Een omvormer is een van de belangrijkste apparaten in een zonne-energiesysteem. Het is een apparaat dat de gelijkstroom (DC) die door de zonnepanelen wordt gegenereerd, omzet in wisselstroom (AC) die door het elektriciteitsnet wordt gebruikt. Bij gelijkstroom stroomt de stroom in één richting bij een constante spanning. Bij wisselstroom stroomt de stroom in beide richtingen in een circuit als de spanning verandert van positief naar negatief. Een omvormer is slechts één soort vermogenselektronica die de stroom regelt.
In principe zet een omvormer gelijkstroom om in wisselstroom door de richting van de gelijkstroomingang zeer snel heen en weer te schakelen. Filters en andere elektronische apparaten kunnen worden gebruikt om een spanning te produceren die varieert in de vorm van een zuivere, zich herhalende sinusgolf die in het elektriciteitsnet kan worden geïnjecteerd. Een sinusgolf is de vorm of het patroon van spanningsveranderingen in de tijd, en het is een stroompatroon dat het elektriciteitsnet kan gebruiken zonder elektrische apparaten te beschadigen die ontworpen zijn om met een specifieke frequentie en spanning te werken.
De eerste omvormers ontstonden in de 19e eeuw en waren mechanisch. roterende motor kon worden gebruikt om continu de voorwaartse of achterwaartse verbinding van een gelijkstroombron te veranderen. Tegenwoordig maken we elektrische schakelaars met transistors, dat zijn apparaten in vaste toestand zonder bewegende delen. Transistors zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals silicium of galliumarsenide. Ze regelen de stroom van elektriciteit op basis van externe elektrische signalen.
Als je eenzonne-installatie voor thuisJe omvormer heeft waarschijnlijk verschillende functies. Naast het omzetten van zonne-energie in wisselstroom, kan hij het systeem bewaken en een portaal voor communicatie met computernetwerken bieden. Opslagsystemen voor zonne-energie en accu's vertrouwen op geavanceerde omvormers om zonder ondersteuning van het elektriciteitsnet te werken tijdens stroomonderbrekingen (als ze daarvoor ontworpen zijn).
Naar een op omvormers gebaseerd elektriciteitsnet
Historisch gezien werd elektriciteit voornamelijk geproduceerd door brandstof te verbranden om stoom te creëren, die vervolgens turbinegeneratoren liet draaien. De beweging van deze generatoren creëert wisselstroom terwijl de apparaten draaien, wat ook de frequentie bepaalt, of het aantal keren dat de sinus zich herhaalt. De frequentie van de stroomvoorziening is een belangrijke indicator voor de gezondheid van het elektriciteitsnet. Als de belasting bijvoorbeeld te groot is (te veel apparaten verbruiken energie), dan wordt er sneller energie uit het net verbruikt dan dat er kan worden geleverd. Als gevolg daarvan zullen de turbines vertragen en zal de frequentie van de wisselstroom dalen. Omdat turbines grote roterende objecten zijn, weerstaan ze veranderingen in frequentie net zoals alle objecten veranderingen in beweging weerstaan, een eigenschap die traagheid wordt genoemd.
Naarmate er meer zonnesystemen op het net worden aangesloten, worden er meer omvormers op het net aangesloten dan ooit tevoren. Omvormeropwekking kan energie produceren bij elke frequentie en heeft, omdat er geen turbine aan te pas komt, niet dezelfde traagheidseigenschappen als stoomopwekking. Daarom vereist de overgang naar een net met meer omvormers dat er slimmere omvormers worden gebouwd die kunnen reageren op frequentiewijzigingen en andere onderbrekingen die optreden tijdens het netbeheer en die het net kunnen helpen stabiliseren van deze onderbrekingen.
Netdiensten en omvormers
Netbeheerders beheren de vraag naar en het aanbod van elektriciteit op het elektriciteitssysteem door een reeks netdiensten aan te bieden. Netdiensten zijn activiteiten die netbeheerders uitvoeren om het systeembrede evenwicht te bewaren en de transmissie van elektriciteit beter te beheren.
