰の太陽エネルギーを蓄え、太陽光発電量が少ない時間帯や太陽光パネルが発電していない夜間に利用することができます。 ソーラーインバータの特徴： 効率： 太陽光発電システムの発電量を最大化するために、太陽光発電用インバータは高効率で動作するように設計されています。高効率化により、変換プロセスにおけるエネルギー損失が低減され、太陽エネルギーのより大きな割合が効率的に利用されます。 出力: 太陽光発電用インバータは、小規模な住宅用システムから大規模な商業施設まで、様々な出力定格で提供されています。最適なパフォーマンスを得るには、インバータの出力を太陽光パネルの容量と適切に一致させる必要があります。 耐久性と信頼性: 太陽光発電インバータは、温度変動、湿度、電圧サージなど、さまざまな環境条件にさらされます。そのため、インバータは堅牢な材料を使用し、これらの条件に耐えられるよう設​​計され、長期的な信頼性を確保する必要があります。 監視と通信: 最新の太陽光発電インバータの多くには、ユーザーが太陽光発電システムのパフォーマンスを追跡できる監視システムが搭載されています。一部のインバータは外部デバイスやソフトウェアプラットフォームと通信し、リアルタイムのデータを提供し、遠隔監視・制御を可能にします。 安全機能: 太陽光発電インバータには、システムとそれを操作する人の両方を保護するための様々な安全機能が組み込まれています。これらの機能には、過電圧保護、過電流保護、地絡検出、そして停電時にインバータが電力網に電力を供給しないようにする単独運転防止機能などが含まれます。 電力定格による太陽光発電インバータの分類 太陽光発電用インバータ（PVインバータとも呼ばれます）は、設計、機能、用途に基づいて様々なタイプに分類できます。これらの分類を理解することで、特定の太陽光発電システムに最適なインバータを選択するのに役立ちます。以下は、出力レベルによって分類される主なPVインバータの種類です。 電力レベルによるインバータ：主に分散型インバータ（ストリングインバータとマイクロインバータ）、集中型インバータに分類されます。 文字列の反転ers: ストリングインバータは、住宅および商業用太陽光発電設備において最も一般的に使用されているPVインバータの一種で、複数の太陽光パネルを直列に接続して「ストリング」を形成するように設計されています。PVストリング（1～5kW）は、DC側で最大電力ピーク追従機能を備え、AC側で並列グリッド接続機能を備えたインバータにより、現在、国際市場で最も人気のあるインバータとなっています。 太陽光パネルで発電された直流電力はストリングインバータに送られ、交流電力に変換されます。変換された電力はすぐに使用することも、系統に送電することもできます。ストリングインバータは、シンプルさ、費用対効果、そして設置の容易さで知られています。しかし、ストリング全体の性能は、最も性能の低いパネルに依存しており、システム全体の効率に影響を与える可能性があります。 マイクロインバーター： マイクロインバータは、PVシステム内の個々のソーラーパネルに設置される小型インバータです。ストリングインバータとは異なり、マイクロインバータはパネルレベルで直流電力を交流電力に変換します。この設計により、各パネルが独立して動作し、システム全体のエネルギー出力を最適化します。マイクロインバータには、パネルレベルでの最大電力点追従（MPPT）、日陰になったり不整合のあるパネルでのシステム性能向上、低い直流電圧による安全性の向上、個々のパネル性能の詳細な監視など、いくつかの利点があります。しかしながら、初期費用が高く、設置が複雑になる可能性があることも考慮すべき要素です。 集中型インバーター: 集中型インバータ（大型またはユーティリティスケール（10kW超）インバータとも呼ばれる）は、太陽光発電所や商業用太陽光発電プロジェクトなどの大規模太陽光発電設備で一般的に使用されています。これらのインバータは、複数の太陽光パネルストリングまたはアレイからの高電圧DC入力を処理し、系統接続用のAC電力に変換するように設計されています。 システムの最大の特長は、高出力と低コストですが、異なるPVストリングの出力電圧と電流が正確に一致しないことが多いため（特に、曇り、日陰、汚れなどによりPVストリングが部分的に影になっている場合）、集中型インバータを使用すると、変換プロセスの効率が低下し、家庭の電気エネルギーが低下します。 集中型インバータは、通常、他のタイプと比較して高い電力容量を誇り、数キロワットから数メガワットの範囲をカバーします。集中型インバータは中央施設またはインバータステーションに設置され、複数の太陽光パネルのストリングまたはアレイが並列に接続されます。 ソーラーインバーターは何をするのですか? 太陽光発電用インバータは、交流変換、太陽電池の性能最適化、システム保護など、複数の機能を備えています。これらの機能には、自動運転・停止機能、最大電力追従制御、単独運転防止（系統連系システムの場合）、自動電圧調整（系統連系システムの場合）、直流電流検出（系統連系システムの場合）、直流地絡検出（系統連系システムの場合）が含まれます。ここでは、自動運転・停止機能と最大電力追従制御機能について簡単に説明します。 1) 自動運転・停止機能 朝日が昇ると、日射量は徐々に増加し、それに応じて太陽電池の出力が増加します。インバータに必要な出力電力に達すると、インバータは自動的に運転を開始します。運転開始後、インバータは太陽電池コンポーネントの出力を常に監視し、太陽電池コンポーネントの出力電力がインバータに必要な出力電力よりも大きい限り、インバータは運転を継続します。日没が止むまで、雨天時でもインバータは動作します。太陽電池モジュールの出力が減少し、インバータの出力が0に近づくと、インバータはスタンバイ状態になります。 