太陽光インバータの需要増加が生み出す 5 つの課題

太陽光エネルギーの需要が高まるにつれ、太陽光パネルによって生成された直流電流 (DC) を家庭や企業で使用できる交流電流 (AC) に変換する際に重要な役割を果たす太陽光インバータの需要も増加しています。太陽光インバータは近年大きな進歩を遂げましたが、いくつかの課題が残っています。

1.グリッド統合と安定性

グリッドに接続される太陽光発電設備の数が増えるにつれ、グリッドの安定性と電力の質に関する問題が生じる可能性があります。太陽光インバータは、グリッドとシームレスに統合できる必要があり、電圧と周波数を安定させるグリッド サポート機能といった追加機能が必要となる可能性があります。太陽光インバータの出力段に設置された電流センサーは、特にグリッドが強い負荷にさらされている場合に、電圧や周波数の変動に対してグリッドの安定性を維持するインバータの能力に直接影響します。このような状況で特に有用となるセンサーの特性が、温度変動と全寿命にわたる精度の高さ、そして帯域幅の広さです。この 2 つを備えていれば、すべての信号高調波をキャプチャし、より優れた安定性を実現することができます。TMR センサーは、その革新的な設計により、多くの標準的なホールベースのソリューションよりも小型で軽量の単一パッケージにこれら両方の性能を集約することに成功しました。

太陽光電力発電は断続的で、天候や時間帯などの要因に左右されます。インバータは、安定した信頼性の高いエネルギー供給を確保するため、出力の変動に効率的に対応する必要があります。高出力を伴う変動に効率的に対応するために、太陽光インバータ システムは最大電力点追従制御 (MPPT) を使用します。このアルゴリズムには、低オフセット ドリフトと高分解能 (高信号対ノイズ比 [SNR] など) を備えた電流センサー ソリューションで構成させるシステムが必要です。Allegro の XtremeSense™ TMR 技術は、革新的な設計と構造によりこれらの要件を満たしてます。 

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2.効率性の向上

太陽光インバータの効率は着実に向上していますが、太陽光発電設備からのエネルギー収量を最大化するため、さらなる高効率化が常に求められています。効率が高いほど、変換プロセス中のエネルギー損失が少なくなります。システムの全体的な効率は、太陽光インバータと電力インバータの効率によって決まります。太陽光インバータの効率は、DC-DC コンバータの効率と DC-AC 出力段インバータの効率をかけ合わせて得られた結果となります。そして、電力インバータの効率は、トランジスタのスイッチング損失によって決定されます。これらの損失は生成熱としてシステムに現れますが、過剰な熱はシステムに悪影響を及ぼす可能性があるため、インバータ システム全体に消散させなければなりません。この処理が電力インバータ システムの効率にさらなる影響を及ぼします。通常、スイッチング頻度を増大させると電力インバータの効率が高まりますが、それには広帯域幅の電流センサーが必要です。Allegro の XtremeSense TMR 電流センサーであれば、精度や分解能を損なうことなく優れた効率を達成できます。

分解能と精度は、高効率電力変換システムを実現する上で欠かせない要素であり、Allegro の XtremeSense TMR は帯域幅を損なうことなく高分解能、高精度を両立しています。当社の eBook では、クリーン エネルギー用途の設計段階で直面するさまざまな課題の解決策を紹介しています。ぜひご一読ください。

3.耐久性と信頼性

太陽光インバータは、極端な温度や湿度、電気サージなど、過酷な環境条件にさらされます。そのため、インバータの寿命にわたって耐久性と信頼性を確保することが、メンテナンス コストやダウンタイムを最小化するために重要です。コンパクトな設計で高い耐久性を実現した XtremeSense TMR 技術は、特に自動車市場の最も過酷な環境で使用されています。XtremeSense TMR に採用されている革新技術により、従来よりも高効率なセンサーが実現し、動作中の電力損失を削減できるようになりました。これらのセンサーは、応答性と熱管理機能にも優れており、極端な寒暖や激しい振動など、どんな条件下でも最大の性能を発揮します。さらに、システムの長期安定可能も実現します。過酷な条件に対する耐久性と同様に、XtremeSense TMR はその寿命を通して優れた性能を発揮するため、インバータ システムで長期にわたって使用できます。

4.コスト削減

太陽光インバータのコストは、太陽光発電システムの全体的なコストを左右する大きな要因となります。インバータのコスト低減努力を続けることで、太陽光発電をより経済的に実現できるようになります。Allegro の XtremeSense TMR ソリューションは、広帯域幅と高 SNR 制限を両立しており、あらゆる太陽光インバータ システムに対して費用対効果に優れたソリューションを提供します。XtremeSense TMR の製品ファミリーは非常に充実した品揃えのため、設計者は価格と性能の間で妥協することなくシステムを設計することができます。

5.貯蔵統合

バッテリーなどのエネルギー貯蔵システムと太陽光インバータの統合は、システムの複雑さを増大させますが、エネルギーの自立性と信頼性を達成する上でますます重要となっています。インバータは貯蔵システムとシームレスに連動するよう設計しなければなりません。一方、エネルギー貯蔵システムで重要となるのが、バッテリー管理システム (BMS) です。この BMS のコンポーネントは、電流を正確に測定できる必要があります。 バッテリーの状態を監視し、その繊細な構造を保護するためには電流の制御が不可欠だからです。XtremeSense TMR ソリューションは、高 SNR と高速応答性能を備えているため、この両方のタスクに対応できます。

これらの課題を解決するには、製造業者や研究者、規制当局、政策立案者など、業界のすべての関係者が連携し、イノベーションを醸成して、強靭で効率的な太陽光発電インフラストラクチャを生み出すことが重要です。

Allegro MicroSystems の XtremeSense TMR 技術は、これらの課題の多くに正面から取り組んでいます。広帯域幅 (1 MHz)、過電流障害検出機能、コモン モード磁場に対する耐性 (CMFR: –54 dB) を備え、クリーン エネルギー用途向けにカスタマイズされたこの技術は、未来のイノベーションのスタンダードとしてその地位を確立しています。さらに、Allegro はこれらの新しい TMR ベース ソリューションを補完する、実績あるホールベースのポートフォリオを取り揃えており、ハイエンドから小中規模、大規模まで、現在と未来のクリーン エネルギー用途における需要増大に直面している設計者たちに、安全性、効率性、信頼性を実現する最適なソリューションを提供します。Allegro の XtremeSense TMR 技術を使用してシステムを最適化する方法については、最新のホワイトペーパーをご覧ください。