グリッドタイインバーター

グリッドタイインバーターは 、直流（DC）を電力グリッドへの注入に適した交流（AC）に変換します。通常は60 Hzで120 V RMSまたは50 Hzで240 V RMSです。グリッドタイインバーターは、地元の発電機（ソーラーパネル、風力タービン、水力発電、グリッド）の間で使用されます。

電力をグリッドに効率的かつ安全に注入するために、グリッドタイインバータは、グリッド正弦波AC波形の電圧と位相を正確に一致させる必要があります。

一部の電力会社は、グリッドに注入される電力の代金を支払います。

注入電力の支払い

いくつかの国では、電力会社は、電力会社のグリッドに注入される電力の代金を支払います。お支払い方法はいくつかあります。

ネットメータリングでは、電力会社がグリッドに注入された正味電力の料金を支払います。これは、顧客宅内のメーターによって記録されます。たとえば、顧客は1か月で400キロワット時を消費し、同じ月に500キロワット時をグリッドに返す場合があります。この場合、電力会社は、グリッドにフィードバックされる電力の100キロワット時のバランスに対して支払います。米国では、ネットメータリングポリシーは管轄によって異なります。

配電会社またはその他の電力当局との契約に基づく固定価格買取制度は、顧客がグリッドに注入された電力に対して支払われる場所です。

米国では、系統連系電力システムはNational Electric Codeで指定されており、これも系統連系インバーターの要件を規定しています。

操作

グリッドタイインバーターは、DC電力を、電力会社のグリッドに注入するのに適したAC電力に変換します。グリッドタイインバータ（GTI）は、グリッドの位相と一致し、出力電圧を常にグリッド電圧よりもわずかに高く維持する必要があります。高品質の最新のグリッドタイインバーターは固定力率を持っています。つまり、出力電圧と電流は完全に揃っており、位相角はAC電力グリッドの1度以内です。インバーターには、現在のACグリッド波形を検出するオンボードコンピューターがあり、グリッドに対応する電圧を出力します。ただし、ローカルグリッドの電圧を許容範囲内に保つために、グリッドに無効電力を供給する必要がある場合があります。そうでない場合、再生可能エネルギー源からのかなりの電力を使用するグリッドセグメントでは、大量生産時、つまり正午頃にソーラーパネルで電圧レベルが上がりすぎる可能性があります。

系統連系インバーターは、電力系統がダウンした場合に系統から迅速に切断するようにも設計されています。これはNECの要件であり、停電が発生した場合、送電網を固定するために送られた送電線労働者に伝達されるエネルギーが損傷するのを防ぐために送電網タイインバータをシャットダウンします。

適切に構成されたグリッドタイインバーターにより、住宅所有者は、大規模な再配線やバッテリーなしで、太陽光や風力などの代替発電システムを使用できます。生産されている代替電力が不十分な場合、赤字は電力網から調達されます。

タイプ

グリッドタイインバータには、トランス結合を備えた従来の低周波タイプ、トランス結合を備えた新しい高周波タイプ、およびトランスレスタイプが含まれます。直流を直接グリッドに適したACに変換する代わりに、高周波トランスタイプでは、コンピュータープロセスを使用して電力を高周波に変換し、DCに戻し、次にグリッドに適した最終AC出力電圧に戻します。

ヨーロッパで人気のあるトランスレスインバーターは、トランスを備えたインバーターよりも軽く、小さく、効率的です。しかし、DC側とグリッド間のガルバニック絶縁を持たないトランスレスインバーターが、障害状態でグリッドに危険なDC電圧と電流を注入する可能性があるという懸念のため、トランスレスインバーターは米国市場への参入が遅れています。

ただし、2005年以降、NFPAのNECでは、すべての太陽光発電システムをマイナス接地するという要件を削除し、新しい安全要件を指定することにより、トランスレスまたは非ガルバニック絶縁のインバーターを許可しています。 VDE 0126-1-1およびIEC 6210の改正は、このようなシステムに必要な設計と手順を定義しています。主に、接地電流測定とDCからグリッドへの絶縁テストです。

