ソーラーエアコンはどのように機能しますか? PV、DCインバーター、ハイブリッド電源の説明

太陽がパネルに当たると実際に何が起こるか

ソーラーエアコンは太陽光を利用して冷媒を直接冷却しないため、動作を開始するためにバッテリーバンクを必要としません。太陽光発電アレイから直流電流を受け取り、それを可変速コンプレッサー内の制御された回転運動に変換し、その動きを 1 秒間に何度も調整して、冷却出力がその瞬間に利用可能な太陽光に追従するようにします。コントローラー、インバーターブリッジ、電子膨張弁、室外ファンはすべて、その 1 つのエネルギー伝達をサポートするために存在します。

現場で観察される行動のほとんどは 3 つの事実で説明されます。まず、太陽光発電モジュールは DC を生成し、DC インバーター コンプレッサーは DC 負荷であるため、従来の商用電源ユニットが実行する中間変換ステップが部分的に削除されます。次に、コンプレッサーは電力の大部分を消費する唯一のコンポーネントです。通常、ファンと制御ボードを合わせても定格入力の 10% 未満しか消費しません。そのため、コンプレッサーのアーキテクチャがシステム全体の動作を決定します。第三に、太陽光は断続的であるため、すべての実用的な設計には、雲と夕方の時間を埋めるための 2 番目の電源、貯蔵バッファー、または熱質量戦略のいずれかが含まれています。

雲がアレイを覆うと、PV 出力は数秒以内に 60% 以上低下する可能性があります。 2.8 kW の冷却能力で動作していたユニットは、定格 DC 入力の 40 パーセントしかない場合があります。次に何が起こるかによって、成熟した設計と研究室のプロトタイプが区別されます。適切に適合したコントローラーは、電圧不足でトリップして再起動するのではなく、コンプレッサーの周波数をスムーズに下げて蒸発器を氷点下に保ち、室内を快適に保ちます。

実際の結果として、ソーラー エアコンはオン/オフ スイッチというよりも、調光可能なランプのように動作します。出力はフルパワーとゼロの間を切り替えるのではなく、利用可能なエネルギーに応じて調整されます。これがまさに、インバーター制御が住宅用室外機に組み込めるほど安価になってから、この技術が実現可能になった理由です。

段階ごとの 4 段階の電力パス

6 kW の屋上アレイから 12,000BTU の屋内ユニットまでのエネルギーを追跡すると、4 つの異なる段階を通過します。各段階には独自の効率損失と障害の兆候があるため、サービス技術者は症状だけからどの段階のパフォーマンスが低下しているかを特定できる必要があります。

バッテリーを使用する場合、バッテリーがどこに配置されるかに注意してください。ステージ 2 の後、DC バス上です。バッテリーを取り外してもバスを管理する必要がなくなるわけではありません。そのため、バッテリーレスハイブリッドユニットのコントローラーは、オフグリッド電力システムの充電コントローラーよりも大きな責任を負います。

DC、AC、ハイブリッド: 3 つのアーキテクチャの比較

壁掛け型電池不要ソーラーハイブリッドエアコン MPPTブースターとインバーターを内蔵したバッテリー不要の壁掛けスプリットシステムで、太陽光とグリッド電力をブレンドしてDCインバーターの冷却と加熱を行います。 製品を見る→

バイヤーは、3 つの異なる製品を 1 つの名前で混同することがよくあります。これらは交換可能ではなく、間違ったものを指定することは、このカテゴリで最も重大な間違いとなります。

ハイブリッド ACDC カテゴリは、現在住宅需要のほとんどが占めているカテゴリーです。なぜなら、それは購入者が実際に尋ねる質問、つまり夜間やモンスーン雲の 1 週間の間に何が起こるのか? に答えるためです。その答えは、このユニットは従来のインバーターエアコンと同じ効率で主電源で動作し、アレイ電圧が回復するとすぐに太陽光優先に戻るということです。手動による切り替えや乗員の介入はありません。

