Ο αντιστροφέας είναι μία από τις πιο σημαντικές συσκευές σε ένα ηλιακό σύστημα. Είναι μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) που παράγεται από τους ηλιακούς συλλέκτες σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) που χρησιμοποιείται από το δίκτυο. Στο συνεχές ρεύμα, το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση με σταθερή τάση. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, το ρεύμα ρέει και προς τις δύο κατευθύνσεις σε ένα κύκλωμα καθώς η τάση αλλάζει από θετική σε αρνητική. Ο αντιστροφέας είναι μόνο ένας τύπος ηλεκτρονικής συσκευής ισχύος που ρυθμίζει τη ροή της ισχύος.
Βασικά, ένας αντιστροφέας μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο, αλλάζοντας την κατεύθυνση της εισόδου συνεχούς ρεύματος μπρος-πίσω πολύ γρήγορα. Έτσι, η είσοδος συνεχούς ρεύματος μετατρέπεται σε έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος. φίλτρα και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή μιας τάσης που μεταβάλλεται με τη μορφή ενός καθαρού, επαναλαμβανόμενου ημιτονοειδούς κύματος που μπορεί να εγχυθεί στο δίκτυο. Ένα ημιτονοειδές κύμα είναι το σχήμα ή το μοτίβο των μεταβολών της τάσης με την πάροδο του χρόνου και είναι ένα μοτίβο ισχύος που το δίκτυο μπορεί να χρησιμοποιήσει χωρίς να καταστρέψει τις ηλεκτρικές συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε συγκεκριμένη συχνότητα και τάση.
Οι πρώτοι αντιστροφείς δημιουργήθηκαν τον 19ο αιώνα και ήταν μηχανικοί. ο περιστρεφόμενος κινητήρας μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη συνεχή αλλαγή της εμπρόσθιας ή της αντίστροφης σύνδεσης μιας πηγής συνεχούς ρεύματος. Σήμερα, κατασκευάζουμε ηλεκτρικούς διακόπτες με τρανζίστορ, τα οποία είναι συσκευές στερεάς κατάστασης χωρίς κινούμενα μέρη. Τα τρανζίστορ κατασκευάζονται από υλικά ημιαγωγών, όπως το πυρίτιο ή το αρσενιούχο γάλλιο. Ελέγχουν τη ροή του ηλεκτρισμού με βάση εξωτερικά ηλεκτρικά σήματα.
Εάν έχετε έναοικιακό ηλιακό σύστημα, ο αντιστροφέας σας έχει πιθανώς διάφορες λειτουργίες. Εκτός από τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε εναλλασσόμενο ρεύμα, μπορεί να παρακολουθεί το σύστημα και να παρέχει μια πύλη επικοινωνίας με δίκτυα υπολογιστών. Τα συστήματα αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας συν μπαταρία βασίζονται σε προηγμένους μετατροπείς για να λειτουργούν χωρίς υποστήριξη από το δίκτυο κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος (εάν έχουν σχεδιαστεί για να το κάνουν).
Προς ένα δίκτυο βασισμένο σε μετατροπέα
Ιστορικά, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται κυρίως με την καύση καυσίμων για τη δημιουργία ατμού, ο οποίος στη συνέχεια περιστρέφει τις γεννήτριες στροβίλων. Η κίνηση αυτών των γεννητριών δημιουργεί ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος καθώς οι συσκευές περιστρέφονται, γεγονός που καθορίζει επίσης τη συχνότητα ή τον αριθμό των φορών που επαναλαμβάνεται το ημιτονοειδές κύμα. Η συχνότητα της παροχής ρεύματος αποτελεί σημαντικό δείκτη της υγείας του δικτύου. Για παράδειγμα, εάν το φορτίο είναι πολύ μεγάλο (πάρα πολλές συσκευές που καταναλώνουν ενέργεια), τότε η ενέργεια καταναλώνεται από το δίκτυο ταχύτερα από ό,τι μπορεί να παρασχεθεί. Ως αποτέλεσμα, οι ανεμογεννήτριες θα επιβραδύνουν και η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος θα μειωθεί. Επειδή οι τουρμπίνες είναι μεγάλα περιστρεφόμενα αντικείμενα, αντιστέκονται στις μεταβολές της συχνότητας όπως όλα τα αντικείμενα αντιστέκονται στις μεταβολές της κίνησης, μια ιδιότητα που ονομάζεται αδράνεια.
