Solar Integration: Invertere og Grid Services Basics

HVAD ER INVERTERE?

En inverter er en af ​​de vigtigste dele af udstyr i et solenergisystem. Det er en enhed, der konverterer jævnstrøm (DC), som er, hvad et solpanel genererer, til vekselstrøm (AC), som elnettet bruger. I DC holdes elektriciteten ved konstant spænding i én retning. I AC flyder elektricitet i begge retninger i kredsløbet, da spændingen skifter fra positiv til negativ. Invertere er blot et eksempel på en klasse af enheder kaldetkraftelektronik that regulate the flow of electrical power.

Grundlæggende udfører en inverter DC-til-AC-konverteringen ved at skifte retningen af ​​en DC-indgang meget hurtigt frem og tilbage. Som et resultat bliver en DC-indgang en AC-udgang. Derudover kan filtre og anden elektronik bruges til at producere en spænding, der varierer som en ren, gentagende sinusbølge, der kan injiceres i elnettet. Sinusbølgen er en form eller et mønster, som spændingen danner over tid, og det er det strømmønster, som nettet kan bruge uden at beskadige elektrisk udstyr, som er bygget til at fungere ved bestemte frekvenser og spændinger.

De første invertere blev skabt i det 19. århundrede og var mekaniske. En roterende motor, for eksempel, ville blive brugt til løbende at ændre, om DC-kilden var tilsluttet fremad eller bagud. I dag laver vi elektriske afbrydere af transistorer, solid-state enheder uden bevægelige dele. Transistorer er lavet af halvledermaterialer som silicium eller galliumarsenid. De styrer strømmen af ​​elektricitet som reaktion på eksterne elektriske signaler.

Hvis du har et husstandssolcelleanlæg, udfører din inverter sandsynligvis flere funktioner. Ud over at konvertere din solenergi til vekselstrøm, kan den overvåge systemet og give en portal til kommunikation med computernetværk. Solar-plus-batterilagringssystemer er afhængige af avancerede invertere til at fungere uden støtte fra nettet i tilfælde af udfald, hvis de er designet til at gøre det.

MOD ET INVERTER-BASERET NETT

Historisk set er elektrisk strøm overvejende blevet genereret ved at brænde et brændstof og skabe damp, som derefter drejer en turbinegenerator, som skaber elektricitet. Bevægelsen af ​​disse generatorer producerer vekselstrøm, når enheden roterer, hvilket også indstiller frekvensen eller det antal gange, sinusbølgen gentages. Strømfrekvensen er en vigtig indikator for overvågning af det elektriske nets sundhed. For eksempel, hvis der er for meget belastning – for mange enheder, der forbruger energi – fjernes energien fra nettet hurtigere, end den kan forsynes. Som følge heraf vil møllerne sænke farten og AC-frekvensen falde. Fordi turbinerne er massive, roterende objekter, modstår de ændringer i frekvensen, ligesom alle objekter modstår ændringer i deres bevægelse, en egenskab kendt som inerti.

Efterhånden som flere solcelleanlæg tilføjes til nettet, bliver flere invertere tilsluttet nettet end nogensinde før. Inverterbaseret produktion kan producere energi ved enhver frekvens og har ikke de samme inertiegenskaber som dampbaseret produktion, fordi der ikke er nogen turbine involveret. Som følge heraf kræver overgangen til et elnet med flere invertere, at der bygges smartere invertere, der kan reagere på ændringer i frekvens og andre forstyrrelser, der opstår under netdrift, og hjælpe med at stabilisere nettet mod disse forstyrrelser.

NETTJENESTER OG INVERTERE

Netoperatører styrer elforsyning og -efterspørgsel på det elektriske system ved at levere en række nettjenester. Nettjenester er aktiviteter, som netoperatører udfører for at opretholde balancen i hele systemet og styre eltransmissionen bedre.

Når nettet holder op med at opføre sig som forventet, som når der er afvigelser i spænding eller frekvens, kan smarte invertere reagere på forskellige måder. Generelt er standarden for små invertere, såsom dem, der er tilsluttet et husholdningssolsystem, at forblive tændt under eller "køre igennem" små afbrydelser i spænding eller frekvens, og hvis afbrydelsen varer i lang tid eller er større end normalt, vil de koble sig selv fra nettet og lukke ned. Frekvensrespons er især vigtigt, fordi et fald i frekvens er forbundet med, at generation bliver slået offline uventet. Som svar på en ændring i frekvensen er invertere konfigureret til at ændre deres udgangseffekt for at genoprette standardfrekvensen. Inverter-baserede ressourcer kan også reagere på signaler fra en operatør om at ændre deres effekt, efterhånden som andet udbud og efterspørgsel på det elektriske system svinger, en nettjeneste kendt som automatisk generationskontrol. For at kunne levere nettjenester skal invertere have strømkilder, som de kan kontrollere. Dette kan være enten generation, såsom et solpanel, der i øjeblikket producerer elektricitet, eller lager, som et batterisystem, der kan bruges til at levere strøm, der tidligere blev lagret.

En anden nettjeneste, som nogle avancerede invertere kan levere, er netdannende. Grid-dannende invertere kan starte et gitter, hvis det går ned - en proces kendt som sort start. Traditionelle "net-følgende" invertere kræver et eksternt signal fra det elektriske net for at bestemme, hvornår skiftet vil finde sted, for at producere en sinusbølge, der kan injiceres i elnettet. I disse systemer giver strømmen fra nettet et signal, som inverteren forsøger at matche. Mere avancerede netdannende invertere kan selv generere signalet. For eksempel kan et netværk af små solpaneler udpege en af ​​dens invertere til at fungere i gitterformende tilstand, mens resten følger dens føring, ligesom dansepartnere, og danner et stabilt net uden nogen turbinebaseret generation.

Reaktiv effekt er en af ​​de vigtigste nettjenester, som invertere kan levere. På nettet skifter spændingen - den kraft, der skubber elektrisk ladning - altid frem og tilbage, og det samme er strømmen - bevægelsen af ​​den elektriske ladning. Elektrisk effekt maksimeres, når spænding og strøm er synkroniseret. Der kan dog være tidspunkter, hvor spændingen og strømmen har forsinkelser mellem deres to vekslende mønstre, som når en motor kører. Hvis de er ude af synkronisering, kan noget af den strøm, der strømmer gennem kredsløbet, ikke absorberes af tilsluttede enheder, hvilket resulterer i tab af effektivitet. Der vil være behov for mere samlet kraft for at skabe den samme mængde "rigtig" strøm, som belastningen kan absorbere. For at modvirke dette leverer forsyningsselskaber reaktiv effekt, som bringer spændingen og strømmen tilbage i sync og gør elektriciteten lettere at forbruge. Denne reaktive effekt bruges ikke i sig selv, men gør snarere anden effekt nyttig. Moderne invertere kan både levere og absorbere reaktiv effekt for at hjælpe nettene med at balancere denne vigtige ressource. Fordi reaktiv effekt er vanskelig at transportere lange afstande, er distribuerede energiressourcer som tagsolenergi desuden særligt nyttige kilder til reaktiv energi.

TYPER AF INVERTERE

Der er flere typer invertere, der kan installeres som en del af et solcelleanlæg. I et storstilet forsyningsanlæg eller mellemstort samfundssolprojekt kan hvert solpanel være knyttet til et enkeltcentral inverter. Snor 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. Mikroinvertere 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.