太陽光発電インバータ

ソーラーインバータまたは光起電 (PV) インバータは、太陽光発電パネルの可変直流(DC) 出力を商用電力網に供給したり、地域のオフグリッド電力網で使用できる商用周波数交流(AC)に変換する電力インバータの一種です。これは、太陽光発電システムにおける重要なシステムバランス(BOS) コンポーネントであり、通常の AC 電源機器の使用を可能にします。太陽光発電インバータには、最大電力点追従機能や単独運転防止機能など、太陽光発電アレイでの使用に適した特別な機能があります。

太陽光発電インバータは大きく4つのタイプに分類できます。^[2]

1. スタンドアロン インバータは、太陽光発電アレイによって充電されたバッテリーから DC エネルギーを引き出すスタンドアロン電力システムで使用されます。多くのスタンドアロン インバータには、 AC 電源が利用可能な場合にバッテリーを補充するためのバッテリー チャージャーも組み込まれています。通常、これらは電力網とは一切接続しないため、単独運転防止保護は必要ありません。
2. グリッド接続インバーターは、電力会社が供給する正弦波と位相を合わせます。グリッド接続インバーターは、安全上の理由から、電力会社からの供給が途絶えると自動的にシャットダウンするように設計されています。電力会社が停電している間、バックアップ電源は提供しません。
3. バッテリー バックアップ インバーターは、バッテリーからエネルギーを引き出し、オンボード チャージャーを介してバッテリーの充電を管理し、余剰エネルギーを電力網に送出するように設計された特殊なインバーターです。これらのインバーターは、停電時に選択した負荷に AC エネルギーを供給することができ、単独運転防止保護を備えている必要があります。^{[説明が必要]}
4. インテリジェント ハイブリッド インバータは、ユニットに直接接続された太陽光発電アレイ、バッテリー ストレージ、および電力系統を管理します。これらの最新のオールインワン システムは通常、非常に汎用性が高く、グリッド接続、スタンドアロン、またはバックアップ アプリケーションに使用できますが、主な機能はストレージを使用した自家消費です。

太陽光発電インバータは、最大電力点追従（MPPT）を使用して、PVアレイから可能な限り最大の電力を取得します。^[3] 太陽電池は、太陽光照射、温度、総抵抗の間に複雑な関係があり、 IV曲線と呼ばれる非線形出力効率を生み出します。MPPTシステムの目的は、セルの出力をサンプリングし、任意の環境条件で最大電力を得るための抵抗（負荷）を決定することです。^[4]

フィルファクター（FF）は、パネルの開放電圧（V _oc）と短絡電流（I _sc ）と組み合わせて、太陽電池の最大電力を決定するパラメータです。フィルファクターは、太陽電池の最大電力とV _ocとI _scの積の比として定義されます。^[5]

MPPTアルゴリズムには、摂動観測法、増分コンダクタンス法、定電圧法の3つの主な種類があります。 ^{[6]最初の2つの方法は、しばしば}ヒルクライミング法と呼ばれ、最大電力点の左側では電圧が上昇し、右側では電圧が下降する曲線をプロットしたものに基づいています。^[7]

グリッドインタラクティブまたは同期インバータ、または単にグリッドタイインバータ（GTI）の主な役割は、電力線の位相、電圧、周波数をグリッドの位相、電圧、周波数と同期させることです。^{[8]太陽光発電グリッドタイインバータは、}ユーティリティグリッドがダウンした場合にグリッドからすぐに切断されるように設計されています。これは、停電が発生した場合にグリッドタイインバータがシャットダウンし、電力網を修理するために派遣されたライン作業員に電力が害を及ぼさないことを保証するNEC要件です。

現在市販されているグリッドタイインバーターは、さまざまな技術を使用しています。インバーターは、新しい高周波トランス、従来の低周波トランス、またはトランスを使用しない場合があります。高周波トランスは、直流電流を120ボルトまたは240ボルトのACに直接変換する代わりに、コンピューター化された多段階のプロセスを採用しており、電力を高周波ACに変換し、次にDCに戻して、最終的なAC出力電圧に変換します。^[9]

歴史的に、トランスレス電気システムを公共電力網に供給することについては懸念がありました。懸念は、 DC回路とAC回路の間にガルバニック絶縁が欠如しているため、危険なDC障害がAC側に伝わる可能性があることに起因しています。^[10] 2005年以降、NFPAのNECはトランスレス（または非ガルバニック絶縁）インバータを許可しています。VDE 0126-1-1とIEC 6210も修正され、このようなシステムに必要な安全メカニズムを許可および定義しています。主に、残留電流または接地電流検出を使用して、考えられる障害状態を検出します。また、DCとACの分離を確実にするために絶縁テストが実行されます。

