태양 광 인버터 또는 PV 인버터는 태양 광 (PV) 태양 광 패널의 가변 직류 (DC) 출력을 상용 전기 계통에 공급 될 수있는 상용 교류 (AC)로 변환하는 일종의 전기 변환기이거나 로컬, 오프 그리드 전기 네트워크에서 사용됩니다. 이는 광전지 시스템에서 중요한 시스템 균형 (BOS) 구성 요소이므로 일반적인 AC 전원 공급 장치를 사용할 수 있습니다. 태양 광 인버터는 최대 전력 점 추적 및 무인도 보호를 포함하여 광전지 어레이와 함께 사용하도록 특수 기능을 갖추고 있습니다.

분류
태양 광 인버터는 크게 세 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다.

인버터가 광전지 어레이에 의해 충전 된 배터리로부터 DC 에너지를 끌어 오는 격리 된 시스템에 사용되는 독립형 인버터. 많은 독립형 인버터는 AC 소스에서 배터리를 보충 할 수있는 내장형 배터리 충전기를 통합하고 있습니다 (사용 가능한 경우). 통상적으로 이것들은 유틸리티 그리드와 어떤 식 으로든 인터페이스하지 않으므로 안티 아일 런딩 보호가 필요하지 않습니다.
계통 연계 형 인버터는 유틸리티 제공 사인파와 위상을 맞 춥니 다. 계통 연계 형 인버터는 안전상의 이유로 유틸리티 공급이 중단되면 자동으로 차단되도록 설계되었습니다. 유틸리티 장애시 백업 전원을 제공하지 않습니다.
배터리 백업 인버터는 배터리에서 에너지를 끌어오고, 온보드 충전기를 통해 배터리 충전을 관리하고, 여분의 에너지를 유틸리티 그리드로 내보내는 특수 인버터입니다. 이 인버터는 상용 정전시에 선택된 부하에 AC 에너지를 공급할 수 있으며, 안티 아일 런딩 보호가 필요합니다.

장치 유형
모듈 형 인버터 (마이크로 인버터)
모든 단일 태양 전지 모듈에는 정션 박스에 통합 할 수있는 자체 단상 인버터가 있습니다.
이것은 연결된 모듈이 최대 전력 점 (MPP)으로 작동하도록 전압을 설정하는 것을 목적으로하는 DC-DC 컨버터입니다.
이것은 태양 전지 시스템에서 유용 할 수 있습니다. 태양 광 시스템은 다른 방향 또는 다른 음영의 하위 필드로 구성됩니다 (예 : 태양 전지 모듈 자동차 또는 항공기로 코팅 됨).

문자열 인버터 (영어 문자열 인버터)
한 가닥 또는 몇 개의 태양열 모듈의 에너지를 전력망에 공급하는 대부분의 단상 인버터.

멀티 스트링 인버터
태양 전지 패널의 여러 줄 (심지어 다른)에 대해 하나 이상의 MPP 트래커가 장착 된 단상 또는 삼상 인버터.

중앙 인버터
제어 캐비닛 형태의 대형 전기 시스템은 물론 컨테이너 설계의 스테이션으로도 사용되며 일반적으로 100kW 이상의 피크 전력에서 사용됩니다. 모듈 형 설계로 필요한 수리를 간소화합니다.

하이브리드 인버터
인버터와 내부 또는 외부 축전지의 조합. 이는 무정전 전원 공급 장치의 가능성뿐만 아니라 급전 모드에서 자체 소비의 최적화를 가져옵니다.

회로 및 효율
기본적으로 두 가지 유형의 태양 광 인버터를 구별 할 수 있습니다.

변압기와 장치
여기서 변압기는 DC와 AC 사이의 갈바니 절연을 대신합니다. 갈바닉 아이솔레이션으로 인해 PV 발전기는 한 극에 접지 될 수 있습니다. 시스템에 AC 전위가 없습니다. 일부 국가에서는 의무적입니다.

