Solarna integracija: pretvorniki in osnove omrežnih storitev

KAJ SO INVERTERJI?

Razsmernik je eden najpomembnejših delov opreme v solarnem sistemu. To je naprava, ki pretvarja enosmerni tok (DC), ki ga ustvari sončna plošča, v izmenični tok (AC), ki ga uporablja električno omrežje. Pri enosmernem toku se električna energija vzdržuje pri konstantni napetosti v eni smeri. Pri izmeničnem tokokrogu električna energija teče v obe smeri, ko se napetost spremeni iz pozitivne v negativno. Inverterji so samo en primer razreda naprav, imenovanihmočnostna elektronika that regulate the flow of electrical power.

V bistvu pretvornik izvede pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok tako, da zelo hitro preklaplja smer enosmernega vhoda naprej in nazaj. Kot rezultat, vhod DC postane izhod AC. Poleg tega je mogoče uporabiti filtre in drugo elektroniko za ustvarjanje napetosti, ki se spreminja kot čisti, ponavljajoči se sinusni val, ki se lahko vbrizga v električno omrežje. Sinusni val je oblika ali vzorec, ki ga sčasoma ustvari napetost, in to je vzorec moči, ki ga lahko omrežje uporabi, ne da bi poškodovalo električno opremo, ki je zasnovana za delovanje pri določenih frekvencah in napetostih.

Prvi razsmerniki so nastali v 19. stoletju in so bili mehanski. Vrteči se motor, na primer, bi se uporabljal za nenehno spreminjanje, ali je bil vir enosmernega toka priključen naprej ali nazaj. Danes izdelujemo električna stikala iz tranzistorjev, polprevodniških naprav brez gibljivih delov. Tranzistorji so izdelani iz polprevodniških materialov, kot sta silicij ali galijev arzenid. Nadzorujejo pretok električne energije kot odgovor na zunanje električne signale.

Če imate gospodinjski solarni sistem, vaš pretvornik verjetno opravlja več funkcij. Poleg pretvarjanja vaše sončne energije v izmenični tok lahko nadzoruje sistem in zagotavlja portal za komunikacijo z računalniškimi omrežji. Sistemi za shranjevanje solarnih baterij se zanašajo na napredne pretvornike, da v primeru izpadov delujejo brez kakršne koli podpore iz omrežja, če so za to zasnovani.

PROTI OMREŽJU NA PODLAGI INVERTERJA

V zgodovini se je električna energija večinoma pridobivala s sežiganjem goriva in ustvarjanjem pare, ki nato vrti turbinski generator, ki ustvarja elektriko. Gibanje teh generatorjev proizvaja izmenični tok, ko se naprava vrti, kar tudi nastavi frekvenco ali število ponovitev sinusnega vala. Napajalna frekvenca je pomemben indikator za spremljanje zdravja električnega omrežja. Na primer, če je obremenitev prevelika – preveč naprav, ki porabljajo energijo – se energija odvzame iz omrežja hitreje, kot se lahko dobavi. Posledično se bodo turbine upočasnile in frekvenca izmeničnega toka se bo zmanjšala. Ker so turbine masivni vrteči se predmeti, se upirajo spremembam frekvence, tako kot se vsi objekti upirajo spremembam svojega gibanja, kar je lastnost, znana kot vztrajnost.

Ker je v omrežje dodanih več solarnih sistemov, je v omrežje priključenih več razsmernikov kot kdaj koli prej. Inverterska proizvodnja lahko proizvaja energijo pri kateri koli frekvenci in nima enakih vztrajnostnih lastnosti kot proizvodnja pare, ker ni vključena turbina. Posledično je za prehod na električno omrežje z več razsmerniki potrebna izgradnja pametnejših razsmernikov, ki se lahko odzovejo na spremembe frekvence in druge motnje, do katerih pride med delovanjem omrežja, ter pomagajo stabilizirati omrežje pred temi motnjami.

MREŽNE STORITVE IN INVERTERJI

Upravljavci omrežij upravljajo ponudbo električne energije in povpraševanje po električnem sistemu z zagotavljanjem vrste omrežnih storitev. Omrežne storitve so dejavnosti, ki jih operaterji omrežij izvajajo za vzdrževanje ravnotežja v celotnem sistemu in boljše upravljanje prenosa električne energije.

