Integratie van zonne-energie: basisprincipes van omvormers en netdiensten

WAT ZIJN INVERTERS?

Een omvormer is een van de belangrijkste apparaten in een zonne-energiesysteem. Het is een apparaat dat gelijkstroom (DC) elektriciteit, wat een zonnepaneel opwekt, omzet in wisselstroom (AC) elektriciteit, die het elektriciteitsnet gebruikt. Bij gelijkstroom wordt elektriciteit in één richting op een constante spanning gehouden. Bij wisselstroom stroomt elektriciteit in beide richtingen in het circuit terwijl de spanning verandert van positief naar negatief. Omvormers zijn slechts één voorbeeld van een klasse apparaten die worden genoemdvermogenselektronica that regulate the flow of electrical power.

In wezen realiseert een omvormer de DC-naar-AC-conversie door de richting van een DC-ingang zeer snel heen en weer te schakelen. Hierdoor wordt een DC-ingang een AC-uitgang. Bovendien kunnen filters en andere elektronica worden gebruikt om een ​​spanning te produceren die varieert als een zuivere, zich herhalende sinusgolf die in het elektriciteitsnet kan worden geïnjecteerd. De sinusgolf is een vorm of patroon dat de spanning in de loop van de tijd maakt, en het is het stroompatroon dat het elektriciteitsnet kan gebruiken zonder elektrische apparatuur te beschadigen, die is gebouwd om op bepaalde frequenties en spanningen te werken.

De eerste omvormers werden gemaakt in de 19e eeuw en waren mechanisch. Een draaiende motor zou bijvoorbeeld worden gebruikt om continu te veranderen of de DC-bron voorwaarts of achterwaarts is aangesloten. Tegenwoordig maken we elektrische schakelaars van transistors, solid-state apparaten zonder bewegende delen. Transistoren zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals silicium of galliumarsenide. Ze regelen de stroom van elektriciteit als reactie op elektrische signalen van buitenaf.

Als u een huishoudelijk zonnesysteem heeft, vervult uw omvormer waarschijnlijk meerdere functies. Naast het omzetten van uw zonne-energie in wisselstroom, kan het het systeem bewaken en een portaal bieden voor communicatie met computernetwerken. Solar-plus-batterijopslagsystemen zijn afhankelijk van geavanceerde omvormers die zonder enige ondersteuning van het elektriciteitsnet werken in geval van stroomuitval, als ze daarvoor zijn ontworpen.

NAAR EEN OP INVERTER GEBASEERD NET

Historisch gezien werd elektrische stroom voornamelijk opgewekt door een brandstof te verbranden en stoom te creëren, die vervolgens een turbinegenerator laat draaien, die elektriciteit opwekt. De beweging van deze generatoren produceert wisselstroom terwijl het apparaat draait, wat ook de frequentie bepaalt, of het aantal keren dat de sinusgolf zich herhaalt. Netfrequentie is een belangrijke indicator voor het bewaken van de gezondheid van het elektriciteitsnet. Als er bijvoorbeeld te veel belasting is, te veel apparaten die energie verbruiken, wordt er sneller energie van het net gehaald dan er geleverd kan worden. Hierdoor zullen de turbines vertragen en zal de wisselstroomfrequentie afnemen. Omdat de turbines massieve draaiende objecten zijn, zijn ze bestand tegen veranderingen in de frequentie, net zoals alle objecten weerstand bieden aan veranderingen in hun beweging, een eigenschap die bekend staat als inertie.

Naarmate er meer zonnesystemen aan het net worden toegevoegd, worden er meer omvormers dan ooit op het net aangesloten. Opwekking op basis van een omvormer kan bij elke frequentie energie produceren en heeft niet dezelfde traagheidseigenschappen als opwekking op basis van stoom, omdat er geen turbine bij betrokken is. Als gevolg hiervan vereist de overgang naar een elektriciteitsnet met meer omvormers het bouwen van slimmere omvormers die kunnen reageren op veranderingen in frequentie en andere verstoringen die optreden tijdens de werking van het net, en helpen het net te stabiliseren tegen die verstoringen.

NETDIENSTEN EN INVERTERS

Netbeheerders beheren vraag en aanbod van elektriciteit op het elektriciteitsnet door middel van een reeks netwerkdiensten. Netdiensten zijn activiteiten die netbeheerders uitvoeren om het systeembrede evenwicht te bewaren en het elektriciteitstransport beter te beheersen.

