太陽光発電インバータが最前線へ、スマートインバータが将来に不可欠となる

太陽光発電市場に関しては、常にモジュール、あるいは最近ではモジュールのサプライチェーンに不釣り合いな注目が集まっています。 調査会社アライドマーケットの調査によると、世界の太陽光発電モジュール市場は2020年に1,279億ドルと評価され、2030年までに2,602億ドルに達すると予測されており、2021年から2030年にかけてCAGRは7.4%で成長すると予測されています。

インドでは、高効率太陽電池モジュール製造のための PLI スキームがいかに生産能力の構築に関する議論を活性化させたかを見てきました。 国が取り組んでいる大規模な太陽光発電容量の追加と組み合わせることで、最大40GWの新規発電量に対する莫大な関心も確保されています。 モジュールは太陽光発電プロジェクトのコストの 55 ～ 60% を占める可能性があるため、これも理にかなっています。 プロジェクトコストの 5% ～ 10% に相当する太陽光発電インバーターは、一般的なプロジェクトの残りの電気コストと混ざって、簡単に無視されました。

この国では金属加工のエコシステムが確立されているため、もう一つの大きなコスト要素である構造物が国内で比較的十分に供給されています。

カテゴリとしてのソーラーインバータは、現在進行中の太陽光発電の拡大に不可欠であるだけでなく、ここで明らかにするように、これらのインバータ企業がどのように適応して関連製品を提供するかによっても、拡大のペースがある程度決まります。 そして市場には確かに価値がある。 The Business Research Company (TBRC) の調査によると、世界の太陽光発電インバーター市場規模は、今後も成長すると予想されています。2021 年に 120 億 4000 万ドル、2022 年には 133 億 8000 万ドル、年間平均成長率 (CAGR) は 11.14%。

実際、近年、モジュールが高効率、高出力、均一なサイズを目指して絶え間なく進歩を続けているにもかかわらず、太陽光発電容量の次の成長スパートを形成しているのは、インバータとエネルギー貯蔵市場の変化です。 特に太陽光発電が補助エネルギー源から主流の選択肢へと移行している中ではなおさらです。

実際、太陽光発電インバータは、焦点が「スマート」インバータに移っているため、もうそのように呼ばれることはほとんどありません。 それには正当な理由があります。 今日の「スマート」インバーターは、モジュールによって生成された直流を交流に変換するという基本機能をはるかに超えています。 これらは、電圧調整、周波数サポート、ライドスルー機能などのグリッドサポート機能を提供するものとしてますます注目されています。 グリッド形成インバータとしても知られるこの装置は、現在世界中で化石燃料発電機を緊急に置き換えようとしている化石燃料発電機の領域であるグリッドサービスのすべてではないにしても、多くを提供する可能性を秘めています。

そこで私たちは、パワーコンディショナーの進化と、その進化によって何が期待できるかをより深く理解するために、厳選したソーラーインバーター製造会社に話を聞くことにしました。

では、太陽光発電インバーターはどのように進化したのでしょうか?

「過去 10 年にわたり、Sungrow インバータは技術的改善とアプリケーションの改善という 2 つの主要な側面で進化しました。まず、当社のインバータは電力変換効率が向上しました。現在、ほとんどのインバータは最大 99.9% の効率を誇り、電力密度も向上しています。さらに、当社のインバータはすべてマルチ MPPT を採用しており、モジュールのウェハ サイズのアップグレードと同期して大電流をより適切に処理できます。」ナタラジャ MSSungrow India のテクニカル リードは、最近、インドのインバーター製造工場を 10 GW の容量に拡張したことを祝いました。これは、インドでのそのような設備では群を抜いて最大です。

のためにサンディープ・ゴヤル一方、最近グリッドタイド・インバーターに参入した企業ピラミッド・エレクトロニクスの創設者兼最高経営責任者（CEO）は、重要な技術の変化に焦点を当てている。 「パワー エレクトロニクス技術の観点から見ると、進化の次のステップは、Si IGBT (絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ) から SiC MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) への置き換えです。当社のインバータは、この点ですでに進化しています。同氏は、「パワーデバイスにおけるこの変更により、効率を犠牲にすることなくパワーエレクトロニクス回路を簡素化できるため、部品点数の大幅な削減につながる」と付け加えた。 単純な電力コンバータ トポロジを備えた SiC MOSFET ベースのインバータの効率は、より複雑な電力コンバータ トポロジを備えた Si IGBT ベースのインバータよりも少なくとも 1.5​​ % 高くなります。 また、SiC MOSFET ベースのインバータを使用すると、より高い電力密度を達成できます。 また、10 年前には存在しなかった IOT 機能がインバーターに追加されました」と彼は締めくくりました。

