Solární integrace: střídače a základy gridových služeb

CO JSOU INVERTORY?

Invertor je jedním z nejdůležitějších zařízení v solárním energetickém systému. Je to zařízení, které převádí stejnosměrný proud (DC), který vyrábí solární panel, na střídavý proud (AC), který využívá elektrická síť. Ve stejnosměrném proudu je elektřina udržována na konstantním napětí v jednom směru. Ve střídavém proudu proudí elektřina v obvodu oběma směry, když se napětí mění z kladného na záporné. Invertory jsou jen jedním příkladem třídy zařízení tzvvýkonová elektronika that regulate the flow of electrical power.

Invertor v zásadě provádí konverzi DC-na-AC velmi rychlým přepínáním směru stejnosměrného vstupu tam a zpět. Výsledkem je, že stejnosměrný vstup se stává střídavým výstupem. Kromě toho lze filtry a další elektroniku použít k výrobě napětí, které se mění jako čistá, opakující se sinusovka, kterou lze zavést do elektrické sítě. Sinusová vlna je tvar nebo vzor, ​​který napětí vytváří v průběhu času, a je to vzor výkonu, který může síť využít bez poškození elektrického zařízení, které je konstruováno tak, aby fungovalo při určitých frekvencích a napětích.

První měniče vznikly v 19. století a byly mechanické. Otáčející se motor by se například používal k neustálé změně, zda byl stejnosměrný zdroj připojen dopředu nebo dozadu. Dnes vyrábíme elektrické spínače z tranzistorů, polovodičových zařízení bez pohyblivých částí. Tranzistory jsou vyrobeny z polovodičových materiálů, jako je křemík nebo arsenid gallia. Řídí tok elektřiny v reakci na vnější elektrické signály.

Pokud máte domácí solární systém, váš střídač pravděpodobně plní několik funkcí. Kromě přeměny vaší solární energie na střídavý proud může monitorovat systém a poskytovat portál pro komunikaci s počítačovými sítěmi. Systémy pro ukládání baterií Solar-plus™ spoléhají na pokročilé střídače, které v případě výpadků fungují bez jakékoli podpory ze strany sítě, pokud jsou k tomu určeny.

K MŘÍŽCE NA BÁZI INVERTORU

Historicky se elektrická energie vyráběla převážně spalováním paliva a vytvářením páry, která pak roztáčí turbínový generátor, který vyrábí elektřinu. Pohyb těchto generátorů produkuje střídavý proud, když se zařízení otáčí, což také nastavuje frekvenci nebo počet opakování sinusové vlny. Frekvence napájení je důležitým ukazatelem pro sledování stavu elektrické sítě. Pokud je například příliš velká zátěž – příliš mnoho zařízení spotřebovávajících energii – energie se ze sítě odebírá rychleji, než ji lze dodat. V důsledku toho se turbíny zpomalí a frekvence střídavého proudu se sníží. Protože turbíny jsou masivní rotující objekty, odolávají změnám frekvence stejně jako všechny objekty odolávají změnám ve svém pohybu, což je vlastnost známá jako setrvačnost.

S tím, jak se do sítě přidává více solárních systémů, se k síti připojuje více střídačů než kdykoli předtím. Výroba na bázi invertoru může produkovat energii s jakoukoli frekvencí a nemá stejné inerciální vlastnosti jako výroba na bázi páry, protože není zapojena žádná turbína. V důsledku toho přechod na elektrickou síť s větším počtem střídačů vyžaduje vybudování chytřejších střídačů, které dokážou reagovat na změny frekvence a další poruchy, ke kterým dochází během provozu sítě, a pomáhají stabilizovat síť proti těmto poruchám.

SÍŤOVÉ SLUŽBY A INVERTORY

Provozovatelé sítí řídí nabídku elektřiny a poptávku po elektrickém systému poskytováním celé řady síťových služeb. Síťové služby jsou činnosti, které provozovatelé sítí provádějí, aby udrželi rovnováhu celého systému a lépe řídili přenos elektřiny.