Wanneer het elektriciteitsnet niet meer werkt zoals verwacht, bijvoorbeeld wanneer de spanning of frequentie afwijkt, kunnen slimme omvormers op verschillende manieren reageren. Over het algemeen is de standaard voor kleine omvormers, zoals die zijn aangesloten op een zonnesysteem thuis, dat ze ingeschakeld blijven bij kleine onderbrekingen in de spanning of frequentie, en dat ze automatisch de verbinding met het elektriciteitsnet verbreken en uitschakelen als de onderbreking lang duurt of groter is dan normaal. Frequentiereactie is vooral belangrijk omdat frequentiedalingen gepaard gaan met onverwachte offline opwekking. In reactie op frequentiewijzigingen worden omvormers geconfigureerd om hun vermogen te wijzigen om de standaardfrequentie te herstellen. Op omvormers gebaseerde bronnen kunnen ook reageren op signalen van de operator om hun vermogensoutput te wijzigen als andere vraag en aanbod op het elektriciteitssysteem fluctueren, een netdienst die automatische opwekkingsregeling wordt genoemd. Om netdiensten te kunnen leveren, moet de omvormer een energiebron hebben die hij kan besturen. Dit kan opwekking zijn, zoals een zonnepaneel dat momenteel stroom opwekt, of opslag, zoals een accusysteem dat kan worden gebruikt om eerder opgeslagen stroom te leveren.
Een andere netdienst die sommige geavanceerde omvormers kunnen leveren is netvorming. Netvormende omvormers kunnen het elektriciteitsnet opstarten wanneer er een netstoring optreedt, een proces dat een black start wordt genoemd. Traditionele "netvolgende" omvormers hebben een extern signaal van het elektriciteitsnet nodig om te bepalen wanneer ze moeten schakelen om een sinusgolf te produceren die in het elektriciteitsnet kan worden geïnjecteerd. In deze systemen levert de stroom van het elektriciteitsnet het signaal dat de omvormer probeert te evenaren. Meer geavanceerde netvormende omvormers kunnen het signaal zelf genereren. Een klein netwerk van zonnepanelen kan bijvoorbeeld een van de omvormers aanwijzen om in de netvormende modus te werken en de rest van de omvormers volgt zijn voorbeeld als dansende partners en vormt zo een stabiel net zonder enige opwekking op basis van turbines.
Reactief vermogen is een van de belangrijkste netdiensten die omvormers kunnen leveren. In het elektriciteitsnet schakelt de spanning (de kracht die elektrische ladingen voortdrijft) altijd heen en weer, net als de stroom (de beweging van elektrische ladingen). Wanneer spanning en stroom synchroon zijn, wordt de elektrische energie gemaximaliseerd. Soms kan er echter een vertraging optreden tussen de twee alternerende modi voor spanning en stroom, zoals wanneer een motor draait. Als ze niet synchroon lopen, kan een deel van het vermogen dat door het circuit stroomt niet worden opgenomen door de aangesloten apparatuur, wat leidt tot rendementsverlies. Er is meer totaal vermogen nodig om dezelfde hoeveelheid "echt" vermogen (het vermogen dat de belasting kan absorberen) te produceren. Om dit tegen te gaan, leveren nutsbedrijven blindvermogen om spanning en stroom weer synchroon te laten lopen, waardoor elektriciteit gemakkelijker te verbruiken is. Deze blindstroom wordt zelf niet gebruikt, maar zorgt ervoor dat andere stroom bruikbaar wordt. Moderne omvormers kunnen zowel blindvermogen leveren als absorberen om het elektriciteitsnet te helpen deze belangrijke bron in balans te houden. Omdat blindvermogen moeilijk over lange afstanden kan worden getransporteerd, zijn gedistribueerde energiebronnen zoals zonne-energie op het dak bijzonder nuttige bronnen van blindvermogen.
