Invertteri on yksi aurinkojärjestelmän tärkeimmistä laitteista. Se on laite, joka muuntaa aurinkopaneelien tuottaman tasavirran (DC) sähköverkon käyttämäksi vaihtovirraksi (AC). Tasavirrassa virta kulkee yhteen suuntaan vakiojännitteellä. Vaihtovirrassa virta kulkee virtapiirissä molempiin suuntiin, kun jännite muuttuu positiivisesta negatiiviseksi. Vaihtosuuntaaja on vain yksi tehoelektroniikkalaitteen tyyppi, joka säätelee virran kulkua.
Periaatteessa invertteri muuntaa tasasähkön vaihtovirraksi vaihtamalla tasasähkösyötön suuntaa edestakaisin hyvin nopeasti. Suodattimia ja muita elektronisia laitteita voidaan käyttää tuottamaan jännite, joka vaihtelee puhtaana, toistuvana siniaaltona, joka voidaan syöttää verkkoon. Siniaalto on jännitteen muodon tai kuvion muuttuminen ajan kuluessa, ja se on tehon kuvio, jota verkko voi käyttää vahingoittamatta sähkölaitteita, jotka on suunniteltu toimimaan tietyllä taajuudella ja jännitteellä.
Ensimmäiset invertterit luotiin 1800-luvulla, ja ne olivat mekaanisia. pyörivää moottoria voitiin käyttää vaihtamaan jatkuvasti tasavirtalähteen eteen- tai taaksepäin kytkentää. Nykyään sähköiset kytkimet tehdään transistoreilla, jotka ovat kiinteitä laitteita, joissa ei ole liikkuvia osia. Transistorit valmistetaan puolijohdemateriaaleista, kuten piistä tai galliumarsenidista. Ne ohjaavat sähkövirtaa ulkoisten sähkösignaalien perusteella.
Jos sinulla onkoti aurinkojärjestelmä, invertterissäsi on todennäköisesti useita toimintoja. Aurinkoenergian muuntamisen vaihtovirraksi lisäksi se voi valvoa järjestelmää ja tarjota portaalin tietoverkkojen kanssa käytävää viestintää varten. Aurinkoenergiaa ja akkua sisältävät varastointijärjestelmät perustuvat kehittyneisiin inverttereihin, jotka toimivat ilman verkkotukea sähkökatkosten aikana (jos ne on suunniteltu niin).
Kohti invertteripohjaista verkkoa
Historiallisesti sähköä on tuotettu pääasiassa polttamalla polttoainetta höyryn tuottamiseksi, joka sitten pyörittää turbiinigeneraattoreita. Näiden generaattoreiden liike luo vaihtovirtaa laitteiden pyöriessä, mikä määrittää myös taajuuden eli sen, kuinka monta kertaa siniaalto toistuu. Sähkönsyötön taajuus on tärkeä mittari verkon kunnosta. Jos esimerkiksi kuormitus on liian suuri (liian monet laitteet kuluttavat energiaa), energiaa kuluu verkosta nopeammin kuin sitä voidaan syöttää. Tämän seurauksena turbiinit hidastuvat ja vaihtosähkön taajuus laskee. Koska turbiinit ovat suuria pyöriviä esineitä, ne vastustavat taajuuden muutoksia aivan kuten kaikki esineet vastustavat liikkeen muutoksia.
Kun verkkoon liitetään yhä enemmän aurinkoenergiajärjestelmiä, verkkoon liitetään myös enemmän inverttereitä kuin koskaan aiemmin. Invertterillä voidaan tuottaa energiaa millä tahansa taajuudella, ja koska siihen ei liity turbiinia, sillä ei ole samoja inertiaominaisuuksia kuin höyryntuotannolla. Siksi siirtyminen verkkoon, jossa on enemmän inverttereitä, edellyttää älykkäämpien invertterien rakentamista, jotka voivat reagoida taajuuden muutoksiin ja muihin verkon käytön aikana esiintyviin häiriöihin ja auttaa vakauttamaan verkkoa näiden häiriöiden varalta.
Verkkopalvelut ja invertterit
Verkonhaltijat hallitsevat sähkön tarjontaa ja kysyntää sähköverkossa tarjoamalla erilaisia verkkopalveluja. Verkkopalvelut ovat toimintoja, joita verkonhaltijat suorittavat koko järjestelmän tasapainon ylläpitämiseksi ja sähkönsiirron hallitsemiseksi paremmin.
