Solar Integration: Inverters and Grid Services Basics

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΟΙ INVERTER;

Ένας μετατροπέας είναι ένα από τα πιο σημαντικά κομμάτια εξοπλισμού σε ένα ηλιακό σύστημα ενέργειας. Είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος (DC), την οποία παράγει ένα ηλιακό πάνελ, σε ηλεκτρική ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), την οποία χρησιμοποιεί το ηλεκτρικό δίκτυο. Στο συνεχές ρεύμα, η ηλεκτρική ενέργεια διατηρείται σε σταθερή τάση προς μία κατεύθυνση. Στο AC, η ηλεκτρική ενέργεια ρέει και προς τις δύο κατευθύνσεις στο κύκλωμα καθώς η τάση αλλάζει από θετική σε αρνητική. Οι μετατροπείς είναι μόνο ένα παράδειγμα μιας κατηγορίας συσκευών που ονομάζονταιηλεκτρονικά ισχύος that regulate the flow of electrical power.

Ουσιαστικά, ένας μετατροπέας πραγματοποιεί τη μετατροπή DC-σε-AC αλλάζοντας την κατεύθυνση μιας εισόδου DC μπρος-πίσω πολύ γρήγορα. Ως αποτέλεσμα, μια είσοδος DC γίνεται έξοδος AC. Επιπλέον, φίλτρα και άλλα ηλεκτρονικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τάσης που ποικίλλει ως καθαρό, επαναλαμβανόμενο ημιτονοειδές κύμα που μπορεί να εγχυθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Το ημιτονοειδές κύμα είναι ένα σχήμα ή μοτίβο που δημιουργεί η τάση με την πάροδο του χρόνου και είναι το μοτίβο ισχύος που μπορεί να χρησιμοποιήσει το δίκτυο χωρίς να καταστρέψει τον ηλεκτρικό εξοπλισμό, ο οποίος είναι κατασκευασμένος για να λειτουργεί σε συγκεκριμένες συχνότητες και τάσεις.

Οι πρώτοι μετατροπείς δημιουργήθηκαν τον 19ο αιώνα και ήταν μηχανικοί. Ένας περιστρεφόμενος κινητήρας, για παράδειγμα, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αλλάζει συνεχώς εάν η πηγή DC ήταν συνδεδεμένη προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. Σήμερα κατασκευάζουμε ηλεκτρικούς διακόπτες από τρανζίστορ, συσκευές στερεάς κατάστασης χωρίς κινούμενα μέρη. Τα τρανζίστορ είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγικά υλικά όπως το πυρίτιο ή το αρσενίδιο του γαλλίου. Ελέγχουν τη ροή του ηλεκτρισμού ως απόκριση σε εξωτερικά ηλεκτρικά σήματα.

Εάν διαθέτετε οικιακό ηλιακό σύστημα, ο μετατροπέας σας πιθανώς να εκτελεί διάφορες λειτουργίες. Εκτός από τη μετατροπή της ηλιακής σας ενέργειας σε εναλλασσόμενο ρεύμα, μπορεί να παρακολουθεί το σύστημα και να παρέχει μια πύλη για επικοινωνία με δίκτυα υπολογιστών. Τα συστήματα αποθήκευσης μπαταριών Solar-plusâ βασίζονται σε προηγμένους μετατροπείς για να λειτουργούν χωρίς υποστήριξη από το δίκτυο σε περίπτωση διακοπών, εάν έχουν σχεδιαστεί για να το κάνουν.

ΠΡΟΣ ΕΝΑ ΔΙΚΤΥΟ ΒΑΣΙΣΜΕΝΟ ΣΕ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟ

Ιστορικά, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται κυρίως από την καύση ενός καυσίμου και τη δημιουργία ατμού, ο οποίος στη συνέχεια περιστρέφει μια γεννήτρια στροβίλου, η οποία δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια. Η κίνηση αυτών των γεννητριών παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα καθώς η συσκευή περιστρέφεται, η οποία επίσης ρυθμίζει τη συχνότητα ή τον αριθμό των επαναλήψεων του ημιτονοειδούς κύματος. Η συχνότητα ισχύος είναι ένας σημαντικός δείκτης για την παρακολούθηση της υγείας του ηλεκτρικού δικτύου. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει υπερβολικό φορτίο - πάρα πολλές συσκευές που καταναλώνουν ενέργεια - τότε η ενέργεια αφαιρείται από το δίκτυο γρηγορότερα από ό,τι μπορεί να τροφοδοτηθεί. Ως αποτέλεσμα, οι τουρμπίνες θα επιβραδυνθούν και η συχνότητα AC θα μειωθεί. Επειδή οι στρόβιλοι είναι μαζικά περιστρεφόμενα αντικείμενα, αντιστέκονται στις αλλαγές της συχνότητας, όπως όλα τα αντικείμενα αντιστέκονται στις αλλαγές στην κίνησή τους, μια ιδιότητα γνωστή ως αδράνεια.

Καθώς προστίθενται περισσότερα ηλιακά συστήματα στο δίκτυο, περισσότεροι μετατροπείς συνδέονται στο δίκτυο από ποτέ. Η παραγωγή που βασίζεται σε αναστροφείς μπορεί να παράγει ενέργεια σε οποιαδήποτε συχνότητα και δεν έχει τις ίδιες αδρανειακές ιδιότητες με την παραγωγή με ατμό, επειδή δεν εμπλέκεται στρόβιλος. Ως αποτέλεσμα, η μετάβαση σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο με περισσότερους μετατροπείς απαιτεί την κατασκευή εξυπνότερων μετατροπέων που μπορούν να ανταποκριθούν σε αλλαγές στη συχνότητα και άλλες διακοπές που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία του δικτύου και να βοηθήσουν στη σταθεροποίηση του δικτύου έναντι αυτών των διακοπών.

ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ INVERTER

Οι διαχειριστές δικτύου διαχειρίζονται την προσφορά και τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στο ηλεκτρικό σύστημα παρέχοντας μια σειρά από υπηρεσίες δικτύου. Οι υπηρεσίες δικτύου είναι δραστηριότητες που εκτελούν οι διαχειριστές δικτύου για να διατηρήσουν την ισορροπία σε όλο το σύστημα και να διαχειριστούν καλύτερα τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας.

Όταν το δίκτυο σταματήσει να συμπεριφέρεται όπως αναμένεται, όπως όταν υπάρχουν αποκλίσεις στην τάση ή τη συχνότητα, οι έξυπνοι μετατροπείς μπορούν να ανταποκριθούν με διάφορους τρόπους. Γενικά, το πρότυπο για μικρούς μετατροπείς, όπως εκείνους που είναι συνδεδεμένοι σε ένα οικιακό ηλιακό σύστημα, είναι να παραμείνουν αναμμένοι κατά τη διάρκεια ή âδιαδρομή μέσωâ μικρών διαταραχών στην τάση ή τη συχνότητα και εάν η διακοπή διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα ή είναι μεγαλύτερο από το κανονικό, θα αποσυνδεθούν από το δίκτυο και θα κλείσουν. Η απόκριση συχνότητας είναι ιδιαίτερα σημαντική επειδή η πτώση της συχνότητας σχετίζεται με την απροσδόκητη διακοπή λειτουργίας της παραγωγής. Σε απόκριση σε μια αλλαγή στη συχνότητα, οι μετατροπείς έχουν ρυθμιστεί να αλλάζουν την ισχύ εξόδου τους για να επαναφέρουν την τυπική συχνότητα. Οι πόροι που βασίζονται σε μετατροπείς ενδέχεται επίσης να ανταποκρίνονται σε σήματα από έναν χειριστή για αλλαγή της ισχύος εξόδου του καθώς η άλλη προσφορά και ζήτηση στο ηλεκτρικό σύστημα ποικίλλει, μια υπηρεσία δικτύου γνωστή ως αυτόματος έλεγχος παραγωγής. Για την παροχή υπηρεσιών δικτύου, οι μετατροπείς πρέπει να διαθέτουν πηγές ενέργειας που μπορούν να ελέγξουν. Αυτό θα μπορούσε να είναι είτε παραγωγή, όπως ένα ηλιακό πάνελ που παράγει αυτήν τη στιγμή ηλεκτρική ενέργεια, είτε αποθήκευση, όπως ένα σύστημα μπαταρίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή ενέργειας που ήταν προηγουμένως αποθηκευμένη.