Nataraja は、インバータもいかに多用途にならなければならないかを思い出させてくれます。 「Sungrow インバータは、水上環境、高地、化学物質に敏感な現場など、さまざまなアプリケーション シナリオで非常に適用可能であることが証明されています。これらは、人気のない凍結した環境でも堅牢で信頼性があります。さらに重要なのは、Sungrow インバータは柔軟なハードウェア構成もサポートしているため、顧客のサイト設計を容易にするためです」と彼は強調します。

ハニー・ラザ , インドでは過去数年間で特異な成功例となっているソリス・インディアの営業責任者は、市場が大きくなるにつれ、サービス標準が大幅にアップグレードされてうまくいくことを私たちに思い出させてくれます。 「過去 10 年間、ソリスは安全性と信頼性がシリーズ インバータ開発の中核であると常に主張し、常に研究開発、設計、生産、販売、サービスの開発モデルを堅持してきました。顧客のより優れたクラスター インバーター太陽光発電プロジェクト ソリューションにより、顧客エクスペリエンスが向上します。製品のポジショニングの観点から、当社は常にクラスター技術が太陽光発電インバーターの最適なソリューションであると信じています。ソリスは当初、小型太陽光発電グリッド接続インバーター市場をターゲットとしており、 「顧客向けに、700W ～ 5kW の範囲の電力範囲を備えたさまざまなシリーズ インバータを提供しています。主な差別化要因は、世界のすべての地域にタイムリーで効果的な製品とサービスを提供するために、現地のサービス チームを構築することに当社がこだわっていることです。」

ディーパック・パンディ業界のベテランであり、現在は英国に本拠を置く自身の会社、インバージー・インディアの創設者兼最高経営責任者（CEO）である彼は、今後さらに強力になると信じている独創的な変化を指摘しています。 「インバータセグメントは、グリッドからハイブリッドソリューションに進化しました。オングリッドでは、システムは最大サイズ50kWから（Sungrow社の）295kWまで進化しました。そのため、インバータの開発は膨大なものでした。見ても驚かないでしょう」最高レベルの効率を備えた 500kW のインバータがまもなく発売されます。

ハイブリッド システムは、低電圧から高電圧、高周波ソリューションまでの技術開発を活用してきました。 現在では、インバーターは以前に比べてはるかに高い範囲を処理できるようになり、ハイブリッド システムでも効率が 60 ～ 65% から 90% 以上に上昇しました。」と彼は指摘します。

興味深いことに、私たちが話を聞いた専門家全員が、次のような利点を強調していました。ストリングインバータ中央インバータよりも、マイクロインバータであっても、主要なプレーヤーは、エンフェーズインドではまだ活動が始まったばかりですが、コストが高いため、インバータの中でも狭いカテゴリーにとどまるでしょう。 予測値にはばらつきがありましたが、大容量化が進むストリング インバーターは、当面はシェアを獲得し続けると大方の予想はなっています。

EV充電拡張機能

ほとんどの太陽光発電インバータ企業にとって、より明白な「多角化」の 1 つは、EV 充電器の製造への移行です。 これをパワー エレクトロニクスとグリーン トランジションに対する理解の自然な延長として捉え、ファーウェイ、ファイマー、ABB に至るまで、世界中の大手企業がすでに EV 充電ビジネスに参入しています。 この記事のために私たちが話を聞いた企業は、すべてこの事業に参入しているか、参入する計画を持っています。

「EV 充電は、新エネルギー + アウトドア + パワー エレクトロニクスの自然な延長です。これら 3 つのキーワードを組み合わせると、EV 充電製品がインバータと完全に互換性があることがわかります。」と Raza 氏は言います。

「V2G機能によって電力網を安定化できるようになったことで、EVの普及がさらに進むトレンドになると予測しています。しかし、これらの機会の基礎となるのは、Sungrowが提供する信頼性の高いインバータ装置に基づく太陽光発電の有効利用です。」 」とナタラジャ MS が提案します。

