エネルギー貯蔵インバーターの種類
技術的なルート: DC カップリングと AC カップリングの 2 つの主要なルートがあります。
太陽光発電システムには、ソーラーパネル、コントローラー、太陽光発電インバータ、エネルギー貯蔵電池、負荷およびその他の機器。技術的には主に DC 結合と AC 結合の 2 つのルートがあります。 AC または DC 結合は、ソーラー パネルがエネルギー貯蔵システムまたはバッテリー システムに結合または接続される方法を指します。ソーラーパネルとバッテリー間の接続タイプはACまたはDC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、バッテリーは DC を蓄えますが、ほとんどの電化製品は AC で動作します。
ハイブリッド太陽光発電 + エネルギー貯蔵システム、つまり、太陽光発電モジュールによって生成された直流電流は、コントローラーを通じてバッテリーパックに貯蔵され、グリッドは双方向 DC-AC コンバーターを通じてバッテリーを充電することもできます。エネルギー収集ポイントは DC バッテリー端にあります。日中は、太陽光発電によってまず負荷に電力が供給され、次に MPPT コントローラーを介してバッテリーが充電されます。エネルギー貯蔵システムは送電網に接続されており、余剰電力は送電網に接続できます。夜間にはバッテリーが放電して負荷に電力を供給し、不足した部分は送電網によって補われます。系統停電時、太陽光発電やリチウム電池はオフグリッド負荷にのみ電力を供給し、系統接続負荷は使用できません。負荷電力が太陽光発電電力より大きい場合、グリッドと太陽光発電は同時に負荷に電力を供給できます。太陽光発電と負荷電力消費は安定していないため、システムエネルギーのバランスをとるためにバッテリーに依存しています。さらに、このシステムは、ユーザーの電力需要に合わせて充電および放電時間を設定することもサポートします。
DC結合システムの仕組み
出典: スピリットエナジー、海通証券研究所
ハイブリッド太陽光発電＋蓄電システム
出典: GoodWe 太陽光発電コミュニティ、海通証券研究所
ハイブリッド インバーターにはオフグリッド機能が統合されており、充電効率が向上します。グリッドタイドインバーターは、安全上の理由から、停電中にソーラーパネルシステムへの電力を自動的に遮断します。一方、ハイブリッド インバータを使用すると、ユーザーはオフグリッド機能とオングリッド機能を同時に利用できるため、停電時でも電力を使用できます。ハイブリッド インバーターはエネルギー監視を簡素化し、パフォーマンスやエネルギー生産などの重要なデータをインバーター パネルまたは接続されたスマート デバイスを通じて確認できるようにします。システムに 2 つのインバータがある場合は、それらを個別に監視する必要があります。 DC カップリングにより、AC-DC 変換損失が軽減されます。バッテリーの充電効率は約 95 ～ 99%、AC 結合は 90% です。
ハイブリッドインバータは経済的でコンパクトで設置が簡単です。 DC 結合バッテリーを備えた新しいハイブリッド インバーターを設置することは、AC 結合バッテリーを既存のシステムに改造するよりも安価になる可能性があります。これは、コントローラーが系統接続インバーターよりも安価であり、スイッチが配電盤よりも安価であり、DC がより安価であるためです。組み合わせたソリューションをコントローラとインバータを一体化したオールインワンにすることもでき、機器と設置コストの両方を節約できます。特に中小規模の電力オフグリッド システムの場合、DC 結合システムは非常にコスト効率が高くなります。ハイブリッド インバータは高度にモジュール化されており、新しいコンポーネントやコントローラを簡単に追加できます。追加のコンポーネントは、比較的低コストの DC ソーラー コントローラーを使用して簡単に追加できます。また、ハイブリッド インバーターは、いつでもストレージを統合できるように設計されているため、バッテリー パックの追加が簡単になります。ハイブリッド インバータ システムは比較的コンパクトで、高電圧バッテリを使用し、ケーブル サイズが小さく、損失が低くなります。
