スマートホーム向け太陽光発電蓄電システムは、ここ数年で普及が進んでいます。太陽光発電なら、昼夜を問わず家族にクリーンエネルギーを供給でき、高額な電気料金を心配する必要もありません。電気料金の節約になり、家族全員が快適な生活を送ることができます。
日中、家庭用太陽光発電蓄電システムは太陽光エネルギーを収集し、夜間の負荷に使用できるよう自動的に蓄電します。停電が発生した場合、システムはバックアップ電源に迅速に切り替え、照明、家電製品、その他の機器が常に正常に動作するようにします。家庭用蓄電システムのバッテリーパックは、電力を使用していないときに自動的に充電されます。そのため、停電時や電力が最も必要とされるときに使用できます。家庭用蓄電装置は、災害時のバックアップ電源として使用できます。また、電力使用負荷のバランスを取ることで、家庭の電気料金を節約することもできます。スマートホーム太陽光発電蓄電システムは、小型の蓄電発電所のように機能し、都市部の電力網の負荷の影響を受けません。
専門家にとっては疑問符でしょうか？
このような高性能な家庭用太陽光発電蓄電システムは、どのような部品で構成され、どのような仕組みで動作するのでしょうか？家庭用太陽光発電蓄電システムにはどのような種類があるのでしょうか？適切な家庭用太陽光発電蓄電システムを選ぶことが重要なのはなぜでしょうか？
CEMノウハウの「B級品」
家庭用太陽光発電蓄電システムとは何ですか？
家庭用太陽光発電蓄電システムは、太陽光発電変換システムと蓄電装置システムで構成されています。太陽光で発電した電気を蓄えることができます。このシステムがあれば、日中に発電した電力を蓄え、夜間や日照時間の短い時間帯に使用することができます。
家庭用太陽光発電蓄電システムをグループ分けする
現在、家庭用エネルギー貯蔵システムには、電力網に接続されているものと、接続されていないものの2種類がある。
家庭向け系統連系型エネルギー貯蔵ソリューション
太陽光パネル、系統連系インバータ、バッテリー管理システム（BMS）、および交流負荷の 5 つの主要部品で構成されています。PV パネルとエネルギー貯蔵システムが連携してデバイスに電力を供給します。商用電源がオンのときは、PV 系統連系システムと商用電源の両方が負荷に電力を供給します。商用電源が停止すると、PV 系統連系システムとエネルギー貯蔵システムの両方が負荷に電力を供給します。系統連系型家庭用エネルギー貯蔵システムには、次の 3 つの動作モードがあります。モード 1: PV がエネルギーを蓄え、余剰電力をインターネットに送電します。モード 2: PV がエネルギーを蓄え、ユーザーの電力需要の一部に対応します。モード 3: PV はエネルギーの一部のみを蓄えます。
家庭でエネルギーを貯蔵するためのオフグリッド方式
PVインバーターは系統から独立しており、系統に接続する必要がないため、正常に動作します。つまり、システム全体に系統連系コンバーターは必要ありません。オフグリッド家庭用エネルギー貯蔵システムには、3つの異なる動作モードがあります。モード1では、晴天時にPVがエネルギー貯蔵と使用電力を供給します。モード2では、曇天時にPVと蓄電池が使用電力を供給します。そしてモード3では、暗く雨の日に蓄電池が使用電力を供給します。
インバーターは、家庭用エネルギー貯蔵システムの頭脳であり心臓のようなものです。電力網に接続されているかどうかに関わらず、システムから切り離すことはできません。
これを表す言葉はありますか？
インバータは電力システムの一般的な構成要素です。直流電力（バッテリーまたは予備バッテリーから）を交流電力（220V 50Hz 正弦波または矩形波）に変換できます。簡単に言うと、インバータは直流（DC）を交流（AC）に変換する装置です。コンバータブリッジ、制御ロジック、フィルタ回路が内蔵されています。整流ダイオードとサイリスタは一般的な部品です。ほとんどのコンピュータや家庭用電化製品には、電源部に整流器（DCからAC）が組み込まれています。これらはインバータと呼ばれます。
変圧器がシステムにおいてこれほど重要な役割を果たす理由は何だろうか？
交流送電は直流送電よりも効率が良く、多くの場所にエネルギーを送るために使われています。送電線で流れる電流によってどれだけの電力が失われるかは、P=I²R という式で求められます。これは「電力＝電流抵抗の二乗」を意味します。エネルギー損失を減らすには、送電線の電流または抵抗を下げる必要があります。送電線（銅線など）の抵抗を下げるのは、費用がかかり、高度な科学的ノウハウも必要となるため困難です。つまり、唯一効果的な方法は送電電力を下げることです。電力＝電流×電圧、より具体的には、実効電力＝IUcosφ です。エネルギーを節約するには、直流を交流に変え、送電網の電圧を上げることで、送電線の電流を下げることができます。
同様に、太陽光発電では、太陽電池パネルを使用して直流エネルギーを生成します。しかし、多くの負荷は交流エネルギーを必要とします。直流電源システムにはいくつかの問題があります。電圧の変更が容易ではなく、使用できる負荷が制限されます。特定の電力負荷を除き、すべての負荷はインバータを使用して直流電力を交流電力に変換する必要があります。太陽光発電コンバータは、太陽光発電システムの最も重要な部分です。これは、太陽電池モジュールからの直流電力を交流電力に変換し、負荷または電源に送電し、パワーエレクトロニクスを保護します。PVインバータは、パワーモジュール、制御回路基板、回路ブレーカー、フィルタ、リアクトル、変圧器、コンタクタ、キャビネットなどの部品で構成されています。電子部品の前処理、機械の組み立て、テスト、機械の梱包などのステップが製造プロセスを構成します。これらのステップの成長は、パワーエレクトロニクス技術、半導体デバイス技術、および最新の制御技術の進歩に依存しています。