변압기가없는 장치
여기서, 입력측과 출력측은 전기적으로 접속되어있다. 이 회로 설계에서는 변압기가 사용되지 않으므로 이들 장치는 대개 더 높은 효율을 갖는다. 그러나 전기적 절연이 부족하기 때문에 다른 전기 안전 개념이 필요합니다. 부분적으로, 태양 전지 모듈의 전압을 접지로 교대로 공급함으로써 손실을 초래할 수 있고 박막 모듈을 분해 할 수 있습니다. 누설 전류의 효율성과 회피를 더욱 높이기 위해 회로 기술 지정 H5 또는 Heric 토폴로지가 개발되었습니다.
일반적으로 태양 광 인버터의 DC 입력은 입력 변환기입니다. 이 컨버터는 대개 매우 높은 효율의 업 컨버터입니다. 출력 회로는 넓은 부하 범위에서 높은 효율을 가져야합니다.

변압기로 인버터를 최적화하기 위해 인버터는 종종 입력 변압기의 기능을 대신하여 중간 회로가 제거됩니다. 이를 직접 피드 또는 직접 변환기라고합니다. 하나의 변환기 만 필요하기 때문에 효율이 향상됩니다. 그러나 이러한 장치는 최적의 효율로 더 작은 범위를 가지므로 특히 부분 음영 이점이있는 시스템에서 신속하게 상대화됩니다.

태양 광 인버터의 효율은 특히 부분적인 부하 케이스를 평가하는 유로 효율성에 비견 될 수 있습니다.

태양 광 산업에서 kWp라는 용어는 kW 대신 피크 전력을 나타내는 데 사용되었습니다. 그러나, 이것은 단위 지정이 보완되지 않는 국제 단위 체계의 규칙에 부합하지 않는다. 또한보십시오 : 단위 특성의 철자법.

최대 전력 점 추적
태양 광 인버터는 최대 전력 점 추적 (MPPT)을 사용하여 PV 어레이에서 가능한 최대 전력을 얻습니다. 태양 전지는 일사량, 온도 및 총 저항 사이에 복잡한 관계를 가지고있어 IV 곡선으로 알려진 비선형 출력 효율을 생성합니다. MPPT 시스템의 목적은 셀의 출력을 샘플링하고 주어진 환경 조건에 대해 최대 전력을 얻기 위해 저항 (부하)을 결정하는 것입니다.

fill factor는 더 일반적으로 약어 FF로 알려져 있으며, 패널의 개방 회로 전압 (Voc) 및 단락 전류 (Isc)와 함께 태양 전지의 최대 전력을 결정하는 매개 변수입니다. 충전 계수는 태양 전지로부터의 최대 전력과 Voc 및 Isc의 곱으로 정의된다.

MPPT 알고리즘에는 3 가지 주요 유형이 있습니다 : perturb-and-observe, 증분 컨덕턴스 및 정전압.처음 두 가지 방법은 종종 언덕 등반 방법이라고 불립니다. 최대 전력 점의 왼쪽으로 전압이 상승하고 오른쪽으로 떨어지는 것에 대비하여 전력 곡선에 의존합니다.

조작
유럽의 일부 국가에서는 네트워크 측에 관련 스위칭 장치 (ENS)가있는 소위 네트워크 모니터링 장치가 필요합니다. 원치 않는 단독 운전이 발생하는 경우 인버터가 꺼집니다. 30kW 이상의 전력이 공급되는 시스템의 경우 ENS를 생략 할 수 있습니다. 이 기능이 꺼져 있거나 실패 할 경우 네트워크로부터 안전하게 격리 할 수 ​​있도록 충분한 양의 모든 주파수 및 전압 모니터링이 제공됩니다.

종종 인버터의 고효율로 광고됩니다. 부분 하중 범위에서는 약간 더 낮기 때문에 평균화 된 후 “유럽 효율”이라고합니다. 그러나 인버터의 효율 만이 광전지 시스템의 전체 효율을 결정하는 것은 아닙니다.

2009 년 1 월 이후 100 kW 이상의 설치 용량을 갖춘 독일의 태양 광 시스템은 주입 된 유효 전력 (§ 6.1 EEG)에서 계통 운영자가 줄일 수있는 옵션이 있어야합니다. 또한, 일정량의 무효 전력이 제공 될 가능성이있다. 실제적으로 이러한 사양은 리플 제어 수신기를 통해 동적으로 실현되며 4 단계 유효 전력 감소를 신호로 알릴 수 있으며 예를 들어 cos φ = 0.95 (유도 성)의 유효 계수에서 1을 벗어나도록 지정할 수 있습니다. 유도 성 무효 전력을 제공함으로써 정전 용량 과전압을 피할 수 있습니다.