DCカップリングシステム構成
出典: Zhonrui Lighting Network、海通証券研究所
ACカップリングシステム構成
出典: Zhonrui Lighting Network、海通証券研究所
ただし、ハイブリッド・インバータは既存の太陽光発電システムのアップグレードには適しておらず、大規模なシステムほど複雑で設置コストが高くなります。ユーザーが既存の太陽光発電システムをアップグレードして蓄電池を含めたい場合、ハイブリッド・インバータを選択すると状況が複雑になる可能性があり、ハイブリッド・インバータの設置を選択するとシステム全体の包括的で高価な再作業が必要になるため、バッテリ・インバータの方が費用対効果が高くなる可能性があります。ソーラーパネルシステム。システムが大規模になると、より多くの高電圧コントローラが必要になるため、設置がより複雑になり、より高価になります。日中に電気の使用量が増えると、DC（PV）→DC（バット）→ACにより効率が若干低下します。
結合型太陽光発電 + エネルギー貯蔵システムは、交流変換太陽光発電 + エネルギー貯蔵システムとしても知られており、太陽光発電モジュールによって生成された DC 電力が系統接続されたインバーターを通じて AC 電力に変換され、その後、余剰電力が変換されることを実現できます。 DC 電源に変換され、AC 結合されたエネルギー貯蔵インバーターを介してバッテリーに貯蔵されます。エネルギー収集ポイントは AC 端にあります。太陽光発電システムとバッテリー電源システムを搭載しています。太陽光発電システムは太陽電池アレイと系統接続インバータで構成され、蓄電池システムはバッテリパックと双方向インバータで構成されます。 2 つのシステムは、互いに干渉することなく独立して動作することも、大規模な電力網から分離してマイクログリッド システムを形成することもできます。
AC結合システムの仕組み
出典: スピリットエナジー、海通証券研究所
家庭用太陽光発電＋蓄電システムを組み合わせたシステム
出典: GoodWe ソーラー コミュニティ、海通証券研究所
AC カップリング システムは電力網と 100% 互換性があり、設置と拡張が簡単です。標準的な家庭用設置コンポーネントが入手可能であり、比較的大規模なシステム (2KW から MW レベル) であっても簡単に拡張可能であり、グリッド接続およびスタンドアロンの発電機セット (ディーゼル ユニット、風力タービンなど) と組み合わせることができます。 3kWを超えるストリング太陽光インバータのほとんどはデュアルMPPT入力を備えているため、長いストリングのパネルをさまざまな向きや傾斜角度で設置できます。より高い DC 電圧では、AC 結合は複数の MPPT 充電コントローラを必要とする DC 結合システムよりも簡単で複雑さが軽減されるため、大規模システムの設置コストが低くなります。
AC 結合はシステム変換に適しており、日中は AC 負荷を使用する方が効率的です。既存のグリッド接続された PV システムは、低い投資コストでエネルギー貯蔵システムに変換できます。電力網が停電した場合に、ユーザーに安全な電力保護を提供できます。さまざまなメーカーの系統接続された太陽光発電システムと互換性があります。高度な AC カップリング システムは、大規模なオフグリッド システムによく使用され、ストリング ソーラー インバーターと高度なマルチモード インバーターまたはインバーター/充電器を組み合わせてバッテリーとグリッド/発電機を管理します。セットアップが比較的簡単で強力ですが、バッテリーを充電する際の効率は DC カップリング システム (98%) に比べてわずかに低くなります (90 ～ 94%)。ただし、これらのシステムは、日中の高 AC 負荷に電力を供給する場合の効率が高く、その効率は 97% 以上に達し、一部のシステムは複数の太陽光発電インバーターで拡張してマイクログリッドを形成できます。