データシート

インバータの製造元のデータシートには、通常次のデータが含まれています。

定格出力 ：この値は、ワットまたはキロワットで提供されます。一部のインバーターでは、異なる出力電圧に対して出力定格を提供する場合があります。たとえば、インバータを240 VACまたは208 VACの出力用に構成できる場合、定格出力はそれらの構成ごとに異なる場合があります。
出力電圧 ：この値は、インバーターが接続できる商用電圧を示します。住宅用の小型インバーターの場合、出力電圧は通常240 VACです。商用アプリケーションを対象とするインバータは、208、240、277、400、480、または600 VACで利用でき、3相電力を生成する場合もあります。
ピーク効率 ：ピーク効率は、インバーターが達成できる最高の効率を表します。 2009年7月の時点で市場に出回っているほとんどのグリッドタイインバーターのピーク効率は94％を超え、一部は96％にも達します。反転中に失われるエネルギーの大部分は熱に変換されます。したがって、インバータが定格電力を出力するには、出力を超える電力入力が必要です。たとえば、効率95％でフルパワーで動作する5000 Wインバーターには、5,263 W（定格電力を効率で割った値）の入力が必要です。異なるAC電圧で電力を生成できるインバータは、各電圧に関連付けられた異なる効率を持つ場合があります。
CEC加重効率 ：この効率は、カリフォルニア州エネルギー委員会がGoSolar Webサイトで公開しています。ピーク効率とは対照的に、この値は平均効率であり、インバーターの動作プロファイルのより良い表現です。異なるAC電圧で電力を生成できるインバータは、各電圧に関連付けられた異なる効率を持つ場合があります。
最大入力電流 ：これは、インバータが使用できる直流の最大量です。システム、たとえば太陽電池が最大入力電流を超える電流を生成する場合、その電流はインバーターによって使用されません。
最大出力電流 ：最大出力電流は、インバーターが供給できる最大連続交流電流です。通常、この値は、出力回路に必要な過電流保護デバイス（ブレーカーやヒューズなど）と切断の最小電流定格を決定するために使用されます。異なるAC電圧で電力を生成できるインバーターは、電圧ごとに最大出力が異なります。
ピーク電力トラッキング電圧 ：これは、インバーターの最大ポイント電力トラッカーが動作するDC電圧範囲を表します。システム設計者は、1年の大半でストリングの電圧がこの範囲内になるように、ストリングを最適に構成する必要があります。電圧は温度の変化に応じて変動するため、これは難しい作業です。
開始電圧 ：この値は、すべてのインバーターデータシートに記載されているわけではありません。この値は、インバータがオンになって動作するために必要な最小DC電圧を示します。システム設計者は、この電圧を生成するために各ストリングに直列に配線された十分な数のソーラーモジュールがあることを確認する必要があるため、これはソーラーアプリケーションにとって特に重要です。この値が製造元から提供されていない場合、システム設計者は通常、インバータの最小電圧としてピーク電力トラッキング電圧範囲の低い帯域を使用します。
IPxx評価 ：侵入保護評価またはIPコードは、固体異物（1桁目）または水（2桁目）の侵入に対して提供される保護レベルを分類および評価します。数字が大きいほど保護が強化されます。米国では、 NEMAエンクロージャータイプが国際評価と同様に使用されています。ほとんどのインバーターは、IP45（防塵なし）またはIP65（防塵）の屋外設置、または米国ではNEMA 3R（風吹き防塵なし）またはNEMA 4X（風吹きほこり、直接水しぶき、および追加の防食）の定格があります。
認定/コンプライアンス ：UL 1741や新興の標準UL 1741SAなど、電力会社や地域の電気法規でグリッドタイの承認に必要な認定