Az inverter az egyik legfontosabb eszköz a napelemes rendszerben. Ez az eszköz a napelemek által termelt egyenáramot (DC) alakítja át a hálózat által használt váltakozó árammá (AC). Az egyenáramban az áram egy irányban, állandó feszültséggel folyik. Váltakozó áram esetén az áram mindkét irányban áramlik egy áramkörben, ahogy a feszültség pozitívról negatívra változik. Az inverter csak egy olyan típusú teljesítményelektronikai eszköz, amely szabályozza az áramáramlást.
Az inverter alapvetően úgy alakítja át az egyenáramot váltóárammá, hogy az egyenáramú bemenet irányát nagyon gyorsan oda-vissza kapcsolja. Így az egyenáramú bemenet váltakozó áramú kimenetté válik. szűrők és egyéb elektronikus eszközök segítségével tiszta, ismétlődő szinuszhullám formájában változó feszültséget lehet előállítani, amely a hálózatba táplálható. A szinuszhullám a feszültség időbeli változásainak alakja vagy mintázata, és ez egy olyan teljesítményminta, amelyet a hálózat anélkül tud felhasználni, hogy károsítaná a meghatározott frekvencián és feszültségen való működésre tervezett elektromos eszközöket.
Az első invertereket a 19. században hozták létre, és mechanikusak voltak. forgó motorral folyamatosan lehetett váltani az egyenáramú áramforrás előre- vagy hátrameneti kapcsolását. Manapság az elektromos kapcsolókat tranzisztorokkal készítjük, amelyek szilárdtest-eszközök, mozgó alkatrészek nélkül. A tranzisztorok félvezető anyagokból, például szilíciumból vagy gallium-arzenidből készülnek. Külső elektromos jelek alapján szabályozzák az áramlást.
Ha van egyotthoni napelemes rendszer, az invertere valószínűleg több funkcióval is rendelkezik. A napenergia váltakozó áramúvá alakítása mellett képes a rendszer felügyeletére, és portált biztosít a számítógépes hálózatokkal való kommunikációhoz. A napenergia-plusz akkumulátoros tárolórendszerek a fejlett inverterekre támaszkodnak, hogy hálózati támogatás nélkül működjenek áramkimaradások idején (ha erre tervezték őket).
Az inverter alapú hálózat felé
Történelmileg a villamos energiát elsősorban úgy állították elő, hogy tüzelőanyag elégetésével gőzt termeltek, amely aztán turbinagenerátorokat hajtott meg. Ezeknek a generátoroknak a mozgása váltakozó áramot hoz létre, ahogy a berendezések forognak, ami meghatározza a frekvenciát is, vagyis azt, hogy hányszor ismétlődik a szinuszhullám. Az áramellátás frekvenciája a hálózat egészségének fontos mutatója. Ha például a terhelés túl nagy (túl sok készülék fogyaszt energiát), akkor az energia gyorsabban fogy a hálózatból, mint ahogyan azt biztosítani lehet. Ennek következtében a turbinák lelassulnak, és a váltakozó áram frekvenciája csökken. Mivel a turbinák nagyméretű forgó tárgyak, a frekvenciaváltozásnak ugyanúgy ellenállnak, mint minden tárgy a mozgásváltozásnak, ezt a tulajdonságot nevezzük tehetetlenségnek.
Ahogy egyre több napelemes rendszer csatlakozik a hálózathoz, úgy több invertert is csatlakoztatnak a hálózathoz, mint valaha. Az inverteres energiatermelés bármilyen frekvencián képes energiát termelni, és mivel nem használnak turbinát, nem rendelkeznek a gőzzel történő energiatermeléssel azonos tehetetlenségi jellemzőkkel. Ezért a több invertert tartalmazó hálózatra való áttérés olyan intelligensebb inverterek kiépítését teszi szükségessé, amelyek képesek reagálni a frekvenciaváltozásokra és a hálózat működése során fellépő egyéb zavarokra, és segítenek stabilizálni a hálózatot ezektől a zavaroktól.
Hálózati szolgáltatások és inverterek
A hálózatüzemeltetők számos hálózati szolgáltatás nyújtásával irányítják a villamosenergia-ellátást és -keresletet a villamosenergia-rendszerben. A hálózati szolgáltatások olyan tevékenységek, amelyeket a hálózatüzemeltetők az egész rendszerre kiterjedő egyensúly fenntartása és a villamosenergia-átvitel jobb irányítása érdekében végeznek.
