インバータは、今日の多くのものを含む、静止型コンバータの大きなグループに属します。'sデバイスは「変換する」入力における電圧や周波数などの電気的パラメータを調整し、負荷の要求に適合する出力を生成する。

一般的に、インバータは直流を交流に変換する装置であり、産業オートメーションや電気駆動装置において広く用いられています。インバータの種類によって構造や設計は異なりますが、その主な目的は（直流から交流への変換という）同じです。

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は、歴史的に大きく2つのカテゴリーに分けられます。

:スタンドアロンインバーター

:系統連系インバーター

独立型インバータは、太陽光発電設備が主電力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、負荷はあらかじめ設定された範囲内に収まり、一時的な過負荷状態にも耐えることができます。このような場合、インバータはバッテリー蓄電システムと連携して、安定した電力供給を確保します。

一方、系統連系インバータは、接続されている電力系統と同期することができる。なぜなら、この場合、電圧と周波数は「課せられた」主電源系統から切り離される。これらのインバータは、主電源系統が故障した場合に切り離せるようにする必要がある。これは、主電源系統への逆電源供給という重大な危険を回避するためである。

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、直流波形電圧を交流信号に変換し、所定の周波数で小さな位相角で負荷（例えば電力網）に電力を注入することです。φ ≈0) 単相単極パルス幅変調（PWM）の簡略化された回路を図に示す。2 （同様の一般的な構成は三相システムにも拡張できます。）この回路図では、ソースインダクタンスを持つ直流電圧源として機能するPVシステムが、フリーホイーリングダイオードと並列接続された4つのIGBTスイッチを介して交流信号に整形されます。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。この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（通常は5～20kHzの三角波）の基準波を比較するICの出力です。IGBTの出力は、さまざまなトポロジーのLCフィルタを適用することにより、使用または系統注入に適した交流信号に整形されます。

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図2：パルス幅変調（PWM）単相インバータ構成。IGBTスイッチとLC出力フィルタにより、DC入力信号が使用可能なAC信号に整形されます。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、このリップルを低減する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、最大の電力を抽出するためには、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抽出される電力を振動させ、結果として、

平均出力電力は低下する（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ている。

図3：PWMインバータ方式によってPV端子に導入される電圧リップルは、PVアレイの最大電力点（MPP）から印加電圧をずらします。これによりアレイの出力電力にリップルが生じ、平均出力電力は公称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、フィルタインダクタンスによって次のように決定されます。

どこ：

VPVはソーラーパネルの直流電圧です。

Cbusはバスコンデンサの静電容量です。

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、充電中にコンデンサに電荷が流れないようにし、電界に蓄積された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存在せず（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、誘電体は完全に抵抗性ではなく、有限のシャント抵抗（Rsh）に沿ってアノードからカソードへ小さな漏れ電流が流れ、誘電体の静電容量（C）を迂回します。コンデンサに電流が流れているとき、ピン、箔、誘電体は完全に導通しているわけではなく、静電容量と直列に等価直列抵抗（ESR）が存在します。最後に、コンデンサは磁場にいくらかのエネルギーを蓄積するため、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非無限の並列抵抗、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ています。

コンデンサのように一見単純な部品であっても、故障または劣化する可能性のある要素が複数存在します。これらの要素はそれぞれ、AC 側と DC 側の両方でインバータの動作に影響を与える可能性があります。非理想的なコンデンサ部品の劣化が PV 端子間に導入される電圧リップルに与える影響を決定するために、SPICE を使用して PWM ユニポーラ H ブリッジインバータ (図 2) をシミュレーションしました。フィルタコンデンサとインダクタは、それぞれ 250µF と 20mH に設定されています。IGBT の SPICE モデルは Petrie らの研究から派生しています。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 スイッチそれぞれについて、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 制御への入力は、9.5V、60Hz の正弦波搬送波と 10V、10kHz の三角波です。