3 相インバーター ガイド: タイプ、サイズ、太陽光発電に適したものを選択する方法

三相電力はヨーロッパのほとんどの家庭、作業場、商業ビルの標準電源であり、太陽光発電の設計におけるほぼすべての決定が変わります。三相インバーターは、PV アレイまたはバッテリーバンクから DC 電力を受け取り、平衡三相 AC として供給します。そのため、システムは三相負荷を直接実行し、系統に均等にエクスポートし、相電流をネットワーク事業者が設定した制限内に保つことができます。倉庫の屋根に系統連系ユニットを指定する場合でも、既存の三相分電盤にハイブリッド インバーターを後付けする場合でも、小規模な商業施設用の蓄電システムを構築する場合でも、同じような質問が何度も返ってきます。このガイドでは、これらのインバータがどのように動作するか、現在利用可能な構成、およびそれらを適切にサイズ設定して保護する方法について説明します。

三相インバータとは何ですか?

3 相インバータは、DC 入力を、それぞれが次の波形から 120 度ずれた 3 つの個別の AC 出力波形に変換するパワー エレクトロニクス デバイスです。ヨーロッパの 400 V ネットワークでは、各相は中性点に対して約 230 V、相間は 400 V に設定され、出力は 50 Hz のグリッド周波数にロックされます。 3 つの波形は対称であるため、バランス負荷の下ではそれらの瞬時電流が相殺されます。これが、三相モーターがスムーズに動作する理由であり、三相機器が同じ量の電力を移動するのに必要な導体材料が少ない理由です。

単相インバータとの違いは出力端子の数だけではありません。三相ユニットは、3 つのレッグを同時に制御し、各相の電圧と電流を個別に測定し、負荷が不均等に分散されている場合でも安定性を維持する必要があります。この追加の制御作業により、単相電源が課す現在の上限なしに、大型ヒートポンプ、作業用機械、三相 EV 充電器に電力を供給できるようになります。

三相インバータの仕組み

MPPT と DC リンク

DC 側では、1 つ以上の最大電力点トラッカーが、PV アレイが最も多く生成する電圧と電流を継続的に検索します。収集されたエネルギーは、安定した DC リンクに昇圧され、通常、低電圧ハイブリッド設計では数百ボルト、高電圧バッテリー システムでは 400 ～ 800 V になります。バッテリーが接続されている場合、そのリンクは双方向バスになります。電力は PV からバッテリーに流れたり、バッテリーからインバーター段に戻ったり、AC 側に直接流れたりすることができます。

三相橋

出力位相ごとに 2 つずつ、合計 6 つのスイッチング デバイスがインバータの心臓部を形成します。高周波 PWM スイッチングにより、各レッグで正弦波電流が合成され、出力フィルターがスイッチング リップルを滑らかな波形に平滑化します。フェーズロックループは、出力の周波数と位相角をグリッドに一致させます。これは、安全な並列接続と正確な力率制御の両方にとって重要です。

制御、監視、およびグリッドのサポート

パワーステージの上に最新のユニットレイヤーインテリジェンスを搭載: CTメーターによる輸出制限、不平衡出力制御、必須負荷のバックアップ転送、Wi-Fi、イーサネット、または4Gを介したリモートモニタリング。これらの機能は、銘板の定格以上に、日常の動作において同一電力の 2 台のインバータを区別するものです。

単相と三相: 実際に何が変わるのか

以下の表は、単相設計と三相設計のどちらを選択するかを決定する際に最も重要となる実際的な違いをまとめたものです。

三相インバータの主な種類

グリッドタイド三相インバータ

これらにはバッテリーポートがなく、変圧器のないステージを通じて太陽光発電エネルギーをグリッドに送り込むだけです。これらは、昼間の発電にとって最もシンプルで費用対効果の高いオプションであり、キロワット時ごとに生産時に輸出または現場で消費される屋根に適しています。通常、このクラスでは効率が最も高く、小型の 5 kW ユニットから商業屋根用の最大 80 kW の三相モデルまでの範囲に対応しています。

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三相低圧ハイブリッドインバータ

低電圧ハイブリッドは DC 側に 48 V バッテリー バンクを必要とするため、改造やバッテリー モジュールを段階的に追加するプロジェクトには自然な選択となります。同じ電力では充電電流と放電電流が大きくなるため、ケーブルのサイズとヒューズの選択には注意が必要ですが、バッテリー技術は成熟しており、広く入手可能であり、保守も簡単です。これらのユニットは、すでに三相機器を稼働している大規模な家庭や小規模な作業場で人気があります。

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三相高圧ハイブリッドインバータ

高電圧ハイブリッドは、200 ～ 800 V の積層バッテリー モジュールで動作します。バス電圧が高いと電流が低く抑えられるため、通常、効率とバックアップ電力が向上し、容量が 10 kWh から 60 kWh 以上に増加しても、設置はコンパクトなままです。これは、現在、ほとんどの新しい住宅用および小規模商業用ストレージ プロジェクトで指定されている形式であり、特に単一のバックアップ回路でヒート ポンプまたは井戸ポンプを実行する必要がある場合に当てはまります。

