微型逆變器交流耦合至混合逆變器，加裝儲能電池與停電備用

微型逆變器與混合逆變器為何需要配合使用

微型逆變器在屋頂上將每塊組件的直流電轉換為交流電，因此直流電只存在於組件與其微型逆變器 （開啟外部網站）之間的短引線上，遠低於快速關斷規定在陣列邊界內容許的 80 V。電網斷電或關斷開關斷開時，併網微型逆變器即停止向輸出端供電，離開陣列的導線不再帶電。這正是微型逆變器系統無須另設關斷裝置即可符合 NEC 690.12 的原因。有關規範沿革及運作原理，請參閱我們的紐約屋頂退縮距離與快速關斷指南及逆變器安全功能運作原理。

限制在業主希望加裝儲能時出現。微型逆變器品牌自家的備用系統只在該品牌體系內運作：根據 Enphase 的相容性資料 （開啟外部網站），Enphase 的備用功能使用其自家系統控制器及 IQ 電池；而無須電池、在停電時仍可利用日照發電的 Sunlight Backup，則須配用 IQ8 或 IQ9 微型逆變器。業主若需要更大容量的電池、其他品牌的電池，或日後可與電動車整合的系統，往往會改為考慮開放式混合逆變器。

混合逆變器結合了電池逆變器與太陽能逆變器，一般透過自身的 MPPT 輸入直接連接太陽能板；最大功率點追蹤（MPPT） （開啟外部網站）會調整每組串的工作電壓，以取得最大功率。現有的微型逆變器陣列以交流耦合方式接入後，這些輸入便會閒置，除非日後再加裝太陽能板。Sol-Ark 的《交流耦合住宅指南》 （開啟外部網站）指出，為現有逆變器進行改裝是交流耦合最常見的用途，並說明此方式可保留組件級監控。我們的現有太陽能加裝電池指南比較了此方案與同品牌電池及 Powerwall 3；本文則說明耦合後系統的運作方式。

跟隨電網與建立電網

併網微型逆變器屬於跟隨電網（grid following）型：它量度端子上的電壓與頻率，與之同步後注入電流。沒有電網可跟隨時，它無法啟動；而 IEEE 1547-2018 規定的防孤島保護，會令它在出現非計劃孤島 （開啟外部網站）後 2 秒內停止供電。所謂孤島，是指電力公司供電中斷後仍然帶電的一段電網。

以電池運行的混合逆變器屬於建立電網（grid forming）型：它像電力公司一樣自行設定電壓與頻率。電網故障時，混合逆變器打開內部轉換繼電器，使住宅與電力公司隔離，並向備用迴路供電。接在其發電機端口或交流耦合端口上的微型逆變器隨即偵測到穩定的電源，完成自身的重新併網檢查後恢復發電。整個過程中電力公司線路一直保持隔離，因此這個孤島是計劃內的，並局限於住宅之內。逆變器型電源（Inverter-based resource） （開啟外部網站）條目以較一般的方式介紹這兩種控制模式。

Sol-Ark 規定所有交流耦合電源必須符合 UL 1741、UL 1741 SA 或 UL 1741 SB，因為符合這些標準，耦合電源才會把 Sol-Ark 視為建立電網的電源，並在 Sol-Ark 限發時斷開。同一指南亦列明，耦合電源接在發電機端子上時，轉換時間為 5 ms。

以頻率偏移及頻率-功率響應限制發電

停電期間，負載用不完的太陽能只有一個去處：電池。電池接近充滿時必須減少發電，但混合逆變器通常與微型逆變器之間沒有數據連接，因此改以本地電網的頻率 （開啟外部網站）作為訊號。Enphase 與 Victron 的技術簡報 （開啟外部網站）指出，頻率偏移是大多數電池逆變器控制太陽能功率的方法。

微型逆變器一方的響應稱為頻率-功率（frequency-watt），亦稱頻率下垂：頻率超出一個小死區後，逆變器按頻率升幅成比例降低輸出；超過過頻跳脫設定值則斷開。IEEE 1547-2018 （開啟外部網站） 將頻率-功率列為必備功能，UL 1741 SB 則按此測試逆變器。

