Hekk kif id-dinja qed titħabat biex tilqa' għall-isfida tal-prevenzjoni tat-tibdil fil-klima katastrofiku, l-industrija tal-ġenerazzjoni tal-enerġija ġiet rikonoxxuta bħala l-aktar qasam importanti għat-tnaqqis tal-emissjonijiet tal-karbonju. Għalhekk, aktar minn nofs l-istati fl-Istati Uniti ppromulgaw direttivi dwar l-elettriku rinnovabbli, inklużi wħud mill-akbar stati bħal Kalifornja, Texas, u New York, u d-Direttiva tal-Unjoni Ewropea dwar l-Enerġija Rinnovabbli stabbiliet miri simili. Speċjalment minħabba l-intermittenza u l-varjabbiltà tal-enerġija mir-riħ u l-enerġija solari, l-integrazzjoni tar-riżorsi tal-enerġija rinnovabbli hija sfida dejjem aktar serja għall-utilitajiet pubbliċi.
F'dawn l-aħħar għaxar snin, l-ispiża tal-enerġija mir-riħ u mix-xemx naqset drastikament. F'ħafna każijiet għandhom vantaġġ kompetittiv fuq il-fjuwils fossili, speċjalment meta jintużaw fuq skala ta' grilja. L-installazzjonijiet kummerċjali u fuq skala industrijali huma wkoll estremament ekonomiċi, kif muri mill-fatt li kumpaniji bħal Wal-Mart, Target u Amazon poġġew numru kbir ta 'pannelli solari fl-imħażen u l-postijiet tal-bejgħ bl-imnut. Bl-iżvilupp kontinwu tal-enerġija mir-riħ lil hinn mill-kosta u t-teknoloġija tal-pannelli solari mhux fissi, il-punti applikabbli tal-enerġija rinnovabbli qed jespandu wkoll.
Flimkien mal-kapaċità solari residenzjali li dejjem qed tespandi, sfida oħra għall-utilitajiet hija li l-integrazzjoni tal-enerġija distribwita mhijiex taħt il-kontroll tagħhom. Xi stati jimponu regolamenti obbligatorji fuq it-tariffi netti tal-metraġġ jew tal-għalf wara l-elettriku ġġenerat mill-arloġġi, li jżid il-kumplessità u jaffettwa d-dħul mill-utilità.
Sfida ewlenija oħra hija relatata wkoll mat-tibdil fil-klima: is-sikurezza u l-affidabbiltà tal-infrastruttura tal-grilja. In-nirien fil-foresti reċenti f'Kalifornja u l-falliment tal-PG&E huma sinjali bikrija ta' kemm it-temp estrem u t-tibdil fil-klima se jaffettwaw il-grilja tal-enerġija. Il-PG&E anke issa twettaq qtugħ tal-elettriku preventiv fuq skala kbira biex tipproteġi t-tagħmir, il-klijenti u l-foresti.
Riżorsa oħra miżjuda ma' din il-kombinazzjoni hija l-ħżin tal-enerġija. Il-ħżin tal-enerġija jista' jieħu ħafna forom, inkluż ħżin ippompjat, flywheels kbar, airbags taħt il-pressjoni taħt il-ġilda, u anke krejnijiet li jerfgħu blokki kbar tal-konkrit. Ħafna minn dawn l-għażliet jeħtieġu kostruzzjoni fuq skala kbira biex jiġu ffrankati l-ispejjeż, jew jeħtieġu karatteristiċi ġeografiċi speċifiċi ħafna.
It-teknoloġija tal-ħżin tal-enerġija l-aktar prominenti u li qed tikber bl-aktar rata mgħaġġla hija l-batteriji. Il-batteriji huma skalabbli ħafna u jistgħu jintużaw mill-iskala tad-dar għall-iskala tal-impjant tal-enerġija. Dawn jistgħu jintużaw ukoll fi kważi kwalunkwe post mingħajr il-ħtieġa ta' valutazzjoni ambjentali estensiva, il-kostruzzjoni tal-infrastruttura u l-kunsiderazzjoni ta' regolamenti lokali bħall-impjanti tradizzjonali tal-enerġija. Fl-aħħar nett, il-kumpaniji kkonfermaw li jistgħu jinstallaw batteriji kbar f'sitt xhur biss, li huwa f'kuntrast qawwi għad-deċennji meħtieġa biex jippjanaw u jappoġġaw il-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-fjuwils fossili.