太陽光発電で充電ステーションを管理する実行可能な製品はまだあるのかと尋ねると、彼はこう言います、「Sungrow は独自の EV 充電器も開発しています。現在、私たちは CharIN の中心メンバーになっています。最近、当社の EV 充電器の 1 つが、中国、上海にあるFirst Road DC高速EV充電ステーション。」

Goyal 氏は、「パワーエレクトロニクスの観点から見ると、グリッドタイ インバーター技術は EV 充電器とあまり変わりません。しかし、EV 充電の完全なソリューションの観点から見ると、EV 充電器はグリッドタイに比べてはるかに高度で複雑な製品です」と付け加えています。太陽光インバーター EV 充電器は、中央サーバーと通信するために OCPP 2.0.1 を実装する必要があり、EV バッテリーの BMS とハンドシェイクするための特定の複雑な通信プロトコルも実装する必要がある 太陽光発電による EV の高速 DC 充電は、現在の太陽光発電では実現不可能ソーラーパネル技術の電力密度が低いため、パネル技術は実用的ではありません。しかし、低速のAC充電は可能です。」

しかし、ラザ氏は楽観的だ。 「太陽エネルギーは純粋にグリーンですが、電気自動車の充電に太陽光発電を利用することで真の二酸化炭素排出量ゼロの旅行を実現できます」とラザ氏は説明し、「同時に、ほとんどの地域で太陽光発電のコストはすでに世界よりも低くなっています」と付け加えた。エンドユーザーの電力価格が高いため、電気自動車の充電に太陽光発電を使用することは、より経済的な選択でもあります。」 「EV充電と太陽光エネルギーの組み合わせが将来のトレンドになる」と同氏は宣言し、「EV充電業界への参入を決めたら、高品質でコスト効率の高い充電装置を作るだけでなく、協力していく」と主張した。 PV エネルギー貯蔵装置と組み合わせて、総合的な充電ソリューションを提供します。」

上海の Sungrow DC 急速充電器

未来のインバーター

Raza 氏は、「2030 年までに、AI によるアーク引込みおよび切断技術など、発電所の減衰を防ぐための新しいアンチ PID 技術など、太陽光発電システム全体をより安全で信頼性の高いものにするための防音技術がインバータに追加されるでしょう」と予測しています。ラザ氏はインバーター技術開発の進歩について予想し、「発電所の運用と保守の難しさ、時間、コストを軽減することも重要な方向性だ」と付け加えた。 インバーターの性能向上は太陽光発電システム全体にとって非常に重要です。」

バラスブラマニアン T , 屋上および商業セグメントの主要企業であり、現在は公益事業にも拡大しているGoodWe Indiaのテクニカルリードエンジニアは説明します。 「スマート/ストリングインバータ技術は、商用および産業分野および実用規模の太陽光発電所における将来の太陽光発電ビジネスをリードするでしょう。このスマートインバータには、より多くのDC過負荷オプション、柔軟なMPPTチャネル、ヒューズレスまたはインラインヒューズのオプションなどが備わっています。」前述の機能により、システムはクリッピング損失を削減し、従来のパワーコンディショナーよりも追加の発電量 (kWh) を提供します。また、ストリングパワーコンディショナーは、セントラルパワーコンディショナーと比較して、より低い LCOE を提供します。LCOE が低い理由は、インバーター太陽光発電所のダウンタイムが短縮されるためです。大幅に向上し、システムの耐用期間中により多くの収量を収穫できます。」サングロウのナタラジャピラミッドのゴヤル氏の発言に次のように付け加えます。」まず、炭化ケイ素や窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップデバイスの使用が増加し、より高い最大 PV 電圧の使用を促進するマルチレベルトポロジーが発生します。 インバータでは、より高いスイッチング周波数を使用し、出力フィルタ段を削減することで電力密度が向上します。 さらに、スイッチングデバイスのインターロック保護に依存して、PWM（パルス幅変調）アルゴリズムが最適化され、その数が削減されることも期待されています。

もう 1 つの可能性としては、同じハードウェア条件でインバータ動作モードを PCS モードに移行できる可能性があります。 このような移行により、現在 90% の効率が達成されており、将来的には効率が向上する予定です。

