出典:クリーンエネルギーレビュー
AC または DC カップリングとは
ACまたはDC結合とは、ソーラーパネルをエネルギー貯蔵システムまたはバッテリシステムに結合またはリンクする方法を指します。
ソーラーアレイとバッテリ間の電気接続のタイプは、交流電流(AC)または直流(DC)のいずれかです。ACは、電流が急速に前後に流れる場合(これは電力網が動作するために使用するものです)、DCは電流が一方向に流れる場所です。ほとんどの電子回路はDCを使用し、ソーラーパネルはDCを生成し、電池はDCエネルギーを蓄えています。ただし、ほとんどの電気機器は AC で動作します。このため、すべての家庭や企業にAC回路があります。DCはインバータを使用してACに変換することができますが、以下に説明するように、いくつかのエネルギーは、変換で常に失われます。
太陽電池の進化
シンプルなDC結合ソーラーバッテリーシステムは、かつてはリモート電力システムとオフグリッドホームにのみ使用されていましたが、過去10年間のインバータ技術は急速に進歩し、新しいAC結合エネルギー貯蔵構成の開発につながりました。しかし、DC結合システムは死ぬどころか、実際には太陽充電コントローラまたはハイブリッドソーラーインバータを使用してバッテリーシステムを充電することは、依然として利用可能な最も効率的な方法です。
近年、バッテリー技術は、メーカーが新しい太陽系または既存の太陽系にバッテリーを追加または結合するさまざまな方法を模索する中で、多くの新しいリチウム電池タイプが出現するにつれて大幅に改善されています。元のテスラパワーウォールは、最初の「高電圧」DCバッテリーシステムでした。それ以来、より高い電圧(200-500V)電池はますます普及し、専門のハイブリッドインバータで使用されています。最近では、テスラ、ソネン、エンフェーズなど多くの大手ソーラーメーカーがACバッテリーを開発しています。
多くの複雑な種類のバッテリー貯蔵システムが利用可能になったので、ここでは各タイプの長所と短所を説明します。
4つの主要な太陽電池システムタイプ
DC結合システム
AC結合システム
ACバッテリーシステム
ハイブリッドインバータシステム
注: 通常、オフグリッドソーラー設置には DC または AC 結合システムのみが使用されます。以下の理由と、オフグリッド電力システム用のACとDCの結合太陽光発電の比較について説明します。
重要: これはガイドのみです!あまり技術的な情報については、ホームグリッドタイまたはオフグリッドソーラーバッテリーシステムを選択するための基本的なガイドを参照してください。ソーラーおよびバッテリー貯蔵システムは、ライセンスを受けた電気/ソーラー専門家が設置する必要があります。太陽/エネルギー貯蔵システムは、設備が関連するすべての規制、基準、業界ガイドラインを満たさない場合、損傷や重傷を引き起こす可能性のある膨大な量のエネルギーを生成し、貯蔵します。
1. DC結合システム
DC結合システムは、オフグリッドソーラー設備と小型車載自動車/ボートパワーシステムで何十年も使用されてきました。最も一般的なDC結合システムは、ソーラー充電コントローラ(ソーラーレギュレータとも呼ばれる)を使用して太陽電池から直接バッテリーを充電し、バッテリーインバータを使用して家庭用機器にAC電力を供給します。
DC結合(オフグリッド)太陽電池システムの基本的なレイアウト図
キャラバン/ボートや小屋で使用されるようなマイクロシステムの場合、シンプルなPWMタイプのソーラーコントローラは、12ボルトのバッテリーを充電するために1または2のソーラーパネルを接続するための非常に低コストの方法です。PWM(パルス幅変調)コントローラは、多くの異なるサイズで提供され、小さな10Aバージョンではわずか25ドルの費用がかかります。
より大きなシステムでは、MPPTソーラーチャージコントローラは最大30%の効率が高く、最大100Aのサイズで利用できます。単純なPWMコントローラとは異なり、MPPTシステムは、通常最大150ボルトDCの、はるかに高い弦電圧で動作することができます。しかし、これは300-600Vを動作するグリッドタイ太陽ストリングインバータに比べてまだ比較的低いです。
高電圧MPPTソーラー充電コントローラ