小規模システムの場合、AC 結合は効率が低く、高価になります。 AC結合でバッテリーに入るエネルギーは2回変換する必要があり、ユーザーがそのエネルギーを使用し始めるときに再度変換する必要があるため、システムの損失が増加します。したがって、バッテリーシステムを使用する場合、AC 結合効率は 85 ～ 90% に低下します。 AC 結合インバータは、小規模システムではより高価になります。
オフグリッド家庭用太陽光発電 + エネルギー貯蔵システムは、一般に太陽光発電モジュール、リチウム電池、オフグリッドエネルギー貯蔵インバーター、負荷、ディーゼル発電機で構成されます。このシステムは、DC-DC変換による太陽光発電によるバッテリーへの直接充電を実現できるほか、バッテリーの充放電のための双方向DC-AC変換も実現できます。日中、太陽光発電はまず負荷に電力を供給し、次にバッテリーを充電します。夜間にはバッテリーが放電して負荷に電力を供給し、バッテリーが不足する場合はディーゼル発電機によって負荷に電力を供給します。送電網のない地域でも日々の電力需要を満たすことができます。ディーゼル発電機と組み合わせて、ディーゼル発電機で負荷に電力を供給したり、バッテリーを充電したりすることができます。ほとんどのオフグリッドエネルギー貯蔵インバーターは系統接続認証を取得しておらず、システムに系統が存在する場合でも系統に接続できません。
オフグリッドインバータ
出典: グロワット公式ウェブサイト、海通証券研究所
オフグリッド家庭用太陽光発電＋蓄電システム
出典: GoodWe 太陽光発電コミュニティ、海通証券研究所
エネルギー貯蔵インバータの適用可能なシナリオ
蓄電インバータには、ピークカット、バックアップ電源、独立電源の 3 つの主要な機能があります。地域的な観点から見ると、ヨーロッパではピークカットが求められています。ドイツを例に挙げると、2019年のドイツの電力料金は2.3元/kWhに達し、世界第1位となった。近年、ドイツの電力料金は上昇し続けています。 2021 年のドイツの家庭用電力料金は 34 ユーロ セント/kWh に達していますが、太陽光発電/太陽光発電の配電および蓄電の LCOE はわずか 9.3/14.1 ユーロ セント/kWh で、これは家庭用電力料金より 73%/59% 低いです。家庭用の電気料金は同額 太陽光発電と蓄電の電気料金の差は今後も拡大していく。家庭用太陽光発電の配電および蓄電システムは電気料金を削減できるため、電気料金が高い地域のユーザーは家庭用蓄電器を設置する強い動機を持っています。
2019 年の各国の家庭用電気料金
出典: EuPD Research、海通証券研究所
ドイツの電気料金水準（セント/kWh）
出典: EuPD Research、海通証券研究所
ピーク負荷市場では、ユーザーはコスト効率が高く、製造が容易なハイブリッド インバーターと AC 結合バッテリー システムを選択します。重い変圧器を備えたオフグリッドバッテリインバータ充電器はより高価であり、ハイブリッドインバータおよびAC結合バッテリシステムは、スイッチングトランジスタを備えたトランスレスインバータを使用します。これらの小型で軽量のインバータは、サージとピーク電力の出力定格が低いだけでなく、コスト効率が高く、より安価で、製造が容易です。
米国と日本ではバックアップ電源が必要であり、南アフリカやその他の地域を含む市場では独立した電源が緊急に求められています。 EIAによると、2020年の米国の平均停電時間は8時間を超えており、主に米国居住者の住居の分散、一部の送電網の老朽化、自然災害の影響を受けた。家庭用太陽光発電配電および蓄電システムを適用すると、電力網への依存を軽減し、ユーザー側の電力供給の信頼性を高めることができます。米国の太陽光発電システムは、自然災害に対処するために電力を蓄える必要があるため、より大規模でより多くのバッテリーを搭載しています。独立した電源供給は市場の緊急の需要です。南アフリカ、パキスタン、レバノン、フィリピン、ベトナムなどの世界的なサプライチェーンが逼迫している国々では、国家インフラが人々の電力消費をサポートするのに十分ではないため、ユーザーは家庭用太陽光発電システムを装備する必要があります。