PCSへのモード移行とは別に、将来的には、インバータが水素ベースまたはEV燃料電池ベースのステーションへの電力供給、送電網のサポート、余剰電力の貯蔵などのマルチモードと相乗的に動作することも期待されています。」

IoTも特筆すべきものです。 「将来的には、インバーター開発は IOT とブロックチェーン技術から多くの恩恵を受けることになり、予測機能と診断機能がさらに向上します。さらに、インバーターはトラッカーや掃除ロボットなどの他のコアデバイスと密接に連携することもできます。その結果、プラントの全体的なパフォーマンスは、その耐用期間中に改善されるでしょう」と Natraja MS 氏は信じています。

Goyal氏によると、スマートグリッドインバータは2030年までに、グリッドへの電力供給とともにグリッドサポートを提供できるほどスマートになる可能性があるが、これには通常、インバータと電力システムオペレータの間に信頼性の高い通信インターフェースが必要となる。

今後の発売予定

それでは、メーカーはいつ自社製品ラインの次の大きなアップグレードを展開すると予想しているのでしょうか? 2022 年の第 3 四半期に、ソリスはその製品範囲に「大幅なアップグレード」を導入する予定です。 太陽光発電システムのLCOEを削減するための高電圧インバータ。 より高いDC/AC比。 より大きなモジュールと互換性があります。 Pyramid Electronics は、20 ～ 50 KW 系統接続インバータ シリーズを 6 月末までに展開する予定です。 さらに、3 ～ 10 HP の太陽熱温水ポンプ用途向けの VFD コントローラーも開発中です。 最後に、Sungrow は新しいインバータ シリーズ、SG320HX を発売しました。 新しい 1+X モジュラー インバーターは、182 mm と 210 mm の両方のモジュール サイズに対応できるため、設計段階で顧客に柔軟性を提供できると言われています。 開発者の主張によれば、従来のセントラルインバータと比較して、1+X のモジュール設計によりサービス時間が短縮され、ダウンタイムがさらに減少します。

「2022年の第4四半期に、Goodwe Indiaは実用規模の太陽光発電市場で300kW以上のインバーターと、100kW以上の商用および産業用エネルギー貯蔵製品を発売する予定です。現在、GoodWeインバーターは0.7～15kWの範囲の住宅向けソリューション、17kWの範囲の商業および産業用（C&I）セグメントを提供しています」 GoodWe HT 1500V シリーズ (GW250K HT) は、システムバランス (BOS) と O&M コストを削減するために設計された機能の広範なリストを備えた、太陽光発電施設での利用向けの GoodWe のトップインバータです。住宅、商業、産業市場向けに 3kW ～ 50kW の範囲のインバータ ソリューションを提供しています」と GoodWe の Balasubramanian 氏は語ります。

インバーターとストレージ。 次のビッグ機会

これらすべての変化の中で、おそらく最も大きな変化は、エネルギー貯蔵と、オングリッドとオフグリッドの両方のエネルギー貯蔵システムに特化したインバーターの出現です。

これは、リチウムイオン電池の品質の向上と、リチウム電池および太陽光発電システム自体の価格の低下の両方によって可能になりました。 すべての専門家がこの分野を重要な焦点分野として強調しており、将来の市場の進化に影響を与える可能性が高いと考えられています。 先進国市場ではすでに影響が進んでいるが、その影響はインドでもすぐに感じられるだろう、というのが一般的な口癖だ。

「主流のエネルギー貯蔵インバータはすべて双方向 DC-DC トポロジを採用しており、従来の系統接続インバータ ブート回路 + インバータ トポロジとは異なるバックアップ トポロジを備えています。」と Ex-plain Raza 氏は述べ、「たとえば、Solis などエネルギー貯蔵インバータには、太陽エネルギーの利用を最大化し、システムの利点を向上させるために、少なくとも 6 つの制御モードがあります。」 Goyal 氏は、系統連系インバーターの設置が増加しているため、日中の発電量が負荷を超え始め、系統の過電圧問題が発生する時期が間もなく来ると述べています。 そのようなシナリオでは、電力システムにエネルギー貯蔵装置を設けることが必要になるだろうと彼は付け加えた。

