インバータは、今日の多くのものを含む静的コンバータの大きなグループに属しています。'sデバイスは「変換する”電圧や周波数などの入力の電気的パラメータを調整して、負荷の要件に適合した出力を生成します。

一般的に、インバータとは直流を交流に変換できる装置であり、産業オートメーションや電気駆動装置で広く使用されています。インバータの種類によって、その主な目的（直流から交流への変換）は同じであっても、それぞれの用途に応じてアーキテクチャと設計が異なります。

1.独立型および系統連系型インバータ

太陽光発電用途で使用されるインバーターは、歴史的に次の 2 つの主なカテゴリに分けられます。

:スタンドアロンインバータ

:系統接続インバータ

独立型インバータは、太陽光発電プラントが主配電網に接続されていない用途向けです。インバータは接続された負荷に電力を供給し、主要な電気パラメータ（電圧と周波数）の安定性を確保します。これにより、負荷は所定の範囲内に維持され、一時的な過負荷状態にも耐えることができます。このような状況では、安定した電力供給を確保するために、インバータは蓄電池システムと連携して使用されます。

一方、系統連系インバータは、電圧と周波数が接続されている電力系統と同期することができる。「課せられた”主系統からの電力供給によって電力が供給されます。これらのインバータは、主系統に障害が発生した場合に、重大な危険をもたらす可能性のある主系統への逆電力供給を回避するために、遮断できる必要があります。

図1 - スタンドアロンシステムとグリッド接続システムの例。画像提供：Biblus。

2.バスコンデンサの役割とは

インバータの目的は、DC波形電圧をAC信号に変換し、所定の周波数と小さな位相角（φ ≈0）。単相ユニポーラパルス幅変調（PWM）の簡略化された回路を図に示す。2 （同じ基本方式を三相システムにも拡張できます）。この回路図では、ある程度のソースインダクタンスを持つDC電圧源として機能するPVシステムが、フリーホイールダイオードと並列に接続された4つのIGBTスイッチを介してAC信号に変換されます。これらのスイッチは、ゲートでPWM信号によって制御されます。PWM信号は通常、搬送波（通常は目的の出力周波数の正弦波）と、それよりもはるかに高い周波数の基準波（通常は5～20kHzの三角波）を比較するICの出力です。IGBTの出力は、様々なトポロジのLCフィルタを適用することで、使用またはグリッドインジェクションに適したAC信号に変換されます。

見積もりを取得

図2: パルス幅変調（PWM）単相インバータのセットアップ。IGBTスイッチとLC出力フィルタは、DC入力信号を使用可能なAC信号に変換します。これにより、PV端子間の有害な電圧リップル。バスコンデンサのサイズは、このリップルを減らすように決定されます。

IGBTの動作により、PVアレイの端子にリップル電圧が発生します。このリップルはPVシステムの動作に悪影響を及ぼします。なぜなら、最大の電力を取り出すためには、端子に印加される公称電圧をIV曲線の最大電力点（MPP）に維持する必要があるからです。PV端子の電圧リップルは、システムから取り出される電力を振動させ、結果として次のような問題を引き起こします。

平均出力電力が低下します（図3）。電圧リップルを平滑化するために、バスにコンデンサが追加されます。

図3：PWMインバータ方式によってPV端子に発生する電圧リップルにより、印加電圧がPVアレイの最大電力点（MPP）からずれてしまいます。これによりアレイの出力にリップルが生じ、平均出力電力が公称MPPよりも低くなります。

電圧リップルの振幅（ピークツーピーク）は、スイッチング周波数、PV 電圧、バス容量、およびフィルタインダクタンスによって次のように決まります。

どこ：

VPVは太陽光パネルのDC電圧です。

Cbusはバスコンデンサの容量です。

Lはフィルタインダクタのインダクタンスであり、

fPWM はスイッチング周波数です。

式（1）は、充電中に電荷がコンデンサを流れるのを防ぎ、その後電界内のエネルギーを抵抗なく放電する理想的なコンデンサに適用されます。実際には、理想的なコンデンサはなく（図4）、複数の要素で構成されています。理想的な静電容量に加えて、誘電体は完全な抵抗性ではなく、小さな漏れ電流が有限のシャント抵抗（Rsh）に沿ってアノードからカソードに流れ、誘電体静電容量（C）をバイパスします。コンデンサに電流が流れているとき、ピン、箔、および誘電体は完全には導通しておらず、静電容量と直列に等価直列抵抗（ESR）が存在します。最後に、コンデンサは磁界にいくらかのエネルギーを蓄えるため、静電容量とESRと直列に等価直列インダクタンス（ESL）が存在します。

図4: 一般的なコンデンサの等価回路。コンデンサは誘電体容量 (C)、コンデンサをバイパスする誘電体を通る無限でないシャント抵抗、直列抵抗 (ESR)、直列インダクタンス (ESL) など、多くの非理想的な要素で構成されます。

コンデンサのように一見単純に見える部品でも、故障または劣化する可能性のある要素は複数存在します。これらの各要素は、AC 側と DC 側の両方でインバータの動作に影響を及ぼす可能性があります。理想的でないコンデンサ部品の劣化が PV 端子間に発生する電圧リップルに与える影響を調べるために、PWM ユニポーラ H ブリッジインバータ (図 2) を SPICE を使用してシミュレートしました。フィルタコンデンサとインダクタは、それぞれ 250µF と 20mH に設定されます。IGBT の SPICE モデルは、Petrie らの研究成果に基づいています。IGBT スイッチを制御する PWM 信号は、ハイサイド IGBT スイッチとローサイド IGBT スイッチのそれぞれに対してコンパレータと反転コンパレータ回路によって決定されます。PWM 制御の入力は、9.5V、60Hz の正弦波搬送波と 10V、10kHz の三角波です。