Integrazione solare: nozioni di base su inverter e servizi di rete

COSA SONO GLI INVERTER?

Un inverter è una delle apparecchiature più importanti in un sistema di energia solare. È un dispositivo che converte l'elettricità a corrente continua (CC), che è ciò che genera un pannello solare, in elettricità a corrente alternata (CA), utilizzata dalla rete elettrica. In DC, l'elettricità viene mantenuta a tensione costante in una direzione. In AC, l'elettricità scorre in entrambe le direzioni nel circuito mentre la tensione cambia da positiva a negativa. Gli inverter sono solo un esempio di una classe di dispositivi chiamataelettronica di potenza that regulate the flow of electrical power.

Fondamentalmente, un inverter esegue la conversione da CC a CA commutando la direzione di un ingresso CC avanti e indietro molto rapidamente. Di conseguenza, un ingresso CC diventa un'uscita CA. Inoltre, filtri e altri dispositivi elettronici possono essere utilizzati per produrre una tensione che varia come un'onda sinusoidale pulita e ripetuta che può essere iniettata nella rete elettrica. L'onda sinusoidale è una forma o uno schema che la tensione crea nel tempo ed è lo schema di potenza che la rete può utilizzare senza danneggiare le apparecchiature elettriche, che sono costruite per funzionare a determinate frequenze e tensioni.

I primi inverter furono creati nel XIX secolo ed erano meccanici. Un motore rotante, ad esempio, verrebbe utilizzato per cambiare continuamente se la sorgente CC fosse collegata in avanti o indietro. Oggi produciamo interruttori elettrici con transistor, dispositivi a stato solido senza parti in movimento. I transistor sono realizzati con materiali semiconduttori come silicio o arseniuro di gallio. Controllano il flusso di elettricità in risposta a segnali elettrici esterni.

Se hai un sistema solare domestico, il tuo inverter probabilmente svolge diverse funzioni. Oltre a convertire l'energia solare in corrente alternata, può monitorare il sistema e fornire un portale per la comunicazione con le reti di computer. I sistemi di accumulo della batteria Solar-plus si basano su inverter avanzati per funzionare senza alcun supporto dalla rete in caso di interruzioni, se sono progettati per farlo.

VERSO UNA RETE BASATA SU INVERTER

Storicamente, l'energia elettrica è stata generata prevalentemente bruciando un combustibile e creando vapore, che poi fa girare un generatore a turbina, che crea elettricità. Il movimento di questi generatori produce corrente alternata durante la rotazione del dispositivo, che imposta anche la frequenza o il numero di volte in cui l'onda sinusoidale si ripete. La frequenza di rete è un indicatore importante per monitorare lo stato di salute della rete elettrica. Ad esempio, se c'è un carico eccessivo, troppi dispositivi che consumano energia, l'energia viene rimossa dalla rete più velocemente di quanto possa essere fornita. Di conseguenza, le turbine rallenteranno e la frequenza CA diminuirà. Poiché le turbine sono enormi oggetti rotanti, resistono ai cambiamenti nella frequenza proprio come tutti gli oggetti resistono ai cambiamenti nel loro movimento, una proprietà nota come inerzia.

Man mano che più sistemi solari vengono aggiunti alla rete, più inverter vengono collegati alla rete come mai prima d'ora. La generazione basata su inverter può produrre energia a qualsiasi frequenza e non ha le stesse proprietà inerziali della generazione basata su vapore, poiché non è coinvolta alcuna turbina. Di conseguenza, il passaggio a una rete elettrica con più inverter richiede la costruzione di inverter più intelligenti in grado di rispondere ai cambiamenti di frequenza e ad altre interruzioni che si verificano durante il funzionamento della rete e contribuire a stabilizzare la rete contro tali interruzioni.

