インバーター：DCからACへの電力変換
インバーターは太陽光エネルギーシステムにおいて重要なコンポーネントで、太陽光パネルやバッテリーからの直流（DC）を家庭用電化製品や電力網と互換性のある交流（AC）に変換します。この変換は、ほとんどの家庭用機器や電力網がAC電力で動作するため、非常に重要です。
DC vs. AC：基本
直流（DC）は一定の電圧と電流が一方向に流れる特性を持っています。DC電力は、バッテリー、センサー、モーターなどの電子機器でよく使用され、安定した電力供給が求められます。
一方、交流（AC）は時間とともに変動し、正弦波に従って変動します。グラフで緑の線として表されることが多いです。多くの国では、AC電力は50Hzまたは60Hzの周波数で運用されており、これは1秒間に50回または60回サイクルを完了することを意味します。AC電力は、変圧器やインバーターを使用して異なる電圧や電力レベルに簡単に変換できるため、家庭用電化製品や電力網で標準として使用されています。
純正サイン波 vs. 修正サイン波
インバーターにおいて、出力波形は重要な要素です。純正サイン波インバーターは、電力網から供給されるAC電力に非常に近い滑らかな周期的波形を生成します。このタイプのインバーターは、冷蔵庫、エアコン、コンピュータなど、敏感な電子機器や家電に最適です。これらの機器は純正サイン波で動作するように設計されており、最適なパフォーマンスと長寿命を確保します。
グラフc)は純正（クリーンで正確な）サイン波を示しています。純正サイン波は、数学的にサイン関数で記述され、滑らかな周期的形状を持ちます。そのグラフは、同じ周期、振幅、位相で継続的に繰り返す波に似ています。
修正サイン波インバーターは、滑らかさが欠けており、特定の機器で問題を引き起こす可能性があります。LEDライト、電話の充電器、電気クッキングヒーターなどのシンプルな機器では使用できますが、誘導負荷やモーターがある機器には推奨されません。これらの機器では不適切な動作、ノイズの増加、時間が経つにつれて故障が起こる可能性があります。
グラフa)とb)は、純正サイン波と比較して異なる偏差を持つ修正サイン波を示しています。修正サイン波は、サイン波に似ていますが、正確性が欠け、ピークとゼロの間に不均一な遷移があります。異なる周波数と振幅の矩形信号を使用して生成できます。
地域の電力網および家庭用電化製品のパラメータは？
地域の電力網や家庭用電化製品は、数十年にわたって純正サイン波で動作するように設計されているため、純正サイン波を提供するインバーターを購入することが重要です。
もし家庭用電化製品が修正サイン波のインバーターに接続された場合、どうなるでしょうか？誘導負荷やモーターを持つほとんどの機器（ガスボイラー、冷蔵庫、エアコン、ポンプ、コンピュータ）は正しく動作せず、異常なノイズを発生させ、最終的には故障に繋がる可能性があります。
修正サイン波で動作する機器には、LEDランプ、電話の充電器、電気ストーブなどがあります。これらの機器は修正サイン波でも問題なく動作することができます。
ほとんどの家庭用電化製品は純正サイン波で動作するように設計されているため、自宅の電力網の仕様に合ったインバーターを選ぶことが非常に重要です。
純正サイン波インバーターの種類
家庭用電化製品は通常、純正サイン波を必要とするため、純正サイン波を提供するインバーターにのみ焦点を当てます。
インバーターは以下のタイプに分類されます：
インタラクティブオフライン無停電電源装置（UPS）: これはインバーター、時には電力網用の電圧安定器（AVR）、電力網からの「入力」コード（AC in）、負荷用の「出力」ソケット（AC out）、UPS用のバッテリー入力ケーブル、および電力網からの充電器を含みます。
- オフライン vs. オンラインUPS: オフラインUPSの他に、オンラインUPSやダブルコンバージョンUPSもあります。違いは、オフラインUPSは電力網が停止したときに20ミリ秒でバッテリー運転に切り替わりますが、オンラインUPSは0ミリ秒で切り替わり、敏感な機器には重要です。
- 小容量UPS: これらは通常、機器を5〜15分間稼働させるのに十分な容量を持った内蔵バッテリーを備えており、コンピュータや機械を適切にシャットダウンするための時間を確保します。こうしたUPSは通常、修正サイン波を持っているため、詳細には触れません。
自立型オフライン太陽光インバーター（太陽光パネル用UPS）: これはインバーター、電力網からの充電器、PWMまたはMPPT太陽光充電コントローラー（1つ以上の入力）、バッテリー入力、電力網入力AC in（1つ以上）、負荷出力AC out（1つ以上）、およびさまざまな通信ポートを含みます。オンライン版のインバーターもありますが、技術的には擬似オンラインです。
グリッドタイインバーター（オンライン）:
これはインバーター、MPPT太陽光コントローラー（1つ以上）、および電力網との同期ユニットを含みます。このタイプのインバーターにはバッテリーを接続できません。 
アプリケーション:
- 電力網へのエネルギー供給。
- 特殊な発電制限器と接続すると、電力網接続時に家庭用消費者に電力を供給できるモデルが多数あります。
- 高い料金が設定されている企業にとっては、発電制限器と接続することで電気料金を削減します。
- 電力網が制限されている場合、自家消費用の電力を増加させることができます（発電制限器が必要）。
欠点: このインバーターの主な欠点は、電力網が停止すると動作しなくなり、バッテリー接続ができないことです。
マイクロインバーター: これらはグリッドタイインバーターのサブカテゴリーで、大規模なアレイの代わりに1つまたは2つの太陽光パネルに接続します。
- ハイブリッドインバーター（グリッドタイ + オフライン）: これは他のすべてのタイプのインバーターを組み合わせ、電力網用のエネルギーを生成する能力を持ちます。インバーター、MPPT太陽光コントローラー（1つ以上）、バッテリー入力、電力網との同期ユニット、電力網入力AC in（1つ以上）、負荷出力AC out（1つ以上）、およびさまざまな通信ポートが含まれます。
- 重要: 一部の販売者は太陽光入力があるインバーターをすべてハイブリッドインバーターとして誤ってラベリングする場合がありますが、これは正確ではありません。
- アプリケーション:
- 電力網へのエネルギー供給。
- 家庭や企業のためにエネルギーを節約し、太陽光エネルギーを部分的または完全に消費します。
- 利点: 他のすべてのインバータータイプを組み合わせており、電力網が利用可能な場合と利用できない場合の両方で動作し、一部のモデルはバッテリーなしで太陽光パネルのみで運転可能です。
- 欠点: 主な欠点は、これらのインバーターが他のタイプよりも高価であることです。
結論として、特定の作業には特定のタイプのインバーターが適しており、ユニバーサルハイブリッドインバーターは、少し高価ですが、任意のインバータータイプの代わりとして使用できます。
結論
家庭やビジネスに適したインバーターを選ぶことは、太陽光エネルギーシステムの効率と長寿命を確保するために非常に重要です。修正サイン波インバーターは安価ですが、すべてのアプリケーションに適しているわけではありません。純正サイン波インバーターは、特にモーターや敏感な電子機器を持つ家庭用電化製品には優れた選択です。最良のパフォーマンスと信頼性を確保するためには、選ぶインバーターの用途に合わせて、特定のエネルギーニーズや使用する機器の種類を考慮してください。