新英格蘭地區提交予紐約州併網工作小組的電力公司設定文件，列明 Category III 預設值 （開啟外部網站）為 0.036 Hz 死區、5% 下垂及 5 秒開環響應時間，並註明頻率-功率不得關閉；過頻跳脫設定為 61.2 Hz 持續 300 秒及 62.0 Hz 持續 0.16 秒。5% 下垂的意思是，超出死區後，頻率上升額定值的 5%（60 Hz 系統即 3 Hz）時，輸出由滿載降至零。

Sol-Ark 明確表示，它只能開啟或關閉交流耦合電源，無法調節其輸出，並建議離網時在電池電量（SOC）達 90% 時關閉耦合電源、降至 60% 時重新開啟。該公司亦建議以交流耦合電力只充至約 95%，因為充至 100% 有過充風險；充滿電應由直流耦合的太陽能板完成。

微型逆變器的電網參數設定

電網參數設定（grid profile）是逆變器所採用的一整套跳脫限值、穿越時間及電網支援功能。電網正常時，混合逆變器將輸入端直接連通輸出端，因此微型逆變器看到的就是電力公司電網本身。Enphase 與 Victron 的簡報清楚說明其後果：微型逆變器必須完全符合當地電網規範並採用合規的參數設定，如電網營運商要求，還須加裝 IQ Relay。在紐約，《標準化併網要求》 （開啟外部網站）規定設備須通過包括 Supplement SB 在內的 UL 1741 認證，並採用電力公司的設定。

混合逆變器本身的參數亦須設定正確。Sol-Ark 指出，啟用交流耦合前必須先設定電網類型，因為它決定防孤島行為及頻率偏移的上下限；設定錯誤可能導致控制失當、誤跳脫，或不符合電力公司及安全標準。

實際要點是：為備用運行而選定的限發頻率，必須落在電力公司參數設定容許的範圍之內，而且不應為方便耦合而把微型逆變器改離電力公司的參數設定。已併網系統若要更改運行模式，例如容許電池向電網輸電，須向電力公司重新提出申請。

北美以外地區的同類設計以 50 Hz 運行。Enphase 簡報列出 EN 50549-1、VDE-AR-N 4105 及英國 G98、G99 等電網規範，各國的頻率偏移起始點為 50.2 至 50.5 Hz，斷開點為 51.5 至 52.0 Hz。

以 Factor 1.0 規則確定容量

Victron 的 Factor 1.0 規則 （開啟外部網站）規定，太陽能最大功率必須等於或低於逆變充電器在 25 °C 時的連續輸出功率。原因在於時間差：太陽能滿載發電時若有大型負載突然關閉，微型逆變器會在頻率升高之前繼續發電，這段時間內所有多餘電力只能流入電池。電池接近充滿時，由此產生的電壓突升可能令電池逆變器跳脫或損壞設備。

Victron 的例子包括額定連續輸出 2,400 W 的 MultiPlus-II 48/3000，可接 2,400 W 耦合太陽能；以及額定 6,400 W 的 Quattro 48/8000。計算時取陣列峰值輸出與太陽能逆變器總額定值兩者中較低者。Enphase 簡報則按逆變充電器的 VA 額定值表述這項規則，容許 8,000 VA 的 Quattro 接駁最多 8,000 W 的微型逆變器，即不超過 21 台 IQ7A 或 27 台 IQ7+；Victron 本身就該型號列出的 6,400 W 是較保守的上限。Victron 亦規定，每 1.5 kWp 交流耦合太陽能最少須配 4.8 kWh 鋰電池。

Powerwall 3 的數據來自 Tesla 的交流耦合容量設計指南 （開啟外部網站）。其他品牌應以廠商安裝手冊所列上限為準，網上論壇的數字不能代替。

陣列接入位置：發電機端口、電網側與匯流排

Sol-Ark 列出三種接入位置。發電機（GEN）端子是其建議方式：可保留大部分逆變器功能，停電時耦合陣列繼續運行，發電量亦會顯示在監控平台上，但必須配備電池。在電網側耦合則無須電池，但須加裝外置電流互感器，讓逆變器量度輸出電量；而電網故障時，耦合陣列會停止運行。負載側耦合不獲支援。

Sol-Ark 有兩項限制在實際工程中特別重要。其住宅型號的 GEN 端子只接受 120/240 V 分相電源，因此採用 120/208 V 三相供電的住宅必須在電網側耦合。此外，如系統另設備用發電機，由於 GEN 端子已接上微型逆變器，發電機必須接在電網側，並可能須配合自動轉換開關；耦合電力存在時，逆變器不會接受發電機輸入。