Ko se omrežje preneha obnašati po pričakovanjih, na primer ko pride do odstopanj v napetosti ali frekvenci, se lahko pametni pretvorniki odzovejo na različne načine. Na splošno je standard za majhne razsmernike, kot so tisti, priključeni na gospodinjski solarni sistem, da ostanejo vklopljeni med majhnimi motnjami v napetosti ali frekvenci ali da se "vozijo skozi" majhne motnje v napetosti ali frekvenci in če motnja traja dlje časa ali večji od običajnega, se bodo sami odklopili iz omrežja in zaustavili. Frekvenčni odziv je še posebej pomemben, ker je padec frekvence povezan z nepričakovano prekinitvijo generacije. Kot odgovor na spremembo frekvence so pretvorniki konfigurirani tako, da spremenijo svojo izhodno moč, da obnovijo standardno frekvenco. Viri, ki temeljijo na pretvorniku, se lahko odzovejo tudi na signale operaterja, da spremenijo svojo izhodno moč, ko druga ponudba in povpraševanje v električnem sistemu niha, storitev omrežja, znana kot samodejni nadzor proizvodnje. Za zagotavljanje omrežnih storitev morajo razsmerniki imeti vire energije, ki jih lahko nadzorujejo. To je lahko proizvodnja, kot je sončna plošča, ki trenutno proizvaja elektriko, ali shranjevanje, kot je sistem baterij, ki se lahko uporablja za zagotavljanje energije, ki je bila prej shranjena.

Druga storitev omrežja, ki jo nudijo nekateri napredni pretvorniki, je oblikovanje omrežja. Razsmerniki, ki tvorijo omrežje, lahko zaženejo omrežje, če pride do izpada – proces, znan kot črni zagon. Tradicionalni razsmerniki, ki sledijo omrežju, potrebujejo zunanji signal iz električnega omrežja, da določijo, kdaj bo prišlo do preklopa, da ustvarijo sinusni val, ki ga je mogoče vnesti v električno omrežje. V teh sistemih moč iz omrežja zagotavlja signal, ki ga pretvornik poskuša uskladiti. Naprednejši pretvorniki za oblikovanje mreže lahko sami ustvarijo signal. Na primer, mreža majhnih sončnih kolektorjev lahko določi enega od svojih pretvornikov, da deluje v načinu oblikovanja omrežja, medtem ko ostali sledijo njegovemu vodstvu, kot plesni partnerji, in tvorijo stabilno omrežje brez kakršne koli proizvodnje na osnovi turbin.

Jalova moč je ena najpomembnejših omrežnih storitev, ki jih lahko zagotovijo pretvorniki. V omrežju se napetost – sila, ki potiska električni naboj – vedno preklaplja naprej in nazaj, prav tako je s tokom – gibanje električnega naboja. Električna moč je največja, ko sta napetost in tok sinhronizirana. Vendar pa lahko pride do zamikov med napetostjo in tokom med obema izmeničnima vzorcema, na primer pri delovanju motorja. Če niso sinhronizirani, povezane naprave ne morejo absorbirati dela moči, ki teče skozi tokokrog, kar povzroči izgubo učinkovitosti. Potrebna bo večja skupna moč, da se ustvari enaka količina âpraveâ močiâmoči, ki jo lahko absorbirajo obremenitve. Da bi se temu izognili, javne službe dobavljajo jalovo moč, ki ponovno sinhronizira napetost in tok in olajša porabo električne energije. Ta reaktivna moč se ne uporablja sama, temveč naredi koristno drugo moč. Sodobni razsmerniki lahko zagotavljajo in absorbirajo jalovo moč, da pomagajo omrežjem uravnotežiti ta pomemben vir. Ker je jalovo moč težko prenašati na dolge razdalje, so razpršeni viri energije, kot je sončna energija na strehi, še posebej uporabni viri jalove moči.

VRSTE RAZSMENIKOV

Obstaja več vrst pretvornikov, ki se lahko namestijo kot del solarnega sistema. V velikem komunalnem obratu ali srednje velikem solarnem projektu skupnosti je lahko vsaka sončna plošča pritrjena na enocentralni pretvornik. Vrvica 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. Mikropretvorniki 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.