「太陽光発電プロジェクトに蓄電池を追加しています。使用すべきかどうかACカップリングまたはDCカップリング?"
答えは 1 つの質問から始まります。バッテリーはソーラー インバーターに対してどこに接続されていますか?
AC 結合システムでは、-太陽光発電が変換された後、バッテリーが AC 側に接続されます。- DC- 結合システムでは、電力が AC に変換される前に、バッテリーが DC 側に接続されます。
この違いは、改造の複雑さ、充電の柔軟性、太陽光発電システムとバッテリー間の変換段階の数に影響します。
どちらのアーキテクチャも普遍的に優れているわけではありません。正しい選択は、プロジェクトの段階、充電源、独立性のニーズ、送電網の制約、拡張計画という 5 つの要素によって決まります。
AC-結合BESSの仕組み
AC 結合システムの場合:{0}:
- ソーラーパネル直流電力を生成します。
- PV インバータはそれを AC 電力に変換します。
- バッテリーは専用のケーブルを介して AC バスに接続されます。双方向電力変換システム（PCS）.
- PV システムと BESS は AC 側で接続されます。
太陽光充電パス: PV アレイ → PV インバーター → AC バス → 双方向 PCS → バッテリー
通常、この分離により、後付け統合と独立した操作が容易になります。ただし、太陽エネルギーはバッテリーに到達する前に、さらに多くの変換段階を通過します。
DC-結合BESSの仕組み
DC-結合システムの場合:
- PV アレイとバッテリーは、電力が AC に変換される前に接続されます。
- 太陽エネルギーは、最初に AC に変換されずに、DC 側のバッテリーに到達します。
- 2 つのシステムは電力変換ステージを共有または調整します。
- DC 電圧、インバーター容量、制御ロジックはシステム全体で調整する必要があります。
PV パス: PV アレイ → DC/DC または MPPT → 共通 DC バス → ハイブリッド PCS またはインバータ → AC バス
バッテリーパス: バッテリー ↔ 共通 DC バス
これにより、PV からバッテリーへの変換経路が短縮され、適切な条件下でクリップされたエネルギーの回収がサポートされます。{0}{0}{1}ただし、バッテリー、インバーター、DC 電圧、制御システムを一緒に設計する必要があります。
注: DC バッテリーは自動的に DC カップリングを意味するわけではありません
すべてのバッテリーは DC 電気を蓄えます。ただし、バッテリー自体がプロジェクトの結合方法を決定するわけではありません。
- バッテリー コンテナ → 専用 PCS → AC バス: プロジェクトは AC 結合される可能性があります。-
- PV とバッテリー → 共有 DC アーキテクチャ → 共通インバーター: これは典型的な DC{0}}結合太陽光-プラス-蓄電システムです。
結合方法は全体的な電気アーキテクチャによって決まります。
AC{0}}結合 vs DC-結合 BESS の概要
接続ポイントは、各アーキテクチャがどのように機能するかを説明します。また、システムの統合、充電、運用、拡張の方法にも影響します。以下の表は、プロジェクトの主なレベルの違いをまとめたものです-。
| プロジェクト要素 | AC-結合BESS | DC-結合された BESS |
| 接続ポイント | PV と BESS は AC 側で接続されます | PV と BESS は DC 側で接続します |
| 電力変換 | 独立した太陽光発電インバーターとバッテリー PCS | 共有または調整されたインバーターステージ |
| 既存のPVの改修 | 通常、PV DC システムを再設計することなく追加が簡単です | 既存の PV アーキテクチャへの変更が必要になる場合があります |
| PV-から-バッテリーまでの経路 | 太陽エネルギーはさらに多くの変換段階を経ます | 太陽エネルギーはより少ない変換段階でバッテリーに到達する可能性がある |
| 系統充電 | 一般にバッテリー PCS により柔軟性が向上します | コンバータのトポロジーと制御設計に大きく依存します |
| クリップされた-エネルギー回復 | 太陽光発電インバータの出力により制限される | 適切な条件下でクリップされた PV をキャプチャする可能性があります |
| 独立した動作 | PV と BESS は通常、より独立して動作および保守できます。 | PV と BESS はより密接に連携します |
| 今後の展開 | 多くの場合、PV 電力、PCS 電力、バッテリー エネルギーは個別に拡張できます。 | 拡張では DC 電圧と共有インバータの制限を考慮する必要があります |
ステップ 1 - これは新しいプロジェクトですか、それとも既存の太陽光発電システムですか?
