Integrarea solară: elemente de bază ale invertoarelor și serviciilor de rețea

CE SUNT INVERTOARELE?

Un invertor este una dintre cele mai importante echipamente dintr-un sistem de energie solară. Este un dispozitiv care convertește electricitatea de curent continuu (DC), care este ceea ce o generează un panou solar, în electricitate de curent alternativ (AC), pe care o folosește rețeaua electrică. În curent continuu, electricitatea este menținută la tensiune constantă într-o direcție. În curent alternativ, electricitatea circulă în ambele direcții în circuit pe măsură ce tensiunea se schimbă de la pozitiv la negativ. Invertoarele sunt doar un exemplu de clasă de dispozitive numiteelectronica de putere that regulate the flow of electrical power.

În mod fundamental, un invertor realizează conversia DC-la-AC prin comutarea direcției unei intrări DC înainte și înapoi foarte rapid. Ca rezultat, o intrare DC devine o ieșire AC. În plus, filtrele și alte dispozitive electronice pot fi folosite pentru a produce o tensiune care variază ca o undă sinusoidală curată, repetată, care poate fi injectată în rețeaua electrică. Unda sinusoidală este o formă sau un model pe care tensiunea îl face în timp și este modelul de putere pe care rețeaua îl poate folosi fără a deteriora echipamentele electrice, care este construită pentru a funcționa la anumite frecvențe și tensiuni.

Primele invertoare au fost create în secolul al XIX-lea și au fost mecanice. Un motor care se învârte, de exemplu, ar fi folosit pentru a schimba continuu dacă sursa de curent continuu a fost conectată înainte sau înapoi. Astăzi facem comutatoare electrice din tranzistoare, dispozitive cu stare solidă fără părți mobile. Tranzistoarele sunt fabricate din materiale semiconductoare precum siliciul sau arseniura de galiu. Ele controlează fluxul de electricitate ca răspuns la semnalele electrice din exterior.

Dacă aveți un sistem solar de uz casnic, invertorul dumneavoastră probabil îndeplinește mai multe funcții. Pe lângă convertirea energiei solare în curent alternativ, acesta poate monitoriza sistemul și poate oferi un portal pentru comunicarea cu rețelele de calculatoare. Sistemele de stocare a bateriei Solar-plus se bazează pe invertoare avansate pentru a funcționa fără niciun suport din partea rețelei în caz de întrerupere, dacă sunt proiectate pentru a face acest lucru.

CĂTRE O GRĂ BAZATĂ PE INVERTOR

Din punct de vedere istoric, energia electrică a fost generată în principal prin arderea unui combustibil și crearea de abur, care apoi învârte un generator cu turbină, care creează electricitate. Mișcarea acestor generatoare produce curent alternativ pe măsură ce dispozitivul se rotește, care stabilește, de asemenea, frecvența sau de câte ori se repetă unda sinusoidală. Frecvența puterii este un indicator important pentru monitorizarea stării de sănătate a rețelei electrice. De exemplu, dacă există prea multă sarcină – prea multe dispozitive care consumă energie – atunci energia este eliminată din rețea mai repede decât poate fi furnizată. Ca urmare, turbinele vor încetini și frecvența AC va scădea. Deoarece turbinele sunt obiecte masive care se rotesc, ele rezistă la schimbările de frecvență la fel cum toate obiectele rezistă la schimbările în mișcarea lor, o proprietate cunoscută sub numele de inerție.

Pe măsură ce mai multe sisteme solare sunt adăugate la rețea, mai multe invertoare sunt conectate la rețea decât oricând. Generarea pe bază de invertor poate produce energie la orice frecvență și nu are aceleași proprietăți inerțiale ca generarea pe bază de abur, deoarece nu este implicată nicio turbină. Ca urmare, trecerea la o rețea electrică cu mai multe invertoare necesită construirea de invertoare mai inteligente care să poată răspunde la schimbările de frecvență și la alte întreruperi care apar în timpul funcționării rețelei și să ajute la stabilizarea rețelei împotriva acestor întreruperi.

SERVICII DE GRID SI INVERTOARE

Operatorii de rețea gestionează oferta și cererea de energie electrică în sistemul electric prin furnizarea unei game de servicii de rețea. Serviciile de rețea sunt activități pe care operatorii de rețea le efectuează pentru a menține echilibrul la nivelul întregului sistem și pentru a gestiona mai bine transportul de energie electrică.

