グリッドタイインバータ

グリッドタイインバータは、直流（DC）を電力網に注入するのに適した交流（AC）に変換し、その電力網と同じ電圧と周波数にします。グリッドタイインバータは、太陽光パネル、風力タービン、水力発電などの地域の発電機と電力網の間で使用されます。^[1]

電力を効率的かつ安全に送電網に供給するためには、グリッド接続インバーターがグリッド正弦波AC波形の電圧、周波数、位相に正確に一致する必要があります。

一部の国では、電力会社は電力網に供給される電力に対して料金を支払います。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、電力会社は、顧客の敷地内のメーターで記録された、グリッドに投入された正味電力に対して支払います。たとえば、顧客が 1 か月間に 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、グリッドに送り返された 100 キロワット時の残余電力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。

固定価格買い取り制度は、配電会社またはその他の電力当局との契約に基づいて、送電網に供給された電力に対して顧客が支払いを受ける制度です。

米国では、グリッドインタラクティブ電力システムは米国電気規格 (NEC)で規定されており、グリッドインタラクティブインバーターの要件も義務付けられています。

グリッドタイインバータは、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は、固定の 1 力率を備えています。つまり、出力電圧と電流は完全に整列しており、位相角は AC 電力グリッドの 1° 以内です。インバータには、現在の AC グリッド波形を感知し、グリッドに対応する電圧を出力する内部コンピューターがあります。ただし、ローカルグリッドの電圧を許容範囲内に保つには、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。

グリッドタイインバータは、電力網がダウンした場合にすぐに電力網から切り離されるように設計されています。米国では、停電が発生した場合、グリッドタイインバータがシャットダウンし、発電した電気が電力網の修理作業員に危害を及ぼすのを防ぐというNEC 要件[ ^{2]があります。}

グリッド タイ インバーターを適切に構成すると、建物は大規模な配線変更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るようになります。システムが十分な電力を生成しない場合は、電力網が不足分を補います。

グリッドタイインバータには、変圧器結合型の従来の低周波タイプ、同じく変圧器結合型の新しい高周波タイプ、および変圧器なしタイプがあります。^[3]直流電流をグリッドに適した交流電流に直接変換する代わりに、高周波変圧器タイプは、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、次に直流に戻して、最終的にグリッドに適した交流出力電圧に変換します。^[4]

ヨーロッパで普及しているトランスレスインバータは、トランス付きのインバータよりも軽量、小型、高効率です。しかし、トランスレスインバータは、 DC側とグリッドの間にガルバニック絶縁がないため、故障時に危険なDC電圧と電流をグリッドに注入する可能性があるという懸念から、米国市場への参入が遅れています。^[5]

しかし、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、新しい安全要件を規定することで、変圧器なし、つまり非ガルバニック絶縁のインバータが許可されています。VDE 0126-1-1 および IEC 6210 の修正では、主に接地電流測定と DC からグリッドへの絶縁テストなど、このようなシステムに必要な設計と手順が定義されています。

インバーターの 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。

• 定格出力電力: 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が提供される場合があります。たとえば、インバーターが 240 VAC または 208 VAC 出力のいずれかに設定できる場合、定格出力電力はそれぞれの設定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の場合、出力電圧は通常 240 VAC です。商業用途向けのインバータは、208、240、277、400、480、または 600 VAC で使用でき、3 相電力を生成することもできます。
• ピーク効率: ピーク効率は、インバータが達成できる最高の効率を表します。2009 年 7 月現在、市場に出回っているほとんどのグリッド接続インバータのピーク効率は 94% を超えており、中には 96% に達するものもあります。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、その出力を超える電力入力が必要です。たとえば、95% の効率でフルパワーで動作する 5000 W インバータには、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、各電圧に関連する効率が異なる場合があります。
• 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ウェブ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、インバータの動作プロファイルをよりよく表しています。異なるAC電圧で電力を生成できるインバータは、各電圧に関連する効率が異なる場合があります。^[6]
• 最大入力電流: これはインバーターが使用できる直流電流の最大量です。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、インバータが供給できる最大連続交流電流です。この値は通常、出力回路に必要な過電流保護装置 (ブレーカーやヒューズなど) および切断装置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は、電圧ごとに最大出力が異なります。
• ピーク電力追跡電圧: これは、インバータの最大ポイント電力追跡が動作する DC 電圧範囲を表します。システム設計者は、年間の大部分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。電圧は温度変化によって変動するため、これは難しい作業になる場合があります。
• 始動電圧: この値は、すべてのインバータの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。これは、太陽光発電アプリケーションでは特に重要です。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太陽光発電モジュールがあることを確認する必要があるためです。この値が製造元によって提供されていない場合、システム設計者は通常、ピーク電力追跡電圧範囲の下限をインバータの最小電圧として使用します。
• IPxx 等級: 侵入保護等級または IP コードは、固形異物 (最初の数字) または水 (2 番目の数字) の侵入に対す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、保護レベルが高くなります。米国では、国際等級と同様にNEMA エンクロージャ タイプが使用されます。ほとんどのインバータは、屋外設置用に IP45 (防塵なし) または IP65 (防塵) で評価されています。米国では、NEMA 3R (風による粉塵保護なし) または NEMA 4X (風による粉塵、直接の水しぶき、および追加の腐食保護) で評価されています。
• 認証/コンプライアンス: UL 1741 ^[7]や新興規格UL 1741SA ^[8]など、電力会社や地域の電気コードでグリッドタイ承認に必要な認証

• 系統連系電気システム
• インバータ（電気）
• アイランド化
• ソフトスイッチング3レベルインバータ
• 太陽光発電インバータ
• スタンドアロンインバータ
• テスラ パワーウォール

• カリフォルニア州の適格インバーターのリスト - これは、カリフォルニア州のリベート プログラムの対象となるインバーターの公式カリフォルニア州エネルギー委員会 (CEC) リストです。他の州でもこのリストが使用されています。
• グリッド タイ インバーター比較ツール - さまざまなグリッド タイ インバーターのデータ シートを比較できる Web サイト。この Web サイトを使用して、技術データでインバーターをフィルター処理および検索することもできます。