プロジェクトの開始点は、プロジェクトの最初の要素の 1 つです。AC{0}}結合と DC{1}}結合評価。
太陽光発電所がすでに稼働している場合
稼働中の太陽光発電プラントについては、以下を確認してください。
- 太陽光発電インバータ状態と残りの耐用年数
- ACバスと変圧器の容量
- 開閉装置と保護の設定
- 相互接続点 (POI) と電力制限
ACカップリング通常、既存の PV インバータと DC アーキテクチャをそのまま使用できるため、最初に評価されることがよくあります。 BESS は、専用の双方向 PCS を介して接続できます。
これにより、PV 側の再設計が軽減される可能性があります。{0}ただし、変圧器の容量、保護調整、送電網の制限についてはまだ検証する必要があります。
新しい太陽光発電 + 蓄電プロジェクト
新しいプロジェクトでは、両方のアーキテクチャを最初から検討できます。
最初の比較では、プロジェクトが以下を使用するかどうかに焦点を当てる必要があります。
- 共有または調整されたインバーターステージ
- 独立した太陽光発電インバーターとバッテリー PCS
- PV とバッテリーの緊密な統合
- 運用上の独立性の向上
充電戦略、運用要件、系統制限、および拡張計画は、次の手順で評価されます。
重要なポイント:既存の PV の改修では、AC 結合がより重要視されることがよくあります。新しい太陽光-プラス-蓄電プロジェクトの場合は、両方のアーキテクチャをさらなる評価のために公開したままにしておく必要があります。
ステップ 2 - 主なエネルギー経路は何ですか?
次の質問は、AC結合とDC結合評価は、エネルギーがどのようにバッテリーに到達するかです。
PV が主な充電源である場合
PV を支配するプロジェクトは、まず次のことを確認する必要があります。-
- 太陽光余剰またはインバータクリッピングが利用可能
- バッテリー充電状態 (SOC)ヘッドルームと充電電力
- 輸出制限
- 貯蔵されたエネルギーに貴重な放出窓があるかどうか
この場合、DCカップリングもっと綿密な評価に値する。 DC-結合ソーラー システムは、適切な条件下で PV- から - へのバッテリー変換経路を短縮し、クリップされたエネルギーを捕捉する可能性があります。ただし、この利点は、バッテリーがそのエネルギーを吸収でき、後で有用な目的で放電できる場合にのみ存在します。
柔軟な系統充電が必要な場合
系統充電は次の場合に重要になる可能性があります。
- ピークシェービング
- エネルギー裁定取引
- デマンドレスポンス
- グリッドサービス
プロジェクトでは、輸入制限、関税および計量規則も確認する必要があります。エネルギー管理システム（EMS）派遣要件。
この場合、ACカップリング多くの場合、柔軟性が向上します。専用バッテリー PCS により、BESS は PV 発電とは独立して充電および配電することができます。
重要なポイント:主要な充電ソースは選択肢を狭めるのに役立ちます。直接 PV 充電は DC 結合のケースを強化し、柔軟なグリッド充電は AC カップリングのケースを強化します。
ステップ 3 - PV と BESS は独立して動作する必要がありますか?
次の問題は、太陽光発電システムと BESS を別個の資産として運用する必要があるかどうかです。
独立した運用が重要な場合
これには以下が含まれる場合があります。
- BESS ダウンタイム中も PV は動作し続ける
- 独立したグリッドの充電と配車
- 個別のメンテナンススケジュール
- グリッドサービスへの独立した参加
- PV、PCS、バッテリー容量を個別に拡張
アーキテクチャの方向性: AC 結合は通常、より高い柔軟性を提供します。
PV インバータとバッテリ PCS は別の変換パスを使用します。これにより、独立した制御、メンテナンス、障害の切り分けが容易になります。
共同運用が認められる場合
より緊密なシステム統合が許容される場合は、DC{0}} 結合アーキテクチャを検討できます。
主要なチェックには次のものが含まれます。
- 共用インバータ容量
- PV出力とバッテリー放電の同時放電
- 一般的な電力制限
- 障害とメンテナンスへの影響
- 必要なシステム可用性
より緊密に統合すると、PV{0}}から-バッテリーまでの経路が短縮される可能性があります。ただし、共有インバータによって、動作と可用性に対して共通の制限が生じる可能性もあります。
重要なポイント:AC カップリングは、一般に、PV システムと BESS が独立した運用、メンテナンス、または市場への参加を必要とする場合に利点をもたらします。逆に、共有アーキテクチャの制約が許容可能であり、プロジェクトが特定の設計条件が満たされている限り、PV-対-バッテリー効率の向上と設備コストの削減-を優先する場合には、DC 結合が優先される可能性があります。-
ステップ 4 - グリッド接続では何が可能ですか?