多くのソーラー インバータは、電力網に接続するように設計されており、電力網の存在が検出されない場合は動作しません。これらのインバータには、電力網の電圧、周波数、位相を正確に一致させるための特別な回路が含まれています。電力網が検出されない場合、安全上の問題を引き起こす可能性のある孤立状態を回避するために、グリッド接続インバータは電力を生成しません。

高度なソーラー ポンプ インバータは、ソーラー アレイからの DC 電圧を AC 電圧に変換し、バッテリーやその他のエネルギー貯蔵デバイスを必要とせずに水中ポンプを直接駆動します。MPPT (最大電力点追従) を利用することで、ソーラー ポンプ インバータは出力周波数を調整してポンプの速度を制御し、ポンプ モーターの損傷を防ぎます。^{[引用が必要]}

太陽光ポンプインバータには通常、PV アレイによって生成された DC 電流を入力できる複数のポート、AC 電圧を出力するポートが 1 つ、さらに水位センサーからの入力用のポートが 1 つあります。

三相インバータは、三相電力を供給するために特別に設計されたソーラーマイクロインバータの一種です。単相電力で動作する従来のマイクロインバータ設計では、パネルからのエネルギーは、電圧がゼロを通過する期間中に貯蔵される必要があり、これはサイクルごとに2回行われます（50または60 Hz）。三相システムでは、サイクル全体を通して、3本のワイヤのうちの1つに正（または負）の電圧がかかるため、各サイクルでパネルの出力を別のワイヤに転送することで、貯蔵の必要性を大幅に減らすことができます。エネルギー貯蔵の削減により、コンバータハードウェアの価格と複雑さが大幅に軽減され、予想寿命が長くなる可能性があります。

従来の交流電力は、一定の期間にわたって繰り返される正弦波電圧パターンです。つまり、1 サイクル中に電圧がゼロを 2 回通過します。ヨーロッパのシステムでは、プラグの電圧は最大 230 V で、1 秒間に 50 回サイクルするため、1 秒間に電圧がゼロになる回数は 100 回です。一方、北米由来のシステムは 120 V 60 Hz で、1 秒間に 120 回のゼロ電圧になります。

安価なインバーターは、 DC 側を 1 秒間に 120 回オン/オフするだけでDC電力を AC 電力に変換でき、1 サイクルごとに電圧を反転します。その結果、多くのデバイスで AC 電力に十分近い矩形波が得られます。ただし、この種のソリューションは、太陽光発電の場合には役に立ちません。太陽光発電の目標は、太陽光発電からの電力をできるだけ多く AC 電力に変換することです。このような安価なタイプのインバーターを使用すると、DC 側がオフになっている間に生成される電力はすべて失われ、これは各サイクルのかなりの量に相当します。

これに対処するため、ソーラー インバータは、ゼロ クロス期間中にパネルの電力をバッファリングする何らかの形のエネルギー ストレージを使用します。AC の電圧がストレージの電圧を超えると、その瞬間にパネルによって生成されたエネルギーとともに出力に放出されます。このようにして、サイクル全体を通じてパネルによって生成されたエネルギーは、最終的に出力に送られます。

この方法の問題点は、一般的な現代のソーラーパネルに接続したときに必要なエネルギー貯蔵量は、電解コンデンサを使用することによってのみ経済的に提供できることです。これらは比較的安価ですが、よく知られている劣化モードがあり、寿命は約 10 年です。このため、業界ではマイクロインバータが良いアイデアであるかどうかについて大きな議論が巻き起こっています。なぜなら、これらのコンデンサが予想寿命の終わりに故障し始めると、交換するにはパネルを取り外す必要があり、多くの場合は屋根の上に設置されるからです。

通常の家庭用電流が 2 本の電線で流れるのに対し、電力網の供給側の電流は 3 本の電線と 3 相で流れます。どの瞬間も、これら 3 つの合計は常に正 (または負) です。したがって、3 相システムの任意の電線は家庭用電流とまったく同じようにゼロ交差イベントが発生しますが、システム全体では発生せず、最大値とわずかに低い値の間で変動するだけです。

三相電源専用に設計されたマイクロインバーターは、任意の瞬間にその動作電圧に最も近い配線を選択するだけで、必要なストレージの多くを削減できます。単純なシステムでは、最大電圧に最も近い配線を選択し、次のラインが最大値に近づき始めたら次のラインに切り替えるだけです。この場合、システムはサイクル全体のピークから最小までのエネルギー量のみをストレージすればよく、電圧差と時間の両方ではるかに小さくなります。

