ハイブリッド インバーターは、複数の電源 (通常はソーラー パネル、バッテリー、電力網など) からの電力を管理する電力変換デバイスです。太陽光の DC 電力を電気負荷用の AC 電力に変換したり、バッテリーを充電したり、グリッドから電力を引き出したり、一部のシステムでは停電時にバックアップ電力を提供したりできます。
基本的な太陽光発電インバータとは異なり、ハイブリッド インバータは、発電、蓄電、消費を調整するように設計されています。これにより、ソーラーパネルが発電しているときだけエネルギーを消費するのではなく、さまざまな時間にエネルギーを使用することができます。
たとえば、太陽エネルギーは日中に負荷に電力を供給し、余剰電力でバッテリーを充電し、夜間に電力を供給します。システム設計によっては、太陽光発電やバッテリーの電力が不十分な場合に、グリッドを追加の電源として機能させることができます。
IFIND が提供する ハイブリッド インバーター ソリューション。 住宅、商業、オフグリッド、エネルギー管理アプリケーション向けの
ハイブリッド インバーターは、太陽光発電インバーター、バッテリー インバーター、エネルギー管理コントローラーの機能を 1 つのシステムに組み合わせたものです。
その主な目的は、電気エネルギーの方向とタイミングを制御することです。利用可能な電力が次のとおりであるかどうかを決定します。
接続された負荷によって使用されます。
バッテリーに保管されます。
グリッドに供給されます。
グリッドから描画されます。
バックアップまたは通常の動作のためにバッテリーから取得されます。
正確な動作モードは、インバーターの設計、バッテリーの互換性、グリッド規制、およびプログラムされた優先順位によって異なります。
ハイブリッド インバーターは、バッテリー接続を備えた単なるソーラー インバーターではありません。また、充電と放電の制限、電力の流れ、システム保護、グリッドの同期、バックアップ動作も管理する必要があります。
一般的なハイブリッド エネルギー システムには次のものが含まれます。
太陽光発電パネル;
ハイブリッドインバーター。
バッテリーエネルギー貯蔵システム。
ユーティリティグリッド。
メインおよびバックアップ電気負荷。
監視および通信機器。
ソーラーパネルは直流電力を生成します。ハイブリッド インバータは、MPPT 回路を使用して、現在の太陽光と温度条件下で PV アレイが利用可能な最大電力を生成できる動作点を追跡します。
インバータは、DC 電力を家庭用、商業用、または産業用の負荷用の AC 電力に変換します。
太陽光発電が当面の負荷需要を超えると、ハイブリッドインバーターは余剰エネルギーをバッテリーに向けることができます。
充電プロセスは、バッテリー メーカーの電圧、電流、温度、および充電状態の制限に従う必要があります。互換性のあるバッテリー管理システムは、安全な動作を調整するためにインバーターと通信する場合があります。
太陽光発電量が少ない場合、または負荷需要が利用可能な PV 出力より高い場合、ハイブリッド インバーターはバッテリーからエネルギーを引き出すことができます。
放電戦略は、プログラムされた動作モードによって異なります。自己消費を優先するシステムもあれば、停電やピーク需要期間に備えてバッテリー容量を確保するシステムもあります。
太陽光発電とバッテリーの電力が負荷に対応できない場合、インバーターは送電網から電力を供給することがあります。グリッド接続システムでは、地域の規制や電力会社相互接続協定で許可されている場合、余剰太陽光電力を輸出することもできます。
インバータは、電力を接続または出力する前に、グリッドの電圧と周波数を監視する必要があります。また、切断されたユーティリティラインへの危険な通電を防ぐための単独運転防止保護も必要です。
一部のハイブリッド インバータは、送電網に障害が発生した場合でも、選択された負荷に供給を継続できます。この場合、インバータはバックアップ回路を電力網から分離し、安定したローカル AC 電源を作成する必要があります。
すべてのハイブリッド インバータがバックアップ電源を提供するわけではありません。モデルは特にオフグリッドまたはバックアップ動作をサポートする必要があり、電気設備には適切な転送および保護装置が含まれている必要があります。
米国エネルギー省は、太陽光発電と蓄電システムがその機能向けに設計されている場合、太陽光発電と蓄電システムが停電時に電力を供給できる可能性があると説明しています。詳細については、そのガイドを参照してください。 インバータとグリッドサービス.
