Инвертор - одно из самых важных устройств в солнечной системе. Это устройство, которое преобразует постоянный ток (DC), вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток (AC), используемый сетью. При постоянном токе ток течет в одном направлении при постоянном напряжении. При переменном токе ток течет в обоих направлениях при изменении напряжения с положительного на отрицательное. Инвертор - это всего лишь один из видов силовых электронных устройств, регулирующих поток энергии.
По сути, инвертор преобразует постоянный ток в переменный, быстро меняя направление входного сигнала постоянного тока на противоположное. Таким образом, вход постоянного тока превращается в выход переменного. Фильтры и другие электронные устройства могут быть использованы для получения напряжения, изменяющегося в виде чистой, повторяющейся синусоиды, которую можно подавать в сеть. Синусоидальная волна - это форма или схема изменения напряжения с течением времени, и это схема мощности, которую сеть может использовать без повреждения электрических устройств, предназначенных для работы на определенной частоте и напряжении.
Первые инверторы были созданы в XIX веке и были механическими. Вращающийся двигатель можно было использовать для непрерывного изменения прямого или обратного подключения источника постоянного тока. Сегодня для изготовления электрических переключателей используются транзисторы - полупроводниковые устройства без движущихся частей. Транзисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или арсенид галлия. Они управляют потоком электричества на основе внешних электрических сигналов.
Если у вас естьдомашняя солнечная системаВаш инвертор, вероятно, выполняет несколько функций. Помимо преобразования солнечной энергии в переменный ток, он может контролировать работу системы и обеспечивать связь с компьютерными сетями. Системы хранения солнечной энергии плюс аккумуляторы полагаются на современные инверторы, чтобы работать без поддержки сети во время перебоев в подаче электроэнергии (если они на это рассчитаны).
На пути к сети на основе инверторов
Исторически сложилось так, что электричество вырабатывается в основном путем сжигания топлива для создания пара, который затем вращает турбогенераторы. Движение этих генераторов создает переменный ток по мере вращения устройств, что также определяет частоту, или количество повторений синусоиды. Частота электропитания является важным показателем здоровья сети. Например, если нагрузка слишком велика (слишком много устройств, потребляющих энергию), то энергия потребляется из сети быстрее, чем может быть поставлена. В результате работа турбин замедлится, и частота переменного тока снизится. Поскольку турбины - это большие вращающиеся объекты, они сопротивляются изменениям частоты так же, как все объекты сопротивляются изменениям движения, это свойство называется инерцией.
По мере увеличения количества солнечных систем к сети подключается все больше инверторов, чем когда-либо прежде. Инверторная генерация может производить энергию на любой частоте и, поскольку в ней нет турбины, не обладает такими же инерционными характеристиками, как паровая генерация. Поэтому переход к сети с большим количеством инверторов требует создания более интеллектуальных инверторов, способных реагировать на изменения частоты и другие сбои, возникающие во время работы сети, и помогать стабилизировать сеть от этих сбоев.
Обслуживание электросетей и инверторы
Операторы сетей управляют спросом и предложением электроэнергии в энергосистеме, предоставляя ряд сетевых услуг. Услуги электросетей - это деятельность, которую операторы электросетей осуществляют для поддержания общесистемного баланса и лучшего управления передачей электроэнергии.
Когда сеть перестает работать так, как ожидалось, например, при отклонении напряжения или частоты, интеллектуальные инверторы могут реагировать на это по-разному. В целом, стандарт для небольших инверторов, например, подключенных к домашней солнечной системе, заключается в том, чтобы оставаться во включенном состоянии при небольших перебоях в напряжении или частоте, и автоматически отключаться от сети, если перебои длятся долго или превышают норму. Реакция на изменение частоты особенно важна, поскольку снижение частоты связано с неожиданным отключением генерации. В ответ на изменение частоты инверторы настраиваются на изменение выходной мощности для восстановления стандартной частоты. Ресурсы на базе инверторов могут также реагировать на сигналы оператора, изменяя свою мощность в зависимости от колебаний спроса и предложения в энергосистеме, что называется автоматическим управлением генерацией. Чтобы предоставлять услуги энергосистемы, инвертор должен иметь источник энергии, которым он может управлять. Это может быть генерация, например, солнечная панель, вырабатывающая энергию в данный момент, или накопитель, например, аккумуляторная система, которая может быть использована для получения ранее накопленной энергии.
Еще одна услуга, которую могут предоставлять некоторые современные инверторы, - формирование сети. Инверторы, формирующие сеть, могут запускать сеть при сбоях в сети, что называется "черным стартом". Традиционным инверторам, работающим по принципу "следования за сетью", требуется внешний сигнал от сети, чтобы определить момент переключения для получения синусоидальной волны, которая может быть подана в сеть. В этих системах мощность от сети обеспечивает сигнал, который инвертор пытается согласовать. Более продвинутые инверторы, формирующие сеть, могут генерировать сигнал самостоятельно. Например, небольшая сеть солнечных батарей может назначить один из своих инверторов для работы в режиме формирования сети, а остальные инверторы последуют его примеру, как танцующие партнеры, формируя стабильную сеть без какой-либо турбинной генерации.
Реактивная мощность - одна из самых важных услуг, которые могут обеспечить инверторы. В электрической сети напряжение (сила, толкающая электрические заряды) постоянно меняется взад и вперед, так же как и ток (движение электрических зарядов). Когда напряжение и ток синхронизированы, количество электрической энергии максимально. Однако иногда между двумя чередующимися режимами напряжения и тока может быть задержка, например, при работе двигателя. Если они рассинхронизированы, часть энергии, проходящей по цепи, не может быть поглощена подключенным оборудованием, что приводит к потере эффективности. Для производства того же количества "реальной" мощности (мощности, которую может поглотить нагрузка) требуется больше общей мощности. Чтобы противостоять этому, коммунальные службы предоставляют реактивную мощность, чтобы привести напряжение и ток в соответствие, облегчая потребление электроэнергии. Сама реактивная мощность не используется, а скорее позволяет другой мощности стать полезной. Современные инверторы могут как вырабатывать, так и поглощать реактивную мощность, помогая электросети сбалансировать этот важный ресурс. Кроме того, поскольку реактивную мощность сложно передавать на большие расстояния, распределенные источники энергии, такие как солнечные батареи на крышах, являются особенно полезными источниками реактивной мощности.
