単相ハイブリッドインバータソリューション

近年、気候変動や地政学的な社会の不安定さが、自家消費型エネルギーへの需要を後押ししています。太陽光発電 (PV) は、家庭での発電と消費を可能にし、このようなエネルギー自家消費を実現する方法を提供します。しかし、従来のストリング インバーターやマイクロ インバーターでは、蓄電の必要性に対応できません。そこでハイブリッド インバーターの出番です。

ハイブリッド インバーターは、太陽光発電システムの構築に必要な材料や面積、複雑さを低減しながら、自家消費型エネルギーへの新たな扉を開きます。複数のPVパネルを接続し、発電した直流電流を交流に変換するだけでなく、直流電流をバッテリーのような蓄電システム (ESS) に直接供給することもできます。ESS部品を統合することで、ハイブリッド インバーターは不要な電力変換を削減し、結果的に損失を減らすことができます。

インフィニオンは、パワーやセンシングからコントロール、コネクティビティまで、単相ハイブリッド インバーター向けの幅広いソリューションを提供しています。

単相ハイブリッド インバーターのパワー段には、主にいくつかのトポロジーが使用されています。まず、DC-DC段は可変DC電圧を固定DC電圧に変換すると同時に、MPPT (最大電力点追従) 制御によってPVパネルから最大電力を確実に取り出します。一般的に、この段階では単純な昇圧トポロジーが望ましいです。

次に、DC-DC段により、バッテリーとDCバス間の双方向エネルギー伝送が可能になります。一般に、高電圧バッテリーの場合は非絶縁型双方向DC-DCコンバーターが望ましく、低電圧バッテリーの場合は絶縁型双方向DC-DCコンバーターが使用されます。

最後に、DC-AC段でDC電圧をグリッド互換のAC電圧に変換します。この段階では、2レベルまたはHERIC、H6、マルチレベルのような革新的なトポロジーのいずれかが望ましいです。HERICとH6トポロジーは高効率のため、単相ハイブリッド インバーター設計に最適です。インバーターのサイズと重量は、フィルター インダクターのサイズ (DCおよびAC) と冷却システム (パッケージ) に大きく依存するため、システムのサイズとコストを削減するには、高周波なスイッチング動作が望ましいです。

インフィニオンは、定格数kWから最大6 kWの単相ハイブリッド インバーター用の幅広いソリューションを提供しています。最高の可価格性能比の実現のために、インフィニオンのディスクリートIGBT、MOSFET、CoolSiC™ MOSFET、およびCoolSiC™ショットキーダイオードを推奨します。

すべてのスイッチにはドライバーが必要で、またすべてのドライバーは制御が必要です。インバーター設計に最適なEiceDRIVER™ゲートドライバー、XMC™、およびPSoC™マイクロコントローラーも提供しています。最後に、各機能ブロックにはセンサーと補助電源が必要なため、インフィニオンではCoolSET™とTLI4971電流センサーを提供しています。コネクティビティに対応するスマートなソリューションとして、BluetoothとWiFiを1つのデバイスで提供するAIROC™ファミリーを提供しています。最後にOPTIGA™製品は、データ保護とセキュリティを保証しています。

特に、電力変換ブロックを増やすと、より高い変換効率が求められます。バッテリーアプリケーションのため、変換効率の向上はバッテリー容量とそれに伴うバッテリーコストの削減につながります。さらに、インバーターは住宅内に設置されるため、インバーターの設計は小型でファンレス動作対応でなければなりません。これは非常に困難な要件であり、高スイッチング周波数動作で低電力損失が要求されます。そのため、メーカーは効率と電力密度の両方の改善に注力しており、特に部分負荷効率はシステムの性能をさらに向上させるのに非常に重要になります。

クラス最高のハイブリッド インバーターは、効率的で電力密度が高く、コンパクトでなければなりません。SiCのようなワイドバンドギャップ技術により、インバーターは損失を大幅に低減しながら、従来よりも高速にスイッチングできるようになりました。こうした効率の向上によってバッテリー容量が削減され、ファンレス設計を実現します。こうした特長は、静かで小型のシステムが求められる住宅や商業施設において大きな違いをもたらします。そして最終的には、より軽量で効率的なハイブリッド インバーターを構築するのに必要な材料を減らすことができます。