Слънчева интеграция: Инвертори и основи на мрежовите услуги

КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВАТ ИНВЕРТОРИТЕ?

Инверторът е едно от най-важните части от оборудването в слънчевата енергийна система. Това е устройство, което преобразува електричеството от постоянен ток (DC), което генерира слънчев панел, в електричество от променлив ток (AC), което използва електрическата мрежа. При постоянен ток електричеството се поддържа при постоянно напрежение в една посока. При променлив ток електричеството тече в двете посоки във веригата, докато напрежението се променя от положително на отрицателно. Инверторите са само един пример за клас устройства, нареченисилова електроника that regulate the flow of electrical power.

По същество инверторът осъществява преобразуването от постоянен ток към променлив ток, като превключва посоката на входния постоянен ток напред и назад много бързо. В резултат на това DC входът се превръща в AC изход. В допълнение, филтри и друга електроника могат да се използват за производство на напрежение, което варира като чиста, повтаряща се синусоида, която може да бъде инжектирана в електрическата мрежа. Синусоидалната вълна е форма или модел, който напрежението прави с течение на времето, и това е моделът на мощността, който мрежата може да използва, без да повреди електрическото оборудване, което е създадено да работи при определени честоти и напрежения.

Първите инвертори са създадени през 19 век и са били механични. Въртящ се двигател, например, ще се използва за непрекъсната промяна дали източникът на постоянен ток е свързан напред или назад. Днес ние правим електрически ключове от транзистори, твърдотелни устройства без движещи се части. Транзисторите са направени от полупроводникови материали като силиций или галиев арсенид. Те контролират потока на електричество в отговор на външни електрически сигнали.

Ако имате домакинска соларна система, вашият инвертор вероятно изпълнява няколко функции. В допълнение към преобразуването на вашата слънчева енергия в променлив ток, той може да наблюдава системата и да предостави портал за комуникация с компютърни мрежи. Системите за съхранение на слънчеви батерии плюс батерии разчитат на усъвършенствани инвертори, за да работят без никаква поддръжка от мрежата в случай на прекъсвания, ако са проектирани да го правят.

КЪМ ИНВЕРТОРНА БАЗИРАНА МРЕЖА

В исторически план електрическата енергия се е генерирала предимно чрез изгаряне на гориво и създаване на пара, която след това завърта турбинен генератор, който създава електричество. Движението на тези генератори произвежда променлив ток, докато устройството се върти, което също задава честотата или броя повторения на синусоидата. Честотата на захранването е важен индикатор за наблюдение на изправността на електрическата мрежа. Например, ако има твърде голямо натоварване—твърде много устройства, консумиращи енергия—тогава енергията се отнема от мрежата по-бързо, отколкото може да бъде доставена. В резултат на това турбините ще се забавят и честотата на променлив ток ще намалее. Тъй като турбините са масивни въртящи се обекти, те се съпротивляват на промените в честотата точно както всички обекти се съпротивляват на промените в тяхното движение, свойство, известно като инерция.

Тъй като повече соларни системи се добавят към мрежата, повече инвертори се свързват към мрежата от всякога. Базираното на инвертора производство може да произвежда енергия при всякаква честота и няма същите инерционни свойства като генерирането на пара, тъй като не е включена турбина. В резултат на това преходът към електрическа мрежа с повече инвертори изисква изграждането на по-интелигентни инвертори, които могат да реагират на промените в честотата и други смущения, възникващи по време на работа на мрежата, и да помогнат за стабилизирането на мрежата срещу тези смущения.

ГРИД УСЛУГИ И ИНВЕРТОРИ

Мрежовите оператори управляват предлагането и търсенето на електроенергия в електрическата система, като предоставят набор от мрежови услуги. Мрежовите услуги са дейности, които мрежовите оператори извършват, за да поддържат баланса в цялата система и да управляват по-добре преноса на електроенергия.

Когато мрежата спре да се държи според очакванията, например когато има отклонения в напрежението или честотата, интелигентните инвертори могат да реагират по различни начини. Като цяло, стандартът за малките инвертори, като тези, прикрепени към домакинска слънчева система, е да останат включени по време или да „преживеят“ малки прекъсвания на напрежението или честотата и ако прекъсването продължава дълго време или е по-големи от нормалното, те ще се изключат от мрежата и ще се изключат. Честотната характеристика е особено важна, тъй като спадът на честотата е свързан с неочаквано прекъсване на генерирането. В отговор на промяна в честотата, инверторите са конфигурирани да променят изходната си мощност, за да възстановят стандартната честота. Ресурсите, базирани на инвертор, също могат да реагират на сигнали от оператор, за да променят изходната си мощност, тъй като друго предлагане и търсене на електрическата система се колебае, мрежова услуга, известна като автоматично управление на генерирането. За да предоставят мрежови услуги, инверторите трябва да имат източници на енергия, които могат да контролират. Това може да бъде или генериране, като слънчев панел, който в момента произвежда електричество, или съхранение, като система от батерии, която може да се използва за осигуряване на енергия, която преди това е била съхранявана.

Друга мрежова услуга, която някои усъвършенствани инвертори могат да предоставят, е формирането на мрежа. Инверторите, образуващи мрежа, могат да стартират мрежа, ако тя прекъсне - процес, известен като черен старт. Традиционните инвертори, „следващи мрежата“ изискват външен сигнал от електрическата мрежа, за да определят кога ще се случи превключването, за да произведат синусоида, която може да бъде инжектирана в електрическата мрежа. В тези системи захранването от мрежата осигурява сигнал, който инверторът се опитва да съпостави. По-усъвършенстваните инвертори, образуващи мрежа, могат сами да генерират сигнала. Например, мрежа от малки слънчеви панели може да назначи един от своите инвертори да работи в режим на формиране на мрежа, докато останалите следват нейното ръководство, като танцови партньори, образувайки стабилна мрежа без каквото и да е генериране, базирано на турбини.

Реактивната мощност е една от най-важните мрежови услуги, които инверторите могат да предоставят. В мрежата напрежението – силата, която тласка електрическия заряд – винаги се превключва напред-назад, както и токът – движението на електрическия заряд. Електрическата мощност се максимизира, когато напрежението и токът са синхронизирани. Възможно е обаче да има моменти, когато напрежението и токът имат закъснения между двата им редуващи се модела, като например когато мотор работи. Ако не са синхронизирани, част от мощността, протичаща през веригата, не може да бъде погълната от свързаните устройства, което води до загуба на ефективност. Ще е необходима повече обща мощност, за да се създаде същото количество „истинска“ мощност – мощността, която товарите могат да поемат. За да противодействат на това, комуналните услуги доставят реактивна мощност, която връща напрежението и тока в синхрон и прави електричеството по-лесно за потребление. Тази реактивна мощност не се използва сама по себе си, а по-скоро прави друга мощност полезна. Съвременните инвертори могат както да осигурят, така и да абсорбират реактивна мощност, за да помогнат на мрежите да балансират този важен ресурс. Освен това, тъй като реактивната мощност е трудна за транспортиране на дълги разстояния, разпределените енергийни ресурси като слънчевата енергия на покрива са особено полезни източници на реактивна мощност.

ВИДОВЕ ИНВЕРТОРИ

Има няколко вида инвертори, които могат да бъдат инсталирани като част от слънчева система. В широкомащабна комунална централа или среден обществен соларен проект всеки слънчев панел може да бъде прикрепен към единцентрален инвертор. низ 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. Микроинвертори 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.