これをさらに改善するには、タイマーだけで一方から他方へ切り替えるのではなく、任意の瞬間に自身の DC 電圧に最も近いワイヤを選択します。任意の瞬間に、3 本のワイヤのうち 2 本に正 (または負) の電圧がかかり、DC 側に近いワイヤを使用すると、変換ハードウェアのわずかな効率向上を活用できます。

エネルギー貯蔵要件の削減、または完全に排除することで、デバイスが簡素化され、寿命を決定すると予想される 1 つのコンポーネントが不要になります。3 相マイクロインバータは、10 年ではなく、パネルの寿命と同じ寿命になるように構築できます。このようなデバイスは、各インバータを 3 本のラインすべてに接続する必要があり、配線が増える可能性があるという欠点はあるものの、コストも複雑さも軽減されます。

三相インバーター コンセプトの主な欠点は、三相電力のある場所でしかこれらのシステムを利用できないことです。三相は公益事業規模および商業施設で簡単に利用できるため、これらの市場をターゲットにしたシステムです。ただし、マイクロインバーター コンセプトの主な利点は日陰とパネルの向きの問題であり、大規模システムの場合はパネルを移動するだけで簡単に対処できます。三相マイクロの利点は、作業スペースが限られている住宅の場合と比較すると非常に限られています。

2014 年時点では、三相マイクロインバータはまだその利点が見合う価格に達していないと観測者は考えていました。さらに、三相マイクロインバータの配線コストは高くなると予想されています。

ネイティブの 3 相インバーターと、3 相出力に配線された 3 つの単相マイクロインバーターを比較することが重要です。後者は、ほとんどのインバーター設計で比較的一般的な機能で、3 台の同一のインバーターを 3 相回路の 1 対の配線で接続できます。その結果、3 相電力が得られますが、システム内の各インバーターは単相を出力します。このようなソリューションでは、上記で説明したエネルギー貯蔵の必要性の低減は活用されません。

ソーラーマイクロインバータは、単一のPVモジュールで動作するように設計されたインバータです。マイクロインバータは、各パネルからの直流出力を交流に変換します。その設計により、複数の独立したユニットをモジュール方式で並列接続できます。^[11]

マイクロインバーターの利点には、単一パネルの電力最適化、各パネルの独立した操作、プラグアンドプレイのインストール、インストールと火災安全性の向上、システム設計によるコストの最小化、在庫の最小化などがあります。

アパラチア州立大学の2011年の研究では、個別の統合インバーターセットアップでは、1つのインバーターを使用したスト​​リング接続セットアップと比較して、日陰のない状態で約20％、日陰のある状態で約27％多くの電力を生成したと報告されています。両方のセットアップでは、同一のソーラーパネルが使用されていました。^[12]

ソーラー マイクロ インバーター(または単にマイクロインバーター) は、太陽光発電で使用されるプラグ アンド プレイ デバイスであり、単一のソーラー モジュールによって生成された直流(DC) を交流(AC)に変換します。マイクロインバーターは、単一のインバーターが複数のソーラー パネルに接続される従来のストリング インバーターやセントラル ソーラー インバーターとは対照的です。複数のマイクロインバーターからの出力を組み合わせて、多くの場合、電力網に供給できます。

マイクロインバータには、従来のインバータに比べていくつかの利点があります。主な利点は、パネルを互いに電気的に分離するため、1 つのソーラー モジュールにわずかな影、ゴミ、雪の線があったり、モジュール全体が故障したりしても、アレイ全体の出力が不均衡に低下しないことです。各マイクロインバータは、接続されたモジュールの最大電力点追従(MPPT) を実行することで、最適な電力を収穫します。^[13]システム設計のシンプルさ、アンペア数の低い配線、在庫管理の簡素化、安全性の向上も、マイクロインバータ ソリューションによってもたらされる要素です。

マイクロインバータの主な欠点は、各インバータをパネルの隣（通常は屋根の上）に設置する必要があるため、ピークワット当たりの初期設備コストが中央インバータの同等の電力よりも高いことです。また、これによりメンテナンスが難しくなり、取り外しや交換のコストも高くなります。一部のメーカーは、マイクロインバータを内蔵したパネルでこれらの問題に対処しています。 ^[14]マイクロインバータは、中央インバータよりも寿命が長いことが多く、太陽光パネルの寿命中に交換が必要になります。したがって、最初は金銭的に不利になりますが、長期的には利点になる可能性があります。