グッドウェのバラスブラマニアン氏は、何をすべきかについてまったく疑問を持っていません。 「もし蓄電用インバータの価格がオングリッドインバータと比較してより競争力のあるものになれば、インドの政策立案者は、屋上太陽光発電グリッド接続システムではなく、蓄電オプションを備えた屋上太陽光発電システム（すなわち、ソーラーハイブリッドシステム）に焦点を当てる必要がある。もしすべての州政府がより重要視するなら」 「屋上太陽光発電システムの導入は、グリッド接続された屋上太陽光発電システムと同様に、太陽光発電ソリューションの価格も大幅に下がることを意味します。また、太陽光ハイブリッドシステムを促進するために、すべてのDISCOMに料金ベースの太陽光発電システムを導入する必要があります」と彼は強調する。

Sungrow の Nataraja 氏も、やがてストレージブームが到来することを期待しています。

「ストレージとインバーターのソリューションは、将来の再生可能電力利用への扉を開きます。以前は、太陽エネルギーを利用できるように、電力を変換するためにインバーターを使用していました。現在、ストレージとインバーターのソリューションにより、オフグリッド アプリケーションなど、より多くの可能性を受け入れることができます。」 [1]カチオン、エネルギーシフト、グリッドサポート、ブラックスタート機能など。ストレージがあれば、再生可能エネルギーの消費はさらに回復力がある。ストレージとインバーターソリューションを組み合わせれば、再生可能エネルギーがエネルギーミックスの主体になる可能性がある」と同氏は意見する。 。

Invergy の Deepak Pandey 氏は、「セントラル インバータからストリング インバータへの市場の移行に加えて、ストリング インバータに注力するメーカーが増え、ストリング インバータの容量が増加するにつれて、住宅および C&I セグメントはストレージ ソリューションに移行するでしょう。ストリング インバータは、O&M コストの削減を意味します。ストレージによるハイブリッド インバータ テクノロジにより、いつでも低コストでエネルギーを利用できるようになります。オングリッド システムでは、エネルギー節約の概念が重視され、エネルギー使用の価格を節約します。システムの価格ストレージ ソリューションはやがてグリッド システムと同じくらい低くなる可能性があります」と彼は予測します。

ストレージの拡大に伴い、インバーターには AI、IoT、その他のハイエンド テクノロジーがさらに搭載されています。 「これは避けられない変化です。インテリジェント・インバーターが AI アルゴリズムなどのよりハイエンドなテクノロジーを統合して、システムの動作をよりアクティブかつインテリジェントに診断し、メンテナンスの必要性を軽減するにつれて、発電所にはさらに多くの変更と改善が生じるでしょう。」保守業界 SVG 機能と仮想慣性技術の追加により、無効電力補償もインバータを介して実装される予定 家庭用では、エネルギー貯蔵インバータを AI およびエネルギー管理システムに統合することで、スマート ホーム業界に影響を与える可能性がある「しかし、それはポジティブなことです。業界の他の機器とシステムに統合できるため、よりデジタルでインテリジェントで視覚的な家庭用エネルギー管理サービスを顧客に提供できます」とラザ氏は述べています。

ナタラジャ氏はさらに、「将来的には、インバーター開発は IOT とブロックチェーン技術から多くの恩恵を受けることになり、予測機能と診断機能がさらに向上するでしょう。さらに、インバーターはトラッカーなどの他のコアデバイスと密接に連携することもできます」と付け加えた。 、清掃ロボット。その結果、プラント全体のパフォーマンスが耐用期間中に向上します。」

結論

2020年3月に、インバータ業界の主要リーダーであるファーウェイが、2025年までの太陽光発電市場動向の予測において、2025年の予測を行ったが、そのほとんどは今日十分に手の届くところにある。 90%の太陽光発電所のデジタル化、70%の発電所でのAIの使用、30%が太陽光発電と蓄電システムであるため、太陽光発電所が送電網への適応から送電網のサポートに移行するという予測です。 2030 年までに世界が期待している太陽光発電容量の 70% がまだ創出されていないという事実を考慮すると、これらすべてが今日実現する可能性は十分にあります。 今年は200GWを超えるこれまで以上に「スマート」な設備が設置され、将来的には太陽光発電が送電網から水素製造、EV充電に至るまであらゆるものと統合する必要があるため、需要は定位置に収まりつつある。 太陽光発電のステップアップ能力は、これから目にする膨大な数のモジュールに表れますが、それをすべて静かに、そしてスマートに実現するために、より重要なのはモジュールの背後にあるインバーターです。