인버터는 태양광 시스템에서 가장 중요한 장치 중 하나입니다. 태양광 패널에서 생성된 직류(DC)를 그리드에서 사용하는 교류(AC)로 변환하는 장치입니다. 직류에서는 전류가 일정한 전압으로 한 방향으로 흐릅니다. 교류에서는 전압이 양극에서 음극으로 바뀌면서 전류가 회로에서 양방향으로 흐릅니다. 인버터는 전력의 흐름을 조절하는 전력 전자 장치의 한 유형일 뿐입니다.
기본적으로 인버터는 DC 입력의 방향을 매우 빠르게 앞뒤로 전환하여 DC를 AC로 변환합니다. 필터 및 기타 전자 장치를 사용하여 깨끗하고 반복적인 사인파의 형태로 변화하는 전압을 생성하여 그리드에 주입할 수 있습니다. 사인파는 시간에 따른 전압 변화의 모양 또는 패턴으로, 특정 주파수와 전압에서 작동하도록 설계된 전기 장치를 손상시키지 않고 그리드에서 사용할 수 있는 전력의 패턴입니다.
최초의 인버터는 19세기에 만들어졌으며 회전 모터를 사용하여 직류 전원의 정방향 또는 역방향 연결을 지속적으로 변경할 수 있는 기계식 인버터였습니다. 오늘날에는 움직이는 부품이 없는 고체 상태의 장치인 트랜지스터로 전기 스위치를 만듭니다. 트랜지스터는 실리콘이나 갈륨 비소와 같은 반도체 재료로 만들어집니다. 외부 전기 신호에 따라 전기의 흐름을 제어합니다.
다음과 같은 경우가정용 태양광 시스템인버터에는 여러 가지 기능이 있을 수 있습니다. 태양 에너지를 AC 전원으로 변환하는 것 외에도 시스템을 모니터링하고 컴퓨터 네트워크와의 통신을 위한 포털을 제공할 수 있습니다. 태양광+배터리 저장 시스템은 정전 시 그리드 지원 없이도 작동하도록 설계된 경우 고급 인버터에 의존합니다.
인버터 기반 그리드를 향해
역사적으로 전기는 주로 연료를 연소시켜 증기를 만든 다음 터빈 발전기를 돌리는 방식으로 생산되었습니다. 이러한 발전기의 움직임은 장치가 회전하면서 교류 전력을 생성하며, 이는 주파수 또는 사인파가 반복되는 횟수를 결정하기도 합니다. 전원 공급 장치의 주파수는 그리드의 상태를 나타내는 중요한 지표입니다. 예를 들어 부하가 너무 크면(에너지를 소비하는 디바이스가 너무 많으면) 그리드에서 공급할 수 있는 것보다 더 빨리 에너지가 소비되고 있는 것입니다. 그 결과 터빈의 속도가 느려지고 AC 전력의 주파수가 감소합니다. 터빈은 회전하는 큰 물체이기 때문에 모든 물체가 관성이라는 속성으로 운동의 변화에 저항하는 것처럼 주파수의 변화에 저항합니다.
더 많은 태양광 시스템이 전력망에 추가됨에 따라 그 어느 때보다 더 많은 인버터가 전력망에 연결되고 있습니다. 인버터 발전은 모든 주파수에서 에너지를 생산할 수 있으며 터빈이 필요하지 않기 때문에 증기 발전과 같은 관성 특성을 갖지 않습니다. 따라서 더 많은 인버터가 있는 그리드로 전환하려면 그리드 작동 중에 발생하는 주파수 변화 및 기타 중단에 대응하고 이러한 중단으로부터 그리드를 안정화할 수 있는 더 스마트한 인버터를 구축해야 합니다.
그리드 서비스 및 인버터
그리드 운영자는 다양한 그리드 서비스를 제공하여 전력 시스템에서 전기의 공급과 수요를 관리합니다. 그리드 서비스는 그리드 운영자가 시스템 전체의 균형을 유지하고 전기 전송을 더 잘 관리하기 위해 수행하는 활동입니다.
전압이나 주파수가 편차되는 등 그리드가 더 이상 예상대로 작동하지 않을 때 스마트 인버터는 다양한 방식으로 대응할 수 있습니다. 일반적으로 가정용 태양광 시스템에 연결된 소형 인버터의 표준은 전압이나 주파수에 작은 중단이 있을 때 중단을 유지하거나 '극복'하는 것이며, 중단이 오래 지속되거나 평소보다 큰 경우 자동으로 그리드에서 분리되어 종료됩니다. 주파수 강하는 예기치 않은 오프라인 발전과 관련이 있기 때문에 주파수 응답은 특히 중요합니다. 주파수 변화에 대응하여 인버터는 표준 주파수를 복원하기 위해 전력 출력을 변경하도록 구성됩니다. 또한 인버터 기반 자원은 전력 시스템의 다른 공급과 수요가 변동함에 따라 운영자 신호에 응답하여 전력 출력을 변경할 수 있는데, 이를 자동 발전 제어라고 하는 그리드 서비스입니다. 그리드 서비스를 제공하려면 인버터에 제어할 수 있는 전원이 있어야 합니다. 이는 현재 전력을 생산하고 있는 태양광 패널과 같은 발전원이거나 이전에 저장된 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 배터리 시스템과 같은 저장소일 수 있습니다.
일부 고급 인버터가 제공할 수 있는 또 다른 그리드 서비스는 그리드 형성입니다. 그리드 포밍 인버터는 그리드 오류가 발생하면 그리드를 시작할 수 있는데, 이를 블랙 스타트라고 합니다. 기존의 '그리드 팔로잉' 인버터는 그리드에 주입할 수 있는 사인파를 생성하기 위해 전환 시점을 결정하기 위해 그리드의 외부 신호가 필요합니다. 이러한 시스템에서는 그리드의 전력이 인버터가 일치시키려는 신호를 제공합니다. 고급 그리드 형성 인버터는 자체적으로 신호를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 소규모 태양광 패널 네트워크에서 인버터 중 하나를 그리드 형성 모드로 작동하도록 지정하면 나머지 인버터가 춤추는 파트너처럼 이를 따라 터빈 기반 발전 없이도 안정적인 그리드를 형성할 수 있습니다.
무효 전력은 인버터가 제공할 수 있는 가장 중요한 그리드 서비스 중 하나입니다. 전력망에서 전압(전하를 밀어내는 힘)은 전류(전하의 이동)와 마찬가지로 항상 앞뒤로 바뀝니다. 전압과 전류가 동기화되면 전기 에너지가 최대화됩니다. 그러나 모터가 작동할 때와 같이 전압과 전류의 두 가지 교류 모드 사이에 지연이 발생할 수 있습니다. 동기화되지 않으면 회로를 통해 흐르는 전력의 일부가 연결된 장비에 흡수되지 않아 효율 손실이 발생합니다. 동일한 양의 "실제" 전력(부하가 흡수할 수 있는 전력)을 생산하려면 더 많은 총 전력이 필요합니다. 이를 방지하기 위해 유틸리티는 전압과 전류를 다시 동기화하여 전기를 더 쉽게 소비할 수 있도록 무효 전력을 제공합니다. 이 무효 전력 자체는 사용되지 않고 다른 전력을 유용하게 사용할 수 있도록 합니다. 최신 인버터는 무효 전력을 공급하고 흡수하여 그리드에서 이 중요한 자원의 균형을 맞출 수 있도록 도와줍니다. 또한 무효 전력은 장거리 전송이 어렵기 때문에 옥상 태양광과 같은 분산형 에너지 자원은 특히 유용한 무효 전력 공급원입니다.