パワーオプティマイザーはマイクロインバーターに似たタイプのテクノロジーであり、パネルレベルの最大電力点追跡も使用しますが、モジュールごとに AC に変換しません。

ソーラーパネルは、モジュールの設計と照明条件に応じて電圧が変化する直流電流を生成します。6インチセルを使用する最新のモジュールには通常60個のセルが含まれており、公称24～30Vを生成します。^[15]（そのため、インバータは24～50Vに対応しています）。

交流に変換するには、パネルを直列に接続して、実質的に公称定格300～600 VDCの単一の大型パネルとなるアレイを作成することができます。^{[a] [更新が必要]}その後、電力はインバーターに送られ、標準の交流電圧（通常は230 VAC / 50 Hzまたは240 VAC / 60 Hz）に変換されます。^[16]

ストリング インバータ アプローチの主な問題は、パネルのストリングが、ストリング内で最も性能の低いパネルと同等の最大電流定格を持つ 1 枚の大きなパネルであるかのように動作することです。たとえば、ストリング内の 1 枚のパネルの抵抗が製造上の小さな欠陥により 5% 高い場合、ストリング全体の性能が 5% 低下します。この状況は動的です。パネルが日陰になると、その出力が大幅に低下し、他のパネルが日陰になっていなくてもストリングの出力に影響します。方向がわずかに変わるだけでも、このように出力が低下する可能性があります。業界では、これは「クリスマス ライト効果」と呼ばれ、1 つの電球が故障すると、直列につながれたクリスマス ツリー ライトのストリング全体が故障することを指します。^{[17]ただし、この効果は完全に正確ではなく、最新のストリング インバータの最大電力点追跡とモジュール バイパス}ダイオードとの複雑な相互作用を無視しています。大手マイクロインバーターおよびDCオプティマイザー企業による日陰調査では、旧式のストリングインバーターと比較して、軽い日陰、中程度の日陰、強い日陰の条件でそれぞれ年間2%、5%、8%のわずかな増加が示されています^[18]

さらに、パネルの出力効率は、インバータがパネルにかける負荷に大きく影響されます。生産を最大化するために、インバータは最大電力点追跡と呼ばれる技術を使用して、適用される負荷を調整することで最適なエネルギー収穫を確保します。ただし、パネルごとに出力が異なる原因となる同じ問題が、MPPT システムが適用する適切な負荷に影響します。1 つのパネルが異なるポイントで動作している場合、ストリング インバータは全体的な変化のみを認識し、それに合わせて MPPT ポイントを移動します。これにより、影になっているパネルだけでなく、他のパネルからも損失が発生します。アレイの表面のわずか 9% が影になっているだけで、状況によってはシステム全体の電力が最大 54% 減少する可能性があります。^{[19] [20]}ただし、前述のように、これらの年間収量損失は比較的小さく、新しいテクノロジーにより、一部のストリング インバータは部分的な影の影響を大幅に削減できます。^[21]

もう 1 つの問題は、軽微ではあるものの、ストリング インバーターの電力定格の選択肢が限られていることです。つまり、特定のアレイでは通常、パネル アレイの定格を超える次に大きいモデルにインバーターをアップサイズします。たとえば、2300 W の 10 パネル アレイでは、使用できない変換機能に対して料金を支払うことになり、2500 W または 3000 W のインバーターを使用する必要がある場合があります。この同じ問題により、時間の経過とともにアレイ サイズを変更し、資金が利用可能になったときに電力を追加することが困難になります (モジュール性)。顧客が最初に 2300 W のパネル用に 2500 W のインバーターを購入した場合、インバーターをオーバードライブせずにパネルを 1 枚追加することさえできません。ただし、このオーバーサイズは、モジュールの劣化、冬季のパフォーマンスの向上、または電力会社への販売価格の向上を考慮して、今日の業界では一般的な方法と見なされています (インバーターの銘板定格を 20% も上回ることもあります)。

集中型インバーターに関連するその他の課題には、デバイスの設置に必要なスペースや放熱要件などがあります。大型の集中型インバーターは通常、アクティブ冷却されます。冷却ファンは騒音を発するため、オフィスや人が集まる場所に対するインバーターの位置を考慮する必要があります。また、冷却ファンには可動部品があるため、汚れ、ほこり、湿気が時間の経過とともにパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性があります。ストリング インバーターは静かですが、インバーターの電力が低い午後遅くにハミング音が発生する場合があります。

