การรวมพลังงานแสงอาทิตย์: อินเวอร์เตอร์และบริการพื้นฐานเกี่ยวกับกริด

อินเวอร์เตอร์คืออะไร?

อินเวอร์เตอร์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นอุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ซึ่งเป็นสิ่งที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์สร้างขึ้น ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ซึ่งโครงข่ายไฟฟ้าใช้ ในไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้าจะถูกรักษาไว้ที่แรงดันคงที่ในทิศทางเดียว ในไฟฟ้ากระแสสลับ กระแสไฟฟ้าจะไหลทั้งสองทิศทางในวงจรเมื่อแรงดันเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ อินเวอร์เตอร์เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของประเภทอุปกรณ์ที่เรียกว่าไฟฟ้ากำลัง that regulate the flow of electrical power.

โดยพื้นฐานแล้ว อินเวอร์เตอร์จะทำการแปลง DC-to-AC ได้สำเร็จโดยการเปลี่ยนทิศทางของอินพุต DC ไปมาอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้อินพุต DC กลายเป็นเอาต์พุต AC นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตัวกรองและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันเป็นคลื่นไซน์ที่สะอาดและเกิดซ้ำๆ ซึ่งสามารถฉีดเข้าไปในกริดไฟฟ้าได้ คลื่นไซน์เป็นรูปร่างหรือรูปแบบที่แรงดันไฟฟ้าสร้างขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และเป็นรูปแบบของพลังงานที่กริดสามารถใช้ได้โดยไม่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเสียหาย ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อทำงานที่ความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน

อินเวอร์เตอร์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 19 และเป็นเครื่องกล ตัวอย่างเช่น มอเตอร์หมุนจะถูกใช้เพื่อเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องว่าแหล่งจ่ายไฟ DC เชื่อมต่อไปข้างหน้าหรือข้างหลัง วันนี้เราสร้างสวิตช์ไฟฟ้าจากทรานซิสเตอร์ อุปกรณ์โซลิดสเตตที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว ทรานซิสเตอร์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิกอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ พวกเขาควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าภายนอก

หากคุณมีระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือน อินเวอร์เตอร์ของคุณอาจทำหน้าที่หลายอย่าง นอกจากจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสสลับแล้ว ยังสามารถตรวจสอบระบบและจัดเตรียมพอร์ทัลสำหรับการสื่อสารกับเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ของ Solar-plusâอาศัยอินเวอร์เตอร์ขั้นสูงในการทำงานโดยไม่ต้องใช้การสนับสนุนจากกริดในกรณีที่ไฟดับ หากได้รับการออกแบบมาให้ทำเช่นนั้น

ไปทางกริดที่ใช้อินเวอร์เตอร์

ในอดีต พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการเผาเชื้อเพลิงและสร้างไอน้ำ ซึ่งจากนั้นจะหมุนเครื่องกำเนิดกังหันซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสสลับในขณะที่อุปกรณ์หมุน ซึ่งจะกำหนดความถี่หรือจำนวนครั้งที่คลื่นไซน์เกิดซ้ำด้วย ความถี่ไฟฟ้าเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการตรวจสอบความสมบูรณ์ของกริดไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น หากมีโหลดมากเกินไป—อุปกรณ์จำนวนมากเกินไปที่ใช้พลังงาน—พลังงานจะถูกลบออกจากกริดเร็วกว่าที่จะจ่ายได้ เป็นผลให้กังหันทำงานช้าลงและความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับจะลดลง เนื่องจากกังหันเป็นวัตถุหมุนขนาดใหญ่ พวกมันจึงต่อต้านการเปลี่ยนแปลงความถี่เช่นเดียวกับวัตถุทั้งหมดต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าความเฉื่อย

เมื่อมีการเพิ่มระบบพลังงานแสงอาทิตย์ลงในกริด อินเวอร์เตอร์จำนวนมากขึ้นจะถูกเชื่อมต่อกับกริดมากกว่าที่เคยเป็นมา การผลิตโดยใช้อินเวอร์เตอร์สามารถผลิตพลังงานได้ทุกความถี่และไม่มีคุณสมบัติเฉื่อยเช่นเดียวกับการผลิตด้วยไอน้ำ เนื่องจากไม่มีกังหันเข้ามาเกี่ยวข้อง ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนไปใช้โครงข่ายไฟฟ้าที่มีอินเวอร์เตอร์จำนวนมากขึ้นจำเป็นต้องสร้างอินเวอร์เตอร์ที่ชาญฉลาดขึ้น ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความถี่และการหยุดชะงักอื่นๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของโครงข่ายไฟฟ้า และช่วยให้โครงข่ายมีเสถียรภาพต่อการหยุดชะงักเหล่านั้น

บริการกริดและอินเวอร์เตอร์

ผู้ให้บริการโครงข่ายไฟฟ้าจะจัดการการจ่ายไฟฟ้าและความต้องการไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าด้วยการให้บริการโครงข่ายที่หลากหลาย บริการกริดเป็นกิจกรรมที่ผู้ให้บริการกริดดำเนินการเพื่อรักษาสมดุลทั้งระบบและจัดการการส่งไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น