2011 년 7 월부터 저전압 그리드의 소형 시스템은 유사한 제어 기능을 제공해야합니다. 국가 별 추가 규제로 인해 공급 병목 현상 및 높은 생산 비용이 발생합니다. 순 미터링과 같은 카운터 개념은보다 직접적인 접근 방식을 취하고 네트워크 운영자에게 문제를 전달합니다.

특히 중간 전압 지침을 준수하는 대형 시스템의 경우 저전압 ride-through 기능과 같은 동적 네트워크 안정화를위한 추가 조치가 필요합니다. 이 측정은 단락 회로 또는 3 상 시스템의 다른 오류 상황에서 발생하므로 단기 로컬 저전압으로 많은 시스템을 원하지 않고 동시에 종료하지 않도록하기위한 것입니다.

단상 시스템은 최대 전력 5kW (연속 전력 4.6kW)까지만 독일의 전력망으로 공급할 수 있습니다. 이 제한은 네트워크 안정성이며 불균형 부하를 방지합니다. 에너지 변환의 기본 기능 외에도 태양 광 인버터는 광범위한 데이터 수집과 경우에 따라 원격 유지 보수 옵션을 제공합니다.

주전원 주파수
전력 그리드의 전기 에너지는 단기간에 대량으로 저장 될 수 없습니다. 그러므로 항상 생산과 소비 사이의 에너지 균형을 수립 할 필요가있다. 이것이 AC 전압 동력 그리드에서 제어 변수로서의 주전원 주파수임을 보장하기 위함. 유럽에서는 50.0 Hz로 정의됩니다. 공칭 값과의 편차는 에너지 잉여 (주 전원 주파수 증가) 또는 에너지 부족 (주 전원 주파수 감소)을 나타냅니다. 따라서 전력 계통의 전력 과다 공급을 피하기 위해 인버터는 계통 주파수를 지속적으로 모니터링하고 국가 별 제한 (독일 50.2 Hz)을 초과 할 때 계통에서 분리해야합니다. 그 동안에 생성 된 전기 에너지의 주된 부분은 독일의 태양 광 시스템에서 발생하기 때문에 모든 시스템을 완전히 종료하면이 한계 값과 반대되는 결과가 발생하여 네트워크가 불안정해질 수 있습니다. 따라서 10 kW 이상의 설치에서는이 제한이 임의의 값으로 증가되었습니다. 최신 설비는 현재 그리드 주파수에 따라 병입 전력을 감소 시키거나 증가시켜 그리드 안정화에 적극적으로 기여하는 50.2에서 51.5Hz 사이의 전력 구배를 가져야합니다.

섬 운영
절연 운전 시스템에서 특수 아일랜드 인버터를 사용하면 230V AC에 일반 소비자를 사용할 수 있습니다. 결정적 요소는 제공된 최대 전력입니다. 이를 위해 개별 인버터를 병렬로 연결할 수 있지만 네트워크의 크기에 따라 다르지만 다른 발전기 및 에너지 저장 장치와의 조정을위한 추가 제어 장치가 필요합니다. 소형 시스템은 때때로 통합 배터리 시스템과 함께 제공되지만 다른 발전기의 기본값이 빠져 있기 때문에 네트워크 동기화가 없습니다.

솔라 마이크로 인버터
솔라 마이크로 인버터는 단일 PV 모듈로 작동하도록 설계된 인버터입니다. 마이크로 인버터는 각 패널의 직류 출력을 교류로 변환합니다. 이 설계로 모듈 형 방식으로 여러 개의 독립 장치를 병렬로 연결할 수 있습니다.

마이크로 인버터의 장점으로는 단일 패널 전력 최적화, 각 패널의 독립적 인 작동, 플러그 앤 플레이 설치, 향상된 설치 및 화재 안전, 시스템 설계 및 재고 최소화로 인한 비용 최소화 등이 있습니다.

애팔 래 치아 주립대 학교의 2011 년 연구에 따르면 개별 통합 인버터 설정은 음영 처리 된 조건에서는 음영 처리되지 않은 상태에서 약 20 % 더 많은 전력을 생성하고 한 개의 인버터를 사용하는 문자열 연결 설정과 비교하여 약 27 % 더 많은 전력을 발생 시켰습니다. 두 설정 모두 동일한 태양 전지 패널을 사용했습니다.