スイッチング ロジックは仕様の際に精査する価値があります。堅牢な設計により、DC バス電圧、アレイ電流、コンプレッサーの需要を同時に監視し、ソースをブレンドするか完全に移行するかを決定します。 DC が固定しきい値を下回るたびに単純に AC に低下するユニットは、曇りの日には電源間で発振し、各遷移がコンタクタとインバータ ブリッジにストレスを与えます。ソースを変更する前のヒステリシス バンドと最小滞留時間を尋ねてください。これら 2 つの数値は、パンフレットのどの記載よりも長期信頼性を正確に予測するためです。

AC フォールバック回路のサイジングは簡単ですが、無視されがちです。ユニットが主電源の定格冷却時に 1.6 kW を消費する場合、回路のサイズは、太陽光発電による日中の平均消費量の低下ではなく、連続負荷と起動許容誤差を考慮して設計する必要があります。 「太陽がほとんどの仕事をする」という理由でAC給電を過少にすると、雨季に迷惑な旅行が発生します。

コンプレッサーがすべてである理由

同じ排気量を持つ 2 つのコンプレッサーが、ソーラーバス上ではまったく異なる動作をする可能性があります。違いはモーターの駆動方法にあります。

従来の固定速度コンプレッサーは、ライン全体で始動し、ほんの一瞬の間に 5 ～ 7 倍の運転電流を消費します。短絡電流が制限されている PV アレイでは、その突入電流によってバス電圧が低下し、ドライブがトリップします。代わりに、DC インバーター コンプレッサーがランプを使用し、15 Hz 付近で開始し、利用可能な電力が許す限りの速度で上昇します。これは改良ではありません。それはバッテリーレスの太陽冷却を可能にする条件です。

速度範囲の下限では、制御方式が重要になります。 180 度の正弦波整流では、各相の電流が滑らかな正弦波に従うため、エアギャップ磁束は均一に回転し、トルクは各電気サイクルを通じてほぼ一定に保たれます。古い 120 度方式では、通電されていない相が 60 度浮いたままとなり、ソーラー ユニットがその動作寿命の多くを費やす正確に 20 ～ 30 Hz の振動として現れるトルクの低下が発生します。振動はベアリングの摩耗を促進し、チューブの接合部を緩めるため、制御の詳細はメンテナンスに直接影響します。

低負荷動作でのフィールド測定がその要点を示しています。 900 W のアレイ出力で 22 Hz で動作する 12,000 BTU のハイブリッド ユニットは、周囲温度よりわずか 6 °C 高い凝縮温度で約 1.1 kW の冷却を実現しました。主電源で 60 Hz にステップアップする同じユニットは、周囲温度より 14 °C 高い凝縮温度で 3.4 kW の冷却を実現しました。低速で揚力を下げることは測定のコツではありません。これは、負荷に合わせた容量に対する熱力学的報酬です。

保護行動によって全体像が完成します。 3 つの制限が支配的です。それを下回るとドライブが変調を停止する最小 DC バス電圧、周波数の低下を強制する最大吐出温度、およびコンプレッサーが過度に長時間にわたって低速で動作することを防ぐ最小オイル戻り周波数です。適切に設計されたファームウェアは 3 つすべてのバランスをとります。そのため、制御ロジックを作成した人によって、同じハードウェアがスムーズに感じられる場合もあれば、不安定に感じられる場合もあります。

サイジング: ソーラーエアコンに実際に必要な PV 量

定格冷却能力ではなく、定格入力電力から始めてください。 12,000 BTU のハイブリッド ユニットは通常、定格条件で 1.0 ～ 1.4 kW を消費します。これを現実的なモジュール歩留まりで割って、誰も議論したくない 2 つの損失、つまり高いモジュール温度と非理想的な傾きに対するマージンを追加します。

ほとんどの緯度で実行可能な計画数値は、実際の正午の出力としてのネームプレート アレイ容量の 75 ～ 80 パーセントです。したがって、1.2 kW の負荷が太陽正午頃にフルスピードで継続的に動作するには、およそ 1.5 ～ 1.6 kWp のアレイが必要です。ユニットが調整するため、アレイが小さくても、1 日のより長い時間にわたって有用な冷却を実現します。