Καθώς προστίθενται περισσότερα ηλιακά συστήματα στο δίκτυο, περισσότεροι μετατροπείς συνδέονται στο δίκτυο από ποτέ άλλοτε. Η παραγωγή με αντιστροφέα μπορεί να παράγει ενέργεια σε οποιαδήποτε συχνότητα και, επειδή δεν εμπλέκεται τουρμπίνα, δεν έχει τα ίδια χαρακτηριστικά αδράνειας με την παραγωγή με ατμό. Ως εκ τούτου, η μετάβαση σε ένα δίκτυο με περισσότερους αντιστροφείς απαιτεί την κατασκευή πιο έξυπνων αντιστροφέων που μπορούν να ανταποκρίνονται στις μεταβολές της συχνότητας και σε άλλες διαταραχές που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία του δικτύου και να συμβάλλουν στη σταθεροποίηση του δικτύου από τις διαταραχές αυτές.
Υπηρεσίες δικτύου και αντιστροφείς
Οι διαχειριστές δικτύου διαχειρίζονται την προσφορά και τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας παρέχοντας μια σειρά υπηρεσιών δικτύου. Οι υπηρεσίες δικτύου είναι δραστηριότητες που εκτελούν οι διαχειριστές δικτύου για τη διατήρηση της ισορροπίας σε όλο το σύστημα και την καλύτερη διαχείριση της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.
Όταν το δίκτυο δεν λειτουργεί πλέον όπως αναμενόταν, όπως όταν η τάση ή η συχνότητα αποκλίνει, οι έξυπνοι μετατροπείς μπορούν να ανταποκριθούν με διάφορους τρόπους. Σε γενικές γραμμές, το πρότυπο για τους μικρούς μετατροπείς, όπως αυτοί που συνδέονται σε ένα οικιακό ηλιακό σύστημα, είναι να παραμένουν σε λειτουργία ή να "ξεπερνούν" τις διακοπές όταν υπάρχουν μικρές διακοπές στην τάση ή τη συχνότητα, και θα αποσυνδεθούν αυτόματα από το δίκτυο και θα κλείσουν εάν η διακοπή διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα ή είναι μεγαλύτερη από το κανονικό. Η απόκριση συχνότητας είναι ιδιαίτερα σημαντική, επειδή οι πτώσεις συχνότητας συνδέονται με απροσδόκητη παραγωγή εκτός δικτύου. Σε απόκριση στις μεταβολές της συχνότητας, οι μετατροπείς ρυθμίζονται έτσι ώστε να αλλάζουν την ισχύ εξόδου τους για την αποκατάσταση της κανονικής συχνότητας. Οι πόροι που βασίζονται σε μετατροπείς μπορούν επίσης να ανταποκριθούν σε σήματα χειριστών για να αλλάξουν την παραγωγή ισχύος τους καθώς αυξομειώνεται η προσφορά και η ζήτηση στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, μια υπηρεσία δικτύου που ονομάζεται αυτόματος έλεγχος παραγωγής. Για την παροχή υπηρεσιών δικτύου, ο αντιστροφέας πρέπει να έχει μια πηγή ισχύος που να μπορεί να ελέγχει. Αυτή μπορεί να είναι η παραγωγή, όπως ένα ηλιακό πάνελ που παράγει επί του παρόντος ενέργεια, ή η αποθήκευση, όπως ένα σύστημα μπαταριών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή προηγουμένως αποθηκευμένης ενέργειας.
