グリッド ニュートラル: この DC トランスレス インバーターがどのように手頃な価格で電力を供給するのか

太陽光発電と蓄電システムの最新の進歩は、このカテゴリーの歴史からの脱却であり、主に終末期に備えた人々やヒッピーが電力網から脱却していることだ。 いいえ、将来のソリューションは送電網に接続されていますが、使用時間戦略を使用して負荷をシフトし、最も厳しい電気料金を回避することで、家庭の送電網への依存を軽減するように構築されています。

この分野における最も魅力的な太陽光発電 + 蓄電インバータの進歩は、DC トランスレス オプション、つまり PV、グリッド、バッテリ接続を処理できる唯一のインバータです。 これらのインバータはグリッドに接続されるため、ピーク電力ではなく継続的な電力効率を優先します。 これは、顧客が高いピーク電力を必要とするため、バッテリ バックアップ機能にも対応できるオングリッド システムを探している場合を除き、これで問題ありません。 また、PV からバッテリーに変換し、AC に戻す際にも効率が低下します。 97% の効率で開始したインバータは、エネルギーが最終的に目的地に到達するまでに、ブランドによっては 92.2% 以下になる可能性があります。

確かに、DC トランスレスは合理化された将来性のあるアーキテクチャですが、どこかで効率を犠牲にすることになります。 ただし、Sol-Ark インバーターを除いて。

Sol-Ark は、ブロック (またはグリッド、だと思います) 上の新しいインバーターです。 これは、家族が手頃な方法で電力網への依存を軽減できるソリューションを設計しようとしている米国の退役軍人の発案です。 彼らは、継続的な電力効率を損なうことなく、オフグリッド インバーターの自律性とトップエンドの能力を活用したいと考えていました。 これを実現するために、Sol-Ark はハードウェアを強化して変換損失を最小限に抑えました。 その結果、Sol-Ark は、オングリッドでは 96.5%、オフグリッドでは 93% の効率を実現でき、使用時間のシナリオでは変換損失を最小限に抑えることができます。 平均して、Sol-Ark に必要なソーラー パネルの枚数は 10 ～ 15%、ストレージの枚数は 5 ～ 30% 少なくなります。 それは深刻な節約です。

「私たちのシステムには内部 400 ボルトのバスがあり、高電圧ソーラー パネルをその 400 ボルトに変換し、それから交流に変換されます」と Sol-Ark のエンジニアリング マネージャー、トム ブレナンは述べています。 「バッテリーに関しては、48 ボルトのバッテリーに直接最高の効率をもたらす超効率的な変換方法に焦点を当てました。」 最終的な結果は、バッテリーから AC までの効率が 95.5% になります。

このスペース内の多くのインバータが AC とバッテリの効率で遅れている部分です。 たとえば、アウトバックの効率は約 82% と評価されています。 Sol-Ark は、バッテリーに電力を送り込み、バッテリーから電力を送り出すための異なる方法、つまり強力な 185 アンペア DC-DC 充電器のおかげで、96% の効率を達成します。

Pika や SolarEdge などの他の DC トランスレス オプションは、新しい 380 ボルトのリチウム バッテリー用に設計されています。 しかし、ブレナン氏は、これらのバッテリーの内部電圧は依然として 50 ボルトであり、バッテリーに出入りするたびに 2 回の変換が必要になると指摘しています。 Sol-Ark が 48 ボルト バッテリーの効率を高めることに重点を置いているのはこのためです。

オングリッドの顧客は、バックアップとしてストレージを使用し、グリッドがダウンしたときに電力を供給できるようにしたいと考えているかもしれません。 このときも、モーターの起動を処理するためにピーク電力が重要になります。 たとえば、SolarEdge と Outback Skybox はオフグリッド ソリューションではありません。 バッテリーで供給できる電力は 5 kW のみで、追加のピーク電力がほとんどないため、エアコンや井戸ポンプを起動できません。 Pika には文字列ごとのオプティマイザがあり、これを使用しない場合、AC 結合システムではないためオフグリッドでは機能しません。

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Sol-Ark が非常に多くのピーク電力を発揮する理由は、競合他社の 2 倍のコンポーネントが搭載されているためです。 これは文字通り、太陽フレアやEMP攻撃に耐えられるように設計されており、これら米国退役軍人らの当初の目標はそれだった。

