Док се свет бори са изазовом спречавања катастрофалних климатских промена, индустрија производње електричне енергије препозната је као најважније подручје за смањење емисије угљеника. Стога је више од половине држава Сједињених Држава донело директиве о обновљивој електричној енергији, укључујући неке од највећих држава попут Калифорније, Тексаса и Њујорка, а Директива Европске уније о обновљивој енергији поставила је сличне циљеве. Нарочито због испрекиданости и променљивости енергије ветра и сунчеве енергије, интеграција обновљивих извора енергије све је озбиљнији изазов за комунална предузећа.
У протеклих десет година трошкови енергије ветра и сунца нагло су опали. У многим случајевима имају конкурентску предност у односу на фосилна горива, посебно када се користе на мрежној скали. Инсталације у комерцијалним и индустријским размерама такође су изузетно економичне, о чему сведочи чињеница да су компаније попут Вал-Март, Таргет и Амазон поставиле велики број соларних панела у складишта и малопродајне локације. Сталним развојем енергије ветра на мору и технологијом непомичних соларних панела, применљиве тачке обновљиве енергије се такође шире.
Заједно са стално растућим соларним капацитетима за становање, још један изазов за комуналне службе је тај што интеграција дистрибуиране енергије није под њиховом контролом. Неке државе намећу обавезне прописе о нето мјерењу или накнадама за напајање иза електричне енергије коју генеришу бројила, што додаје сложеност и утиче на приходе од комуналних услуга.
Још један велики изазов такође се односи на климатске промене: сигурност и поузданост мрежне инфраструктуре. Недавни пожари у Калифорнији и банкрот ПГ [ГГ] Е рани су знаци како ће екстремне временске и климатске промене утицати на електричну мрежу. ПГ [ГГ] амп; Е и данас спроводи превентивне велике нестанке струје ради заштите опреме, купаца и шума.
Још један ресурс додат овој комбинацији је складиштење енергије. Складиштење енергије може имати разне облике, укључујући пумпано складиште, велике замајаце, подморске ваздушне јастуке под притиском, па чак и дизалице које подижу огромне бетонске блокове. Многе од ових опција захтевају изградњу великих размера ради уштеде трошкова или захтевају врло специфичне географске карактеристике.
Најистакнутија и најбрже растућа технологија складиштења енергије су батерије. Батерије су високо скалабилне и могу се користити од домаћинства до скале електране. Такође се могу применити на готово било којој локацији без потребе за опсежном проценом утицаја на животну средину, изградњом инфраструктуре и узимањем у обзир локалних прописа попут традиционалних електрана. На крају, компаније су потврдиле да велике батерије могу да инсталирају за само шест месеци, што је у потпуној супротности са деценијама потребним за планирање и подршку производњи енергије из фосилних горива.
Складиштење енергије доноси многе предности, посебно у комбинацији са повременим обновљивим изворима енергије. Најочигледнија употреба складишта енергије је арбитража енергије. Када су цене електричне енергије ниске, енергија се складишти и затим враћа назад у мрежу када су цене електричне енергије високе. По сунчаном дану, када фотонапонски (ПВ) извори стварају прекомерну снагу, електрична енергија може тећи у елемент за складиштење, тако да ови [ГГ] куот; муст-таке [ГГ] куот; ресурси се могу искористити у највећој мери. Ноћу, када производња соларне енергије опадне, батерија ће испоручити изгубљену снагу, а производња основне снаге ће порасти. Стога су многа велика постројења за батерију постављена на истом месту као и соларне фарме.
Ако ПГ [ГГ] амп; Е искључи купце када је опасност од пожара велика, батерије и соларни панели ће заштитити домове и предузећа од нестанка струје, чиме ће се одржати критични процеси и спречити кварење хране. Поред тога, електроенергетски оператори сада координирају и контролишу дистрибуиране изворе енергије као [ГГ] куот; виртуелне електране [ГГ] куот; који генеришу, складиште и преносе електричну енергију у складу са потражњом. У неким случајевима ово укључује одговор на потражњу, где се електрично оптерећење пребацује на сате изван врха.
