ソーラーインバーターとは何ですか?

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に向けて前進する中、太陽光発電はより環境に優しい未来に向けた競争の最有力候補として浮上しています。太陽の豊富な再生可能エネルギーを利用する太陽光発電 (PV) システムは広く普及しており、発電方法に顕著な変革への道を切り開いています。 すべての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できる重要なコンポーネントがあります。ソーラーインバータ。ソーラーインバーターは、ソーラーパネルと電力網の間の橋渡しとして機能し、太陽光発電の効率的な利用において重要な役割を果たします。太陽エネルギー変換の背後にある興味深い仕組みを理解するには、その動作原理を理解し、そのさまざまな種類を調査することが重要です。 Hああ、ASオーラルIネバーターWオルク? ソーラーインバーターは、ソーラーパネルによって生成された直流 (DC) 電気を、家庭用電化製品に電力を供給したり送電網に供給するために使用できる交流 (AC) 電気に変換する電子デバイスです。太陽光発電インバーターの動作原理は、変換、制御、出力の 3 つの主要な段階に分けることができます。 変換： ソーラーインバーターは、まずソーラーパネルによって生成された DC 電力を受け取ります。この DC 電気は通常、太陽光の強さに応じて変化する変動電圧の形をしています。インバータの主なタスクは、この可変 DC 電圧を消費に適した安定した AC 電圧に変換することです。 変換プロセスには、一連のパワー 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 トランジスタまたは IGBT) と高周波トランスという 2 つの重要なコンポーネントが含まれます。スイッチは、DC 電圧のオンとオフを迅速に切り替えて、高周波パルス信号を生成します。次に、変圧器は電圧を希望の AC 電圧レベルまで昇圧します。 コントロール： 太陽光インバータの制御ステージは、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。これには、さまざまなパラメータを監視および調整するための高度な制御アルゴリズムとセンサーの使用が含まれます。いくつかの重要な制御機能は次のとおりです。 ａ．最大電力点追跡 (MPPT): ソーラー 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、所定の太陽光強度に対して最大電力を生成します。MPPT アルゴリズムは、MPP を追跡することでソーラー 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: インバータの制御システムは、通常は電力網の基準に従って、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、グリッドとのシームレスな統合が可能になります。 c.系統同期: 系統接続された太陽光インバータは、AC 出力の位相と周波数を電力網と同期させます。この同期により、太陽光発電が不十分な場合にインバータが余剰電力をグリッドに戻したり、グリッド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、太陽光インバーターが変換された AC 電力を電気負荷または送電網に供給します。出力は次の 2 つの方法で利用できます。 ａ．オングリッド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、ソーラーインバーターが交流電力を電力網に直接供給します。これにより、化石燃料ベースの発電所への依存が軽減され、日中に生成された余剰電力がクレジットされ、太陽光発電量が少ない期間に使用できる正味計量が可能になります。 b.オフグリッド システム: オフグリッド システムでは、ソーラー インバーターは電気負荷に電力を供給するだけでなく、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るため、太陽光発電量が少ないときや、ソーラーパネルが発電していない夜間に利用できます。 ソーラーインバーターの特徴: 効率： ソーラーインバーターは、太陽光発電システムのエネルギー収量を最大化するために高効率で動作するように設計されています。効率が高いほど変換プロセス中のエネルギー損失が少なくなり、太陽エネルギーの大部分が効果的に利用されます。 電力出力： ソーラーインバータは、小規模住宅用システムから大規模な商業施設に至るまで、さまざまな電力定格で入手できます。最適な性能を達成するには、インバーターの電力出力をソーラー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: ソーラーインバーターは、温度変動、湿度、潜在的な電気サージなどのさまざまな環境条件にさらされます。したがって、インバータは堅牢な材料で構築され、これらの条件に耐えるように設計され、長期的な信頼性を確保する必要があります。 監視と通信: 最新の太陽光インバーターの多くには、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装備されています。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することもでき、リアルタイム データを提供し、リモート監視と制御を可能にします。 安全機能： ソーラーインバータには、システムとそれを扱う作業者の両方を保護するためのさまざま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、停電時にインバータが電力網に電力を供給するのを防ぐ単独運転防止保護が含まれます。 電力定格によるソーラーインバーターの分類 太陽光インバータとも呼ばれる PV インバータは、その設計、機能、用途に基づいてさまざまなタイプに分類できます。これらの分類を理解すると、特定の太陽光発電システムに最適なインバーターを選択するのに役立ちます。電力レベル別に分類された PV インバータの主なタイプは次のとおりです。 電力レベルに応じたインバータ: 主に分散型インバータ (ストリング インバータ & マイクロ インバータ)、集中型インバータに分けられます。 文字列の反転皆さん： ストリングインバーターは、住宅用および商業用太陽光発電設備で最も一般的に使用されるタイプの太陽光発電インバーターであり、直列に接続された複数のソーラーパネルを処理して「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 側での最大電力ピーク追跡と AC 側での並列グリッド接続を備えたインバーターにより、現在国際市場で最も人気のあるインバーターになっています。 ソーラーパネルで生成された DC 電気はストリング インバーターに供給され、すぐに使用したり送電網に送電したりできるように AC 電力に変換されます。ストリングインバータは、そのシンプルさ、コスト効率、設置の容易さで知られています。ただし、ストリング全体のパフォーマンスは最もパフォーマンスの低いパネルに依存するため、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: マイクロインバーターは、太陽光発電システム内の個々の太陽光パネルに設置される小型のインバーターです。ストリング インバーターとは異なり、マイクロ インバーターはパネル レベルで DC 電気を AC 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が最適化されます。マイクロ インバータには、パネル レベルの最大電力点追跡 (MPPT)、日陰または不一致のパネルでのシステム パフォーマンスの向上、DC 電圧の低下による安全性の向上、個々のパネルのパフォーマンスの詳細な監視など、いくつかの利点があります。ただし、初期費用が高くつき、設置が複雑になる可能性があることを考慮する必要があります。 集中型インバータ: 集中型インバータは、大型または実用規模 (10kW 以上) インバータとも呼ばれ、太陽光発電施設や商業用太陽光発電プロジェクトなどの大規模な太陽光発電設備でよく使用されます。