Prinsip Kerja Inverter Terhubung ke Jaringan
I. Prinsip Kerja Inverter Terhubung ke Jaringan
Inverter terhubung ke jaringan adalah perangkat yang mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) dan banyak digunakan dalam sistem pembangkit listrik fotovoltaik (PV). Prinsip kerjanya melibatkan beberapa aspek:
Proses Konversi Energi:Di bawah sinar matahari, panel PV menghasilkan listrik DC. Untuk inverter terhubung ke jaringan berukuran kecil hingga menengah, struktur dua tahap sering digunakan, di mana output DC dari panel PV pertama kali dikonversi melalui konverter DC/DC untuk konversi awal, dan kemudian melalui konverter DC/AC untuk menghasilkan AC. Inverter besar biasanya menggunakan struktur satu tahap untuk konversi langsung. Selama operasi, inverter mengontrol modul inverter tiga fasa dengan mendeteksi tegangan DC, arus, dan tegangan serta arus AC jaringan. Sistem kontrol digital menghasilkan sinyal drive PWM (Pulse Width Modulation), membuat inverter menghasilkan AC yang sinkron dalam frekuensi dan fase dengan jaringan. Misalnya, ketika listrik DC dari panel PV masuk ke inverter terhubung ke jaringan, ia pertama-tama melewati rektifikasi (jika struktur dua tahap termasuk fungsi rektifikasi), mengonversi AC yang ada menjadi DC, dan kemudian melalui komponen elektronik bagian inverter untuk mengonversi DC menjadi AC, yang pada akhirnya disuplai ke beban rumah tangga atau industri atau disalurkan ke jaringan.
Komponen Utama dan Fungsinya:
Rectifier: Dalam beberapa struktur, komponen ini bertanggung jawab untuk mengubah AC menjadi DC, memastikan bahwa input ke bagian inverter selanjutnya adalah DC.
Inverter: Ini adalah komponen inti, menggunakan elemen-elemen elektronik (seperti perangkat semikonduktor daya) untuk mengubah DC menjadi AC.
Pengontrol: Mengontrol seluruh proses konversi, termasuk memantau tegangan dan arus masukan dan keluaran, serta menyesuaikan sinyal drive PWM berdasarkan parameter ini untuk memastikan AC output memenuhi standar yang diperlukan.
Terminal Output: Mengeluarkan AC yang telah dikonversi ke jaringan atau beban.
II. Hubungan Antara Inverter Terhubung Jaringan dan Jaringan
Transmisi Daya dan Interaksi:Fungsi utama inverter terhubung jaringan adalah mengkonversi DC menjadi AC dan terhubung ke jaringan, memungkinkan transmisi daya. Ini dapat menyuplai listrik yang dihasilkan oleh sistem PV ke jaringan, memenuhi kebutuhan daya pengguna lainnya. Dalam proses ini, jaringan bertindak sebagai pusat penyimpanan dan distribusi energi besar, dan inverter terhubung jaringan berfungsi sebagai jembatan yang menghubungkan pembangkit listrik PV terdistribusi ke pusat ini. Misalnya, dalam proyek PV terdistribusi, banyak rumah tangga dengan sistem PV menjual daya surplus ke jaringan melalui inverter terhubung jaringan, mencapai aliran daya dua arah—menerima dan menyuplai daya ke jaringan.
Dari perspektif jaringan, seiring dengan integrasi lebih banyak inverter terhubung ke jaringan, sumber daya listrik jaringan menjadi lebih beragam. Namun, hal ini juga menempatkan tuntutan baru pada stabilitas jaringan dan kualitas daya.
Kontrol dan Adaptasi:Saat ini, inverter terhubung ke jaringan utamanya beroperasi dalam dua mode kontrol dasar: kontrol arus dan kontrol tegangan. Dalam mode kontrol arus, inverter bertujuan untuk mengontrol arus output dan harus menyesuaikan diri dengan perubahan tegangan jaringan dan parameter lainnya. Misalnya, dalam jaringan lemah (impedansi tinggi, kerangka kerja lemah, resistensi rendah terhadap arus lonjakan), inverter perlu memiliki adaptabilitas yang kuat terhadap jaringan impedansi tinggi untuk menghindari fenomena resonansi yang dapat menyebabkan eskalasi gangguan. Inverter dari berbagai produsen menggunakan berbagai algoritma dan mekanisme kontrol untuk menyesuaikan diri dengan perubahan jaringan, seperti algoritma penghambatan aktif cerdas untuk mengatasi masalah resonansi dalam jaringan lemah, dan strategi seperti kontrol repetitif, parameter PI dinamis, penekanan harmonisa tertentu, dan kompensasi waktu mati.
Dalam mode kontrol tegangan, inverter menargetkan kontrol tegangan, membuat karakteristik eksternal inverter terhubung ke jaringan berperilaku sebagai sumber tegangan yang dikendalikan, mampu memberikan dukungan untuk tegangan dan frekuensi. Ini sangat cocok untuk koneksi energi terbarukan dengan penetrasi tinggi, artinya inverter dapat, hingga batas tertentu, mengatur tegangan dan frekuensi jaringan untuk menjaga operasi stabil.