เมื่อกริดหยุดทำงานตามที่คาดไว้ เช่น เมื่อมีการเบี่ยงเบนของแรงดันหรือความถี่ อินเวอร์เตอร์อัจฉริยะจะสามารถตอบสนองได้หลายวิธี โดยทั่วไปแล้ว มาตรฐานสำหรับอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก เช่น ที่ต่อกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือน จะต้องคงไว้ในระหว่างหรือ âride throughâ การหยุดชะงักเล็กน้อยของแรงดันไฟฟ้าหรือความถี่ และหากการหยุดชะงักนั้นกินเวลานานหรือ มีขนาดใหญ่กว่าปกติ พวกเขาจะตัดการเชื่อมต่อตัวเองจากกริดและปิดตัวลง การตอบสนองความถี่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากความถี่ที่ลดลงนั้นสัมพันธ์กับการสร้างที่หยุดทำงานแบบออฟไลน์โดยไม่คาดคิด เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ อินเวอร์เตอร์ได้รับการกำหนดค่าให้เปลี่ยนเอาต์พุตกำลังไฟฟ้าเพื่อคืนค่าความถี่มาตรฐาน ทรัพยากรที่ใช้อินเวอร์เตอร์อาจตอบสนองต่อสัญญาณจากผู้ปฏิบัติงานเพื่อเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าของพวกเขา เนื่องจากอุปสงค์และอุปทานอื่นๆ ในระบบไฟฟ้ามีความผันผวน บริการกริดที่เรียกว่าการควบคุมการผลิตอัตโนมัติ เพื่อให้บริการกริด อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานที่สามารถควบคุมได้ ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งรุ่น เช่น แผงโซลาร์เซลล์ที่กำลังผลิตกระแสไฟฟ้า หรือระบบจัดเก็บ เช่น ระบบแบตเตอรี่ที่สามารถใช้เพื่อจ่ายพลังงานที่เก็บไว้ก่อนหน้านี้

บริการกริดอื่นที่อินเวอร์เตอร์ขั้นสูงบางรุ่นสามารถจัดหาได้คือการขึ้นรูปกริด เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบกริดสามารถเริ่มการทำงานของกริดได้หากระบบหยุดทำงานซึ่งเรียกว่าการเริ่มดำ อินเวอร์เตอร์แบบ “ตามกริด” แบบดั้งเดิมต้องการสัญญาณภายนอกจากกริดไฟฟ้าเพื่อกำหนดเวลาที่จะเกิดสวิตชิ่งเพื่อสร้างคลื่นไซน์ที่สามารถฉีดเข้าไปในกริดไฟฟ้าได้ ในระบบเหล่านี้ พลังงานจากกริดจะให้สัญญาณที่อินเวอร์เตอร์พยายามจับคู่ อินเวอร์เตอร์กริดฟอร์มขั้นสูงสามารถสร้างสัญญาณได้เอง ตัวอย่างเช่น เครือข่ายของแผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กอาจกำหนดให้อินเวอร์เตอร์ตัวใดตัวหนึ่งทำงานในโหมดการสร้างกริด ในขณะที่ส่วนที่เหลือทำตามผู้นำ เช่น คู่เต้นรำ สร้างกริดที่เสถียรโดยไม่มีการสร้างแบบกังหัน

พลังงานปฏิกิริยาเป็นหนึ่งในบริการกริดที่สำคัญที่สุดที่สามารถให้บริการอินเวอร์เตอร์ได้ บนกริด แรงดันไฟฟ้า—แรงที่ผลักประจุไฟฟ้า—จะสลับไปมาเสมอ และกระแส—การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าก็เช่นกัน พลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นสูงสุดเมื่อแรงดันและกระแสตรงกัน อย่างไรก็ตาม อาจมีบางครั้งที่แรงดันและกระแสมีการหน่วงระหว่างรูปแบบการสลับทั้งสองแบบ เช่น เมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน หากไม่ซิงค์กัน พลังงานบางส่วนที่ไหลผ่านวงจรจะไม่ถูกดูดซับโดยอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ ส่งผลให้สูญเสียประสิทธิภาพ จำเป็นต้องใช้กำลังทั้งหมดมากขึ้นเพื่อสร้าง “กำลังจริง” ในปริมาณที่เท่ากัน—กำลังที่โหลดสามารถดูดซับได้ เพื่อแก้ปัญหานี้ สาธารณูปโภคจะจ่ายพลังงานปฏิกิริยา ซึ่งทำให้แรงดันและกระแสกลับมาซิงค์กัน และทำให้ใช้ไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น พลังงานปฏิกิริยานี้ไม่ได้ใช้เอง แต่ทำให้พลังงานอื่นมีประโยชน์ อินเวอร์เตอร์สมัยใหม่สามารถจ่ายและดูดซับพลังงานปฏิกิริยาเพื่อช่วยให้กริดมีความสมดุลของทรัพยากรที่สำคัญนี้ นอกจากนี้ เนื่องจากพลังงานปฏิกิริยาเป็นเรื่องยากที่จะขนส่งในระยะทางไกล แหล่งพลังงานแบบกระจาย เช่น แสงอาทิตย์บนหลังคาจึงเป็นแหล่งพลังงานปฏิกิริยาที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง

ประเภทของอินเวอร์เตอร์

มีอินเวอร์เตอร์หลายประเภทที่อาจติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่หรือโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ชุมชนขนาดกลาง แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทุกแผงอาจถูกต่อเข้ากับแผงเดียวเซ็นทรัลอินเวอร์เตอร์ สตริง 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. ไมโครอินเวอร์เตอร์ 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.