3 つのサイト変数により、どの仕様書よりもこれらの数値が大きく変化します。傾きと方位角が最も大きくなります。屋根が理想的な方位角から 40 度離れて面していると、1 日あたりの収量が 10 ～ 15 パーセント失われる可能性があります。乾燥した気候では粉塵や汚れのコストが 3 ～ 8% かかり、建設活動の近くではさらに大幅に高くなります。ストリングの長さが 25 メートルを超える場合、ケーブルとコネクタの損失がさらに 2 ～ 3% 増加します。

室内ユニットのファンを忘れないでください。ほとんどのハイブリッド設計では主電源で動作し続け、30 ～ 60 W を消費します。これは小さな数字ですが、これが、システムが監視ダッシュボード上で「正午でもグリッド電力を使用している」ように見える理由です。

だまされずに効率の数値を読み取る

吸着システムと乾燥システムは、電気ではなく太陽熱を使用する全く異なる技術であり、別の話に属します。現在販売されている製品の圧倒的多数は太陽光発電による蒸気圧縮ユニットであり、他のエアコンと同じ基準で評価されています。

季節効率の評価は、1 年全体の天候を 1 つの数値に圧縮するものであり、太陽光発電ユニットが動作する正確な条件について誤解を招きます。穏やかな気候のビンで得られた高い季節評価は、容量損失とコンプレッサー電流の両方がピークとなる 46℃ の午後についてはほとんどわかりません。

• 標準の 35 C テストポイントだけでなく、43 C または 46 C での定格容量を確認してください。 5 ～ 10% の低下は正常です。 25% の出力低下は、コンデンサーのサイズが小さすぎることを示します。
• 部分負荷時の成績係数を比較します。ほとんどの太陽光発電時間は 30 ～ 70% の容量で費やされるため、これが最適化する価値のある動作領域です。
• 冷媒を確認してください。 R32 と R410A は壁掛け式ハイブリッド製品を支配していますが、R290 は厳しい充電制限を備えたモノブロック ヒート ポンプに使用されています。冷媒の選択は、効率だけでなく、サービスの物流や将来の可用性にも影響します。
• コンプレッサーの周波数範囲と最小冷却出力を問い合わせてください。公称電力の 30% を下回れないユニットは、負荷の軽い午後にサイクルすることになり、太陽光発電の利点が無駄になります。

4 つのインストール プロファイルとそれぞれの要件

軽業務用ソーラーカセットエアコン DC コンプレッサー、4 方向エアフロー、Wi-Fi モニタリングを備えた太陽光発電とグリッド電力を使用する、軽商業スペース向けの天井取り付けカセット ユニット。 製品を見る→

同じ製品ファミリーでも、インストールされている場所に応じて動作が異なります。これら 4 つのプロファイルは、メーカーのテクニカル デスクに届く問い合わせのほとんどをカバーします。

低温ソーラーハイブリッドAC/DCエアコン 強化された蒸気注入と自動 AC/DC 切り替えを備えたハイブリッド R32 ソーラー エアコンで、寒冷地での信頼性の高い暖房と冷房を目的としています。 製品を見る→

当社の生産の歴史では、第 3 世代から第 4 世代のソーラー ユニットへの移行は、ハードウェアではなくファームウェアを制御することになりました。 2007 年の 180 度正弦波 DC インバーター コントローラーの開発により、エンジニアリング チームにアルゴリズムのベースが与えられ、後にバッテリー バッファーなしで太陽光入力を主電源とブレンドできるようになりました。このプラットフォームで構築されたユニットは、2020 年以降、周囲温度が日常的に 45 度を超える南アジア、中東、オーストラリアの市場を含む 20 か国以上に出荷されています。

製造公差はこの段階で明らかになります。ユニット間のインバーター モジュールのキャリブレーションの 2% の差異は、現場での低照度での動作の顕著な違いにつながります。そのため、シミュレートされた部分シェーディング下でのライン終了テストがカタログの許容値よりも重要になります。製造およびテストプロセスの詳細は、 会社概要ページ .