より強力な、より高い電圧の太陽コントローラーが利用できる;ヴィクトロン・エナジーから最大250V、オーストラリアのAERLから300Vまで。シュナイダーエレクトリックとモーニングスターから利用可能なさらに高い600Vユニットもあります。これらははるかに高価であり、AC結合システムで使用される多くの太陽ストリングインバータのような複数のMPPTの入力を持っていません。しかし、MPPT充電コントローラは、ACインバータがシャットダウンした場合でもバッテリーが充電されることを保証する比較的安価で非常に安全な方法です - これは遠隔地で特に重要です。
利点
非常に高い効率- 99%の電池の充電効率(MPPTを使用して)
5kWまでの小規模なオフグリッドシステムのための優れた低コストのセットアップ
1 - 2ソーラーパネルのみを必要とする小型の自動車または海洋システムに最適です。
モジュラー- 追加のパネルおよびコントローラーは、必要に応じて簡単に追加できます。
DCアプライアンスおよび負荷に電力を供給するために非常に効率的。
電力サービスプロバイダがグリッドタイソーラーの許容容量を制限または制限する場合(すなわち、最大5kW)、バッテリシステムを結合するDCによって追加のソーラーが追加される可能性があります。
欠点
多くの場合、複数の文字列が並列で必要とされ、文字列の融合が必要なため、5kWを超えるシステムをセットアップするのがより複雑になります。
複数の高電圧ソーラー充電コントローラが必要なため、5kWを超えるシステムでは高価になる可能性があります。
DC(PV)からDC(バット)からACへの変換により、日中に大きなAC負荷を供給する場合は、わずかに低い効率。
多くのソーラーコントローラは、LG Chem RESUやBYD B-Boxなどの「管理された」リチウム電池システムと互換性がありません。
2. AC結合システム
AC結合システムは、高度なマルチモードインバータまたはインバータ/充電器と組み合わせたストリングソーラーインバータを使用して、バッテリーとグリッド/ジェネレータを管理します。比較的セットアップが簡単で非常に強力ですが、効率がやや低くなります(90-94%)DC結合システムと比較してバッテリーを充電する時(98%)。しかし、これらのシステムは日中の高いAC負荷に電力を供給するのに非常に効率的であり、一部はマイクログリッドを形成するために複数のソーラーインバータで拡張することができます。
AC結合太陽電池システムの基本的なレイアウト図 - グリッドタイ(ハイブリッド)設定
最新のオフグリッド・ホームでは、高度なマルチモードインバータ/充電器、発電機制御、エネルギー管理機能によりAC結合システムを使用しています。また、ストリングソーラーインバータは高いDC電圧(600V以上)で動作するため、より大きなソーラーアレイを簡単に設置できます。ACカップリングは、中規模から大規模な3相商用システムにも適しています。
利点
空調、プールポンプ、給湯システムなどの日中にAC機器に電力を供給する場合の効率が高くなります(最大96%)。
5kWを超える大型システムの設置コストが一般的に低くなります。
複数の場所で複数のストリングソーラーインバータを使用できます(AC結合マイクログリッド)
3kWを超えるほとんどのストリングソーラーインバータにはMPPT入力がデュアルであるため、パネルのストリングは異なる向きや傾斜角に設置できます。
高度な AC 結合システムは AC と DC カップリングの組み合わせを使用できます (注: これは、一部のリチウム電池では不可能です)
欠点
バッテリーシステム充電時の効率を低下 - 約92%
高品質ソーラーインバータは、小型システムの場合は高価な場合があります。
日中に直接DC負荷を供給する場合の効率が低下します。
3. ACバッテリー
ACバッテリーは、グリッドコネクテッドホームのバッテリーストレージの新しい進化であり、新しいまたは既存のソーラーインストールに簡単にAC結合することができます。AC電池は、リチウム電池セル、バッテリ管理システム(BMS)、インバータ/充電器を1つのコンパクトユニットで構成しています。