Il-ħżin tal-enerġija jġib miegħu ħafna benefiċċji, speċjalment meta kkombinati ma' enerġija rinnovabbli intermittenti. L-aktar użu ovvju tal-ħżin tal-enerġija huwa l-arbitraġġ tal-enerġija. Meta l-prezzijiet tal-elettriku jkunu baxxi, l-enerġija tinħażen u mbagħad tintbagħat lura lill-grilja meta l-prezzijiet tal-elettriku jkunu għoljin. F'ġurnata xemxija, meta s-sorsi fotovoltajċi (PV) jiġġeneraw enerġija eċċessiva, l-elettriku jista' jidħol fl-element tal-ħżin, sabiex dawn ir-riżorsi tal-"must-consume" jkunu jistgħu jintużaw kemm jista' jkun. Bil-lejl, meta l-ġenerazzjoni tal-enerġija solari tonqos, il-batterija se tforni l-enerġija mitlufa, u l-ġenerazzjoni tal-enerġija tat-tagħbija bażi se togħla. Għalhekk, ħafna faċilitajiet tal-batteriji fuq skala kbira jintużaw fl-istess post bħall-farms solari.
Jekk il-PG&E jagħlaq il-klijenti meta r-riskju tan-nar ikun għoli, il-batteriji u l-pannelli solari jipproteġu d-djar u n-negozji mill-qtugħ tal-elettriku, u b'hekk iżommu proċessi kritiċi għaddejjin u jipprevjenu l-ikel milli jitħassar. Barra minn hekk, l-operaturi tal-enerġija issa qed jikkoordinaw u jikkontrollaw sorsi ta' enerġija distribwiti bħala "impjanti tal-enerġija virtwali" li jiġġeneraw, jaħżnu u jittrażmettu l-elettriku skont id-domanda. F'xi każijiet, dan jinkludi r-rispons tad-domanda, fejn it-tagħbija elettrika tiġi ttrasferita għal sigħat off-peak.
L-interface ewlieni għall-konnessjoni tas-sorsi tar-riħ, fotovoltajċi u tal-batterija mal-grilja huwa l-inverter. Fi kliem sempliċi, l-inverter jikkonverti l-enerġija DC għall-enerġija AC u jissinkronizzaha għall-frekwenza elettrika 60Hz tal-grilja. Il-Figura 1 turi dijagramma simplifikata ta' pannell solari mqabbad mal-grilja, li jiffoka fuq l-istruttura tal-inverter. Hemm ħafna stili ta 'invertituri, inklużi strutturi multi-topoloġija unidirezzjonali u bidirezzjonali u inverter f'diversi livelli. Kull topoloġija għandha l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħha taħt ċirkostanzi speċifiċi. Il-komponent ewlieni tal-inverter huwa s-swiċċ tal-enerġija, muri fil-figura bħala transistor bipolari bipolari iżolat (IGBT).
Inverter: inverter
ACGrid: grilja AC
L-inverter juża mikroproċessur, detezzjoni u feedback xierqa, u algoritmi korretti biex jipprovdi diversi servizzi lill-grilja, mhux biss jaħżen u jirrilaxxa l-enerġija elettrika. Eżempju wieħed huwa l-appoġġ għall-vultaġġ, ir-regolazzjoni tal-frekwenza, u t-tnaqqis armoniku biex tinżamm il-kwalità tal-enerġija. L-enerġija distribwita tista' tnaqqas it-tagħbija fuq in-netwerks tat-trażmissjoni u d-distribuzzjoni tal-enerġija minħabba li l-enerġija elettrika tintuża qrib il-ġenerazzjoni tal-enerġija. Dan jista' jnaqqas ir-razza u l-konġestjoni tal-grilja tal-enerġija, u saħansitra jipposponi l-aġġornament tal-linja tal-enerġija.
Meta ammont kbir ta 'enerġija jgħaddi mill-inverter, il-konverżjoni bejn l-enerġija AC u DC għandha tkun effiċjenti ħafna. Fil-fatt, l-ogħla effiċjenza tal-invertituri kummerċjali hija 96-98%. Iżda l-operaturi tal-grilja jridu effiċjenza akbar fl-enerġija, speċjalment fuq l-iskala tal-utilitajiet, minħabba li bidliet żgħar fl-effiċjenza fl-enerġija għadhom ifissru ħafna elettriku.