Μια άλλη υπηρεσία δικτύου που μπορούν να παρέχουν ορισμένοι προηγμένοι μετατροπείς είναι η διαμόρφωση δικτύου. Οι μετατροπείς που σχηματίζουν το δίκτυο μπορούν να εκκινήσουν το δίκτυο όταν εμφανιστεί σφάλμα στο δίκτυο, μια διαδικασία που ονομάζεται black start. Οι παραδοσιακοί μετατροπείς "ακολουθώντας το δίκτυο" απαιτούν ένα εξωτερικό σήμα από το δίκτυο για να καθορίσουν πότε πρέπει να μεταβούν για να παράγουν ένα ημιτονοειδές κύμα που μπορεί να εγχυθεί στο δίκτυο. Σε αυτά τα συστήματα, η ισχύς από το δίκτυο παρέχει το σήμα που προσπαθεί να ταιριάξει ο αντιστροφέας. Οι πιο προηγμένοι αντιστροφείς που σχηματίζουν δίκτυο μπορούν να παράγουν το σήμα μόνοι τους. Για παράδειγμα, ένα μικρό δίκτυο ηλιακών συλλεκτών μπορεί να ορίσει έναν από τους αντιστροφείς του να λειτουργεί σε λειτουργία σχηματισμού δικτύου και οι υπόλοιποι αντιστροφείς να ακολουθούν το παράδειγμά του σαν εταίροι που χορεύουν, σχηματίζοντας ένα σταθερό δίκτυο χωρίς παραγωγή από τουρμπίνα.
Η άεργος ισχύς είναι μία από τις σημαντικότερες υπηρεσίες δικτύου που μπορούν να παρέχουν οι μετατροπείς. Στο ηλεκτρικό δίκτυο, η τάση (η δύναμη που ωθεί τα ηλεκτρικά φορτία) αλλάζει πάντα εμπρός και πίσω, όπως και το ρεύμα (η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων). Όταν η τάση και το ρεύμα συγχρονίζονται, η ηλεκτρική ενέργεια μεγιστοποιείται. Ωστόσο, μερικές φορές μπορεί να υπάρχει καθυστέρηση μεταξύ των δύο εναλλασσόμενων τρόπων για την τάση και το ρεύμα, όπως όταν λειτουργεί ένας κινητήρας. Εάν δεν είναι συγχρονισμένοι, μέρος της ενέργειας που διαρρέει το κύκλωμα δεν μπορεί να απορροφηθεί από τον συνδεδεμένο εξοπλισμό, με αποτέλεσμα απώλειες απόδοσης. Απαιτείται μεγαλύτερη συνολική ισχύς για να παραχθεί η ίδια ποσότητα "πραγματικής" ισχύος (η ισχύς που μπορεί να απορροφήσει το φορτίο). Για να το εξουδετερώσουν αυτό, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας παρέχουν άεργο ισχύ για να επαναφέρουν την τάση και το ρεύμα σε συγχρονισμό, καθιστώντας την ηλεκτρική ενέργεια ευκολότερη στην κατανάλωση. Αυτή η ίδια η άεργος ισχύς δεν χρησιμοποιείται, αλλά μάλλον επιτρέπει σε άλλη ισχύ να γίνει χρήσιμη. Οι σύγχρονοι μετατροπείς μπορούν τόσο να παρέχουν όσο και να απορροφούν άεργο ισχύ για να βοηθήσουν το δίκτυο να εξισορροπήσει αυτόν τον σημαντικό πόρο. Επιπλέον, επειδή η άεργος ισχύς είναι δύσκολο να μεταδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις, οι κατανεμημένοι ενεργειακοί πόροι, όπως η ηλιακή ενέργεια στις στέγες, είναι ιδιαίτερα χρήσιμες πηγές άεργου ισχύος.