Když se síť přestane chovat podle očekávání, například když dojde k odchylkám v napětí nebo frekvenci, mohou chytré střídače reagovat různými způsoby. Obecně platí, že standardem pro malé střídače, jako jsou ty, které jsou připojeny k domácímu solárnímu systému, je zůstat zapnutý během nebo „projíždění“ malých výpadků napětí nebo frekvence, a pokud přerušení trvá dlouhou dobu nebo je větší než normálně, odpojí se od sítě a vypnou se. Frekvenční odezva je obzvláště důležitá, protože pokles frekvence je spojen s neočekávaným vypnutím generování. V reakci na změnu frekvence jsou měniče nakonfigurovány tak, aby změnily svůj výstupní výkon a obnovily standardní frekvenci. Zdroje založené na invertorech mohou také reagovat na signály od operátora, aby změnily svůj výkon, když ostatní dodávky a poptávky v elektrickém systému kolísají, což je služba sítě známá jako automatické řízení výroby. Aby mohly střídače poskytovat služby sítě, musí mít zdroje energie, které mohou řídit. Může to být buď výroba, jako je solární panel, který v současné době vyrábí elektřinu, nebo skladování, jako je bateriový systém, který lze použít k poskytování energie, která byla dříve uložena.

Další síťovou službou, kterou mohou poskytovat některé pokročilé střídače, je tvorba sítě. Invertory vytvářející síť mohou spustit síť, pokud dojde k jejímu poklesu – proces známý jako černý start. Tradiční „grid-following“ invertory vyžadují vnější signál z elektrické sítě, aby určily, kdy dojde k přepnutí, aby se vytvořila sinusová vlna, kterou lze vnést do elektrické sítě. V těchto systémech poskytuje výkon ze sítě signál, kterému se střídač snaží přizpůsobit. Pokročilejší střídače vytvářející síť mohou generovat signál samy. Například síť malých solárních panelů může určit jeden ze svých střídačů, aby pracoval v režimu vytváření sítě, zatímco zbytek následuje jeho příklad, jako taneční partneři, a vytváří stabilní síť bez jakékoli turbíny založené na výrobě elektřiny.

Jalový výkon je jednou z nejdůležitějších síťových služeb, které mohou střídače poskytovat. V síti se napětí – síla, která tlačí elektrický náboj – vždy přepíná tam a zpět, stejně jako proud – pohyb elektrického náboje. Elektrický výkon je maximalizován, když jsou napětí a proud synchronizovány. Mohou však nastat situace, kdy napětí a proud mají mezi dvěma střídavými vzory zpoždění, jako když běží motor. Pokud nejsou synchronizovány, část energie proudící obvodem nemůže být absorbována připojenými zařízeními, což má za následek ztrátu účinnosti. K vytvoření stejného množství „skutečného“ výkonu bude potřeba více celkového výkonu, který může zátěž absorbovat. Aby tomu zabránily, veřejné služby dodávají jalový výkon, který vrací napětí a proud zpět do synchronizace a usnadňuje spotřebu elektřiny. Tento jalový výkon se sám o sobě nevyužívá, ale činí užitečným jiný výkon. Moderní invertory mohou poskytovat i absorbovat jalový výkon, aby pomohly sítím vyvážit tento důležitý zdroj. Navíc, protože jalový výkon je obtížné přenášet na dlouhé vzdálenosti, distribuované zdroje energie, jako je střešní solární energie, jsou obzvláště užitečnými zdroji jalového výkonu.

TYPY MĚNIČŮ

Existuje několik typů střídačů, které mohou být instalovány jako součást solárního systému. Ve velkém užitkovém zařízení nebo středně velkém komunitním solárním projektu může být každý solární panel připojen k jedinémucentrální invertor. Tětiva 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. Mikroinvertory 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.