インバーターとは?

インバーターは太陽エネルギーシステムで最も重要なデバイスの 1 つです. 直流電流を変換する装置です (直流) ソーラーパネルで発電した電気を交流に変換する (交流) 送電網で使用される電力. 直流では, 電気は一方向に一定の電圧を維持します. 交流では, 電圧が正から負に変化すると、回路内で電流が両方向に流れます。. インバーターは、電気の流れを調整するパワーエレクトロニクスと呼ばれるデバイスのほんの一例です.

基本的に, インバーターは、DC 入力の方向を非常に素早く前後に切り替えることで DC-AC 変換を行います。. 結果として, DC入力がAC出力になる. さらに, フィルターやその他の電子機器を使用して、クリーンな空気を生成できます。, グリッドに注入できる繰り返し正弦波電圧. 正弦波は、時間の経過とともに電圧が発生する形状またはパターンです。, 特定の周波数と電圧で動作するように設計された電気機器に損傷を与えることなく、送電網が使用できる電力パターンです。.

最初のインバーターは 19 世紀に作成され、機械式でした。. 例えば, 回転モーターを使用して、DC 電源が順方向に接続されるか逆方向に接続されるかを連続的に変更します。. 今日, 私たちはトランジスタから電子スイッチを作ります, 可動部品のないソリッドステートデバイスです. トランジスタはシリコンやガリウムヒ素などの半導体材料で作られています。. 外部電気信号に応じて電流を制御します。.

あ 1909 500 kW Westinghouse "Rotary Converter", 初期のタイプのインバーター.

あ 1909 500 kW Westinghouse "Rotary Converter", 初期のタイプのインバーター. イラスト提供：ウィキメディア.

家庭用太陽光発電システムをお持ちの場合, インバータはさまざまな機能を実行できます. 太陽エネルギーを交流に変換するだけでなく、, システムを監視し、コンピュータ ネットワークと通信するためのゲートウェイを提供します。. 太陽光発電とバッテリーを組み合わせた蓄電システムは、高度なインバーターを利用して停電時に電力網のサポートなしで動作します。, そうするように設計されている場合.

インバータベースのグリッドに向けて

歴史的に, 電気は主に燃料を燃やして蒸気を生成することによって生成されてきました, 次にタービン発電機を回転させます, 電気を生み出すもの. これらの発電機の動きにより、装置が回転すると交流が発生します。, 周波数も設定します, または正弦波が繰り返される回数. 電力周波数は電力網の健全性を監視するための重要な指標です. 例えば, 負荷が多すぎる場合 (エネルギーを消費するデバイスが多すぎる), エネルギーは供給されるより早く送電網から除去されるだろう. 結果として, タービンが減速し、AC周波数が低下します。. タービンは巨大な回転体なので, 周波数の変化に抵抗します, すべての物体が動きの変化に抵抗するのと同じように, 慣性と呼ばれる性質.

グリッドに追加される太陽光発電システムが増えるにつれて, かつてないほど多くのインバータが電力網に接続されています. インバーターベースの発電は、任意の周波数でエネルギーを生成でき、蒸気ベースの発電と同じ慣性特性を持ちません。, タービンが関与していないため. したがって, より多くのインバータを備えた送電網への移行には、送電網の運用中に発生する周波数の変更やその他の混乱に対応できる、よりスマートなインバータを構築する必要があります。, これらの混乱に対して送電網を安定させるのに役立ちます.

グリッドサービスとインバータ

送電網事業者は、さまざまな送電網サービスを提供することにより、電力システム内の電力の需給を管理します。. グリッド サービスは、システム全体のバランスを維持し、送電をより適切に管理するためにグリッド オペレーターによって実行される活動です。.

スマートインバータは、グリッドが期待どおりに動作しなくなった場合にさまざまな方法で対応できます。, 電圧や周波数に偏差がある場合など. 一般的に言えば, 小型インバータの標準 (家庭用太陽光発電システムに接続されているものなど) is to stay on or "ride through" 電圧または周波数の小さな中断中, 中断が長時間続く場合、または通常よりも大きい場合, 彼らは自らをグリッドから切断し、シャットダウンします. 周波数の低下は予期せぬ発電停止につながるため、周波数応答は特に重要です。. 周波数の変化に応じて, インバータは、標準周波数に戻すために電力出力を変更するように構成されています. インバーターベースのリソースは、電力システム内の他の供給と需要の変動に応じて、オペレーターからの信号に応答して電力出力を変更することもあります。, 自動発電制御というグリッドサービス. グリッドサービスを提供するため, インバータには制御可能な電力が必要です. これは発電できる, 現在発電中のソーラーパネルなど, またはストレージ, 以前に蓄えた電気を供給するために使用できるバッテリーシステムなど.

一部の高度なインバータが提供できるもう 1 つのグリッド サービスは、グリッド接続です。. グリッドに障害が発生した場合, 系統接続インバータが系統を起動できる – ブラックスタートとして知られるプロセス. Traditional "grid-following" インバータは、グリッドに注入できる正弦波を生成するためにスイッチングがいつ発生するかを決定するためにグリッドからの外部信号を必要とします。. これらのシステムでは, グリッドからの電力は、インバータが一致しようとしている信号を提供します. より高度な系統接続インバーターは独自の信号を生成できます. 例えば, 小規模なソーラー パネル ネットワークでは、パワーコンディショナの 1 つがグリッド形成モードで動作するように指定される場合があります。, 他の人たちがその先導に従う間, ダンスパートナーのように, タービン発電を行わずに安定した系統を形成 .

無効電力は、インバータが提供できる最も重要なグリッド サービスの 1 つです. 電力網上で, 電圧（電荷を押す力）は常に前後に切り替わります, 電流と同様、電荷の移動. 電圧と電流が同期すると電力が最大化されます. しかし, 電圧と電流の 2 つの交流モード間で遅延が発生する場合があります。, モーターが動いているときなど. 同期されていない場合, 回路を流れる電力の一部は、接続された機器によって吸収されません。, 効率の低下につながる. More total power is required to produce the same amount of "real" 力 – 負荷が吸収できる力. この問題を解決するには, 電力会社は電圧と電流を同期させるために無効電力を提供します, 電気を消費しやすくする. この無効電力はそれ自体では使用されません, しかし、他の力も役に立ちます. 最新のインバーターは、無効電力を供給および吸収することができ、グリッドがこの重要なリソースのバランスをとるのに役立ちます。. さらに, 無効電力は長距離伝送が難しいため、屋上太陽光発電などの分散型エネルギー源は無効電力の特に有用な供給源です。.

インバータ式

太陽光発電システムの一部として設置できるインバーターにはいくつかの種類があります。. 大規模な発電所または中規模のコミュニティ太陽光発電プロジェクトにおいて, 各ソーラーパネルは単一の中央インバータに接続できます. ストリングインバータはパネルのグループを接続します (1つの文字列) 1台のインバータに. インバーターはストリング全体で発電された電力を交流に変換します。. 費用対効果は高いものの、, この設定では、個々のパネルにシェーディングなどの問題が発生した場合、ストリングでの発電量が減少する可能性があります。. microinverterはパネル毎に搭載された小型inverterです. マイクロインバータ用, 1 つのパネルのシェーディングや損傷は、他のパネルから引き出せる電力には影響しません。, ただしマイクロインバーターは高価になる可能性があります. どちらのタイプのインバータも、ソーラー システムが追加の蓄電池とどのように相互作用するかを制御するシステムによって支援できます。. 太陽エネルギーは、DC を直接通過するか、AC に変換されてバッテリーを充電できます。.