マイクロインバータは、1枚のパネルまたは2枚のパネルの出力を処理できる定格の小型インバータです。グリッドタイパネルの定格は通常225～275Wですが、実際にはこの値になることはめったにないため、マイクロインバータの定格は通常190～220W（場合によっては100W）です。^{[更新が必要]}この低電力ポイントで動作するため、大型設計に固有の多くの設計上の問題が簡単に解消されます。大型の変圧器は一般に不要になり、大型の電解コンデンサはより信頼性の高い薄膜コンデンサに置き換えることができ、冷却負荷が軽減されるためファンは不要になります。平均故障間隔（MTBF）は数百年とされています。^[22]

マイクロインバータを1枚のパネルに取り付けると、そのパネルの出力を分離して調整することができます。パフォーマンスが低いパネルは、周囲のパネルには影響しません。その場合、アレイ全体では、ストリングインバータを使用する場合よりも最大5％多くの電力を生成します。影がある場合はそれを考慮に入れると、これらのゲインはかなり大きくなり、メーカーは一般的に最低でも5％、場合によっては最大25％の出力向上を主張しています。^[22]さらに、1つのモデルをさまざまなパネルで使用でき、新しいパネルをいつでもアレイに追加でき、既存のパネルと同じ定格である必要はありません。

マイクロインバータは、各ソーラーパネルの背面で直接、グリッドマッチングAC電力を生成します。パネルのアレイは互いに並列に接続され、その後グリッドに接続されます。これには、1つのパネルまたはインバータが故障してもストリング全体がオフラインにならないという大きな利点があります。電力負荷と熱負荷が低く、MTBFが改善されていることと相まって、マイクロインバータベースのシステムのアレイ全体の信頼性は、ストリングインバータベースのシステムよりも大幅に高いと考える人もいます。^[要出典]この主張は、ストリングインバータの一般的な保証期間である5年または10年と比較して、通常15〜25年と長い保証期間によって裏付けられています。さらに、障害が発生した場合、ストリング全体ではなく、1つのポイントで識別できます。これにより、障害の切り分けが容易になるだけでなく、そうでなければ目に見えない可能性のある小さな問題が明らかになります。つまり、1つのパネルのパフォーマンスが低下しても、長いストリングの出力には影響がないため、気付かない可能性があります。

マイクロインバーターのコンセプトの主な欠点は、最近までコストでした。各マイクロインバーターはストリングインバーターの複雑さの多くを再現する必要がありますが、それをより小さな定格電力に分散させる必要があるため、ワットあたりのコストは高くなります。これにより、個々のコンポーネントの簡素化という利点が相殺されます。2018年2月現在、セントラルインバーターのコストはワットあたり約0.13ドルですが、マイクロインバーターのコストはワットあたり約0.34ドルです。^[23]ストリングインバーターと同様に、経済的な考慮により、メーカーは製造するモデルの数を制限せざるを得ません。ほとんどのメーカーは、特定のパネルと組み合わせると大きすぎたり小さすぎたりする可能性のある単一のモデルを製造しています。

多くの場合、パッケージは価格に大きな影響を与えます。中央インバーターでは、数十枚のパネルに対して 1 セットのパネル接続、単一の AC 出力、および 1 つのボックスのみが必要になる場合があります。約 15 枚を超えるパネルを備えたマイクロインバーターの設置では、屋根に取り付けられた「コンバイナー」ブレーカー ボックスも必要になる場合があります。これにより、ワットあたりの全体的な価格が上がる可能性があります。

さらにコストを削減するため、モデルによっては、1台のインバータから2枚または3枚のパネルを制御し、パッケージングと関連コストを削減しています。システムによっては、2台のマイクロインバータ全体を1つのボックスに収めているものもあれば、システムのMPPTセクションのみを複製し、単一のDC-ACステージを使用してさらにコストを削減しているものもあります。このアプローチにより、マイクロインバータのコストがストリングインバータを使用するものと同等になると示唆する人もいます。^[24]価格が着実に低下し、デュアルマイクロインバータが導入され、PVモジュールの出力にさらに適合する幅広い^[25]モデル選択の出現により、コストはそれほど障害にはなりません。

マイクロインバータは、アレイサイズが小さく、各パネルから最大限のパフォーマンスを引き出すことが重要な場合に一般的になっています。これらの場合、パネルの数が少ないためワットあたりの価格差は最小限に抑えられ、システム全体のコストにはほとんど影響しません。固定サイズのアレイでエネルギー収穫量が向上すると、このコスト差を相殺できます。このため、マイクロインバータは、パネルのスペースが限られているためアレイのサイズが制限され、近くの木やその他の物体による日陰が問題となることが多い住宅市場で最も成功しています。マイクロインバータのメーカーは、1枚のパネルだけの小さなものから50枚未満のものまで、さまざまな設置例を挙げています。^[26]

