태양광 통합: 인버터 및 그리드 서비스 기본 사항

인버터란?

인버터는 태양 에너지 시스템에서 가장 중요한 장비 중 하나입니다. 태양광 패널이 생성하는 직류(DC) 전기를 전기 그리드에서 사용하는 교류(AC) 전기로 변환하는 장치입니다. DC에서 전기는 한 방향으로 일정한 전압으로 유지됩니다. AC에서는 전압이 양에서 음으로 변할 때 전기가 회로의 양방향으로 흐릅니다. 인버터는전력 전자 that regulate the flow of electrical power.

기본적으로 인버터는 DC 입력의 방향을 매우 빠르게 앞뒤로 전환하여 DC-AC 변환을 수행합니다. 결과적으로 DC 입력은 AC 출력이 됩니다. 또한 필터 및 기타 전자 장치를 사용하여 전력망에 주입할 수 있는 깨끗하고 반복적인 사인파로 변화하는 전압을 생성할 수 있습니다. 사인파는 시간이 지남에 따라 전압이 만드는 모양 또는 패턴이며 특정 주파수 및 전압에서 작동하도록 만들어진 전기 장비를 손상시키지 않고 그리드가 사용할 수 있는 전력 패턴입니다.

최초의 인버터는 19세기에 만들어졌으며 기계식이었습니다. 예를 들어 회전하는 모터는 DC 소스가 앞으로 연결되었는지 또는 뒤로 연결되었는지를 지속적으로 변경하는 데 사용됩니다. 오늘날 우리는 움직이는 부품이 없는 솔리드 스테이트 장치인 트랜지스터로 전기 스위치를 만듭니다. 트랜지스터는 실리콘이나 비화갈륨과 같은 반도체 재료로 만들어집니다. 그들은 외부 전기 신호에 반응하여 전기의 흐름을 제어합니다.

가정용 태양열 시스템이 있는 경우 인버터가 여러 기능을 수행할 수 있습니다. 태양 에너지를 AC 전원으로 변환하는 것 외에도 시스템을 모니터링하고 컴퓨터 네트워크와의 통신을 위한 포털을 제공할 수 있습니다. 태양열 플러스 배터리 저장 시스템은 정전 시 전력망의 지원 없이 작동하도록 설계된 고급 인버터에 의존합니다.

인버터 기반 그리드를 향하여

역사적으로 전력은 주로 연료를 태우고 증기를 생성한 다음 터빈 발전기를 회전시켜 전기를 생성하는 방식으로 생성되었습니다. 이러한 발전기의 움직임은 장치가 회전할 때 AC 전원을 생성하며, 이는 또한 주파수 또는 사인파가 반복되는 횟수를 설정합니다. 전력 주파수는 전기 그리드의 상태를 모니터링하기 위한 중요한 지표입니다. 예를 들어 부하가 너무 많으면(에너지를 소비하는 장치가 너무 많으면) 공급할 수 있는 것보다 더 빨리 그리드에서 에너지가 제거됩니다. 결과적으로 터빈 속도가 느려지고 AC 주파수가 감소합니다. 터빈은 거대한 회전 물체이기 때문에 모든 물체가 관성으로 알려진 속성인 운동의 변화에 ​​저항하는 것처럼 주파수의 변화에 ​​저항합니다.

더 많은 태양광 시스템이 그리드에 추가됨에 따라 그 어느 때보다 더 많은 인버터가 그리드에 연결되고 있습니다. 인버터 기반 발전은 모든 주파수에서 에너지를 생산할 수 있으며 관련된 터빈이 없기 때문에 증기 기반 발전과 동일한 관성 특성을 갖지 않습니다. 결과적으로 더 많은 인버터가 있는 전기 그리드로 전환하려면 주파수 변화 및 그리드 운영 중에 발생하는 기타 중단에 대응할 수 있고 이러한 중단으로부터 그리드를 안정화하는 데 도움이 되는 더 스마트한 인버터를 구축해야 합니다.

그리드 서비스 및 인버터

그리드 운영자는 다양한 그리드 서비스를 제공하여 전기 시스템의 전력 공급과 수요를 관리합니다. 그리드 서비스는 그리드 운영자가 시스템 전체의 균형을 유지하고 전기 송전을 더 잘 관리하기 위해 수행하는 활동입니다.