これらのシステムは、DCバッテリとACバッテリインバータを組み合わせていますが、(トランスレス)インバータは通常、ほとんどの家庭を完全にオフグリッドで実行するのに十分な強力ではないため、グリッド接続システム用に設計されています。最もよく知られているACバッテリーは、ヨーロッパとオーストラリアでより一般的であるSonnenBatterieと一緒に、テスラパワーウォール2です。大手マイクロインバータ会社エンフェーズエナジーはまた、家庭用の非常にコンパクトなACバッテリーシステムを製造しています。これらのシステムは、一般的にインストールが簡単で、モジュラーで、後で使用するために太陽エネルギーを貯蔵するための最も経済的な選択肢の1つです。
AC バッテリと AC ソーラー システムを組み合わせた基本的なレイアウト図 - グリッド タイ (バックアップは表示されません)
AC結合式バッテリインバータ
最近の傾向は、ACカップリングインバータを「換装」してACバッテリシステムを作成することです。これらのシステムは、人気のLG Chem RESUなどの一般的なDCバッテリーと一緒にSMA日当たりの良い少年収納などの特殊なAC結合バッテリーインバーターを使用しています。
利点
簡単な改装 - 既存のソーラーインストールで家に追加することができます
エネルギー貯蔵を加える経済的な方法。
一般的にインストールが簡単です。
拡張を可能にするモジュラーシステム。
欠点
変換による効率の低下(DC - AC - DC) - 約90%
一部の AC バッテリはバックアップ電源として機能しない(Enphase)
オフグリッドインストール用に設計されていません。
4. ハイブリッドインバータシステム
ハイブリッドシステムは、グリッド接続DC結合型太陽電池システムと言えます。それらは多くの異なった構成入って来、通常、ハイブリッドまたはマルチモードインバータを使用する。現代のハイブリッドインバータは、高電圧MPPTコントローラ/sとバッテリインバータ/充電器を共通のユニット内に組み込んでいます。第1世代ハイブリッドインバータは48Vの鉛蓄電池システムやリチウム電池システムと互換性がありましたが、近年では高電圧(400V+)ハイブリッドシステムが普及しています。
高電圧または低電圧?新世代の「高電圧」電池は、従来の48Vバッテリシステムとは対照的に、300-500V DC(400V公称)の範囲で動作します。これは、太陽電池アレイが通常300-600Vで動作し、バッテリ電圧と非常によく似ているため、効率の向上を含むいくつかの利点を提供します。
新世代の高電圧(400V)バッテリと互換性のあるハイブリッドインバータは、48Vではなく200〜500V DCの間で動作するリチウム電池システムを使用しています。高電圧バッテリは、次の 2 つの方法で構成できます。
ソーラーアレイとインバータの間に結合されたDC。
DCは、互換性のあるハイブリッドインバータに直接結合する(下記参照)。
ほとんどのソーラーアレイは300~600V前後の高電圧で動作するため、高電圧バッテリは非常に低損失の効率的なDC-DCコンバータを使用します。第1世代のテスラパワーウォールは、利用可能な最初の400Vバッテリーであり、人気のSolarEdge Storedgeハイブリッドインバーターに嵌合されました。
新しいLGケムRESUHバッテリーの範囲は現在、SolarEdgeの保存、SMAの日当たりの良い少年の貯蔵とSolax XハイブリッドGen 3を含む多くのハイブリッドインバータと互換性がある利用可能な最も人気のあるLV 400Vバッテリーシステムの一つです。
DCバッテリシステムを搭載したハイブリッドソーラーインバータの基本レイアウト図
利点
経済的で簡単にインストール
コンパクトでモジュラーバッテリーのオプション
高電圧(400Vバッテリシステム)を使用して、ケーブルサイズが小さくなり、損失が少ない
「一部」の既存のソーラーインスタレーションに改造することができます。
高効率バッテリー充電 - 約95%
ハイブリッドインバータの増加が利用可能になる
欠点
一部のシステムはバックアップ電源として機能しない
バックアップを行う多くのシステムでは、停電時に 3 ~ 5 秒の遅延が発生します。
一般的に、低サージ定格と発電機制御のないトランスレスハイブリッドインバータによるオフグリッドの設置には適していません。