マイクロインバーターの見過ごされがちな欠点は、将来的に発生する運用および保守コストです。技術は長年にわたって改善されてきましたが、デバイスは最終的には故障するか摩耗するという事実は変わりません^{[引用が必要]}。設置者は、これらの交換コスト (トラック ロールあたり約 400 ドル)、人員、機器、モジュール ラックへの安全リスクの増大と、設置の利益率とのバランスを取る必要があります。住宅所有者にとっては、最終的な摩耗やデバイスの早期故障により、屋根瓦や屋根板が損傷したり、財産が損壊したり、その他の迷惑が発生する可能性があります。

マイクロインバータは一般にストリングインバータよりも効率が低いですが、各インバータ/パネルユニットが独立して動作するため、全体的な効率が向上します。ストリング構成では、ストリング上のパネルが日陰になると、パネルストリング全体の出力は、最も発電量が少ないパネルの出力まで低下します。^[要出典]これはマイクロインバータには当てはまりません。

パネル出力品質にもさらなる利点があります。同じ生産工程における 2 つのパネルの定格出力は、10% 以上も異なる場合があります。これはマイクロインバータ構成では緩和されますが、ストリング構成では緩和されません。その結果、マイクロインバータ アレイから最大限の電力が収集されます。

マイクロインバーターを備えたシステムは、電力需要が時間とともに増加または減少した場合にも簡単に変更できます。すべてのソーラーパネルとマイクロインバーターは独自の小さなシステムであるため、ある程度独立して動作します。つまり、家や建物内の統合された電気グループが制限を超えない限り、1 つまたは複数のパネルを追加すると、より多くのエネルギーが提供されることになります。対照的に、ストリングベースのインバーターでは、インバーターのサイズはパネルの数またはピーク電力の量に応じて決定する必要があります。将来の拡張が見込まれる場合は、特大のストリングインバーターを選択することもできますが、不確実な将来に対するそのような準備は、いずれにしてもコストを増加させます。

多くのマイクロインバーターメーカーが自社のユニットの電力出力を監視するためのアプリやウェブサイトを提供しているため、監視とメンテナンスも容易です。多くの場合、これらは独自のものですが、常にそうであるとは限りません。Enecsysの消滅とそれに続くサイト閉鎖の後、Enecsys-Monitoring ^[27]などの民間サイトが数多く登場し、所有者が引き続きシステムを監視できるようにしました。

DC 電力を AC に効率よく変換するには、グリッドの AC 電圧がほぼゼロのときにインバータがパネルからのエネルギーを蓄え、電圧が上昇したときに再び放出する必要があります。このためには、小型パッケージに大量のエネルギーを蓄える必要があります。必要な蓄電量に対して最も低コストのオプションは電解コンデンサですが、これらは通常数年単位の比較的短い寿命を持ち、屋上のソーラーパネルのように高温で動作している場合は寿命が短くなります。このため、マイクロインバータ開発者はかなりの開発努力を重ね、蓄電要件が低いさまざまな変換トポロジを導入してきました。その中には、可能であれば、はるかに能力は劣るものの寿命がはるかに長い薄膜 コンデンサを使用するものもあります。

三相電力は、この問題に対する別の解決策である。三相回路では、電力は2つのライン間で（例えば）+120Vから-120Vの間で変動するのではなく、60Vから+120Vまたは-60Vから-120Vの間で変動し、変動周期ははるかに短くなる。三相システムで動作するように設計されたインバータは、はるかに少ないストレージを必要とする。^{[28] [29]}ゼロ電圧スイッチングを使用する三相マイクロは、回路密度が高く、コンポーネントのコストが低いだけでなく、変換効率を98％以上に向上させ、一般的な単相ピークの約96％よりも優れている。^[30]

ただし、三相システムは、一般的には工業および商業の環境でのみ見られます。これらの市場では通常、価格に対する感度が最も高い、より大規模なアレイが設置されます。理論上の利点にもかかわらず、三相マイクロの採用は非常に低いようです。

AC マイクロインバーターを備えた折りたたみ式ソーラーパネルは、ノートパソコンや一部の電気自動車の充電に使用できます。

マイクロインバータの概念は、太陽光発電業界では当初から存在していました。しかし、変圧器や筐体のコストなど、製造コストは一定であるため、サイズが大きくなると有利に増加し、ワットあたりの価格という点では、デバイスが大きいほど本質的に安価になります。小型インバータは、ExelTech などの企業から販売されていましたが、これらは単に大型設計の小型版であり、価格性能比が低く、ニッチ市場を対象としていました。