最大電力点追跡により、太陽光やモジュール温度の変化に応じてインバータが PV 動作点を調整できます。
これにより、システムは固定動作点よりも効率的に利用可能な太陽光発電を取り込むことができます。 MPPT チャネルの数とその電圧および電流の範囲は、PV アレイを設計する際に重要です。
ハイブリッド インバーターは、バッテリーの充電と放電を制御します。バッテリの化学的性質、通信方法、充電電流、放電電流、およびストレージ システムに必要な動作制限をサポートする必要があります。
バッテリーの充電は、インバーターの構成と地域の運用ルールに応じて、太陽光発電、電力網、またはその両方から行うことができます。
ハイブリッド インバーターは、次のようなさまざまな電力優先順位に従うようにプログラムできます。
まずは太陽光発電。
負荷用の太陽光発電とバッテリー充電用の余剰電力。
価格のピーク時のバッテリー残量。
低コスト期間中の系統電力。
緊急バックアップ用にバッテリーを予備。
太陽光発電とバッテリーの電力が不十分な場合の電力網のサポート。
最適なモードは、電気料金、負荷パターン、バッテリー容量、バックアップ要件、および地域の規制によって異なります。
系統接続動作では、インバータはその AC 出力を電力系統と同期させます。必要な電圧、周波数、位相、および電力品質の制限に従う必要があります。
送電網が不安定になったり故障したりすると、インバータが送電網から切り離される可能性があります。システムがこのモード向けに設計されている場合、バックアップ対応モデルは負荷の分離されたグループを供給できます。
ハイブリッド インバータは、停電時に選択された回路にバックアップ電力を供給できます。これらの回路は重要負荷と呼ばれることが多く、照明、通信機器、冷凍、ポンプ、制御システムなどが含まれる場合があります。
バックアップ出力は、継続的な負荷と開始時の需要の両方に応じてサイズを決定する必要があります。モーター、コンプレッサー、ポンプ、その他の誘導負荷は、起動時に大幅に多くの電力を必要とする場合があります。
多くのハイブリッド インバータは、ディスプレイ、RS485 接続、イーサネット、Wi-Fi、またはモバイル アプリケーションを通じてデータ監視を提供します。
一般的な監視データには次のものが含まれます。
太陽光発電;
負荷電力。
バッテリーの充電状態。
グリッドのインポートとエクスポート。
出力電圧と周波数。
障害記録。
毎日および過去のエネルギー生産。
監視は、異常な電力の流れ、バッテリ充電の問題、通信障害、繰り返される過負荷状態を特定するのに役立ちます。
「ハイブリッド インバータ」という用語は、いくつかの異なるシステム アーキテクチャに使用されます。実際の電源回路と動作モードは、必ず製品ドキュメントで確認してください。
DC 結合システムでは、太陽電池アレイとバッテリーがシステムの DC 側で接続されます。共有インバーターは、太陽光発電とバッテリー電力の AC 電力への変換を管理します。
この構成により、太陽光発電とバッテリー充電の間の変換段階の数を減らすことができます。これは、PV アレイとバッテリーが一緒に設計される新しい太陽光発電と蓄電設備の場合に一般的に考慮されます。
AC結合システムでは、ソーラーアレイは別個のグリッド接続ソーラーインバータを使用し、バッテリは別の双方向インバータを介して接続されます。
エネルギー管理システムが 2 つのデバイスを調整します。 AC カップリングは、既存の太陽光発電設備に蓄電池を追加する場合に役立ちますが、システムにはより多くのコンポーネントと制御調整が必要になる場合があります。
オールインワン ハイブリッド インバータは、次のような複数の機能を 1 つのエンクロージャに組み合わせることができます。
MPPTソーラー充電;
バッテリーの充電;
DCからACへの変換。
グリッド入力。
バックアップ出力。
監視;
保護機能。
この設計により配線と設置が簡素化されますが、利用可能な PV 入力範囲、バッテリーの互換性、出力容量、バックアップ機能を慎重に確認する必要があります。
ハイブリッド インバーターとして販売されている一部の製品は、ソーラーダイレクト モードまたはバッテリー不要モードで動作できます。あらゆる動作条件においてバッテリーを必要とせずに、太陽光発電とグリッド電力を使用できます。
これは、すべてのハイブリッド インバーターがバッテリーなしで動作できることを意味するものではありません。製品は特にバッテリ不要の動作をサポートする必要があり、太陽光が変化したり、送電網が利用できない場合には、システムが利用できる電力が制限される可能性があります。