Sabiex jinkisbu dawn il-livelli ta' effiċjenza fl-enerġija, l-apparati tal-enerġija għandu jkollhom telf baxx ħafna. Illum, l-IGBT sar il-bidla ewlenija għal dawn l-applikazzjonijiet. Madankollu, il-kurrent konduttiv ta 'IGBT huwa diversi mijiet ta' amperes, li jimblokka l-vultaġġi ta 'diversi eluf ta' volts. Huwa magħmul mis-silikon bl-użu ta' proċess simili għal dak użat fil-manifattura ta' ċipep tal-informatika ta' prestazzjoni għolja għat-telefowns ċellulari u ċ-ċentri tad-dejta.
Madankollu, materjali ġodda huma mistennija li jiksbu prestazzjoni ogħla, effiċjenza akbar fl-użu tal-enerġija u affidabbiltà ogħla. Speċifikament, il-karbur tas-silikon (SiC) huwa l-materjal tal-futur. L-apparat elettroniku tal-enerġija SiC għandu telf ta' konduzzjoni u ta' bdil aktar baxx minn apparat simili tas-silikon. L-ewwel stadju tat-tranżizzjoni jinvolvi dajowd ta' livell baxx, kif muri fil-Figura 1, li huwa konness mal-IGBT b'mod anti-parallel. Is-sostituzzjoni tad-dijodi tas-silikon b'dijodi SiC tista' tnaqqas it-telf u tnaqqas il-qbiż tal-valur waqt il-qlib, u b'hekk tnaqqas l-istress fuq l-inverter. Għalkemm id-dijodi SiC jiswew aktar mid-dijodi tas-silikon, sink tas-sħana iżgħar u d-daqs tas-sistema jistgħu jnaqqsu l-ispiża ġenerali tas-sistema.
SiCMOSFET huwa l-istadju li jmiss tat-tranżizzjoni. Il-veloċità tal-bdil tal-MOSFETs SiC hija ħafna aktar mgħaġġla minn dik tal-IGBTs tas-silikon, għalhekk l-użu tagħhom fl-istadju ta 'spinta tas-sistemi tal-ġenerazzjoni tal-enerġija solari jġib vantaġġi akbar. Ġeneralment, konvertitur DC-DC jintuża biex iżid il-vultaġġ tal-ħruġ tal-pannell solari. SiC MOSFETs jistgħu jaqilbu aktar malajr, u b'hekk inaqqsu d-daqs ta 'komponenti passivi għaljin bħal indutturi fl-istadju ta' spinta u jtejbu l-effiċjenza.
ON Semikonduttur jipprovdi varjetà ta 'IGBTs, diodes SiC u MOSFETs SiC biex jissodisfaw ir-rekwiżiti ta' vultaġġ u kurrent ta 'diversi invertituri. L-aktar popolari huwa l-modulu tal-enerġija, li jippakkja ħafna swiċċijiet tal-enerġija u dajowds differenti flimkien biex jikseb daqs żgħir, disinn faċli u dissipazzjoni effiċjenti tas-sħana. Minbarra l-apparat elettroniku ewlieni tal-enerġija, ON Semiconductor jipprovdi wkoll sewwieqa tal-bieb, iżolament galvaniku u amplifikaturi operattivi ta 'prestazzjoni għolja biex jikkompletaw is-sistema.
Bit-titjib tat-teknoloġija tal-enerġija rinnovabbli u tal-ħżin tal-enerġija u t-tnaqqis fl-ispiża, il-"bidla inversa" tal-grilja tal-enerġija tkompli tipproċedi b'rata dejjem aktar mgħaġġla. Minbarra t-tnaqqis tal-emissjonijiet u t-tniġġis tal-karbonju, l-invertituri jappoġġaw ukoll grilja tal-enerġija aktar flessibbli u parteċipattiva, li ċċajpar il-konfini bejn il-konsumaturi u l-produtturi. Il-kontroll u l-koordinazzjoni korretti tal-kumpaniji tal-enerġija jistgħu jtejbu l-kwalità tal-enerġija, inaqqsu l-ispejjeż tal-aġġornament, u jipprovdu lill-utenti b'servizzi aktar affidabbli. L-elettronika tal-enerġija hija t-teknoloġija abilitanti ewlenija li tippermetti li l-infrastruttura kritika tagħna tiġi aġġornata.