1991年、米国企業アセンションテクノロジーは、従来のインバータの縮小版で、パネルに取り付けてACパネルを形成することを目的とした製品の開発に着手した。この設計は従来のリニアレギュレータに基づいていたが、これは特に効率が良くなく、かなりの熱を発散する。1994年、同社はサンディア研究所にサンプルを送付して試験した。^[31] 1997年、アセンションは米国のパネル会社ASE Americasと提携して、300 Wのサンサインパネルを発表した。^[32]

今日「真の」マイクロインバーターとして認識されるものの設計は、1980年代後半にISET（太陽エネルギー技術研究所、現在のフラウンホーファー風力エネルギー・エネルギーシステム技術研究所）のヴェルナー・クラインカウフが行った研究に遡ります。これらの設計は、はるかに効率的な最新の高周波スイッチング電源技術に基づいていました。彼の「モジュール統合コンバーター」に関する研究は、特にヨーロッパで大きな影響力を持っていました。^[33]

1993年、マスターボルトはシェルソーラー、エコフィス、ECNの共同研究に基づいて、初のグリッドタイインバーターであるサンマスター130Sを発表しました。130はパネルの背面に直接取り付けられるように設計されており、ACラインとDCラインの両方を圧縮フィッティングで接続します。2000年に130はソラディン120に置き換えられました。これはACアダプター形式のマイクロインバーターで、パネルを壁のコンセントに差し込むだけで接続できます。^[34]

1995年、OKE-Servicesは効率を改善した新しい高周波バージョンを設計し、1995年にNKF KabelによってOK4-100として商業的に導入され、米国での販売ではTrace Microsineとしてブランド名が変更されました。^[35]新しいバージョンのOK4Allは効率を改善し、動作範囲が広くなりました。^[36]

この有望なスタートにもかかわらず、2003年までにこれらのプロジェクトのほとんどは終了しました。Ascension Technologyは、大手インテグレーターであるApplied Power Corporationに買収されました。APCは2002年にSchottに買収され、SunSineの生産は中止され、Schottの既存の設計が採用されました。^[37] NKFは、補助金プログラムが終了した2003年にOK4シリーズの生産を終了しました。^[38] Mastervolt ^[39]は、最大600Wのパネルをサポートするように設計されたシステムに120の使いやすさを組み合わせた「ミニインバータ」のラインに移行しました。^[40]

2001年の通信業界崩壊の余波の中、セレント社のマーティン・フォルナージュは新しいプロジェクトを探していた。牧場の太陽光発電パネルのストリングインバータの性能が低いことに気づいた彼は、探していたプロジェクトを見つけた。2006年に彼はセレント社の別のエンジニア、ラグー・ベルールとともにエンフェーズ・エナジーを設立し、翌年、通信設計の専門知識をインバータの問題に応用した。^[41]

2008年に発売されたEnphase M175モデルは、商業的に成功した最初のマイクロインバーターでした。後継機のM190は2009年に発表され、最新モデルのM215は2011年に発表されました。1億ドルのプライベートエクイティの支援を受けたEnphaseは、2010年半ばまでに市場シェアを13％にまで急速に拡大し、年末までに20％を目指しました。^[41] 2011年初頭には50万台目のインバーターを出荷し、^[42]同年9月には100万台目を出荷しました。^{[43] 2011年初頭には、新しいデザインのブランド名を変更したバージョンを}シーメンスが直接電気工事業者に販売し、広く流通させると発表しました。^[44]

エンフェーズは、マイクロインバータ技術を販売するためにエナジーオーストラリアと契約を結んだ。 ^[45]

エンフェーズの成功は注目されず、2010年以降、多くの競合他社がこの分野に参入し、ほとんどが撤退した。多くの製品は、M190と仕様が同一で、筐体や取り付けの詳細まで同一であった。^[46]一部の企業は、価格や性能の面でエンフェーズと直接競合することで差別化を図り、^[47]ニッチ市場を攻めている企業もある。^[48]

SMA、Enecsys、iEnergy といった大手企業もこの分野に参入した。

OKE-ServicesがアップデートしたOK4-All製品は、2009年にSMAに買収され、長い開発期間を経てSunnyBoy 240としてリリースされました。^[49]一方、Power-OneはAURORA 250と300を導入しました。 ^[50] 2010年頃のその他の主要プレーヤーには、特に北米市場以外では、 EnecsysとSolarBridge Technologiesが含まれていました。2021年現在、米国で製造されている唯一のマイクロインバータはChilicon Power製です。 ^[51] 2009年以降、主要な中央インバータメーカーを含むヨーロッパから中国までのいくつかの企業がマイクロインバータを発売しており、マイクロインバータが確立された技術であり、近年のPV業界における最大の技術シフトの1つであることが証明されています。^[52]