グリッド接続の要件は、アーキテクチャの選択に直接影響します。太陽光発電とエネルギー貯蔵システムが適切に設計されている場合でも、送電網の接続条件がサポートされていない場合、プロジェクトは期待どおりに動作しない可能性があります。-
接続ポイントとPOI
まずは次のことを確認してください。
- 系統接続電圧
- 昇圧変圧器が必要かどうか-
- 測光ポイントと構成
- 輸出入の制限
- 太陽光発電システムとBESSが同じPOIを共有しているかどうか
AC-結合システムでは、PV インバータとバッテリ PCS は、AC 側で結合する前に、別々の変換パスを介して電力をルーティングします。一般的な DC- 結合システムでは、PV 発電とバッテリー エネルギーが DC バス上に統合され、共有または調整されたインバーターを通じて出力されます。
このアーキテクチャの違いは、POI が容量制限に近づいている場合に重要です。インバータと系統接続容量を共有すると、DC 結合の費用対効果が高まりますが、同時にピーク時の PV 発電とフルパワーのバッテリ放電が制限される可能性もあります。-
変圧器容量
変圧器の容量は、最初にチェックすべき制約の 1 つです。商業および産業 (C&I) BESS後付け。
既存の変圧器は次の点について評価する必要があります。
- BESS充電中の追加負荷
- 放電時の逆潮流
- PVとBESSの同時動作
- 必要な輸出入権限
- 残容量と寿命
変圧器が計画された電力の流れをサポートできない場合、プロジェクトでは動作制限、機器のアップグレード、または別の接続配置が必要になる場合があります。追加コスト、設置スペース、プロジェクトのスケジュールも、アーキテクチャの決定に影響を与える可能性があります。
保護と中電圧（MV）の統合-
BESS を追加すると、電力の流れの方向とレベルが変わります。したがって、既存の保護および MV システムを見直す必要があります。
主要なチェックには次のものが含まれます。
- インバータの-ベースの故障電流特性-
- リレーと保護の設定
- パワーコンディショナーとバッテリーPCSの連携
- 既存のMVスイッチギヤ容量
- 利用可能なフィーダーまたは開閉装置ベイ
- 計測とメンテナンスの分離
AC 結合システム-AC ネットワーク上に別個のバッテリー PCS を導入します。変圧器、太陽光発電インバーター、既存の保護装置との相互作用を調整する必要があります。
DC-結合システムより集中化された AC インターフェイスを備えている場合があります。ただし、DC-側の絶縁、共有インバータ保護、および一般的な障害の影響については、依然としてプロジェクト固有の評価が必要です。-どちらのアーキテクチャでも、保護の検討が不要になるわけではありません。
ユーティリティと相互接続の要件
公共事業または相互接続契約では、以下を確認する必要があります。
- グリッド充電が許可されるかどうか
- 最大の輸出入電力
- 輸出管理要件-
- 双方向グリッド操作
- 計測と通信のルール
- グリッドサービスの提供許可
これらの要件は、運用戦略と機器の範囲を直接変更する可能性があります。
たとえば、輸出制限が低いと、余剰の PV エネルギーを貯蔵する価値が高まる可能性があります。対照的に、グリッド充電が制限されると、エネルギー裁定取引やその他のグリッドベースの動作モードの価値が低下する可能性があります。-
プロジェクトのヒント: プロジェクト開発の早い段階で、ユーティリティの相互接続チェックリストをリクエストしてください。保護、計測、輸出管理、通信、グリッド サービスの要件により、機器の範囲とアーキテクチャの方向性の両方が変化する可能性があります。-
重要なポイント:POI の容量、変圧器のサイズ、相互接続条件の制約が厳しい場合、DC 結合はインバーターを共有し、系統インターフェースを最小限に抑えることで独特の価値を提供します。逆に、系統-の接続条件が柔軟で、独立した配電が優先される場合は、一般に AC 結合により運用上の自由度が高まります。
ステップ 5 - 将来の拡張計画は何ですか?
初期アーキテクチャは、現在のプロジェクトの範囲だけでなく、予想される拡張計画もサポートする必要があります。選択する前にACまたはDCカップリング、将来増加する可能性のあるものを定義します。
バッテリーのエネルギーを増やすか、PCS の電力を増やすか?