Ha a hálózat már nem a várt módon működik, például ha a feszültség vagy a frekvencia eltér, az intelligens inverterek többféleképpen reagálhatnak. Általánosságban elmondható, hogy a kis inverterek, például az otthoni napelemes rendszerhez csatlakoztatottak esetében a szabvány szerint a feszültség vagy frekvencia kisebb megszakításai esetén bekapcsolva maradnak, illetve "átvészelik" a megszakításokat, és automatikusan leválnak a hálózatról és lekapcsolnak, ha a megszakítás hosszabb ideig tart vagy a szokásosnál nagyobb mértékű. A frekvenciareakció különösen fontos, mivel a frekvenciakiesések váratlan offline termeléssel járnak. A frekvenciaváltozásokra reagálva az inverterek úgy vannak beállítva, hogy a normál frekvencia visszaállítása érdekében változtassák a kimenő teljesítményüket. Az inverter-alapú erőforrások az üzemeltetői jelzésekre is reagálhatnak, hogy a villamosenergia-rendszer egyéb kínálatának és keresletének ingadozásával összhangban változtassák meg a teljesítménykibocsátásukat, ez az automatikus termelésszabályozásnak nevezett hálózati szolgáltatás. A hálózati szolgáltatások nyújtásához az inverternek rendelkeznie kell egy olyan energiaforrással, amelyet vezérelni tud. Ez lehet energiatermelés, például egy éppen áramot termelő napelem, vagy tárolás, például egy akkumulátorrendszer, amely a korábban tárolt energia rendelkezésre bocsátására használható.
Egy másik hálózati szolgáltatás, amelyet egyes fejlett inverterek nyújthatnak, a hálózatformálás. A hálózatformáló inverterek hálózati hiba esetén képesek elindítani a hálózatot, ezt a folyamatot feketeindításnak nevezik. A hagyományos "hálózatkövető" invertereknek külső jelre van szükségük a hálózatból annak meghatározásához, hogy mikor kell kapcsolniuk, hogy a hálózatba betáplálható szinuszhullámot állítsanak elő. Ezekben a rendszerekben a hálózatból érkező teljesítmény adja a jelet, amelyet az inverter megpróbál megfeleltetni. A fejlettebb hálózati inverterek maguk is képesek a jelet előállítani. Egy kis napelemes hálózat például kijelölheti az egyik inverterét, hogy hálózatformáló üzemmódban működjön, és a többi inverter táncoló partnerekként követi a példáját, stabil hálózatot alkotva turbinás termelés nélkül.
A reaktív teljesítmény az egyik legfontosabb hálózati szolgáltatás, amelyet az inverterek nyújthatnak. Az elektromos hálózatban a feszültség (az elektromos töltéseket mozgató erő) és az áram (az elektromos töltések mozgása) állandóan ide-oda változik. Ha a feszültség és az áram szinkronban van, az elektromos energia maximálisan hasznosul. Néha azonban a feszültség és az áram két váltakozó üzemmódja között késés lehet, például amikor egy motor működik. Ha ezek nincsenek szinkronban, az áramkörön átáramló energia egy részét a csatlakoztatott berendezés nem tudja felvenni, ami hatékonyságveszteséget eredményez. Több összteljesítményre van szükség ugyanannyi "valós" teljesítmény (a terhelés által felvehető teljesítmény) előállításához. Ennek ellensúlyozására a közművek reaktív teljesítményt biztosítanak, hogy a feszültséget és az áramot ismét szinkronba hozzák, így az áram könnyebben fogyaszthatóvá válik. Ez a reaktív teljesítmény önmagában nem kerül felhasználásra, hanem lehetővé teszi, hogy más teljesítmény hasznosuljon. A modern inverterek képesek reaktív teljesítményt szolgáltatni és felvenni is, hogy segítsék a hálózat egyensúlyát ebben a fontos erőforrásban. Mivel a reaktív teljesítményt nehéz nagy távolságokra továbbítani, az olyan elosztott energiaforrások, mint például a napenergia a háztetőkön, különösen hasznos reaktív energiaforrások.