これらのインバータは、複数のストリングまたはソーラー パネルのアレイからの高 DC 電力入力を処理し、グリッド接続用の AC 電力に変換するように設計されています。 最大の特徴はシステムの高出力かつ低コストですが、異なるPVストリングの出力電圧と出力電流は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）、 、集中型インバータの使用は、反転プロセスの効率の低下と家庭用電力の削減につながります。 集中型インバータは通常、他のタイプと比較して、数キロワットから数メガワットの範囲の電力容量が高くなります。それらは中央の場所またはインバータステーションに設置され、複数のソーラーパネルのストリングまたはアレイがそれらに並列に接続されます。 太陽光発電インバーターは何をするのですか? 太陽光発電インバータは、AC 変換、太陽電池性能の最適化、システム保護などの複数の機能を果たします。これらの機能には、自動運転およびシャットダウン、最大電力追従制御、単独運転防止（系統接続システムの場合）、自動電圧調整（系統接続システムの場合）、DC 検出（系統接続システムの場合）、および DC 接地検出（系統接続システムの場合）。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、日の出以降、日射量は徐々に増加し、それに応じて太陽電池の出力も増加します。インバータが必要とする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。動作開始後、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ます。太陽電池コンポーネントの出力電力がインバータが必要とする出力電力よりも大きい限り、インバータは動作を続けます。日没が止むまで、雨天でもインバーターも稼働します。太陽電池モジュールの出力が小さくなり、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となります。 2) 最大電力追従制御機能 太陽電池モジュールの出力は、日射の強さや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が増加すると電圧が低下する特性があるため、最大の電力が得られる最適な動作点が存在します。太陽放射の強度は変化しており、明らかに最適な作業点も変化しています。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出力を得る。このような制御が最大電力追従制御である。太陽光発電システムに使用さ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、太陽電池で発電し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を介して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。たとえば、公称 12V バッテリの電圧値は 10.8 ～ 14.4V の間で変化します (この範囲を超えるとバッテリが損傷する可能性があります)。認定されたインバータの場合、入力端子電圧がこの範囲内で変化する場合、その定常状態出力電圧の変動は Plusmn を超えてはなりません。定格値の5%。同時に、負荷が急激に変化した場合、出力電圧偏差は定格値の±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 (または高調波成分) を指定する必要があります。通常、出力電圧の波形歪みの合計で表され、その値は 5% を超えてはなりません (単相出力の場合は 10% まで許容されます)。インバータが出力す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、故障の原因となります。電気機器の安全性を損ない、システムに重大な影響を与えます。運用効率。 3. 定格出力周波数 洗濯機や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50Hz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発熱し、システムの動作効率や寿命が低下します。したがって、インバータの出力周波数は比較的安定した値である必要があり、通常は電源周波数 50Hz であり、その偏差は通常の動作条件下で±1% 以内である必要があります。 4. 負荷力率 誘導負荷または容量負荷を伴うインバータの能力を特徴付けます。正弦波インバータの負荷力率は0.7～0.9、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容量が大きくなります。コストが増加する一方で、太陽光発電システムの交流回路の皮相電力も増加します。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入力電力に対する出力電力の比率をパーセンテージで表したものです。一般に、太陽光発電インバータの公称効率は純粋な抵抗負荷を指します。負荷効率80%の条件下。太陽光発電システムの全体コストは高いため、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ためには、太陽光発電インバーターの効率を最大限に高める必要があります。現在、主流のインバータの公称効率は 80% ～ 95% であり、低電力インバータの効率は 85% 以上であることが求められています。太陽光発電システムの実際の設計プロセスでは、高効率の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を可能な限り最高効率点付近で動作させるために、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） 規定の負荷力率範囲におけるインバータの定格出力電流を示します。インバータ製品によっては定格出力容量が記載されており、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 (純粋な抵抗負荷) 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 優れた性能を備えたインバータには、インバータ本体やシステムの他のコンポーネントを損傷から守るために、実際の使用中に発生するさまざまな異常事態に対処するための完全な保護機能や対策が必要です。 1) 不足電圧保険口座を入力します。 入力端子電圧が定格電圧の 85% より低い場合、インバータには保護と表示が必要です。 2) 入力過電圧保護装置: 入力端子電圧が定格電圧の 130% を超える場合、インバータには保護と表示が必要です。 3) 過電流保護: インバータの過電流保護は、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適時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できる必要があります。 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: 入力端子のプラスとマイナスが逆になった場合、インバータには保護機能と表示が必要です。 6) 雷保護: インバータには避雷機能が備わっている必要があります。 7) 過熱保護等 さらに、電圧安定化手段のないインバータの場合は、負荷を過電圧損傷から保護するために、インバータに出力過電圧保護手段も備えている必要があります。 8. 始動特性 インバータが負荷をかけて起動する能力と動的動作中のパフォーマンスを特徴づけます。インバータは、定格負荷下で確実に起動できるように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のトランス、フィルタインダクタ、電磁スイッチ、ファンなどの部品からノイズが発生します。インバータが正常に動作している場合、その騒音は 80dB を超えてはならず、小型インバータの騒音は 65dB を超えてはなりません。 パワーコンディショナの選択スキル