バッテリーエネルギーを追加すると、利用可能なkWhが増加し、放電持続時間が延長される可能性があります。ただし、出力電力は自動的に増加しません。
より多くの kW には次のものが必要になる場合があります。
- 追加の PCS 容量
- より高いバッテリ電流能力
- 変圧器と開閉装置の容量の増加
- 追加のフィーダーまたはケーブル容量
- 相互接続点 (POI) での十分なヘッドルーム
- 相互接続承認の改訂
したがって、プロジェクトでは、エネルギーの追加、電力の追加、またはその両方の追加を区別する必要があります。この違いは拡張パスに直接影響します。
AC増強
AC 増強により、AC 側に独自の PCS を備えた新しい BESS ブロックが追加されます。
このアプローチは、元の PV DC アーキテクチャへの変更を少なくして、段階的な拡張をサポートできる可能性があります。変圧器と POI に十分な余裕がある場合は、既存の PCS の容量を変更せずに新しい BESS ブロックを追加できます。
これにより、バッテリーエネルギー、PCS 電力、完全な BESS ブロック、または個別の PV インバーター容量を段階的に追加することが容易になります。
ただし、AC-側の拡張は依然としてサイト レベルの容量に依存します。-変圧器のヘッドルーム、中電圧機器、フィーダ容量、保護調整、EMS の統合、輸出入の制限をすべて確認する必要があります。-
AC カップリングはモジュール式の拡張をサポートしますが、系統接続や機器の制約は解消されません。{0}
DC増強
DC 増強により、共有 PCS またはインバーターの背後にある既存の DC アーキテクチャにバッテリー容量が追加されます。
これにより、PV とバッテリー容量のより緊密な統合がサポートされる可能性がありますが、新しい機器は既存の DC アーキテクチャとの互換性を維持する必要があります。主要なチェックには次のものが含まれます。
- DC動作電圧範囲
- 最大直流電流
- 共有インバータヘッドルーム
- バッテリー操作ウィンドウ
- DC/DCコンバータ容量
- バッテリー管理システム (BMS)コミュニケーション
- 制御ロジックとEMS互換性
多くの場合、共有インバータが主な制限となります。バッテリエネルギーを追加すると放電期間が延長される可能性がありますが、インバータがすでに完全に負荷されている場合、AC 出力を増やすことはできません。
バッテリーの化学的性質、熱管理、電圧ウィンドウ、または通信プロトコルの違いにより、追加の DC/DC コンバーターまたはより広範なシステムの再設計が必要になる場合があります。これにより、プロジェクトのコストと変換損失の両方が増加する可能性があります。
将来のPV拡大
将来の太陽光発電計画は、BESS 拡張計画と併せて評価する必要があります。 AC-結合システムでは、多くの場合、別の PV インバータを介して追加の PV 容量を接続できます。通常、これは既存のバッテリーと PCS 構成にあまり影響を与えません。
DC{0}} 結合システムでは、新しい PV 容量は既存の容量との互換性を維持する必要があります。
- DC 電圧と電流の制限
- DC/DCコンバータ容量
- 共用インバータ容量
- 制御設定
- PVとバッテリーの同時動作
PV とバッテリーの容量が共に拡大すると予想される場合、共有インバーターと DC アーキテクチャーに十分なヘッドルームが確保されていれば、DC 結合は引き続き適切である可能性があります。
変圧器、POI、および制御容量
接続方式に関わらず、増設により充電負荷、放電電力、制御台数が増加する場合があります。
プロジェクトでは次のことを確認する必要があります。
- 変圧器は将来の充電および放電電力に対応できます。
- POI には十分な輸出入能力がある
- EMSは十分なインターフェース、データ容量、制御能力を備えています
- 保護と相互接続の承認により、拡張されたシステムをサポートできます
変圧器または POI がすでに限界に近づいている場合、どちらのアーキテクチャでも機器のアップグレード、動作限界、または新しい送電網接続の見直しが必要になる可能性があります。-
重要なポイント:将来の拡張で主にバッテリ エネルギーが追加され、モジュールの柔軟性が重要な場合は、通常、AC カップリングの方が段階的な拡張をより簡単にサポートできます。将来の PV とバッテリーの容量が共に増大し、変換効率が依然として優先事項である場合でも、DC 電圧と共有インバーター容量が適切に一致している場合には、DC 結合が依然として適切である可能性があります。 POI が主な拡張制限である場合、両方のアーキテクチャで新しいグリッド接続のレビューが必要になります。-