SERVIZI DI RETE E INVERTER

I gestori di rete gestiscono l'offerta e la domanda di elettricità sul sistema elettrico fornendo una gamma di servizi di rete. I servizi di rete sono attività che gli operatori di rete svolgono per mantenere l'equilibrio a livello di sistema e gestire meglio la trasmissione dell'energia elettrica.

Quando la rete smette di comportarsi come previsto, come quando ci sono deviazioni di tensione o frequenza, gli inverter intelligenti possono rispondere in vari modi. In generale, lo standard per i piccoli inverter, come quelli collegati a un sistema solare domestico, è di rimanere accesi durante o "superare" piccole interruzioni di tensione o frequenza e se l'interruzione dura a lungo o è più grandi del normale, si disconnetteranno dalla rete e si spegneranno. La risposta in frequenza è particolarmente importante perché un calo della frequenza è associato alla generazione che viene messa offline in modo imprevisto. In risposta a un cambiamento di frequenza, gli inverter sono configurati per modificare la loro potenza in uscita per ripristinare la frequenza standard. Le risorse basate su inverter potrebbero anche rispondere ai segnali di un operatore per modificare la loro produzione di potenza mentre altre fluttuazioni della domanda e dell'offerta sul sistema elettrico, un servizio di rete noto come controllo automatico della generazione. Per fornire servizi di rete, gli inverter devono disporre di fonti di alimentazione che possono controllare. Potrebbe trattarsi di generazione, come un pannello solare che sta attualmente producendo elettricità, o di accumulo, come un sistema di batterie che può essere utilizzato per fornire energia precedentemente immagazzinata.

Un altro servizio di rete che alcuni inverter avanzati possono fornire è la formazione della rete. Gli inverter che formano la rete possono avviare una rete se si interrompe, un processo noto come black start. I tradizionali inverter "grid-following" richiedono un segnale esterno dalla rete elettrica per determinare quando avverrà la commutazione al fine di produrre un'onda sinusoidale che può essere iniettata nella rete elettrica. In questi sistemi, la potenza dalla rete fornisce un segnale che l'inverter cerca di far corrispondere. Gli inverter più avanzati che formano la rete possono generare il segnale da soli. Ad esempio, una rete di piccoli pannelli solari potrebbe designare uno dei suoi inverter per funzionare in modalità di formazione della rete mentre gli altri seguono il suo esempio, come compagni di ballo, formando una rete stabile senza alcuna generazione basata su turbine.

La potenza reattiva è uno dei servizi di rete più importanti che gli inverter possono fornire. Sulla griglia, la tensione, la forza che spinge la carica elettrica, cambia sempre avanti e indietro, e così anche la corrente, il movimento della carica elettrica. La potenza elettrica è massimizzata quando tensione e corrente sono sincronizzate. Tuttavia, potrebbero esserci momenti in cui la tensione e la corrente presentano ritardi tra i loro due schemi alternati, come quando un motore è in funzione. Se non sono sincronizzati, parte della potenza che scorre attraverso il circuito non può essere assorbita dai dispositivi collegati, con conseguente perdita di efficienza. Sarà necessaria più potenza totale per creare la stessa quantità di potenza "reale" che i carichi possono assorbire. Per contrastare ciò, le utility forniscono potenza reattiva, che riporta la tensione e la corrente in sincronia e rende l'elettricità più facile da consumare. Questa potenza reattiva non viene utilizzata di per sé, ma piuttosto rende utile altra potenza. I moderni inverter possono fornire e assorbire potenza reattiva per aiutare le reti a bilanciare questa importante risorsa. Inoltre, poiché l'energia reattiva è difficile da trasportare su lunghe distanze, le risorse energetiche distribuite come il solare sui tetti sono fonti particolarmente utili di energia reattiva.

TIPI DI INVERTER

Esistono diversi tipi di inverter che possono essere installati come parte di un sistema solare. In un impianto di utilità su larga scala o in un progetto solare comunitario di media scala, ogni pannello solare potrebbe essere collegato a un singoloinverter centrale. Corda 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. Microinverter 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.