Päikeseenergia integreerimine: inverterite ja võrguteenuste põhitõed

MIS ON INVERTERID?

Inverter on päikeseenergiasüsteemi üks olulisemaid seadmeid. See on seade, mis muundab alalisvoolu, mida päikesepaneel toodab, vahelduvvoolu elektriks, mida elektrivõrk kasutab. Alalisvoolus hoitakse elektrit konstantsel pingel ühes suunas. Vahelduvvoolus liigub elekter ahelas mõlemas suunas, kuna pinge muutub positiivsest negatiivseks. Inverterid on vaid üks näide seadmete klassist, mida nimetataksejõuelektroonika that regulate the flow of electrical power.

Põhimõtteliselt teostab inverter alalisvoolu vahelduvvooluks muundamise, muutes alalisvoolu sisendi suunda väga kiiresti edasi-tagasi. Selle tulemusena muutub alalisvoolu sisend vahelduvvoolu väljundiks. Lisaks saab filtreid ja muud elektroonikat kasutada pinge tootmiseks, mis varieerub puhta korduva siinuslainena, mida saab elektrivõrku süstida. Siinuslaine on kuju või muster, mille pinge aja jooksul loob, ja see on võimsusmuster, mida võrk saab kasutada ilma elektriseadmeid kahjustamata, mis on loodud töötama teatud sagedustel ja pingetel.

Esimesed inverterid loodi 19. sajandil ja olid mehaanilised. Näiteks pöörlevat mootorit kasutatakse selleks, et pidevalt muuta, kas alalisvooluallikas oli ühendatud edasi või tagasi. Tänapäeval valmistame elektrilüliteid transistoridest, liikuvate osadeta pooljuhtseadmetest. Transistorid on valmistatud pooljuhtmaterjalidest nagu räni või galliumarseniid. Nad juhivad elektrivoolu vastusena välistele elektrisignaalidele.

Kui teil on majapidamises kasutatav päikesesüsteem, täidab teie inverter tõenäoliselt mitut funktsiooni. Lisaks teie päikeseenergia muutmisele vahelduvvooluks võib see süsteemi jälgida ja pakkuda portaali arvutivõrkudega suhtlemiseks. Solar-plus'i akusalvestussüsteemid põhinevad täiustatud inverteritel, mis töötavad katkestuste korral ilma võrgu toetuseta, kui need on selleks loodud.

INVERTERPÕHISE VÕRGU SUUNAS

Ajalooliselt on elektrienergiat toodetud peamiselt kütuse põletamisel ja auru tekitamisel, mis seejärel pöörleb turbiingeneraatorit, mis toodab elektrit. Nende generaatorite liikumine toodab seadme pöörlemisel vahelduvvoolu, mis määrab ka sageduse või siinuslaine korduste arvu. Toitesagedus on oluline näitaja elektrivõrgu seisundi jälgimisel. Näiteks kui on liiga palju koormust – liiga palju energiat tarbivaid seadmeid –, eemaldatakse energia võrgust kiiremini, kui seda saab tarnida. Selle tulemusena turbiinid aeglustuvad ja vahelduvvoolu sagedus väheneb. Kuna turbiinid on massiivsed pöörlevad objektid, peavad nad vastu sageduse muutustele, nagu kõik objektid peavad vastu muutustele nende liikumises, seda omadust nimetatakse inertsiks.

Kuna võrku lisatakse rohkem päikesesüsteeme, ühendatakse võrku rohkem invertereid kui kunagi varem. Inverteripõhine tootmine võib toota energiat mis tahes sagedusel ja sellel ei ole samu inertsiaalseid omadusi kui aurupõhisel tootmisel, kuna turbiini ei kasutata. Sellest tulenevalt nõuab rohkemate inverteritega elektrivõrgule üleminek nutikamate inverterite ehitamist, mis suudavad reageerida sageduse muutustele ja muudele häiretele, mis tekivad võrgu toimimise ajal, ning aitavad stabiliseerida võrku nende häirete vastu.

VÕRGETEENUSED JA INVERTERID

Võrguoperaatorid juhivad elektrisüsteemi elektri pakkumist ja nõudlust, pakkudes erinevaid võrguteenuseid. Võrguteenused on võrguoperaatorite tegevused kogu süsteemi tasakaalu säilitamiseks ja elektri edastamise paremaks haldamiseks.