フレームワークを一般的なプロジェクトのシナリオに適合させる
上記の 5 つの質問に答えると、通常、アーキテクチャの方向性がより明確になります。
ただし、結果はすべてのプロジェクトで同じではありません。既存の PV の改修、新しい C&I 太陽光-プラス-蓄電システム、ユーティリティの-規模の-共同配置プロジェクトそれぞれに異なる開始点が必要になる場合があります。
以下の表は、フレームワークがこれら 3 つの一般的なシナリオにどのように適用されるかを示しています。
| プロジェクトのシナリオ | 開始方向 | 主な理由 |
| 既存の C&I 太陽光発電設備の改修 | 最初にAC結合を評価してください | 多くの場合、専用の PCS を介して BESS を追加する間、既存の PV インバーターをそのまま使用できます。 |
| 新しい C&L ソーラー + ストレージ | 両方のアーキテクチャを比較する | 設計では、PV の直接充電、柔軟なグリッド充電、独立した運用、将来の拡張のバランスを取る必要があります。 |
| 電力会社-規模の共同-設置型 PV + BESS | 両方のオプションをモデル化する | クリッピング回復、POI 制限、共有インバーター容量、派遣戦略、プロジェクトの経済性によって結果が変わる可能性があります |
これらは出発点であり、最終的な推奨事項ではありません。変圧器の容量、送電網の制限、運用戦略、将来の拡張によって、アーキテクチャの選択が変わる可能性があります。
アーキテクチャの選択前に必要なプロジェクト情報
5 段階のフレームワークにより、方向性を絞ることができます。-ただし、最終的なアーキテクチャの推奨事項には、依然としてプロジェクト固有のデータが必要です。{2}
| 情報カテゴリー | 提供する詳細情報 |
| プロジェクトの種類 | 新しいプロジェクトまたは既存の PV の改修 |
| 太陽光発電システム | PV容量、DC/AC比、インバーター型式 |
| BESS目標 | 必要電力、エネルギー容量、放電時間 |
| エネルギー戦略 | 主な充電ソース、動作モード、バックアップ要件 |
| 系統接続 | 系統電圧、POl、インポート/エクスポート制限 |
| 既存設備 | 変圧器、開閉装置、保護システム、および利用可能な容量 |
| 電気文書 | 既存または提案されている単線図- |
| 将来の要件 | 拡張計画、適用される標準、グリッド サービスの目標{0}} |
これらの詳細は、最初のアーキテクチャの方向性が技術的に実用的かどうかを判断するのに役立ちます。これらがなければ、AC 結合と DC 結合の一般的な違いは説明できますが、責任ある最終的な推奨事項を作成することはできません。
アーキテクチャが最終決定される前に、3 つの共通の前提条件も検討する必要があります。
間違った選択につながる可能性のある 3 つの思い込み
必要なプロジェクト データがある場合でも、いくつかの一般的な仮定によってアーキテクチャの決定が歪められる可能性があります。
「DC カップリングは常に効率的です」
DC 結合により、PV{0}} から-バッテリーへの経路に沿った変換損失を削減できますが、全体の効率は動作モード、測定境界、補助消費量にも依存します。コンバージョン パスが短くても、必ずしもプロジェクトの価値が高くなるとは限りません。
「コンポーネントが少ないほどプロジェクトコストは常に低くなります」
インバータを共有することで機器の重複を減らすことができますが、プロジェクトの総コストには、DC/DC 変換、保護、制御、試運転、および将来の修正コストも含まれます。初期の機器数が少ないと、後で動作制限や拡張制限が厳しくなる可能性があります。
「AC カップリングは既存の太陽光発電プロジェクトのみに適用されます」
AC カップリングは改造では一般的ですが、柔軟なグリッド充電、独立したディスパッチ、またはモジュール式の拡張を必要とする新しいプロジェクトにも対応できます。プロジェクトの段階は多くの要素のうちの 1 つです。-これだけでアーキテクチャが決まるわけではありません。
比較すると、どちらのアーキテクチャも 1 つの利点だけで選択すべきではないことがわかります。
AC カップリングは一般に、より独立性とモジュール性を提供します。 DC 結合により、PV- から-バッテリーまでの経路が短縮され、クリップされたエネルギーや共有相互接続容量を有効に活用できます。
正しい選択は、開始点、エネルギー経路、動作要件、送電網接続、拡張計画など、プロジェクトの全体像から導き出されます。アーキテクチャが最終決定される前に、これら 5 つの要素を一緒に評価する必要があります。
太陽光発電 + 蓄電プロジェクトを計画していますか?
プロジェクト要件を共有するポリノベルの技術チーム。