Μια άλλη υπηρεσία δικτύου που μπορούν να παρέχουν ορισμένοι προηγμένοι μετατροπείς είναι η διαμόρφωση δικτύου. Οι μετατροπείς που σχηματίζουν πλέγμα μπορούν να ξεκινήσουν ένα πλέγμα εάν πέσει - μια διαδικασία γνωστή ως μαύρη εκκίνηση. Οι παραδοσιακοί μετατροπείς «ακολουθώντας το δίκτυο» απαιτούν ένα εξωτερικό σήμα από το ηλεκτρικό δίκτυο για να καθορίσουν πότε θα γίνει η μεταγωγή προκειμένου να παραχθεί ένα ημιτονοειδές κύμα που μπορεί να εγχυθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Σε αυτά τα συστήματα, η ισχύς από το δίκτυο παρέχει ένα σήμα που προσπαθεί να ταιριάξει ο μετατροπέας. Πιο προηγμένοι μετατροπείς σχηματισμού δικτύου μπορούν να παράγουν οι ίδιοι το σήμα. Για παράδειγμα, ένα δίκτυο μικρών ηλιακών συλλεκτών μπορεί να ορίσει έναν από τους μετατροπείς του για να λειτουργεί σε λειτουργία σχηματισμού πλέγματος ενώ οι υπόλοιποι ακολουθούν το παράδειγμά του, όπως οι χορευτικοί εταίροι, σχηματίζοντας ένα σταθερό πλέγμα χωρίς καμία παραγωγή που βασίζεται σε στρόβιλο.

Η άεργη ισχύς είναι μία από τις σημαντικότερες υπηρεσίες δικτύου που μπορούν να παρέχουν οι μετατροπείς. Στο δίκτυο, η τάση - η δύναμη που ωθεί το ηλεκτρικό φορτίο - αλλάζει πάντα μπρος-πίσω, όπως και το ρεύμα - η κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου. Η ηλεκτρική ισχύς μεγιστοποιείται όταν η τάση και το ρεύμα συγχρονίζονται. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν φορές που η τάση και το ρεύμα έχουν καθυστερήσεις μεταξύ των δύο εναλλασσόμενων μοτίβων τους, όπως όταν ένας κινητήρας λειτουργεί. Εάν είναι εκτός συγχρονισμού, μέρος της ισχύος που ρέει μέσω του κυκλώματος δεν μπορεί να απορροφηθεί από τις συνδεδεμένες συσκευές, με αποτέλεσμα την απώλεια της απόδοσης. Θα χρειαστεί περισσότερη συνολική ισχύς για να δημιουργηθεί η ίδια ποσότητα «πραγματικής» ισχύος» που μπορούν να απορροφήσουν τα φορτία. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας παρέχουν άεργο ισχύ, η οποία επαναφέρει την τάση και το ρεύμα σε συγχρονισμό και καθιστά την ηλεκτρική ενέργεια πιο εύκολη στην κατανάλωση. Αυτή η άεργος ισχύς δεν χρησιμοποιείται μόνη της, αλλά μάλλον κάνει χρήσιμη την άλλη ισχύ. Οι σύγχρονοι μετατροπείς μπορούν να παρέχουν και να απορροφούν άεργο ισχύ για να βοηθήσουν τα δίκτυα να εξισορροπήσουν αυτόν τον σημαντικό πόρο. Επιπλέον, επειδή η άεργος ισχύς είναι δύσκολο να μεταφερθεί σε μεγάλες αποστάσεις, οι κατανεμημένοι ενεργειακοί πόροι όπως η ηλιακή ταράτσα είναι ιδιαίτερα χρήσιμες πηγές αέργου ισχύος.

ΤΥΠΟΙ INVERTER

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μετατροπέων που μπορούν να εγκατασταθούν ως μέρος ενός ηλιακού συστήματος. Σε μια μεγάλης κλίμακας μονάδα κοινής ωφέλειας ή ένα κοινοτικό ηλιακό έργο μεσαίας κλίμακας, κάθε ηλιακό πάνελ μπορεί να συνδεθεί σε ένα μόνοκεντρικός μετατροπέας. Σειρά 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. Microinverters 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.