APsystemsは、最大1130ワットのAC出力を持つ三相YC1000を含む、最大4つの太陽光モジュール用のインバーターとマイクロインバーターを販売しています。^[53]

メーカーの数は、長年にわたって減少しており、それは統合と廃業の両方によるものです。2019年現在、残っている数少ないメーカーとしては、 2021年にSolarBridgeを買収したEnphase、Omnik Solar ^[54]、Chilicon Power（ 2021年7月にGeneracが買収）などがあります。^[55]

2021年7月現在、マイクロインバータ企業と提携してACソーラーパネルを製造・販売している大手PV企業には、BenQ、Canadian Solar、LG、NESL、SunPower、Sharp Solar、Suntech、Siemens、Trina Solar、Qcellsなどがある。^{[56] [57]}

2019年現在、最先端の太陽光発電コンバータの変換効率は98％以上に達しています。ストリングインバータは住宅から中規模の商業用PVシステムで使用されていますが、セントラルインバータは大規模な商業用および公益事業規模の市場をカバーしています。セントラルインバータとストリングインバータの市場シェアはそれぞれ約36％と61％で、マイクロインバータは2％未満です。^[58]

2009年から2012年にかけて、PV市場では前例のない価格下落が起こりました。この時期の初めには、パネルの卸売価格は一般的に約2.00～2.50ドル/W、インバーターは約50～65セント/Wでした。2012年末までに、パネルは65～70セントで、ストリングインバーターは約30～35セント/Wで広く入手可能になりました。^[59]これと比較して、マイクロインバーターは、ケーブル配線を考慮すると約65セント/Wから50～55セント/Wに下がり、同様の価格下落の影響を比較的受けないことが証明されています。これにより、サプライヤーが競争力を維持しようとすると、損失が拡大する可能性があります。^[60]

• ACユニバーサルソケット
• アンフェノールコネクタ
• グリッドタイインバータ
• インバータ（電気）
• MC4コネクタ
• ナノインバータ
• オープンソースハードウェア
• パワーオプティマイザー
• 三相マイクロインバータ
• ジャンクションボックス
• スイッチ
• 防水
• ジグビー
• 充電コントローラ
• DC-DCコンバータ
• DC-DC充電器
• オフグリッド
• 同期インバータ

• Li, Quan; P. Wolfs (2008)。「3 つの異なる DC リンク構成を備えた単相太陽光発電モジュール統合コンバータ トポロジのレビュー」。IEEE Transactions on Power Electronics。23  ( 3 ) : 1320–1333。Bibcode :2008ITPE...23.1320L。doi : 10.1109 /tpel.2008.920883。hdl : 20.500.11937 /5977。S2CID 10910991。
• Chen, Lin; A. Amirahmadi; Q. Zhang; N. Kutkut; I. Batarseh (2014). 「3相2段グリッド接続モジュール統合コンバータの設計と実装」。IEEE Transactions on Power Electronics。29 ( 8): 3881–3892。Bibcode : 2014ITPE ...29.3881C。doi : 10.1109/tpel.2013.2294933。S2CID 25846066  。
• Amirahmadi, Ahmadreza; H. Hu; A. Grishina; Q. Zhang; L. Chen; U. Somani; I. Batarseh (2014). 「ZVS BCM 電流制御 3 相マイクロインバータ」。IEEE Transactions on Power Electronics . 29 (4): 2124–2134. doi :10.1109/tpel.2013.2271302. S2CID  43665974.
• YC1000のメーカー仕様（4モジュール用）: [1] 2018年6月29日アーカイブ、Wayback Machine

文献

• David Katz、「マイクロインバータとACモジュール」

• 太陽光発電インバータのモデルベース制御のシミュレーション、説明、および動作するVisSimソースコード図
• マイクロインバーター対セントラルインバーター：明確な勝者はいるか？、マイクロインバーターアプローチの長所と短所を議論するポッドキャスト。
• 三相2段グリッド接続モジュール統合コンバータの設計と実装
• 3つの異なるDCリンク構成を備えた単相太陽光発電モジュール統合コンバータトポロジのレビュー
• ZVS BCM 電流制御三相マイクロインバータ
• APsystems マイクロインバーター YC1000-3 4 モジュール用 (900 ワット AC) 2018 年 6 月 29 日にWayback Machineにアーカイブされました