Kun sähköverkko ei enää toimi odotetulla tavalla, esimerkiksi kun jännite tai taajuus poikkeaa, älykkäät taajuusmuuttajat voivat reagoida monin eri tavoin. Yleisesti ottaen pienten invertterien, kuten kodin aurinkokennojärjestelmään liitettyjen invertterien, standardina on pysyä päällä tai "kestää" keskeytyksiä, kun jännitteessä tai taajuudessa on pieniä keskeytyksiä, ja ne irrottautuvat automaattisesti verkosta ja sammuvat, jos keskeytys kestää pitkään tai on normaalia suurempi. Taajuusvaste on erityisen tärkeä, koska taajuuden laskuihin liittyy odottamaton tuotantokatkos. Taajuuden muutoksiin reagoidessaan taajuusmuuttajat on konfiguroitu siten, että ne muuttavat lähtötehoa vakiotaajuuden palauttamiseksi. Invertteripohjaiset resurssit voivat myös reagoida operaattorin signaaleihin ja muuttaa tehontuottoaan, kun sähköjärjestelmän muu tarjonta ja kysyntä vaihtelevat. Verkkopalvelujen tarjoamiseksi invertterillä on oltava teholähde, jota se voi ohjata. Tämä voi olla sähköntuotantoa, kuten aurinkopaneeli, joka tuottaa parhaillaan sähköä, tai varastointia, kuten akkujärjestelmä, jota voidaan käyttää aiemmin varastoidun tehon tuottamiseen.
Toinen verkkopalvelu, jota jotkin kehittyneet invertterit voivat tarjota, on verkonmuodostus. Verkonmuodostavat taajuusmuuttajat voivat käynnistää verkon, kun verkossa ilmenee vika, ja tätä prosessia kutsutaan mustaksi käynnistykseksi. Perinteiset "verkkoa seuraavat" invertterit vaativat ulkoisen signaalin verkosta määrittääkseen, milloin kytkeytyä, jotta voidaan tuottaa siniaalto, joka voidaan syöttää verkkoon. Näissä järjestelmissä sähköverkosta tuleva teho antaa signaalin, jota invertteri yrittää noudattaa. Kehittyneemmät verkkoa muodostavat invertterit voivat tuottaa signaalin itse. Esimerkiksi pieni aurinkopaneeliverkko voi määrittää yhden invertterinsä toimimaan verkonmuodostustilassa, ja muut invertterit seuraavat sen esimerkkiä kuin tanssivat kumppanit, jolloin muodostuu vakaa verkko ilman turbiinipohjaista tuotantoa.
Reaktiivinen teho on yksi tärkeimmistä verkkopalveluista, joita taajuusmuuttajat voivat tarjota. Sähköverkossa jännite (voima, joka työntää sähkövarauksia) vaihtelee aina edestakaisin, samoin kuin virta (sähkövarausten liike). Kun jännite ja virta ovat synkronissa, sähköenergia maksimoituu. Joskus jännitteen ja virran kahden vaihtelutilan välillä voi kuitenkin olla viive, esimerkiksi moottorin käydessä. Jos ne eivät ole synkronoituja, osa virtapiirin läpi virtaavasta tehosta ei pääse kytkettyjen laitteiden käyttöön, mikä johtaa tehohäviöihin. Saman "todellisen" tehon (teho, jonka kuorma voi ottaa vastaan) tuottamiseen tarvitaan enemmän kokonaistehoa. Tämän vastapainoksi energialaitokset tarjoavat reaktiivista tehoa, jolla jännite ja virta saadaan takaisin synkronoitua, jolloin sähköä on helpompi kuluttaa. Tätä reaktiivista tehoa ei itse käytetä, vaan se mahdollistaa muun tehon käytön. Nykyaikaiset invertterit voivat sekä tuottaa että absorboida reaktiivista tehoa, mikä auttaa verkkoa tasapainottamaan tätä tärkeää resurssia. Koska reaktiivista tehoa on vaikea siirtää pitkien etäisyyksien päähän, hajautetut energialähteet, kuten kattojen aurinkoenergia, ovat erityisen hyödyllisiä reaktiivisen tehon lähteitä.