2) 最大電力追従制御機能 太陽電池モジュールの出力は、日射強度と太陽電池モジュール自体の温度（チップ温度）によって変化します。また、太陽電池モジュールは電流の増加に伴い電圧が低下する特性があるため、最大電力を得られる最適な動作点が存在します。日射強度が変化しているため、当然のことながら最適な動作点も変化します。これらの変化に対して、太陽電池モジュールの動作点は常に最大電力点にあり、システムは常に太陽電池モジュールから最大の電力出力を得ています。このような制御を最大電力追従制御といいます。太陽光発電システムに用いられるインバータの最大の特徴は、最大電力点追従（MPPT）機能です。 太陽光発電インバータの主なテクニカル指標 1.出力電圧の安定性 太陽光発電システムでは、太陽電池で発電された電気エネルギーはまずバッテリーに蓄えられ、その後、インバーターによって220Vまたは380Vの交流に変換されます。しかし、バッテリーは自身の充放電の影響を受け、出力電圧が大きく変動します。例えば、公称12Vのバッテリーの電圧値は10.8V～14.4Vの範囲で変動します（この範囲を超えるとバッテリーが損傷する可能性があります）。認定されたインバーターの場合、入力端子電圧がこの範囲内で変動した場合、定常出力電圧の変動は定格値の±5%を超えてはなりません。同時に、負荷が急激に変動した場合、出力電圧の変動は定格値の±10%を超えてはなりません。 2. 出力電圧の波形歪み 正弦波インバータの場合、最大許容波形歪み（または高調波含有量）を規定する必要があります。これは通常、出力電圧の総波形歪みで表され、その値は5%を超えてはなりません（単相出力の場合は10%が許容されます）。インバータから出力される高次高調波電流は、誘導負荷に渦電流などの追加損失を発生させるため、インバータの波形歪みが大きすぎると、負荷部品の深刻な発熱を引き起こし、電気機器の安全性を損なうだけでなく、システムの運転効率にも深刻な影響を与えます。 3. 定格出力周波数 洗濯機、冷蔵庫などのモーターを含む負荷の場合、モーターの最適周波数動作点は 50 Hz であるため、周波数が高すぎたり低すぎたりすると機器が熱くなり、システムの動作効率と耐用年数が低下します。そのため、インバータの出力周波数は比較的安定した値、通常は電源周波数 50 Hz である必要があり、通常の動作条件下ではその偏差は ±1% 以内である必要があります。 4. 負荷力率 誘導性負荷または容量性負荷におけるインバータの能力を特徴づけます。正弦波インバータの負荷力率は0.7～0.9で、定格値は0.9です。一定の負荷電力の場合、インバータの力率が低いと、必要なインバータの容量が増加します。一方でコストが増加するだけでなく、太陽光発電システムの交流回路の皮相電力が増加します。電流が増加すると、必然的に損失が増加し、システム効率も低下します。 5. インバータ効率 インバータの効率とは、指定された動作条件下での出力電力と入力電力の比を指し、パーセンテージで表されます。一般に、太陽光発電インバータの公称効率は純抵抗負荷を指します。80％負荷の効率条件下で。太陽光発電システムの総コストは高いため、システムコストを削減し、太陽光発電システムのコストパフォーマンスを向上させるには、太陽光発電インバータの効率を最大化する必要があります。現在、主流のインバータの公称効率は80％から95％の間であり、低電力インバータの効率は85％以上である必要があります。太陽光発電システムの実際の設計プロセスでは、高効率インバータを選択するだけでなく、太陽光発電システムの負荷が可能な限り最高効率点の近くで動作するように、システムの合理的な構成を使用する必要があります。 6. 定格出力電流（または定格出力容量） 指定された負荷力率の範囲内におけるインバータの定格出力電流を示します。一部のインバータ製品では定格出力容量が示されており、その単位はVAまたはkVAで表されます。インバータの定格容量は、出力力率が1（つまり、純抵抗負荷）のときの定格出力電圧と定格出力電流の積です。 7. 保護措置 優れた性能を持つインバータには、実際の使用中に発生するさまざまな異常状況に対処するための完全な保護機能や対策も備わっており、インバータ自体やシステムの他のコンポーネントを損傷から保護する必要があります。 1) 低電圧保険アカウントを入力します。 入力端子の電圧が定格電圧の 85% を下回ると、インバータは保護機能と表示機能を備える必要があります。 2) 入力過電圧保護装置： 入力端子の電圧が定格電圧の 130% を超える場合、インバータは保護機能と表示機能を備えている必要があります。 3) 過電流保護： インバータの過電流保護機能は、負荷が短絡した場合や電流が許容値を超えた場合に、サージ電流による損傷を防ぐために、タイムリーに動作する必要があります。動作電流が定格値の150%を超えると、インバータは自動的に保護する必要があります。 4) 出力短絡保護 インバータの短絡保護動作時間は 0.5 秒を超えてはなりません。 5) 入力逆極性保護: 入力端子の正極と負極が逆になった場合、インバータは保護機能と表示を備えている必要があります。 6) 雷保護: インバーターには雷保護機能が必要です。 7) 過熱保護等 さらに、電圧安定化対策のないインバータの場合、負荷を過電圧による損傷から保護するために、インバータには出力過電圧保護対策も必要です。 8. 開始特性 インバータの負荷始動能力と動的運転時の性能を特性評価します。インバータは定格負荷下での確実な始動を保証する必要があります。 9. 騒音 パワーエレクトロニクス機器内の変圧器、フィルタインダクタ、電磁スイッチ、ファンなどの部品はノイズを発生します。インバータが正常に動作している場合、そのノイズは80dBを超えてはなりません。小型インバータの場合は65dBを超えてはなりません。 太陽光発電インバータの選定スキル