Соларна интеграција: Основе претварача и мрежних услуга

ШТА СУ ИНВЕРТЕРИ?

Инвертер је један од најважнијих делова опреме у систему соларне енергије. То је уређај који претвара електричну енергију једносмерне струје (ДЦ), коју генерише соларни панел, у електричну енергију наизменичне струје (АЦ), коју електрична мрежа користи. Код једносмерне струје електрична енергија се одржава на константном напону у једном правцу. У наизменичном струју струја тече у оба смера у колу како се напон мења из позитивног у негативан. Инвертори су само један пример класе уређаја тзвуређаји на струју that regulate the flow of electrical power.

У основи, претварач остварује ДЦ-то-АЦ конверзију тако што веома брзо мења смер ДЦ улаза напред-назад. Као резултат, ДЦ улаз постаје АЦ излаз. Поред тога, филтери и друга електроника се могу користити за производњу напона који варира као чист, понављајући синусни талас који се може убризгати у електричну мрежу. Синусни талас је облик или образац који напон ствара током времена, и то је образац снаге који мрежа може да користи без оштећења електричне опреме, која је направљена да ради на одређеним фреквенцијама и напонима.

Први претварачи настали су у 19. веку и били су механички. Мотор који се окреће, на пример, би се користио да се стално мења да ли је извор једносмерне струје повезан напред или назад. Данас правимо електричне прекидаче од транзистора, полупроводничких уређаја без покретних делова. Транзистори су направљени од полупроводничких материјала као што су силицијум или галијум арсенид. Они контролишу ток електричне енергије као одговор на спољашње електричне сигнале.

Ако имате соларни систем у домаћинству, ваш претварач вероватно обавља неколико функција. Поред претварања ваше соларне енергије у наизменичну струју, може да надгледа систем и обезбеди портал за комуникацију са рачунарским мрежама. Системи за складиштење батерија Солар-плус се ослањају на напредне претвараче који раде без икакве подршке мреже у случају прекида рада, ако су пројектовани за то.

ПРЕМА МРЕЖИ СА ИНВЕРТЕРОМ

Историјски гледано, електрична енергија се претежно производила сагоревањем горива и стварањем паре, која затим врти турбински генератор, који ствара електричну енергију. Кретање ових генератора производи наизменичну струју док се уређај ротира, што такође поставља фреквенцију или број понављања синусног таласа. Фреквенција струје је важан индикатор за праћење здравља електричне мреже. На пример, ако је оптерећење превише – превише уређаја који троше енергију – онда се енергија уклања из мреже брже него што се може испоручити. Као резултат тога, турбине ће се успорити и фреквенција наизменичне струје ће се смањити. Пошто су турбине масивни објекти који се окрећу, оне се опиру променама фреквенције баш као што се сви објекти опиру променама у свом кретању, својству познатом као инерција.

Како се више соларних система додаје у мрежу, више инвертера се повезује на мрежу него икада раније. Производња заснована на инвертеру може произвести енергију на било којој фреквенцији и нема иста инерцијална својства као производња на бази паре, јер нема турбине. Као резултат тога, прелазак на електричну мрежу са више инвертера захтева изградњу паметнијих претварача који могу да реагују на промене у фреквенцији и друге поремећаје који се јављају током рада мреже и помажу у стабилизацији мреже против тих поремећаја.

МРЕЖНЕ УСЛУГЕ И ИНВЕРТЕРИ

Мрежни оператери управљају снабдевањем и потражњом електричне енергије у електричном систему пружањем низа мрежних услуга. Мрежне услуге су активности које оператери мреже обављају како би одржали равнотежу у целом систему и боље управљали преносом електричне енергије.

Када мрежа престане да се понаша како се очекује, на пример када постоје одступања у напону или фреквенцији, паметни претварачи могу да реагују на различите начине. Уопштено говорећи, стандард за мале претвараче, као што су они прикључени на соларни систем у домаћинству, је да остану укључени током малих поремећаја напона или фреквенције или да се „возе“ кроз њих, и ако поремећај траје дуго или је већи од нормалног, они ће се искључити из мреже и искључити. Фреквенцијски одзив је посебно важан јер је пад фреквенције повезан са неочекиваним прекидом производње ван мреже. Као одговор на промену фреквенције, претварачи су конфигурисани да промене своју излазну снагу како би повратили стандардну фреквенцију. Ресурси засновани на инвертеру такође могу да реагују на сигнале оператера да промене своју излазну снагу пошто друга понуда и потражња на електричном систему флуктуирају, услуга мреже позната као аутоматска контрола производње. Да би пружили мрежне услуге, претварачи морају имати изворе енергије које могу контролисати. Ово може бити или производња, као што је соларни панел који тренутно производи електричну енергију, или складиштење, попут система батерија који се може користити за обезбеђивање енергије која је претходно била ускладиштена.

Још једна мрежна услуга коју неки напредни претварачи могу пружити је формирање мреже. Инвертори који формирају мрежу могу покренути мрежу ако она падне - процес познат као црни старт. Традиционални инвертори са „праћењем мреже“ захтевају спољни сигнал из електричне мреже да би одредили када ће доћи до пребацивања како би се произвео синусни талас који се може убризгати у електричну мрежу. У овим системима, напајање из мреже даје сигнал који претварач покушава да усклади. Напреднији претварачи који формирају мрежу могу сами да генеришу сигнал. На пример, мрежа малих соларних панела могла би да одреди један од својих претварача да ради у режиму формирања мреже, док остали прате њено вођство, попут плесних партнера, формирајући стабилну мрежу без икакве генерације засноване на турбини.

Реактивна снага је једна од најважнијих мрежних услуга које претварачи могу да пруже. На мрежи, напон – сила која гура електрични набој – увек се мења напред-назад, као и струја – кретање електричног набоја. Електрична снага је максимизирана када су напон и струја синхронизовани. Међутим, може доћи до тренутака када напон и струја имају кашњења између два наизменична обрасца, као када мотор ради. Ако нису синхронизовани, део снаге која тече кроз коло не може да се апсорбује од стране повезаних уређаја, што доводи до губитка ефикасности. Биће потребно више укупне снаге да би се створила иста количина астварне снагеаснаге коју оптерећење може да апсорбује. Да би се супротставили овоме, комунална предузећа испоручују реактивну снагу, која враћа напон и струју у синхронизацију и олакшава потрошњу електричне енергије. Ова реактивна снага се не користи сама, већ чини другу снагу корисном. Савремени претварачи могу да обезбеде и апсорбују реактивну снагу како би помогли мрежама да уравнотеже овај важан ресурс. Поред тога, пошто је реактивну снагу тешко преносити на велике удаљености, дистрибуирани енергетски ресурси попут кровне соларне енергије су посебно корисни извори реактивне снаге.

ВРСТЕ ИНВЕРТЕРА

Постоји неколико типова претварача који се могу инсталирати као део соларног система. У великом комуналном постројењу или соларном пројекту средњег обима у заједници, сваки соларни панел може бити прикључен на једнуцентрални инвертер. 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.