전압이나 주파수에 편차가 있는 경우와 같이 그리드가 예상대로 동작하지 않을 때 스마트 인버터는 다양한 방식으로 대응할 수 있습니다. 일반적으로 가정용 태양열 시스템에 부착된 인버터와 같은 소형 인버터의 표준은 전압 또는 주파수의 작은 중단이 발생하거나 중단이 오랫동안 지속되거나 정상보다 크면 그리드에서 연결이 끊어지고 종료됩니다. 주파수 응답은 주파수 저하가 예기치 않게 오프라인 상태가 되는 세대와 관련이 있기 때문에 특히 중요합니다. 주파수 변경에 따라 인버터는 전원 출력을 변경하여 표준 주파수를 복원하도록 구성됩니다. 인버터 기반 리소스는 전기 시스템의 다른 공급과 수요가 변동함에 따라 전력 출력을 변경하기 위해 운영자의 신호에 응답할 수도 있습니다. 이는 자동 발전 제어로 알려진 그리드 서비스입니다. 그리드 서비스를 제공하기 위해 인버터는 제어할 수 있는 전력원이 있어야 합니다. 이것은 현재 전기를 생산하는 태양 전지판과 같은 발전이거나 이전에 저장된 전력을 제공하는 데 사용할 수 있는 배터리 시스템과 같은 저장 장치일 수 있습니다.

일부 고급 인버터가 제공할 수 있는 또 다른 그리드 서비스는 그리드 형성입니다. 그리드 형성 인버터는 그리드가 중단되면 블랙 스타트로 알려진 프로세스를 시작할 수 있습니다. 기존의 "그리드 추종" 인버터는 전력 그리드에 주입할 수 있는 사인파를 생성하기 위해 전환이 발생하는 시기를 결정하기 위해 전기 그리드의 외부 신호가 필요합니다. 이러한 시스템에서 그리드의 전력은 인버터가 일치시키려는 신호를 제공합니다. 보다 발전된 그리드 형성 인버터는 신호 자체를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 작은 태양광 패널 네트워크는 인버터 중 하나를 그리드 형성 모드로 작동하도록 지정하고 나머지는 댄스 파트너와 같이 리드를 따라 터빈 기반 발전 없이 안정적인 그리드를 형성할 수 있습니다.

무효 전력은 인버터가 제공할 수 있는 가장 중요한 그리드 서비스 중 하나입니다. 그리드에서 전압(전하를 밀어내는 힘)은 항상 앞뒤로 전환되며 전류(전하의 움직임)도 마찬가지입니다. 전압과 전류가 동기화될 때 전력이 최대화됩니다. 그러나 모터가 작동할 때와 같이 전압과 전류가 두 개의 교대 패턴 사이에 지연이 있는 경우가 있을 수 있습니다. 동기화되지 않은 경우 회로를 통해 흐르는 전력 중 일부는 연결된 장치에서 흡수할 수 없어 효율성 손실이 발생합니다. 부하가 흡수할 수 있는 전력과 동일한 양의 "실제" 전력을 생성하려면 더 많은 총 전력이 필요합니다. 이에 대응하기 위해 유틸리티는 무효 전력을 공급하여 전압과 전류를 다시 동기화하고 전기를 더 쉽게 소비할 수 있도록 합니다. 이 무효 전력은 자체적으로 사용되는 것이 아니라 다른 전력을 유용하게 만듭니다. 최신 인버터는 무효 전력을 제공하고 흡수하여 그리드가 이 중요한 자원의 균형을 맞추는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한 무효전력은 장거리 수송이 어렵기 때문에 옥상 태양광과 같은 분산형 에너지원이 특히 유용한 무효전력원이다.

인버터 유형

태양광 시스템의 일부로 설치할 수 있는 여러 유형의 인버터가 있습니다. 대규모 유틸리티 플랜트 또는 중간 규모의 커뮤니티 태양광 프로젝트에서 모든 태양광 패널은 하나의 패널에 부착될 수 있습니다.중앙 인버터. 끈 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. 마이크로 인버터 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.