Dyness Knowledge | DC結合＋AC結合システム

はじめに

直流結合と交流結合システムは、新エネルギー応用シナリオにおける一般的なエネルギー変換方式です。それぞれの実用的な応用シナリオにおいて、異なる実用的ニーズを満たすための利点を持っています。現在の太陽光発電・蓄電システムソリューションでは、要件と需要に応じて「直流結合＋交流結合システム」というソリューションが派生しています。

ハイブリッドインバーターは、従来の太陽光インバーターの利点とバッテリーインバーターの柔軟性を単一のハードウェアデバイスに組み合わせた、新しいタイプの太陽光発電技術です。将来のアップグレードや拡張が可能な太陽光発電システムを設置したい新規顧客にとって、ハイブリッドインバーターは新興でトレンドを追ったソリューションです（SolarPalmetto）。しかし、システム全体の高額な交換コストや、既存の太陽光システム（太陽光パネル＋系統連系インバーター）と組み合わせるための高額なハードウェア購入およびシステム改造コストにより、新エネルギー市場の既存顧客は、一体型ハイブリッドインバーターと比較してより費用対効果の高いソリューションを切望しています。そのため、「直流結合＋交流結合システム」ソリューションが登場し、市場の既存顧客がクリーンエネルギーを享受するための新たな道を提供しています。

< 直流結合＋交流結合システム図 >

このソリューションシステムにおいて、ハイブリッド直流結合型太陽光・蓄電システムは交流結合機能を有し、論理制御を通じて系統連系システムと太陽光・蓄電システムを統合します。太陽光インバーターの発電は、AC-DC変換を通じてバッテリーを充電でき、全体的な「自家消費」アプリケーションモードを実現します。

「直流＋交流結合システム」は、システムコストと特定の光・蓄電容量要件の間で一定のバランスを達成し、既存の太陽光システムの拡張・蓄電改造や、新しい太陽光・蓄電システムの設置に適しています。このアプリケーションシナリオは、太陽光自家消費率を向上させるだけでなく、エネルギー貯蔵システムの利用率も高めます。例えば、家庭の交流負荷の70％は太陽光システムによって直接供給でき、残りの30％の電力負荷はエネルギー貯蔵システムによって補うことができます。

この種の組み合わせとマッチング方法は、高い柔軟性を持つだけでなく、単純な結合システムよりも「拡張性」に優れています。例えば、ユーザーがエネルギー貯蔵バッテリーシステムの容量にあまり敏感でない場合、小容量のエネルギー貯蔵バッテリーを選択して費用を節約できます。顧客の家庭により多くの電気機器があり、「ピークカット・バレーフィリング」の経済的目的を達成するために太陽光の余剰電力を蓄える大容量のエネルギー貯蔵バッテリーを購入したい場合は、顧客は大容量のエネルギー貯蔵バッテリーシステムを購入できます。または、顧客の家庭が新たに新エネルギー車を購入して充電スタンドを追加したり、家庭が新たに大電力の電気機器を多数購入した場合、元の太陽光システムでは現在の電気負荷の電力を十分に賄えません。このような場合、ユーザーは太陽光システムの容量を拡張するだけでなく、太陽光システムと連携して「ピークカット・バレーフィリング」の需要を満たし、家庭の電気負荷の安定性と信頼性を確保するためにエネルギー貯蔵バッテリーシステムを追加することもできます。

ただし、このシステムにはいくつかの注意点もあります。例えば、逆流防止方式の実現、負荷監視、オフグリッドアプリケーションにおける太陽光エネルギーの浪費などです。これらの問題は通常、以下の方法で解決されます：

オフグリッドアプリケーションソリューション

太陽光インバーターが動作しているとき、系統システムは安定した電圧源として機能し、その正常な動作に電力を供給します。そのため、オフグリッド動作シナリオでは、太陽光インバーターは正常に動作できません。「直流結合＋交流結合システム」において、オフグリッド状況下で太陽光インバーターの正常な動作を実現したい場合は、通常、エネルギー貯蔵インバーターのオフグリッド機能を使用して電圧源をシミュレートし（電流源を電圧源に切り替え）、太陽光インバーターの正常な動作を保証します。

インバーターメーカーは、エネルギー貯蔵バッテリー、家庭/産業・商業負荷、および太陽光システムにおける電力の「需給」関係を実現するために、通常、P/F制御戦略を採用して、エネルギー貯蔵機の出力周波数を調整することで太陽光インバーターの出力を制御します。

< 周波数制御図 >

注：「P」は電力を指し、「F」は周波数を指します。P/F制御戦略は、負荷が変化しても負荷に供給される電力を安定に保ち、それによって効率的で精密な負荷制御を実現します。

逆流防止方式

ハイブリッド機と系統連系機を組み合わせたシステムソリューションのアプリケーションシナリオにおいて、逆流を防止するためには、ハイブリッド蓄電インバーターが介入する太陽光発電だけでなく、太陽光インバーターが発電する電力量も制御する必要があります。一般的に、市場でよく使用される3つの制御ロジックと方法でこの目的を達成できます。

1. 太陽光インバーターと蓄電インバーター間の直接通信。通常、蓄電インバーターを通信のホストとして使用し、太陽光インバーターを制御して、蓄電バッテリーの充放電と負荷電力供給を体系的に制御します。

2. 追加の統一された全体制御ハードウェアを外部接続する。追加の外部制御ハードウェアデバイスを、エネルギー貯蔵システム全体の制御ロジックの頭脳として使用します。ただし、この種の導入コストは比較的高く、この目的を達成するために特別な通信デバッグが必要です。

3. 太陽光インバーターと蓄電インバーターを別々に制御する。このソリューションは比較的単純で荒っぽく、逆流防止しきい値を一致させる必要があります。さらに、異なるモデルの応答速度やデータサンプリング精度には制御不能な差異があるため、実際に導入する前にマッチングテストで検証する必要があります。

負荷監視ソリューション

負荷監視方式と逆流防止方式は相互に補完し合います。上記の3つの逆流防止ソリューションは、負荷監視の機能も実現できます。

注：蓄電インバーター（複数のCT検出を追加）と太陽光インバーター（ソフトウェア監視と可視化、データ処理には同一メーカーが必要）を別々に制御する場合、通常、クラウドまたは監視端末でデータを統合することで負荷監視を実現します。そのため、通常、同じブランドのインバーターと組み合わせることでのみ実現可能です。

参考文献

SolarPalmetto. (No date). What is a Hybrid Inverter? Retrieved: July 19, 2023, Source: Palmetto Solar Blog: https://palmetto.com/learning-center/blog/hybrid-inverter-for-solar -guide-pros-cons