故障モード、メンテナンス、および費用がかかる間違い

ソーラーエアコンは新しい方法で故障することはありません。これらは通常の方法で失敗しますが、不安定な DC 入力と PV 側を後回しに扱う設置業者という 2 つの要因によって加速されます。

1. クラウド過渡現象中の不足電圧トリップ。通常は、構成された最小バス電圧に対してアレイが小さすぎるか、サイズが小さい DC ケーブルが電圧降下を追加することが原因で発生します。解決策: 標準のテスト条件ではなく、セル温度 70℃ でストリング電圧を再計算します。
2. 曇りの日はソースを頻繁に切り替えます。症状はコンタクタのチャタリングと短いコンプレッサーの再起動です。解決策: ヒステリシス帯域を増やし、コントローラー パラメーターの最小滞留時間を強制します。
3. きれいなフィルターと通常の冷媒充填により冷却が軽減されます。多くの場合、コンデンサーの汚れと周囲温度の高さが組み合わさり、放電温度がディレートしきい値を超えてしまうため、ドライブが周波数を制限します。解決策: コイルの清掃スケジュールとファン ブレードのピッチを確認します。
4. コンプレッサー速度が低いときに異音が発生する。残留トルク リップルによって励起されたチューブの振動、または絶縁グロメットを失った取り付けブラケットが原因であることがよくあります。解決策: 制御スキームを確認し、パイプ クランプを検査します。
5. 屋根上のコネクタの早期故障。異種金属と、正しいトルクで圧着されていない接合部での熱サイクルが原因で発生します。

ソーラー ユニットの予防メンテナンスでは、従来のスケジュールに 2 つのタスクが追加されます。アレイの清掃は、地域の汚れ状況に従って行う必要があります。通常、ほこりの多い地域では 2 ～ 4 か月ごとに、温帯地域ではそれほど頻繁ではありません。 DC 絶縁とコネクタのトルクのチェックは年に一度の訪問で、理想的には冷房シーズン中ではなく、その前に行われます。

冷媒側のメンテナンスは変わりません。過熱と過冷却を確認し、膨張弁が負荷の変化に応答することを確認し、寒冷地での始動前にコンプレッサーのクランクケース ヒーターが機能していることを確認します。太陽光発電に特有の追加点の 1 つは、記録された周波数データの見直しです。夏の間ずっとコンプレッサーが 45 Hz を超えない場合は、アレイのサイズが小さすぎるか、ストリングのパフォーマンスが低下していることを示唆していますが、そのパターンは 1 回のサービス訪問では確認できません。

ご注文前の仕様チェックリスト

16 個のデータ ポイントによって、実行可能な仕様と期待できる仕様が区別されます。 「太陽光発電の利用」に関する口頭保証には技術的な内容が含まれていないため、書面で要求してください。

2 つの商業的な質問が同じリストに属します。お住まいの地域で予備のインバーター モジュールと制御ボードがどのように在庫されているか、ファームウェアのアップデート パスがどのようになっているかを尋ねてください。ソーラーエアコンは冷凍製品と同様にパワーエレクトロニクス製品であり、サポートモデルはそれを反映する必要があります。

よくある質問

ソーラーエアコンは夜でも作動しますか？

はい、ハイブリッドまたは系統接続モデルの場合は可能です。日没後、ユニットは主電源から電力を受け取り、従来のインバーターエアコンとまったく同じように同じ効率定格で動作します。オフグリッド DC モデルは、バッテリー バンクが充電を保持している間のみ動作を継続するため、夜間の動作はエアコン自体ではなくバッテリー容量の関数となります。

バッテリーなしでソーラーエアコンを作動させることはできますか?

はい。バッテリー不要の動作は、ハイブリッド ACDC ユニットの標準構成です。コンプレッサーは、利用可能なアレイ電力に合わせて速度を調整し、主電源が不足分を即座に補います。トレードオフは、冷却出力が一定に保たれるのではなく太陽光に従うことです。これは、ほとんどの住宅の日中の負荷には許容可能ですが、商業環境では計画する必要があります。

1.5トンのユニットにはソーラーパネルが何枚必要ですか?