米国の一人当たりの停電時間（時間）
出典: EIA、海通証券研究所
2022年6月、南アフリカはレベル6の電力配給を開始し、多くの場所で1日6時間の停電が発生した。
出典: GoodWe 太陽光発電コミュニティ、海通証券研究所
ハイブリッド インバータにはバックアップ電源としていくつかの制限があります。専用のオフグリッドバッテリーインバータと比較すると、ハイブリッドインバータにはいくつかの制限があり、主に停電時のサージまたはピーク電力出力が制限されます。さらに、一部のハイブリッド インバータにはバックアップ電力機能がないか、バックアップ電力が限られているため、停電時にバックアップできるのは照明や基本的な電力回路などの小規模または必要な負荷のみであり、多くのシステムでは電力供給中に 3 ～ 5 秒の遅延が発生します。停電。オフグリッド インバータは、非常に高いサージとピーク電力出力を提供し、高誘導負荷を処理できます。ユーザーがポンプ、コンプレッサー、洗濯機、電動工具などの高サージ機器に電力を供給することを計画している場合、インバーターは高誘導サージ負荷に対応できる必要があります。
ハイブリッドインバータ出力電力比較
出典: クリーン エネルギーのレビュー、海通証券研究所
DC結合ハイブリッドインバータ
現在、業界のほとんどの太陽光発電エネルギー貯蔵システムは、特にハイブリッド インバーターが設置が簡単で低コストである新しいシステムにおいて、太陽光発電とエネルギー貯蔵の統合設計を実現するために DC カップリングを使用しています。新しいシステムを追加する場合、太陽光発電と蓄電のハイブリッドインバータを使用すると、1台のインバータで制御とインバータの統合が実現できるため、設備コストや導入コストを削減できます。 DC 結合システムのコントローラとスイッチング スイッチは、AC 結合システムの系統接続インバータや配電盤よりも安価であるため、DC 結合ソリューションは AC 結合ソリューションよりも安価です。 DC結合方式では、コントローラ、バッテリ、インバータが直列であり、接続が比較的密であり、柔軟性に乏しい。新しく設置されるシステムの場合、太陽光発電、バッテリー、インバーターはユーザーの負荷電力と消費電力に応じて設計されるため、DC 結合ハイブリッド インバーターにより適しています。
DC結合型のハイブリッドインバータ製品が主流となり、国内大手メーカーが導入しています。 APエナジーを除く国内の大手インバータメーカーはハイブリッドインバータを導入しており、Shineng Electric、GoodWe、JinlongAC結合インバータも展開し、製品形態は完成しています。 Deye のハイブリッド インバータは、DC カップリングに基づいて AC カップリングをサポートしており、ユーザーの在庫変換ニーズに合わせて設置が便利です。Sungrow、Huawei、Sineng Electric、GoodWeはエネルギー貯蔵電池を導入しており、将来的には電池インバーターの統合がトレンドになる可能性があります。
国内主要インバータメーカーのレイアウト
出典：海通証券研究所、各社公式サイト
三相高電圧製品はどの企業も焦点を当てており、Deye は低電圧製品市場に重点を置いています。現在、ハイブリッド インバータ製品のほとんどは 10KW 以内で、6KW 未満の製品は主に単相低電圧製品、5 ～ 10KW の製品は主に三相高電圧製品です。 Deyeはさまざまな高出力低圧製品を開発しており、今年発売した低圧15KW製品が販売を開始した。
国内インバータメーカーハイブリッドインバータ製品