「私たちは電気代を節約したい人だけに焦点を当てるのではなく、緊急対応者や州政府に焦点を当てましたが、手頃な方法で実現しました」とブレナン氏は言います。 「これを実現するために、基本的には 20 kW インバーターを構築し、その速度を下げました。システムに負担をかけないため、加熱の問題は発生しません。」

少なくとも現時点では、オングリッドまたはオフグリッドの太陽光発電 + 蓄電用に最も強力で効率的なインバーターを提供するには、いくつかの新たな欠点が伴います。 たとえば、Sol-Ark はカリフォルニア州の規則 21 基準を満たしていません。

「カリフォルニアでは電力を輸出していないだけなので、それは問題ではありませんでした」とブレナン氏は言う。 「日中は太陽光発電、夜間はバッテリー、そしてバックアップとして送電網を使用しています。」

Sol-Ark は、使用時間やグリッドセルバックなどの典型的なオングリッド機能を実行する準備ができていますが、いくつかの独自のオプションもあります。

限定ホームモード。 CT または電流センサーが家の主電源に配置され、完全な電力網を販売したり、重要な負荷にのみ電力を供給したりする代わりに、制限付きホーム モードがその中間のオプションになります。 CT は、重要な負荷パネルにない他の回路が起動したことを感知し、可能であればメーターをゼロにするために必要なだけ太陽光発電を増加させます。

「おそらく、送電網に電力を売り戻すための正味メーター契約を結んでいないかもしれませんが、送電網が稼働している限り、家全体に電力を供給することができます」とブレナン氏は言います。 「ダウンした場合は、重要な回路のみを実行できます。私たちは、シームレスなオングリッド機能を実現するために Sol-Ark 8K を設計しました。」

地方に住む多くの人々は、電力会社と取引したくない、または電力会社と取引するインセンティブがないため、これを利用して、できる限り多くの電力を家庭に供給しています。

スマートな積み込み。これは、時間ではなく、バッテリーの充電状態や太陽光発電量に基づいてプログラム可能な負荷です。 ブレナン氏は次のように説明します。「バッテリーを 100 パーセント使用してエアコンや給湯器をオンにすると、午前 9 時から午後 3 時までの時間帯で太陽光発電が過剰に発電されている間、太陽光発電は 2,000 W を発電します。そして、もし太陽光発電が停止したら、[またはバッテリーが 95% に達すると、自動的に電源が切れます。オングリッドでの使用にも、オフグリッドでのバッテリー寿命の維持にも最適です。

温水暖房には 1 日あたり約 6 枚のパネルのエネルギーが必要で、空調には 1 日あたり約 12 枚のパネルが必要となるため、それらだけを電池なしで PV だけで稼働できれば、電池の寿命は少なくとも 50 日延びることになります。パーセント以上、おそらくバッテリーバンクのサイズを 30 パーセント削減します。 Sol-Ark システムは、時間の経過によるバッテリーの状態の劣化も考慮して調整します。

ブレナン氏は別の疑問を抱いている。太陽光発電と蓄電の顧客は、どうせ送電網に接続するつもりなのに、なぜリチウムの価格が下がるのを待っているのだろうか？ Sol-Ark の目標は、システムのコストを 2 倍にすることなく、グリッド上で太陽光発電と蓄電を機能させるオフグリッド アプローチを実現することです。

「リチウムがバックアップのためにそこに置かれているだけであれば、顧客はリチウムを必要としないと私たちは考えています。それはお金の無駄です」と彼は言います。 「送電網を利用している場合は、それを活用してください。10 年以上持続する低コストの AGM バッテリーを使用することもできます。現在送電網がある場合は、AGM バッテリーを入手して、バックアップとして使用するか、少し使用したバッテリーを使用してください。必ずしもディープサイクルする必要はありません。完全にオフグリッドの場合は、サイクル寿命が 4 ～ 5 倍あるリチウムまたはカーボンベースの AGM をお勧めします。グリッドの使用量を最小限に抑えることはできますが、電力を維持するためにそうしてください。 「妥当なコストとサイズのバッテリーバンクです。従来のサイズの家で完全にオフグリッドにしようとすると、バッテリーのコストで泣くことになるでしょう。」

Chris Crowell は Solar Builder の編集長です。

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