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オールインワン三相蓄電システム

この形式では、インバータ、バッテリ モジュール、BMS、および多くの場合切り替えデバイスが、単一の接続セットを備えた 1 つのキャビネット内に収まります。設置時間が短縮され、配線ミスが少なくなり、メーカーはシステム全体を 1 つの製品として調整できます。商業および産業プロジェクトでは、同じロジックが三相 PCS ユニット、静的転送スイッチ、およびコンテナ化されたバッテリー システムを通じてスケールアップされます。

3 相インバーターのサイズ設定

サイジングは PV アレイではなく負荷から始まります。短いシーケンスにより数値が正確に保たれます。

1. 各相の連続負荷を合計し、インバータまたはネットワーク オペレータが許可する不均衡制限を超える単一相がないことを確認します。
2. アレイの DC 定格をインバータの AC 定格と比較します。ヨーロッパのほとんどの地域では、DC 対 AC 比が 1.1 ～ 1.3 であるのが正常です。
3. 特に弦が異なる方向を向いている場合や部分的な日陰の下にある場合、屋根のレイアウトに必要な MPPT 入力の数を確認してください。
4. カバーしたい夕方と夜の消費量に合わせてバッテリーのサイズを決定し、インバーターの充放電電力が利用可能な時間内で実際にそのエネルギーを移動できることを確認します。
5. バックアップ負荷とその始動サージをリストし、インバータが単独でそれらをサポートできることを確認します。
6. 定格 25 度のユニットは高温の工場室内では供給量が低下するため、温度ディレーティング係数を適用します。

kWとkVAの違いに注意してください。力率 0.8 の 10 kW 三相インバーターは 10 kVA の皮相電力を供給します。これは、ユニットを変圧器または発電機に適合させる場合に重要です。ストレージと三相負荷を組み合わせている場合、電圧ウィンドウ、位相バランス、バックアップ転送に関する互換性に関する質問については、次のセクションで詳しく説明されています。 三相エネルギー貯蔵システムの技術互換性ガイド .

配線と保護の必需品

三相作業では単相作業に比べて即興の余地が少なくなりますが、これは主に中性点と保護装置の動作が異なるためです。

• 5 芯ケーブルを使用し、電流がゼロになるのではなく、最悪の場合の不均衡を考慮してニュートラルのサイズを決定します。
• インバータの DC 漏れ特性に適した残留電流デバイスを選択してください。タイプ A が一般的ですが、一部のデザインではタイプ B が必要です。
• 特に架空線のある田舎のネットワークでは、エントリ ポイントに DC および AC サージ保護を適用します。
• CTメーターまたはスマートメーターは、ネットワーク事業者が輸出制限を要求している場所に設置し、試運転前に読み取り方向を確認してください。
• 単一の定義された接地点を使用して、接地導体とラックの等電位結合を中性線から分離してください。

三相インバータが使用される場所

• ヒートポンプ、三相調理器、またはワークショップツールを備えた大きな家。
• モーターが負荷プロファイルの大半を占める小規模な商業施設、パン屋、作業場。
• 農業現場ではポンプ、ファン、穀物処理装置が稼働しています。
• 料金裁定とデマンドレスポンスが必要な商業用および産業用の保管プロジェクト。
• EV 充電ハブ。三相 AC 充電器と DC パイルが同じ電源から電力を供給します。

よくある選択の間違い

• kW のみで購入し、バッテリー電圧ウィンドウと充電電力を無視します。
• すべての三相インバーターが中性点を供給すると仮定します。一部のグリッド接続設計は 3 線のみです。
• 位相不均衡の限界を見落として、なぜ出力が抑制されるのか疑問に思います。
• 通常、バックアップ出力は専用の必須ロード ボードに限定されているということを忘れています。
• 2 番目のバッテリー モジュール用のスペースがなくなるため、後で新しいインバーターが必要になります。

よくある質問

三相インバーターは単相電源で動作できますか?

いいえ。三相インバーターには、定義された位相関係を持つ 3 本の通電導体が必要です。単相電源しか利用できない場合は、代わりに単相ハイブリッド ユニットを使用するか、三相アップグレードについてネットワーク オペレータに問い合わせてください。

三相インバータには常に中性点が必要ですか?

いつもではありません。一部の系統接続ユニットは 3 線式動作用に設計されていますが、ハイブリッドおよびバックアップ対応インバータでは、ほとんどの場合、不平衡な単相負荷に電力を供給するために中性点が必要です。ご注文前に配線図をご確認ください。

低電圧バッテリーと高電圧バッテリーはどちらが優れていますか?

高電圧は、バックアップ電力が高く容量が増大する新規設置に適しており、低電圧はモジュールを段階的に追加する改造やプロジェクトに適しています。インバーターがバッテリーに正しく適合している場合、どちらも正常に動作します。

三相インバータの選択は、現場の負荷プロファイル、使用する予定のバッテリ形式、およびネットワーク オペレータが接続点でシステムに動作させたい方法の 3 つを一致させることになります。これらを調整すると、残りのデザインがすぐに所定の位置に収まります。三相インバーター、ハイブリッド ユニット、および適合キットのテスト済みカタログから最終候補を絞り込みたい場合は、 プロジェクトの詳細をお送りください 私たちのチームが構成と見積もりを持って戻ってきます。