계통 연계 형 태양 광 인버터
솔라 그리드 – 타이 인버터는 유틸리티 그리드가 내려 가면 그리드에서 빠르게 분리되도록 설계되었습니다. 이는 정전 사태시 그리드 타이 인버터가 전력 계통을 고정하기 위해 보내지는 모든 작업자를 해치지 못하도록 생산되는 에너지를 차단하기 위해 차단되도록 NEC 요구 사항입니다.

현재 시장에 나와있는 그리드 타이 인버터는 다양한 기술을 사용합니다. 인버터는 새로운 고주파 변압기, 기존 저주파 변압기 또는 변압기를 사용할 수 없습니다. 고주파 변압기는 직류를 직접 120 또는 240V AC로 변환하는 대신 고주파 AC로 변환 한 다음 다시 DC로 변환 한 다음 최종 AC 출력 전압으로 변환하는 전산화 된 다중 단계 프로세스를 사용합니다.

역사적으로 변압기가없는 전기 시스템을 공공 유틸리티 그리드에 공급하는 것에 대한 우려가있었습니다. DC와 AC 회로 사이에 갈바닉 절연이 부족하여 AC 측에 위험한 DC 결함이 통과 할 수 있다는 사실 때문에 문제가 발생합니다. 2005 년부터 NFPA의 NEC는 변압기가없는 (또는 갈바닉이 아닌) 인버터를 허용합니다. VDE 0126-1-1 및 IEC 6210은 또한 이러한 시스템에 필요한 안전 메커니즘을 허용하고 정의하기 위해 개정되었습니다. 주로 잔여 또는 접지 전류 감지가 가능한 오류 조건을 감지하는 데 사용됩니다. 또한 DC와 AC의 분리를 보장하기 위해 격리 테스트가 수행됩니다.

많은 태양 광 인버터는 유틸리티 그리드에 연결되도록 설계되었으며 그리드가 있는지 감지하지 못하면 작동하지 않습니다. 여기에는 그리드의 전압, 주파수 및 위상을 정확하게 일치시키는 특수 회로가 포함되어 있습니다.

태양 광 펌핑 인버터
고급 태양 광 펌핑 인버터는 태양열 어레이의 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 배터리 또는 기타 에너지 저장 장치가 필요없이 직접 수중 펌프를 구동합니다. MPPT (최대 전력 점 추적)를 사용하여 태양 광 펌프 인버터는 펌프 모터를 손상으로부터 보호하기 위해 펌프의 속도를 제어하기 위해 출력 주파수를 조정합니다.

태양 광 펌핑 인버터는 대개 PV 어레이에 의해 생성 된 DC 전류, AC 전압 출력을 허용하는 하나의 포트 및 수위 센서로부터의 입력을위한 추가 포트를 허용하는 다중 포트를 가지고 있습니다.

시장
2014 년 현재 최첨단 태양 광 컨버터의 변환 효율은 98 % 이상에 달했습니다. 스트링 인버터가 주거용에서 중형 상용 PV 시스템에 사용되는 반면, 센트럴 인버터는 대규모 상용 및 유틸리티 규모의 시장을 포괄합니다. 센트럴 및 스트링 인버터의 시장 점유율은 각각 약 50 % 및 48 %이며 마이크로 인버터는 2 % 미만입니다.

2014 년 인버터 / 컨버터 시장

유형	힘	효율성(a)	시장 몫(b)	비고
스트링 인버터	최대 100 kW p (c)	98 %	50 %	비용 (b) 와트 피크 당 € 0.15. 교체하기 쉽다.
중앙 인버터	100kWp 이상	98.5 %	48 %	와트 피크 당 € 0.10. 높은 신뢰성. 종종 서비스 계약과 함께 판매됩니다.
마이크로 인버터	모듈 전력 범위	90 % ~ 95 %	1.5 %	와트 피크 당 € 0.40. 교체 걱정이 쉽다.
DC / DC 컨버터 전력 최적화 도구	모듈 전력 범위	98.8 %	N / A	와트 피크 당 € 0.40. 교체 걱정이 쉽다. 인버터가 여전히 필요합니다. 2013 년에 약 0.75 GW P 설치.
출처 : IHS 2014에 의한 데이터, Fraunhofer ISE 2014 발언 : Photovoltaics Report, 2014 년 9 월 8 일 갱신, p. 35, PDF Notes : (a) 최상의 효율 표시, (b) 시장 점유율 및 와트 당 비용 예측, (c) kW p = 킬로와트 피크