Un invertor este unul dintre cele mai importante dispozitive dintr-un sistem solar. Este un dispozitiv care convertește curentul continuu (DC) generat de panourile solare în curent alternativ (AC) utilizat de rețea. În curentul continuu, curentul circulă într-o singură direcție la o tensiune constantă. În cazul curentului alternativ, curentul circulă în ambele direcții într-un circuit pe măsură ce tensiunea trece de la pozitiv la negativ. Un invertor este doar un tip de dispozitiv electronic de putere care reglează fluxul de energie.
În esență, un invertor transformă curentul continuu în curent alternativ prin comutarea foarte rapidă a direcției de intrare a curentului continuu înainte și înapoi. Filtrele și alte dispozitive electronice pot fi utilizate pentru a produce o tensiune care variază sub forma unei unde sinusoidale curate și repetitive care poate fi injectată în rețea. Unda sinusoidală este forma sau modelul de variație a tensiunii în timp și este un model de putere pe care rețeaua îl poate utiliza fără a deteriora dispozitivele electrice care sunt proiectate să funcționeze la o anumită frecvență și tensiune.
Primele invertoare au fost create în secolul al XIX-lea și erau mecanice. Motorul rotativ putea fi utilizat pentru a schimba continuu conexiunea înainte sau înapoi a unei surse de curent continuu. Astăzi, realizăm comutatoare electrice cu tranzistoare, care sunt dispozitive în stare solidă fără părți mobile. Tranzistoarele sunt realizate din materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul sau arsenura de galiu. Acestea controlează fluxul de electricitate pe baza unor semnale electrice externe.
Dacă aveți unsistem solar pentru acasă, invertorul dvs. are probabil mai multe funcții. În plus față de conversia energiei solare în curent alternativ, acesta poate monitoriza sistemul și poate oferi un portal pentru comunicarea cu rețelele de calculatoare. Sistemele de stocare a energiei solare plus baterii se bazează pe invertoare avansate pentru a funcționa fără sprijinul rețelei în timpul întreruperilor de curent (dacă sunt proiectate să facă acest lucru).
Către o rețea bazată pe invertoare
Din punct de vedere istoric, electricitatea a fost produsă în principal prin arderea combustibilului pentru a crea abur, care apoi învârte generatoarele de turbine. Mișcarea acestor generatoare creează curent alternativ pe măsură ce dispozitivele se rotesc, ceea ce determină și frecvența sau numărul de repetări ale undei sinusoidale. Frecvența alimentării cu energie electrică este un indicator important al stării de sănătate a rețelei. De exemplu, dacă sarcina este prea mare (prea multe dispozitive consumă energie), atunci energia este consumată din rețea mai repede decât poate fi furnizată. Ca urmare, turbinele vor încetini și frecvența curentului alternativ va scădea. Deoarece turbinele sunt obiecte rotative de mari dimensiuni, acestea rezistă schimbărilor de frecvență la fel cum toate obiectele rezistă schimbărilor de mișcare, o proprietate numită inerție.
Pe măsură ce mai multe sisteme solare sunt adăugate la rețea, mai multe invertoare sunt conectate la rețea decât oricând înainte. Generarea cu invertoare poate produce energie la orice frecvență și, deoarece nu este implicată nicio turbină, nu are aceleași caracteristici de inerție ca generarea cu abur. Prin urmare, tranziția către o rețea cu mai multe invertoare necesită construirea unor invertoare mai inteligente, care să poată răspunde la schimbările de frecvență și la alte perturbări care apar în timpul funcționării rețelei și să ajute la stabilizarea rețelei în urma acestor perturbări.
Servicii de rețea și invertoare
Operatorii de rețea gestionează oferta și cererea de energie electrică în sistemul energetic prin furnizarea unei game de servicii de rețea. Serviciile de rețea sunt activități pe care operatorii de rețea le desfășoară pentru a menține echilibrul la nivelul întregului sistem și pentru a gestiona mai bine transportul de energie electrică.
Atunci când rețeaua nu mai funcționează conform așteptărilor, cum ar fi atunci când tensiunea sau frecvența deviază, invertoarele inteligente pot reacționa într-o varietate de moduri. În general, standardul pentru invertoarele mici, cum ar fi cele conectate la un sistem solar casnic, este de a rămâne în funcțiune sau de a "suporta" întreruperile atunci când există mici întreruperi ale tensiunii sau frecvenței, și se vor deconecta automat de la rețea și se vor opri dacă întreruperea durează mult timp sau este mai mare decât în mod normal. Răspunsul la frecvență este deosebit de important deoarece scăderile de frecvență sunt asociate cu generarea neașteptată în afara rețelei. Ca răspuns la schimbările de frecvență, invertoarele sunt configurate să își modifice puterea de ieșire pentru a restabili frecvența standard. Resursele bazate pe invertoare pot, de asemenea, să răspundă semnalelor operatorului pentru a-și modifica puterea de ieșire în funcție de fluctuația ofertei și a cererii din sistemul energetic, un serviciu de rețea denumit control automat al generării. Pentru a furniza servicii de rețea, invertorul trebuie să aibă o sursă de energie pe care o poate controla. Aceasta poate fi generatoare, cum ar fi un panou solar care produce în prezent energie, sau de stocare, cum ar fi un sistem de baterii care poate fi utilizat pentru a furniza energie stocată anterior.
Un alt serviciu de rețea pe care îl pot oferi unele invertoare avansate este formarea rețelei. Invertoarele de formare a rețelei pot porni rețeaua atunci când apare o defecțiune a rețelei, un proces numit pornire la negru. Invertoarele tradiționale de tip "grid-following" au nevoie de un semnal extern de la rețea pentru a determina când să comute pentru a produce o undă sinusoidală care poate fi injectată în rețea. În aceste sisteme, energia din rețea furnizează semnalul pe care invertorul încearcă să îl adapteze. Invertoarele mai avansate de formare a rețelei pot genera singure semnalul. De exemplu, o rețea mică de panouri solare poate desemna unul dintre invertoarele sale să funcționeze în modul de formare a rețelei, iar restul invertoarelor îi urmează exemplul ca niște parteneri de dans, formând o rețea stabilă fără nicio generare pe bază de turbine.
Puterea reactivă este unul dintre cele mai importante servicii de rețea pe care le pot furniza invertoarele. În rețeaua electrică, tensiunea (forța care împinge sarcinile electrice) se schimbă mereu înainte și înapoi, la fel ca și curentul (mișcarea sarcinilor electrice). Atunci când tensiunea și curentul sunt sincronizate, energia electrică este maximizată. Cu toate acestea, uneori poate exista o întârziere între cele două moduri de alternanță pentru tensiune și curent, cum ar fi atunci când un motor este în funcțiune. Dacă acestea nu sunt sincronizate, o parte din energia care circulă prin circuit nu poate fi absorbită de echipamentul conectat, ceea ce duce la pierderi de eficiență. Este necesară o putere totală mai mare pentru a produce aceeași cantitate de putere "reală" (puterea pe care sarcina o poate absorbi). Pentru a contracara această situație, utilitățile furnizează energie reactivă pentru a readuce tensiunea și curentul în sincronizare, facilitând consumul de energie electrică. Această putere reactivă nu este utilizată în sine, ci mai degrabă permite altei puteri să devină utilă. Invertoarele moderne pot furniza și absorbi putere reactivă pentru a ajuta rețeaua să echilibreze această resursă importantă. În plus, deoarece puterea reactivă este dificil de transmis pe distanțe lungi, resursele energetice distribuite, cum ar fi energia solară de pe acoperișuri, sunt surse deosebit de utile de putere reactivă.