Atunci când rețeaua încetează să se comporte conform așteptărilor, ca atunci când există abateri de tensiune sau frecvență, invertoarele inteligente pot răspunde în diferite moduri. În general, standardul pentru invertoarele mici, cum ar fi cele atașate la un sistem solar de uz casnic, este să rămână aprinse în timpul sau „călătoriți prin” întreruperi mici de tensiune sau frecvență și dacă întreruperea durează mult timp sau este mai mari decât în ​​mod normal, se vor deconecta de la rețea și se vor opri. Răspunsul în frecvență este deosebit de important, deoarece o scădere a frecvenței este asociată cu generarea oprită în mod neașteptat. Ca răspuns la o schimbare a frecvenței, invertoarele sunt configurate să își modifice puterea de ieșire pentru a restabili frecvența standard. Resursele bazate pe invertor pot răspunde, de asemenea, la semnalele de la un operator pentru a-și modifica puterea de ieșire pe măsură ce alte oferte și cereri de pe sistemul electric fluctuează, un serviciu de rețea cunoscut sub numele de control automat al generării. Pentru a furniza servicii de rețea, invertoarele trebuie să aibă surse de energie pe care să le poată controla. Aceasta ar putea fi fie generare, cum ar fi un panou solar care produce curent electricitate, fie stocare, cum ar fi un sistem de baterii care poate fi folosit pentru a furniza energie care a fost stocată anterior.

Un alt serviciu de rețea pe care îl pot furniza unele invertoare avansate este formarea rețelei. Invertoarele care formează rețea pot porni o rețea dacă aceasta scade – un proces cunoscut sub numele de pornire neagră. Invertoarele tradiționale „în urma rețelei” necesită un semnal exterior de la rețeaua electrică pentru a determina când va avea loc comutarea pentru a produce o undă sinusoidală care poate fi injectată în rețeaua electrică. În aceste sisteme, puterea de la rețea oferă un semnal pe care invertorul încearcă să-l potrivească. Invertoarele de formare a rețelei mai avansate pot genera singuri semnalul. De exemplu, o rețea de panouri solare mici ar putea desemna unul dintre invertoarele sale să funcționeze în modul de formare a rețelei, în timp ce restul îi urmează exemplul, ca partenerii de dans, formând o rețea stabilă fără generare pe bază de turbină.

Puterea reactivă este unul dintre cele mai importante servicii de rețea pe care le pot oferi invertoarele. Pe rețea, tensiunea – forța care împinge sarcina electrică – se schimbă mereu înainte și înapoi, la fel și curentul – mișcarea sarcinii electrice. Puterea electrică este maximizată atunci când tensiunea și curentul sunt sincronizate. Cu toate acestea, pot exista momente în care tensiunea și curentul au întârzieri între cele două modele alternative, cum ar fi atunci când un motor funcționează. Dacă nu sunt sincronizate, o parte din puterea care curge prin circuit nu poate fi absorbită de dispozitivele conectate, ceea ce duce la o pierdere a eficienței. Va fi necesară mai multă putere totală pentru a crea aceeași cantitate de „putere reală” – puterea pe care o poate absorbi încărcăturile. Pentru a contracara acest lucru, utilitățile furnizează putere reactivă, ceea ce readuce tensiunea și curentul din nou sincronizate și face electricitatea mai ușor de consumat. Această putere reactivă nu este folosită în sine, ci mai degrabă face utilă alte puteri. Invertoarele moderne pot furniza și absorb puterea reactivă pentru a ajuta rețelele să echilibreze această resursă importantă. În plus, deoarece puterea reactivă este dificil de transportat pe distanțe lungi, resursele de energie distribuite precum solarul de pe acoperiș sunt surse deosebit de utile de putere reactivă.

TIPURI DE INVERTOARE

Există mai multe tipuri de invertoare care pot fi instalate ca parte a unui sistem solar. Într-o fabrică de utilități la scară mare sau într-un proiect solar comunitar de scară medie, fiecare panou solar poate fi atașat la un singurinvertor central. Şir inverters connect a set of panels—a string—to one inverter. That inverter converts the power produced by the entire string to AC. Although cost-effective, this setup results in reduced power production on the string if any individual panel experiences issues, such as shading. Microinvertoare are smaller inverters placed on every panel. With a microinverter, shading or damage to one panel will not affect the power that can be drawn from the others, but microinverters can be more expensive. Both types of inverters might be assisted by a system that controls how the solar system interacts with attached battery storage. Solar can charge the battery directly over DC or after a conversion to AC.