En vekselretter er en av de viktigste enhetene i et solcelleanlegg. Det er en enhet som konverterer likestrømmen (DC) som genereres av solcellepanelene, til vekselstrøm (AC) som brukes av strømnettet. I likestrøm flyter strømmen i én retning med konstant spenning. I vekselstrøm flyter strømmen i begge retninger i en krets når spenningen endres fra positiv til negativ. En vekselretter er bare én type kraftelektronisk enhet som regulerer strømflyten.
I utgangspunktet konverterer en vekselretter likestrøm til vekselstrøm ved å veksle retningen på likestrømsinngangen frem og tilbake svært raskt. Filtre og andre elektroniske enheter kan brukes til å produsere en spenning som varierer i form av en ren, repeterende sinusbølge som kan injiseres i nettet. En sinusbølge er formen eller mønsteret på spenningsendringene over tid, og det er et strømmønster som nettet kan bruke uten å skade elektriske apparater som er konstruert for å fungere med en bestemt frekvens og spenning.
De første omformerne ble laget på 1800-tallet og var mekaniske. En roterende motor kunne brukes til kontinuerlig å endre forover- eller bakoverkobling av en likestrømskilde. I dag lager vi elektriske brytere med transistorer, som er faststoffkomponenter uten bevegelige deler. Transistorer er laget av halvledermaterialer som silisium eller galliumarsenid. De kontrollerer strømmen av elektrisitet basert på eksterne elektriske signaler.
Hvis du har ensolcelleanlegg for hjemmethar vekselretteren din sannsynligvis flere funksjoner. I tillegg til å konvertere solenergi til vekselstrøm, kan den overvåke systemet og fungere som en portal for kommunikasjon med datanettverk. Solcelle- og batterilagringssystemer er avhengige av avanserte vekselrettere for å kunne fungere uten nettstøtte under strømbrudd (hvis de er designet for det).
Mot et omformerbasert strømnett
Historisk sett har elektrisitet først og fremst blitt produsert ved å forbrenne drivstoff for å skape damp, som deretter spinner turbingeneratorer. Bevegelsen til disse generatorene skaper vekselstrøm når enhetene spinner, noe som også bestemmer frekvensen, eller antall ganger sinusbølgen gjentas. Frekvensen på strømforsyningen er en viktig indikator på nettets tilstand. Hvis belastningen for eksempel er for stor (for mange enheter som bruker energi), forbrukes det energi fra nettet raskere enn det kan tilføres. Som et resultat vil turbinene gå saktere, og frekvensen på vekselstrømmen vil synke. Fordi turbiner er store, roterende objekter, motstår de endringer i frekvensen på samme måte som alle andre objekter motstår endringer i bevegelse, en egenskap som kalles treghet.
I takt med at flere solcelleanlegg kobles til nettet, kobles også flere vekselrettere til nettet enn noen gang før. Vekselrettergenerering kan produsere energi ved hvilken som helst frekvens, og fordi det ikke er noen turbin involvert, har den ikke de samme treghetsegenskapene som dampgenerering. Overgangen til et nett med flere vekselrettere krever derfor at det bygges smartere vekselrettere som kan reagere på frekvensendringer og andre forstyrrelser som oppstår under nettdrift, og som kan bidra til å stabilisere nettet mot disse forstyrrelsene.
Nettjenester og vekselrettere
Nettselskapene styrer tilbud og etterspørsel av elektrisitet i kraftsystemet ved å tilby en rekke nettjenester. Nettjenester er aktiviteter som nettselskapene utfører for å opprettholde balansen i hele systemet og for å styre overføringen av elektrisitet på en bedre måte.
Når nettet ikke lenger fungerer som forventet, for eksempel når spenningen eller frekvensen avviker, kan smarte vekselrettere reagere på ulike måter. Generelt sett er standarden for små vekselrettere, for eksempel de som er koblet til et solcelleanlegg i hjemmet, at de skal holde seg på eller "kjøre ut" avbrudd når det er små avbrudd i spenning eller frekvens, og de vil automatisk koble seg fra nettet og slå seg av hvis avbruddet varer i lang tid eller er større enn normalt. Frekvensrespons er spesielt viktig fordi frekvensfall er forbundet med uventet frakoblet produksjon. Når frekvensen endres, er omformerne konfigurert til å endre effektuttaket for å gjenopprette standardfrekvensen. Omformerbaserte ressurser kan også reagere på operatørsignaler om å endre effektuttaket når tilbud og etterspørsel i kraftsystemet svinger, en nettjeneste som kalles automatisk produksjonsstyring. For å kunne levere nettjenester må vekselretteren ha en kraftkilde den kan styre. Det kan være en produksjonskilde, for eksempel et solcellepanel som genererer strøm, eller en lagringskilde, for eksempel et batterisystem som kan brukes til å levere tidligere lagret strøm.
En annen nettjeneste som noen avanserte vekselrettere kan tilby, er nettforming. Nettdannende vekselrettere kan starte nettet når det oppstår en nettfeil, en prosess som kalles svartstart. Tradisjonelle "nettfølgende" vekselrettere krever et eksternt signal fra nettet for å avgjøre når de skal kobles inn for å produsere en sinusbølge som kan injiseres i nettet. I disse systemene er det strømmen fra nettet som gir signalet som vekselretteren forsøker å matche. Mer avanserte nettdannende vekselrettere kan generere signalet selv. For eksempel kan et lite solcellepanelnettverk utpeke én av omformerne til å operere i nettdannende modus, og resten av omformerne følger etter som dansende partnere og danner et stabilt nett uten turbinbasert produksjon.
Reaktiv effekt er en av de viktigste nettjenestene som vekselrettere kan levere. I strømnettet veksler spenningen (kraften som skyver elektriske ladninger) og strømmen (bevegelsen av elektriske ladninger) hele tiden frem og tilbake. Når spenning og strøm er synkronisert, maksimeres den elektriske energien. Noen ganger kan det imidlertid være en forsinkelse mellom de to vekslende modusene for spenning og strøm, for eksempel når en motor er i gang. Hvis de ikke er synkronisert, kan en del av strømmen som strømmer gjennom kretsen, ikke absorberes av det tilkoblede utstyret, noe som resulterer i effektivitetstap. Det kreves mer total effekt for å produsere samme mengde "reell" effekt (den effekten som lasten kan absorbere). For å motvirke dette leverer nettselskapene reaktiv effekt for å synkronisere spenning og strøm, slik at strømmen blir lettere å forbruke. Denne reaktive effekten brukes ikke i seg selv, men gjør det mulig for annen effekt å bli nyttig. Moderne vekselrettere kan både levere og absorbere reaktiv effekt for å hjelpe nettet med å balansere denne viktige ressursen. I tillegg er det vanskelig å overføre reaktiv effekt over lange avstander, og derfor er distribuerte energiressurser som solceller på hustak spesielt nyttige kilder til reaktiv effekt.