配電箱亦須能承受混合逆變器的輸出。根據 NEC 705.12 的匯流排規定，即常說的 120% 規則 （開啟外部網站）：當逆變器斷路器裝在匯流排上與總開關相對的一端時，逆變器連續輸出電流的 125% 加上總開關額定值，不得超過匯流排額定值的 120%。以 200 A 匯流排配 200 A 總開關為例，餘量為 40 A，相當於 32 A 的逆變器。混合逆變器應以哪個電流計算（包括任何直通電流），須按廠商的併網指引及電工的設計確定，而各版 NEC 的條文編號亦有不同。配電箱無法承受時，可考慮在供電側接入，或進行配電箱升級。

設計前須釐清的限制與問題

• 向電網輸電：Sol-Ark 表示，只有交流耦合太陽能時，即使關閉 Grid Sell，電力仍可能回送電網，因此不建議在不准輸電的情況下採用交流耦合。這對於簽訂不輸電併網協議的系統尤為重要。
• 離網恢復：電網中斷時若電池停機，微型逆變器無法為其充電，因為它們需要由混合逆變器建立的電網。Victron 因此規定離網及長時間備用系統須配備直流耦合太陽能充電器；Sol-Ark 亦不建議以單純交流耦合作為長期離網方案。
• 效率：儲存的太陽能先在屋頂由直流轉為交流，再轉回直流存入電池，供負載時又轉為交流，因此交流耦合的能量損耗略高於直流耦合。
• 舊款微型逆變器：只通過 UL 1741（Supplement SA 之前）認證的設備可能直接跳脫而非逐步降低輸出，令太陽能反覆開關。Enphase 表示，配合其 IQ 電池使用而電力公司要求 IEEE 1547-2018 時，M 系列微型逆變器必須更換為 IQ7、IQ8 或 IQ9 系列。
• 廠商立場：Enphase 發表了一份 2023 年 5 月的歐洲技術簡報，說明 IQ 微型逆變器與 Victron 電池逆變器的耦合。我們未找到 Enphase 現行的美國文件認可 IQ8 配用第三方電池逆變器，因此設計前應向微型逆變器廠商確認其書面立場及保養條款。
• 監控：混合逆變器與微型逆變器透過不同系統回報數據。我們的以 RS485 及 Modbus 實現開放式太陽能監控指南說明如何在本地讀取兩者的數據。

為何這是合規的方案

此設計的每個部件都可以取得認證：通過 UL 1741 SB 認證的微型逆變器、通過 UL 1741 SB 認證的混合逆變器，以及與該逆變器一同列為 UL 9540 儲能系統的電池。由於設備均經認證，設定亦符合電力公司要求，系統可按正常程序審批：在紐約市，須申領 DOB 許可證及電力工程許可證，電池須持有 FDNY 認可證書（Certificate of Approval）並安裝在合規位置，加裝儲能亦須向電力公司提交 Appendix K 申請。我們的電池加裝指南列出了紐約市的安裝位置規定。電力工程由合作的持牌電工施工。

同一台混合逆變器日後亦可在有認證方案時（例如認證的雙向充電器）作為整合電動車的核心。我們在以電動車電池配合混合逆變器及退役電動車電池用作家居儲能兩篇指南中討論的電動車電池與家用逆變器之間的自製介面，技術上可行，但一般不屬於 NEC、UL 認證要求、電力公司併網規定或紐約市消防法規下的認證或核准系統，而且往往不獲准許。這類介面可能令車輛、電池及逆變器的保養失效，並影響保險；高壓直流電可致命，鋰離子電池亦可能起火。進行任何此類項目之前，請諮詢主管部門、電力公司、各廠商及持牌專業人員。

預留儲能能力的系統亦有其公共效益。PSEG Long Island 的 Battery Storage Rewards 計劃 （開啟外部網站）形容，參與計劃的家用電池組成一個網絡，在炎熱夏日共同紓緩電網負荷，報酬由第三方聚合商訂定。家居儲能以至日後的車輛儲能，亦可吸收原本會被限發的中午太陽能，並在停電時為住宅供電，代價是轉換損耗、電池損耗及設備成本。認證產品、標準設定及有文件記載的介面，才能令這種貢獻安全而常態化；電動車電池指南對此有完整論述。