インバーターの種類
インバーターは、おおまかに以下の3つのグループに分類できます。
1. インバーターが電力網に接続されている
系統連系型インバータは、直流を交流に変換するだけでなく、出力交流を電力会社の送電網の周波数と位相に同期させることができます。つまり、出力交流を電力会社にフィードバックすることが可能です。言い換えれば、系統連系型インバータは電力会社と同期接続できるのです。このインバータは、バッテリーなしで未使用電力を系統に送電でき、入力回路はMTTP（マルチターン・スルー・パワー）技術に対応させることができます。
2. 電力網に接続する必要のないインバーター
オフグリッドインバーターは、通常、ソーラーパネル、小型風力タービン、またはその他の直流電源に接続され、直流電力を家庭で使用できる交流電力に変換します。また、電力網やバッテリーからのエネルギーで負荷に電力を供給することもできます。「オフグリッド」と呼ばれるのは、電力網に接続されておらず、外部電源を必要としないためです。
オフグリッドインバーターは、マイクログリッドを特定の地域で稼働させることを可能にする、初のバッテリー駆動システムです。オフグリッドインバーターはエネルギーを蓄積し、他の形態に変換することができます。電流入力、DC入力、急速充電入力、大容量DC出力、高速AC出力を備えています。制御ソフトウェアを使用して入出力条件を調整することで、太陽光パネルや小型風力発電機などの電源が最大限に効率的に動作するようにします。また、エネルギー品質を向上させるために、正弦波出力を使用します。
オフグリッドインバーターバッテリーは、停電時や電力供給がない時に使用できるエネルギーを蓄えるため、オフグリッド太陽光発電システムに不可欠です。また、オフグリッドインバーターを使用することで、電力会社では解決できない停電や停電などの問題を引き起こす可能性のある主要電力網への依存度を低減できます。
ソーラー充電コントローラー付きのオフグリッドインバーターには、内部にPWMまたはMPPTソーラーコントローラーも搭載されており、ユーザーはPV入力をソーラーインバーターに接続し、ソーラーインバーターのディスプレイでPVの状態を確認できます。これにより、システムのセットアップとチェックが容易になります。バックアップエンジンやバッテリーに搭載されているオフグリッドインバーターは、電力品質が安定していて十分であることを確認するために自己テストを行います。低ワット数のものは家庭用電化製品の電力供給に使用されますが、高ワット数のものは主にビジネスや個人プロジェクトへの電力供給に使用されます。
3. ハイブリッドインバーター
ハイブリッドインバーターには主に2種類あります。1つは太陽光発電充電コントローラーを内蔵したオフグリッドインバーター、もう1つは系統連系型とオフグリッド型の両方の太陽光発電システムに使用でき、バッテリーを様々な方法で構成できるオングリッド/オフグリッドインバーターです。
変圧器の一般的な役割
1. 自動運転および自動停止機能
日が経つにつれて太陽の角度が徐々に高くなると、太陽光の強さも増します。太陽光発電システムはより多くの太陽エネルギーを取り込むことができ、インバーターが動作するために必要な出力レベルに達すると、自動的に運転を開始します。系統連系型／蓄電型インバーターの出力が0または0に非常に近い値になると、運転を停止してスリープモードに入ります。これは、太陽光発電システムの出力が低下したときに発生します。
2. アンチアイランディング効果の機能
系統連系型太陽光発電のプロセス、太陽光発電システム、および電力系統の運用について説明します。公共電力網が停止したり異常な動作をしたりした場合、太陽光発電システムが適時に停止できなかったり、電力系統から切り離されても電力供給が継続したりすると、孤立状態が発生します。孤立状態が発生すると、太陽光発電システムと電源の両方にとって悪影響となります。
系統連系型／蓄電型インバータは、系統の状態をリアルタイムでインテリジェントに検知し、電圧、周波数などの情報を含む系統連系保護回路を内蔵しています。系統に異常が検出された場合、インバータは適切なタイミングで異なる測定値を用いて電流を遮断し、出力を停止し、障害を報告します。
3. 最大電力点追従制御機能
系統連系型インバータや蓄電型インバータにおいて最も重要な技術は、最大電力点追従制御機能（MPPT機能）です。この機能により、インバータは構成部品の最大出力電力をリアルタイムで検出し、監視することができます。
太陽光発電システムの出力電力に影響を与える要因は数多くあり、常に公称の最大出力電力を維持できるとは限りません。
系統連系型／蓄電型インバータのMPPT機能は、各コンポーネントの最大出力電力をリアルタイムで追跡できます。そして、システムの動作点電圧（または電流）を最適電力点に近づけるようにインテリジェントに調整することで、太陽光発電システムによる発電量を最大化し、システムが継続的かつ効率的に動作することを保証します。
4. 弦の状態を監視するインテリジェント機能
最初のMPPTトラッキングに基づいて、系統連系型／蓄電型インバータは既にスマートストリング検出機能を完了しています。ストリング検出は、MPPTトラッキングとは異なり、各分岐ストリングの電圧と電流を正確にチェックします。これにより、ユーザーは各ストリングのリアルタイム動作データを確認できます。
現在、人々が求めているエネルギー貯蔵システムは、BMS（バッテリー管理システム）、PV系統連系インバータ、およびエネルギー貯蔵インバータです。こうした家庭用エネルギー貯蔵機器のニーズに応え、各PVシステムユニット回路の安全絶縁機能を組み合わせるため、華盛昌は家庭用PVエネルギー貯蔵システムのフルセットを発売しました。これらのシステムは主に系統連系インバータとハイブリッドインバータで構成されています。
