En växelriktare är en av de viktigaste enheterna i ett solcellssystem. Det är en enhet som omvandlar den likström (DC) som genereras av solpanelerna till växelström (AC) som används av elnätet. I likström flyter strömmen i en riktning med konstant spänning. I växelström flyter strömmen i båda riktningarna i en krets när spänningen ändras från positiv till negativ. En inverterare är bara en typ av kraftelektronisk enhet som reglerar strömflödet.
I grund och botten omvandlar en inverterare likström till växelspänning genom att mycket snabbt växla riktningen på likströmsingången fram och tillbaka. Filter och andra elektroniska enheter kan användas för att producera en spänning som varierar i form av en ren, repetitiv sinusvåg som kan matas in i elnätet. En sinusvåg är formen eller mönstret på spänningsändringar över tid, och det är ett mönster av ström som nätet kan använda utan att skada elektriska apparater som är konstruerade för att arbeta med en viss frekvens och spänning.
De första inverterarna skapades på 1800-talet och var mekaniska. En roterande motor kunde användas för att kontinuerligt ändra fram- eller backriktningen på en likströmskälla. Idag tillverkar vi elektriska omkopplare med transistorer, som är halvledarkomponenter utan rörliga delar. Transistorer är tillverkade av halvledarmaterial som kisel eller galliumarsenid. De styr flödet av elektricitet baserat på externa elektriska signaler.
Om du har ensolsystem för hemmabrukhar din växelriktare förmodligen flera funktioner. Förutom att omvandla solenergi till växelström kan den övervaka systemet och tillhandahålla en portal för kommunikation med datornätverk. Lagringssystem med solenergi och batterier är beroende av avancerade växelriktare för att kunna fungera utan stöd från elnätet vid strömavbrott (om de är konstruerade för att göra det).
På väg mot ett växelriktarbaserat elnät
Historiskt sett har elektricitet främst producerats genom att bränna bränsle för att skapa ånga, som sedan snurrar turbingeneratorer. Rörelsen i dessa generatorer skapar växelström när enheterna snurrar, vilket också bestämmer frekvensen, eller antalet gånger sinusvågen upprepas. Frekvensen på strömförsörjningen är en viktig indikator på nätets hälsa. Om belastningen t.ex. är för stor (för många enheter som förbrukar energi) förbrukas energi från nätet snabbare än den kan levereras. Som ett resultat av detta kommer turbinerna att sakta ner och frekvensen på växelströmmen kommer att minska. Eftersom turbiner är stora roterande föremål motstår de förändringar i frekvensen på samma sätt som alla föremål motstår förändringar i rörelse, en egenskap som kallas tröghet.
I takt med att fler solsystem ansluts till elnätet ansluts fler växelriktare till elnätet än någonsin tidigare. Växelriktargenerering kan producera energi vid vilken frekvens som helst och har inte samma tröghetsegenskaper som ånggenerering, eftersom ingen turbin är inblandad. Övergången till ett nät med fler växelriktare kräver därför att man bygger smartare växelriktare som kan reagera på frekvensförändringar och andra störningar som uppstår under nätdriften och hjälpa till att stabilisera nätet från dessa störningar.
Grid Services och växelriktare
Nätoperatörer hanterar tillgång och efterfrågan på el i kraftsystemet genom att tillhandahålla en rad olika nättjänster. Nättjänster är aktiviteter som nätoperatörer utför för att upprätthålla balansen i hela systemet och bättre hantera överföringen av el.
När elnätet inte längre fungerar som förväntat, t.ex. när spänningen eller frekvensen avviker, kan smarta växelriktare reagera på olika sätt. Generellt sett är standarden för små växelriktare, t.ex. de som är anslutna till ett solcellssystem i hemmet, att de stannar på eller "klarar av" avbrott vid små avbrott i spänning eller frekvens, och att de automatiskt kopplas bort från nätet och stängs av om avbrottet varar länge eller är större än normalt. Frekvensrespons är särskilt viktigt eftersom frekvensfall är förknippade med oväntad offlineproduktion. Som svar på frekvensförändringar är växelriktare konfigurerade att ändra sin uteffekt för att återställa standardfrekvensen. Växelriktarbaserade resurser kan också reagera på operatörssignaler för att ändra sin uteffekt när utbud och efterfrågan på kraftsystemet fluktuerar, en nättjänst som kallas automatisk produktionsstyrning. För att kunna tillhandahålla nättjänster måste växelriktaren ha en kraftkälla som den kan styra. Det kan handla om produktion, t.ex. en solpanel som för närvarande genererar ström, eller lagring, t.ex. ett batterisystem som kan användas för att leverera tidigare lagrad ström.
En annan nättjänst som vissa avancerade växelriktare kan tillhandahålla är nätformning. Nätformande växelriktare kan starta nätet när ett nätfel uppstår, en process som kallas svartstart. Traditionella "nätföljande" växelriktare behöver en extern signal från nätet för att avgöra när de ska växla för att producera en sinusvåg som kan matas in i nätet. I dessa system är det strömmen från elnätet som ger den signal som växelriktaren försöker matcha. Mer avancerade nätbildande växelriktare kan generera signalen själva. Till exempel kan ett litet solpanelsnätverk utse en av sina växelriktare till att arbeta i nätbildande läge, och resten av växelriktarna följer dess exempel som dansande partners och bildar ett stabilt nät utan någon turbinbaserad produktion.
Reaktiv effekt är en av de viktigaste nättjänsterna som växelriktare kan tillhandahålla. I elnätet växlar spänningen (den kraft som driver elektriska laddningar) alltid fram och tillbaka, liksom strömmen (de elektriska laddningarnas rörelse). När spänningen och strömmen är synkroniserade maximeras den elektriska energin. Ibland kan det dock uppstå en fördröjning mellan de två växlande lägena för spänning och ström, t.ex. när en motor är igång. Om de inte är synkroniserade kan en del av den effekt som flödar genom kretsen inte absorberas av den anslutna utrustningen, vilket leder till effektivitetsförluster. Det krävs mer total effekt för att producera samma mängd "verklig" effekt (den effekt som lasten kan absorbera). För att motverka detta tillhandahåller elbolagen reaktiv effekt för att få spänning och ström att synkronisera igen, vilket gör det lättare att konsumera el. Den reaktiva effekten används inte i sig, utan gör det möjligt för annan effekt att bli användbar. Moderna växelriktare kan både leverera och absorbera reaktiv effekt för att hjälpa elnätet att balansera denna viktiga resurs. Eftersom reaktiv effekt är svår att överföra över långa avstånd är dessutom distribuerade energiresurser som solceller på taket särskilt användbara källor till reaktiv effekt.