インバータータイプ |
主な機能 |
バッテリーサポート |
バックアップ機能 |
|---|---|---|---|
ソーラーインバーター |
PV DC電力をAC電力に変換します |
通常は制限があるか、モデルに依存します |
送電網障害時は通常利用不可 |
系統連系インバータ |
同期した太陽光発電を負荷またはグリッドに送信します |
通常は統合されていません |
送電網に障害が発生すると通常はシャットダウンします |
オフグリッドインバータ |
グリッドに依存せずにローカルAC電源を作成します |
通常は必須 |
スタンドアロン操作向けに設計 |
ハイブリッドインバータ |
太陽光発電、バッテリー、送電網、負荷を調整します |
統合またはサポートされている |
一部のモデルで利用可能 |
送電網に接続された太陽光発電インバータは送電網の停止中に自動的に電力を供給できないため、この区別は重要です。通常は単独運転防止要件に準拠するために送電網から切断されます。
ハイブリッドインバータは、必要な制御機能、絶縁方式、バックアップ出力を備えていて初めてバックアップ運転をサポートできます。
IFINDの Solar Inverter ガイドでは、 これらの基本について詳しく説明しています。
住宅システムでは、ハイブリッド インバーターによって太陽光発電、家庭消費、蓄電池、系統電力を調整できます。
日中は、太陽エネルギーが家庭の負荷に電力を供給し、バッテリーを充電します。夜間は、蓄えられたエネルギーが負荷を支えることができます。システムに適切なバックアップ設計があれば、送電網の停止中も選択した回路に電力を供給し続けることができます。
商業ビルでは日中の電力消費量が多く、デマンド料金や使用時間料金が発生する場合があります。
ハイブリッド インバーターは、建物の負荷プロファイルに応じて太陽光発電とバッテリーの放電を調整するのに役立ちます。費用がかかる期間の送電網の消費量を削減し、削減されるであろう太陽エネルギーを蓄える可能性がある。
遠隔地では、ハイブリッド インバータによって太陽光発電、バッテリ、補助発電機またはその他のエネルギー源を組み合わせることができます。
インバーターは、負荷需要とバッテリーの状態に応じて利用可能な電力を管理します。これにより、必須機器への安定供給を維持しながら、発電機の稼働時間を短縮できます。
ハイブリッド インバーターは、再生可能エネルギー、蓄電、送電網供給、バックアップ発電を組み合わせた小規模マイクログリッドでも使用されます。
インバータは、モデルがこの機能をサポートしている場合、ユーティリティが利用可能な場合はグリッド追従モードで動作し、システムが分離されている場合はローカル グリッド形成モードに切り替えることができます。
一部のハイブリッド インバータ構成は、系統電力または補助電力と併用した太陽光発電によるポンプをサポートします。これは、曇りの天候、夜間、または水の需要が高い期間にポンプを継続する必要がある場合に役立ちます。
システムは、ポンプ モーター、流量要件、総揚程、PV アレイ、利用可能なバックアップ ソースに適合させる必要があります。
まず、接続された負荷の連続電力需要を計算します。次に、ポンプ、コンプレッサー、冷蔵庫、モーターなど、始動電流が高い機器を特定します。
インバータは連続出力電力、短期サージ耐量、出力位相、必要な負荷の種類に応じて選定してください。
PV アレイは、インバータの許容電圧および電流範囲内に留まっている必要があります。
チェック：
最大 PV 入力電圧。
MPPT 電圧範囲。
最大入力電流。
MPPT チャネルの数。
推奨される PV アレイ電力。
文字列の設定。
PV アレイの寒冷時開路電圧は、インバータの最大入力制限を下回っていなければなりません。
取り付ける前にバッテリーの互換性を確認する必要があります。サポートされているバッテリーの化学的性質、充放電電流、通信プロトコル、充電状態の制限、バッテリー管理システムの要件を確認してください。
バッテリーの定格電力とエネルギー容量は、さまざまな目的に役立ちます。電力は一度に供給できる負荷の量を決定しますが、エネルギー容量はシステムが動作できる時間に影響します。
システムが次の目的で使用されるかどうかを決定します。
太陽光の自家消費。
ピーク負荷管理。
バックアップ電源。
オフグリッド運用。
グリッドのエクスポート。
電池不要のソーラー動作。