国内インバータメーカーの新製品の最大変換効率は約98%に達しており、オングリッドとオフグリッドの切り替え時間は一般に20ms未満です。最大の変換効率Jinlong、Sungrow、Huawei の製品化率は98.4%に達しており、グッドウィーも98.2％に達しています。 Homai と Deye の最大変換効率は 98% よりわずかに低いですが、Deye のオングリッドとオフグリッドのスイッチング時間はわずか 4 ミリ秒であり、競合他社の 10 ～ 20 ミリ秒よりもはるかに短いです。
各社ハイブリッドインバータの最大変換効率の比較
出典：海通証券研究所、各社公式サイト
各社ハイブリッドインバータのスイッチング時間比較（ms）
出典：海通証券研究所、各社公式サイト
国内インバータメーカーの主力製品は、欧州、米国、オーストラリアの三大市場向けがほとんどです。欧州市場では、ドイツ、オーストリア、スイス、スウェーデン、オランダなどの伝統的な太陽光発電の中核市場は主に三相市場であり、より高出力の製品が好まれています。伝統的なメーカーで利点があるのはサンシャイン社とグッドウェ社です。価格面での優位性と15KWを超える高出力製品の投入がユーザーに支持され、Ginlangは追い上げを加速している。イタリアやスペインなどの南ヨーロッパ諸国では、主に単相低電圧製品が必要です。グッドウェ、ギンラン、ショウハン昨年イタリアで好調な業績を上げ、それぞれが市場の約30％を占めた。チェコ共和国、ポーランド、ルーマニア、リトアニアなどの東ヨーロッパ諸国は主に三相製品を需要していますが、価格の受け入れは低いです。したがって、首航は低価格の利点を生かしてこの市場で好調に推移しました。今年の第 2 四半期に、Deye は 15KW の新製品を米国に出荷し始めました。米国には大規模なエネルギー貯蔵システムがあり、より高出力の製品が好まれています。
国内インバータメーカーのハイブリッドインバータ製品が市場を狙う
出典：海通証券研究所、各社公式サイト
設置業者の間では分割型バッテリー インバーターの方が人気がありますが、今後の開発トレンドは一体型バッテリー インバーターです。太陽光蓄電ハイブリッド インバーターは、別売りのハイブリッド インバーターと、インバーターとバッテリーをセットで販売するバッテリー エネルギー ストレージ システム (BESS) に分けられます。現在、ディーラーがチャネルをコントロールしているため、直接顧客は比較的集中しており、設置と拡張が容易で調達コストを削減できるため、バッテリーとインバーターが別個に搭載された製品の方が特にドイツ国外で人気が高い。 、あるサプライヤーがバッテリーやインバーターを供給できない場合、2番目のサプライヤーを見つけることができ、納期がより保証されます。ドイツ、米国、日本ではオールインワン マシンがトレンドです。オールインワンマシンは販売後のトラブルを大幅に軽減し、認定要素もあります。たとえば、米国の消防システム認証はインバータとリンクする必要があります。現在の技術トレンドはオールインワン機に向かっていますが、市場販売の観点からは分割型の方が設置業者に受け入れられています。
ほとんどの国内メーカーがバッテリーとインバーターを一体化した機械を展開し始めています。などのメーカーShohang Xinneng、Growatt、Kehua全員がこのモデルを選択しました。 Shougang Xinneng の 2021 年のエネルギー貯蔵電池販売量は 35,100 個に達し、20 年間と比較して 25 倍に増加しました。 2021 年のグローワットのエネルギー貯蔵バッテリー販売量は 53,000 セットで、20 年前の 5 倍に増加しました。 Airo エネルギー貯蔵インバーターの優れた品質により、バッテリーの売上は継続的に成長しています。 2021年のAiroバッテリーの出荷量は196.99MWh、収益は3億8,300万元で、エネルギー貯蔵インバータの収益の2倍以上となった。顧客から電池を製造するインバータメーカーへの認知度は高く、インバータメーカーとの協力関係が良好であり、製品に対する信頼もある。