Wanneer het net zich niet meer gedraagt ​​zoals verwacht, bijvoorbeeld bij afwijkingen in spanning of frequentie, kunnen slimme omvormers op verschillende manieren reageren. Over het algemeen is de norm voor kleine omvormers, zoals die aangesloten op een huishoudelijk zonnestelsel, om aan te blijven tijdens kleine spannings- of frequentiestoringen of deze te 'doorrijden', en als de storing lang aanhoudt of is groter dan normaal, zullen ze zichzelf loskoppelen van het net en afsluiten. Frequentierespons is vooral belangrijk omdat een daling van de frequentie gepaard gaat met het onverwacht uitschakelen van de opwekking. Als reactie op een verandering in frequentie zijn omvormers geconfigureerd om hun uitgangsvermogen te wijzigen om de standaardfrequentie te herstellen. Op omvormers gebaseerde bronnen kunnen ook reageren op signalen van een operator om hun uitgangsvermogen te wijzigen, aangezien andere vraag en aanbod op het elektrische systeem fluctueert, een netwerkdienst die bekend staat als automatische generatiecontrole. Om netdiensten te kunnen leveren, hebben omvormers stroombronnen nodig die ze kunnen aansturen. Dit kan opwekking zijn, zoals een zonnepaneel dat momenteel elektriciteit produceert, of opslag, zoals een batterijsysteem dat kan worden gebruikt om stroom te leveren die eerder was opgeslagen.

Een andere netdienst die sommige geavanceerde omvormers kunnen leveren, is netvorming. Netvormende omvormers kunnen een net opstarten als het uitvalt - een proces dat bekend staat als zwarte start. Traditionele 'grid-following' omvormers hebben een extern signaal van het elektriciteitsnet nodig om te bepalen wanneer de omschakeling zal plaatsvinden om een ​​sinusgolf te produceren die in het elektriciteitsnet kan worden geïnjecteerd. In deze systemen levert de stroom van het net een signaal dat de omvormer probeert te evenaren. Meer geavanceerde netvormende omvormers kunnen het signaal zelf genereren. Een netwerk van kleine zonnepanelen kan bijvoorbeeld een van zijn omvormers aanwijzen om in de netvormende modus te werken, terwijl de rest zijn voorbeeld volgt, zoals danspartners, en een stabiel net vormt zonder opwekking op basis van turbines.

Blindvermogen is een van de belangrijkste netdiensten die omvormers kunnen leveren. Op het net schakelt de spanning - de kracht die elektrische lading voortstuwt - altijd heen en weer, net als de stroom - de beweging van de elektrische lading. Elektrisch vermogen wordt gemaximaliseerd wanneer spanning en stroom worden gesynchroniseerd. Er kunnen echter momenten zijn waarop de spanning en stroom vertragingen hebben tussen hun twee afwisselende patronen, zoals wanneer een motor draait. Als ze niet synchroon lopen, kan een deel van het vermogen dat door het circuit stroomt niet worden geabsorbeerd door aangesloten apparaten, wat resulteert in een verlies aan efficiëntie. Er zal meer totaal vermogen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid âechtâ vermogen te creëren als het vermogen dat de ladingen kunnen absorberen. Om dit tegen te gaan, leveren nutsbedrijven blindvermogen, waardoor de spanning en stroom weer synchroon lopen en de elektriciteit gemakkelijker te verbruiken is. Dit blindvermogen wordt niet zelf gebruikt, maar maakt ander vermogen bruikbaar. Moderne omvormers kunnen blindvermogen leveren en absorberen om het elektriciteitsnet te helpen deze belangrijke hulpbron in balans te houden. Bovendien, omdat blindvermogen moeilijk over lange afstanden kan worden getransporteerd, zijn gedistribueerde energiebronnen zoals zonne-energie op het dak bijzonder nuttige bronnen van blindvermogen.

SOORTEN OMVORMERS

Er zijn verschillende soorten omvormers die kunnen worden geïnstalleerd als onderdeel van een zonnestelsel. In een grootschalige energiecentrale of een middelgroot zonneproject voor de gemeenschap kan elk zonnepaneel op één zonnepaneel worden aangeslotencentrale omvormer. Draad 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. Micro-omvormers 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.