Kui võrk lakkab ootuspäraselt käitumast, näiteks pinge või sageduse kõrvalekalded, võivad nutikad inverterid reageerida mitmel viisil. Üldiselt on väikeste inverterite (nt kodumajapidamises kasutatava päikeseenergiasüsteemiga ühendatud inverterite) standard sisse lülitatud väikeste pinge- või sagedushäirete korral või kui häire kestab pikka aega või on tavalisest suuremad, lülituvad nad võrgust lahti ja lülituvad välja. Sagedusreaktsioon on eriti oluline, kuna sageduse langus on seotud genereerimise ootamatu võrguühenduseta katkestamisega. Vastuseks sageduse muutumisele on inverterid konfigureeritud muutma oma väljundvõimsust, et taastada standardsagedus. Inverteripõhised ressursid võivad reageerida ka operaatori signaalidele oma väljundvõimsuse muutmiseks, kuna muu pakkumine ja nõudlus elektrisüsteemis kõikuvad – võrguteenus, mida nimetatakse automaatseks tootmise juhtimiseks. Võrguteenuste pakkumiseks peavad inverteritel olema toiteallikad, mida nad saavad juhtida. See võib olla kas tootmine, näiteks päikesepaneel, mis toodab praegu elektrit, või salvestussüsteem, näiteks akusüsteem, mida saab kasutada varem salvestatud voolu andmiseks.

Teine võrguteenus, mida mõned täiustatud inverterid võivad pakkuda, on võrgu moodustamine. Võrgu moodustavad inverterid võivad käivitada võrgu, kui see langeb – seda protsessi nimetatakse mustkäivituseks. Traditsioonilised "võrku järgivad" inverterid nõuavad elektrivõrgust välist signaali, et teha kindlaks, millal toimub lülitus, et tekitada siinuslainet, mida saab elektrivõrku süstida. Nendes süsteemides annab võrgu toide signaali, mida inverter proovib sobitada. Täiustatud võrku moodustavad inverterid saavad signaali ise genereerida. Näiteks võib väikeste päikesepaneelide võrk määrata ühe oma inverteritest töötama võrgu moodustamise režiimis, samas kui ülejäänud järgivad selle eeskuju, nagu tantsupartnerid, moodustades stabiilse võrgu ilma turbiinipõhise generatsioonita.

Reaktiivvõimsus on üks olulisemaid võrguteenuseid, mida inverterid suudavad pakkuda. Võrgustikus lülitub pinge – jõud, mis surub elektrilaengut – alati edasi-tagasi, samuti lülitub vool – elektrilaengu liikumine. Elektrienergia on maksimeeritud, kui pinge ja vool on sünkroniseeritud. Siiski võib juhtuda, et pingel ja voolul on kahe vahelduva mustri vahel viivitusi, näiteks siis, kui mootor töötab. Kui need on sünkroonist väljas, ei saa ühendatud seadmed osa vooluahelat läbivast võimsusest absorbeerida, mille tulemuseks on tõhususe vähenemine. Vaja on rohkem koguvõimsust, et luua sama palju "tõelist" võimsust, mida koormused suudavad absorbeerida. Selle vastu võitlemiseks pakuvad kommunaalteenused reaktiivvõimsust, mis viib pinge ja voolu tagasi sünkroonis ning muudab elektritarbimise lihtsamaks. Seda reaktiivvõimsust ei kasutata ise, vaid see muudab muu võimsuse kasulikuks. Kaasaegsed inverterid suudavad pakkuda ja neelata reaktiivvõimsust, et aidata võrkudel seda olulist ressurssi tasakaalustada. Lisaks, kuna reaktiivvõimsust on raske pikki vahemaid transportida, on hajutatud energiaressursid, näiteks katusepäikeseenergia, eriti kasulikud reaktiivvõimsuse allikad.

INVERTERITE LIIGID

Päikesesüsteemi osana võib paigaldada mitut tüüpi invertereid. Suuremahulises kommunaaljaamas või keskmise ulatusega kogukonna päikeseenergiaprojektis võib iga päikesepaneeli kinnitada ühelekeskne inverter. String 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. Mikroinverterid 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.