Кључни интерфејс за повезивање ветра, фотонапонских извора и извора батерије на мрежу је претварач. Једноставно речено, претварач претвара једносмерну снагу у наизменичну и синхронизује га са електричном фреквенцијом од 60 Хз мреже. Слика 1 приказује поједностављени дијаграм соларног панела повезаног на мрежу, фокусирајући се на структуру претварача. Постоји много стилова претварача, укључујући једносмерне и двосмерне и вишестепене претварачке мулти-тополошке структуре. Свака топологија има своје предности и недостатке у одређеним околностима. Кључна компонента претварача је прекидач за напајање, приказан на слици као биполарни транзистор са изолованом капијом (ИГБТ).
Претварач: претварач
АЦГрид: АЦ мрежа
Претварач користи микропроцесор, одговарајуће откривање и повратне информације и исправне алгоритме за пружање различитих услуга мрежи, а не само за складиштење и ослобађање електричне енергије. Један пример је подршка напону, регулација фреквенције и смањење хармоника како би се одржао квалитет напајања. Дистрибуирана енергија може смањити оптерећење на преносним и дистрибутивним мрежама, јер се електрична енергија користи близу производње електричне енергије. То може смањити оптерећење и загушења електричне мреже, па чак и одложити надоградњу далековода.
Када велика количина енергије пролази кроз претварач, конверзија између АЦ и ДЦ снаге мора бити врло ефикасна. Заправо, врхунска ефикасност комерцијалних претварача је 96-98%. Али мрежни оператери желе већу енергетску ефикасност, посебно на нивоу комуналних услуга, јер мале промене у енергетској ефикасности и даље значе пуно електричне енергије.
Да би постигли ове нивое енергетске ефикасности, енергетски уређаји морају имати врло мале губитке. Данас је ИГБТ постао главни прекидач за ове апликације. Међутим, проводна струја ИГБТ-а је неколико стотина ампера, блокирајући напоне од неколико хиљада волти. Израђен је од силицијума применом поступка сличног оном који се користи за производњу рачунарских чипова високих перформанси за мобилне телефоне и дата центре.
Међутим, од нових материјала се очекује да постигну веће перформансе, већу енергетску ефикасност и већу поузданост. Конкретно, силицијум-карбид (СиЦ) је материјал будућности. СиЦ електронски уређаји имају ниже губитке проводљивости и комутације од сличних силицијумских уређаја. Прва фаза транзиције укључује диоду ниског нивоа, као што је приказано на слици 1, која је анти-паралелно повезана са ИГБТ. Замена силицијумских диода СиЦ диодама може смањити губитке и смањити прекорачење током пребацивања, чиме се смањује стрес на претварачу. Иако су СиЦ диоде скупље од силицијумских, мањи хладњак и величина система могу смањити укупне трошкове система.
СиЦМОСФЕТ је следећа фаза транзиције. Брзина пребацивања СиЦ МОСФЕТ-ова је много бржа од брзине силицијумских ИГБТ-ова, па њихова употреба у фази појачавања соларних система за производњу електричне енергије доноси веће предности. Генерално, ДЦ-ДЦ претварач се користи за повећање излазног напона соларне плоче. СиЦ МОСФЕТ-ови се могу брже пребацити, смањујући на тај начин величину скупих пасивних компонената, попут индуктора у фази појачања, и побољшавајући ефикасност.
ОН Семицондуцтор нуди разне ИГБТ-ове, СиЦ диоде и СиЦ МОСФЕТ-ове како би задовољили захтеве напона и струје различитих претварача. Најпопуларнији је модул напајања, који спаја много различитих прекидача и диода за постизање мале величине, лаког дизајна и ефикасног одвођења топлоте. Поред главних електронских уређаја за напајање, ОН Семицондуцтор такође нуди драјвере за врата, галванску изолацију и оперативна појачала високих перформанси за комплетирање система.
Са побољшањем обновљиве енергије и технологије складиштења енергије и смањењем трошкова, [ГГ] „обрнута промена [ГГ]“; електроенергетске мреже наставља да се одвија све бржом брзином. Поред смањења емисије угљеника и загађења, претварачи подржавају и флексибилнију и партиципативнију електричну мрежу, замућујући границе између потрошача и произвођача. Исправна контрола и координација електроенергетских компанија могу побољшати квалитет напајања, смањити трошкове надоградње и пружити корисницима поузданије услуге. Снажна електроника је кључна технологија која омогућава ажурирање наше кључне инфраструктуре.