寿杭新エネルギー蓄電池の収益割合が急速に増加
rce: EIA、海通証券研究所
アイロのエネルギー蓄電池収益は2021年に46％を占める見込み
出典: GoodWe 太陽光発電コミュニティ、海通証券研究所
DC 結合システムでは、高電圧バッテリ システムの方が効率的ですが、高電圧バッテリが不足すると高価になります。 48V バッテリー システムと比較して、高電圧バッテリーは 200 ～ 500V DC の動作電圧範囲を持ち、ケーブル損失が低く、効率が高くなります。これは、ソーラー パネルが通常、バッテリー電圧と同様の 300 ～ 600V で動作するためであり、損失が非常に低く、効率が高いためです。 DC-DCコンバーターが使用可能です。高電圧バッテリ システムは、低電圧システムに比べてバッテリの価格が高く、インバータの価格が低くなります。現在、高電圧バッテリーの需要は高く、供給が不足しているため、高電圧バッテリーを購入するのは困難です。高電圧バッテリーが不足した場合は、低電圧バッテリーシステムを使用する方が安価です。
太陽電池アレイとインバータ間の DC 結合
出典: クリーン エネルギーのレビュー、海通証券研究所
互換性のあるハイブリッド インバーターへの直接 DC カップリング
rce: クリーン エネルギーのレビュー、海通証券研究所
国内大手メーカーのハイブリッドインバータは、停電時のバックアップ出力に制限がないため、オフグリッドシステムに適しています。一部の製品ではバックアップ電源の電力が通常の電力範囲より若干低くなりますが、Goodwe、Jinlang、Sungrow、Hemai の新製品のバックアップ電源電力は通常の値と同じですつまり、オフグリッドで動作するときに電力がさらに制限されないため、国内のインバータメーカーのエネルギー貯蔵インバータはオフグリッドシステムに適しています。
国内インバータメーカーのハイブリッドインバータ製品のバックアップ電源電力の比較
データ出典：各社公式サイト、海通証券研究所
AC結合インバータ
DC 結合システムは、既存の系統接続システムの改修には適していません。 DC 結合方式には、主に以下の問題があります。まず、DC 結合を使用するシステムには、既存の系統接続システムを変更する際の複雑な配線と冗長モジュール設計の問題があります。 2 つ目は、系統接続とオフグリッド間の切り替えの遅延が長く、ユーザーにとって使いにくいことです。電気の経験は貧弱です。第三に、インテリジェント制御機能は十分に包括的ではなく、制御応答も十分なタイムリーではないため、家全体の電力供給にマイクログリッド アプリケーションを実装することが困難になります。したがって、Yuneng などの一部の企業は AC カップリング技術の道を選択しました。
ACカップリングシステムにより、製品の設置が容易になります。 Yuneng は、AC 側と太陽光発電システムを結合することで双方向のエネルギーの流れを実現し、太陽光発電 DC バスへのアクセスの必要性を排除し、製品の設置を容易にします。ソフトウェアのリアルタイム制御とハードウェア設計の改善を組み合わせてオフグリッド統合を実現します。ミリ秒レベルのスイッチング。エネルギー貯蔵インバーターの出力制御と、電源と配電システムの革新的な組み合わせ設計を通じて、自動制御ボックスの制御下で家全体に電力を供給するマイクログリッドアプリケーションが実現されます。
AC結合製品の最大変換効率はハイブリッドインバータに比べて若干低くなります。 Jinlong と Good は、主に在庫変換市場をターゲットとして、AC 結合製品も展開しています。 AC結合製品の最大変換効率は94～97%で、ハイブリッドインバータに比べて若干低くなります。これは主に、発電後にコンポーネントをバッテリーに保存する前にコンポーネントが 2 回変換する必要があり、変換効率が低下するためです。
国内インバータメーカーのACカップリング製品比較
出典：海通証券研究所、各社公式サイト
投稿日時: 2024 年 5 月 20 日