発電機の統合。
1 つのハイブリッド インバーターがすべてのモードをサポートするとは限りません。
系統接続システムの場合は、該当する系統コード、単独運転防止要件、輸出制限、電力会社の承認手順を確認してください。
バックアップ システムの場合は、転送時間、バックアップ出力定格、ニュートラル構成、短絡容量、インバータがモータ負荷をサポートできるかどうかを確認してください。
インバータをビル管理システム、マイクログリッド コントローラ、またはリモート監視プラットフォームに統合する場合は、利用可能な通信インターフェイスとデータ ポイントを確認してください。
ハイブリッド インバータの設置は、AC と DC の両方の電気システムに精通した資格のある担当者が行う必要があります。
重要な考慮事項は次のとおりです。
適切な DC および AC 切断器を使用してください。
必要に応じて過電流およびサージ保護を取り付けてください。
メーカーの接地指示に従ってください。
PV、バッテリー、AC、通信ケーブルを適切に配線してください。
適切な換気と隙間を設けてください。
電池を適切な場所に取り付けてください。
DC 接続に通電する前に、正しい極性を確認してください。
バックアップの分離機能と転送機能をテストします。
地域の電気規定と送電網の相互接続要件に従ってください。
バッテリーシステムは、太陽電池アレイが電力を生成していないときでも、大量のエネルギーを蓄えることができます。したがって、メンテナンスとサービスの手順では、太陽光発電とバッテリーの両方の電源を考慮する必要があります。
ハイブリッド インバーターは、ソーラー パネル、バッテリー、電力網、接続された負荷からの電力を管理します。エネルギーがいつ使用、保管、輸入、輸出されるかを制御します。
一部のハイブリッド インバーターはバッテリー不要または太陽光発電による直接動作をサポートしていますが、これはモデルによって異なります。通常、エネルギー貯蔵とバックアップ動作にはバッテリーが必要です。
専用のバックアップ機能またはオフグリッド機能を備えたハイブリッド インバータのみが、送電網の停止中に電力を供給し続けることができます。システムには、適切な配線、絶縁、適切なサイズのバックアップ負荷も必要です。
標準的なソーラーインバータは主に PV の DC 電力を AC 電力に変換します。ハイブリッド インバーターは、バッテリーの充電と放電、グリッドの相互作用、バックアップ電源、エネルギーの優先順位も管理できます。
バックアップ期間は、バッテリのエネルギー容量、インバータの出力電力、接続された負荷、バッテリの予備設定、およびシステム効率によって異なります。
インバーターが大きいほど、より多くの瞬間電力を供給できますが、バッテリーに十分なエネルギー容量がなければ、必ずしもバックアップ時間が長くなるとは限りません。
一部のモデルはグリッドのエクスポートをサポートしていますが、エクスポートはインバーター構成、地域の規制、および公共事業の相互接続要件によって許可されている必要があります。
連続負荷、始動電流、ピーク負荷、PV アレイ、バッテリー電力、バッテリーエネルギー容量、バックアップ期間、出力位相、必要な動作モードを考慮してください。
インバータは、PV パネルの容量のみに基づいて選択するのではなく、実際のシステムに合わせてサイズを決定する必要があります。
ハイブリッド インバーターは、太陽光発電、蓄電池、グリッド電力、電気負荷を 1 つのエネルギー管理システムで調整するように設計されています。その機能には、MPPT 追跡、バッテリーの充放電、グリッド同期、バックアップ電源、負荷管理、およびリモート監視が含まれます。
適切な構成は、目的の動作モードによって異なります。住宅用バックアップ システム、商業用ピークシェービング プロジェクト、遠隔マイクログリッド、太陽光発電システムなどはすべて、異なるインバーター機能を必要とする場合があります。
ハイブリッドインバータを選択する前に、PV 入力範囲、バッテリの互換性、連続およびサージ出力、バックアップ機能、系統要件、通信インターフェイス、設置環境を確認してください。これらの要素が適切に一致すると、ハイブリッド インバーターは太陽エネルギーの利用を改善し、より柔軟な電力管理を実現できます。
PV 容量、負荷要件、バッテリー計画、グリッド条件、およびバックアップの期待値を IFIND チームと共有します。当社は、お客様のアプリケーションに適したハイブリッド インバーター構成の評価をお手伝いします。