定格条件で約 1.15 kW の電力を消費する 12,000 BTU のハイブリッド ユニットの場合、太陽正午のフルスピード動作では 1.5 kWp のアレイを計画し、最も暑い時間帯に出力の低下を受け入れる場合は約 1.0 kWp を計画します。通常、最初のケースは 4 つの 400 W モジュールでカバーされ、傾き、汚れ、ケーブル損失を考慮します。

送電網が停止してもエアコンは作動しますか?

ユニットがオフグリッド DC モデルである場合、またはハイブリッド設計に独立した AC 出力を備えた専用単独モードが含まれている場合のみ。標準的なハイブリッド ユニットは主電源と同期し、AC フォールバック パスに電源がないため、送電網がなくなると停止します。停止時の回復力が必要な購入者は、その要件を想定するのではなく、明示的に指定する必要があります。

太陽光発電側ではどのようなメンテナンスが必要ですか?

局所的な汚れに応じたモジュールの清掃（粉塵の多い気候では通常 2 ～ 4 か月ごと）に加えて、DC コネクタ、ケーブル グランドのシーリング、負荷時のストリング電圧を年に 1 回チェックします。冷凍側は従来のスケジュールに従い、コイルの洗浄、冷媒充填の検証、電気接続のトルク検査を行います。

ソーラーエアコンは高効率の従来型ユニットと比較して価値があるのでしょうか?

比較は日中の負荷プロファイルと料金体系によって異なります。太陽光発電ユニットは、冷却需要が強い日射量と一致するときにプレミアムを獲得します。これはまさに、従来のユニットが最も高い系統電力を必要とするときです。日中の料金が高く、冷却期間が長い市場では、通常、投資回収期間が同等の資本コストの蓄電池システムよりも短くなり、蓄電池の交換サイクルが完全に回避されます。

どの冷媒を指定すればよいですか?

R32 は、地球温暖化係数が低く、充電効率が良いため、現在、壁掛け型ハイブリッド ユニットの一般的な選択肢となっています。 R410A は依然として広く入手可能であり、サービス ネットワークによってよく理解されています。 R290 は、充電制限を遵守できるモノブロック ヒート ポンプ製品に使用されます。近くに誰も扱えない冷媒があると責任が生じるため、実際的な基準は現地のサービス能力です。

ソーラーエアコンは太陽熱冷却システムとどう違うのですか?

それらは異なるテクノロジーです。太陽熱冷却は、熱駆動の吸収または乾燥プロセスを使用しており、一般に、相当なコレクタ領域を備えた大規模な商業施設に適しています。光起電力蒸気圧縮ユニットは標準的な冷凍コンポーネントを使用し、住宅用の容量で利用可能で、主電源にシームレスにフォールバックできます。 500 平方メートル未満のほとんどの建物では、太陽光発電ルートの方が設置と維持が簡単です。

薄曇りの日には何が起こるでしょうか？

アレイの出力は急速に変動するため、コンプレッサーは停止するのではなく周波数を調整することで対応します。適切に調整されたコントローラーはヒステリシスを適用するため、ユニットは数秒ごとに電源を切り替えません。観察できる効果は、アレイのサイズが正しく、DC ケーブルのサイズが小さすぎない限り、一連のシャットダウンではなく、冷却出力の穏やかな変化です。

ソーラーエアコンは暖房も提供できますか?

はい。ハイブリッド モデルは逆サイクル ヒート ポンプとして動作し、肩の季節には暖房に太陽光発電を利用し、冬には主電源を使用します。低温バージョンでは、冷媒注入と改善された霜取り制御により動作範囲が約 -15℃ まで拡張され、同じユニットが単一季節ではなく通年にわたって使用できるようになります。

製品ファミリーをさらに詳しく比較する読者のために、技術ライブラリでカバーされています。 さまざまなタイプのソーラーエアコンがどのように機能するか 、ウィンドウ、カセット、マルチスプリット構成を含む。