III. Apakah Inverter Terhubung Jaringan Dapat Beroperasi Tanpa Jaringan?
Dalam Kondisi Normal, Operasi Tidak Diperbolehkan:Menurut standar dan peraturan keselamatan yang relevan, inverter terhubung jaringan biasanya dilengkapi dengan perangkat anti-islanding. Ketika tegangan jaringan nol, inverter akan berhenti bekerja. Hal ini karena jika inverter terus beroperasi selama pemadaman listrik, hal tersebut dapat menimbulkan ancaman keselamatan bagi petugas pemeliharaan. Misalnya, jika sistem PV terus menyuplai daya ke jaringan melalui inverter selama pemadaman, hal tersebut dapat dengan mudah menyebabkan kejutan listrik dan insiden keselamatan lainnya. Oleh karena itu, standar nasional menetapkan bahwa inverter terhubung jaringan PV harus memiliki fungsi deteksi dan kontrol islanding, dan harus berhenti beroperasi ketika jaringan tidak tersedia.
Operasi Dengan Modifikasi Khusus:Secara teori, tanpa mengubah perangkat lunak atau keras, inverter off-grid dapat digunakan untuk "mensimulasikan" grid, membuat inverter PV percaya bahwa grid normal, sehingga memungkinkannya untuk menyuplai daya ke "grid" ini. Namun, metode ini membawa risiko dan tidak sesuai dengan persyaratan keselamatan dan regulasi normal. Selain itu, jika inverter terhubung grid dimodifikasi untuk memungkinkan operasi off-grid, seperti pada beberapa inverter hibrida yang terhubung grid dan off-grid, ia dapat beralih ke mode off-grid ketika grid mati. Namun, ini bukan lagi fungsi dari inverter terhubung grid murni tetapi hasil dari desain dan modifikasi khusus.
IV. Syarat Penting untuk Operasi Inverter Terhubung Grid
Syarat Teknis:
Sinkronisasi Frekuensi: Frekuensi grid biasanya 50Hz atau 60Hz di sebagian besar wilayah. Output frekuensi AC dari inverter harus disinkronkan dengan ini. Ini biasanya dicapai melalui teknologi seperti Phase-Locked Loops (PLLs) untuk memastikan frekuensi AC inverter sesuai dengan frekuensi grid, jika tidak, inverter tidak dapat beroperasi secara normal.
Sinkronisasi Fase: Selain sinkronisasi frekuensi, output AC inverter juga harus disinkronkan dalam fase dengan tegangan grid. Sinkronisasi fase dicapai melalui teknologi kontrol terkait. Hanya dengan sinkronisasi fase, energi output inverter dapat terintegrasi dengan lancar ke dalam grid tanpa menyebabkan efek buruk seperti fluktuasi daya dan penurunan kualitas daya.
Penyesuaian Tegangan: Tegangan output inverter harus sesuai dengan tegangan grid pada titik koneksi. Meskipun inverter biasanya dirancang untuk menyesuaikan dengan tingkat tegangan yang berbeda, harus memastikan operasi dalam batas aman. Jika tegangan tidak sesuai, hal ini mungkin mencegah transmisi daya normal dan bahkan merusak inverter atau peralatan grid.
Batasan Harmonik: Selama konversi DC ke AC, inverter dapat menghasilkan harmonik yang dapat mempengaruhi jaringan, seperti menyebabkan distorsi tegangan dan mempengaruhi operasi normal peralatan listrik lainnya. Oleh karena itu, inverter harus memenuhi standar batasan harmonik tertentu untuk menjamin kualitas daya. Misalnya, arus output inverter tidak boleh mengandung komponen DC, dan harmonik orde tinggi dalam arus output inverter harus diminimalkan untuk menghindari pencemaran jaringan.
Kontrol Daya Reaktif: Inverter harus mampu mengontrol output daya reaktif untuk mendukung stabilitas tegangan jaringan. Dalam jaringan dengan proporsi energi terbarukan yang tinggi, kontrol daya reaktif sangat penting. Dengan mengontrol daya reaktif, tingkat tegangan jaringan dapat diatur, meningkatkan stabilitas dan kualitas jaringan.
Perlindungan Efek Pulau: Saat jaringan mati, inverter harus segera terputus dari jaringan untuk mencegahnya menyuplai daya ke jaringan yang terputus, sehingga melindungi personel pemeliharaan. Ini adalah salah satu fungsi keselamatan esensial inverter grid-connected.
Kondisi Keselamatan:
Keselamatan Listrik: Inverter dan pemasangannya harus mematuhi standar keselamatan listrik yang relevan, termasuk isolasi, perlindungan beban berlebih, dan perlindungan arus pendek. Misalnya, kinerja isolasi listrik inverter harus baik untuk mencegah kebocoran; dalam kasus beban berlebih atau arus pendek, inverter harus mengaktifkan mekanisme perlindungan untuk mencegah kerusakan peralatan dan potensi kebakaran.
Peringkat Perlindungan: Inverter membutuhkan peringkat perlindungan tertentu untuk menahan faktor lingkungan seperti debu dan kelembaban. Inverter luar ruangan biasanya memerlukan peringkat perlindungan yang lebih tinggi, seperti IP65. Peringkat perlindungan ini memastikan bahwa inverter dapat beroperasi normal di bawah kondisi lingkungan yang berbeda dan memperpanjang masa pakainya.
Peraturan dan Standar:
Standar Nasional dan Industri: Inverter terhubung jaringan harus mematuhi standar nasional dan industri yang berlaku, seperti standar GB/T 37408 - 2019 di China, yang menentukan persyaratan teknis untuk inverter terhubung jaringan fotovoltaik. Standar-standar ini mencakup berbagai aspek, termasuk kinerja, keselamatan, dan kualitas daya, memastikan bahwa inverter memenuhi peraturan saat beroperasi di jaringan.
Izin dan Persetujuan: Pemasangan dan operasi inverter terhubung jaringan mungkin memerlukan izin dan persetujuan dari departemen energi untuk memastikan bahwa mereka tidak berdampak negatif pada jaringan. Departemen energi akan meninjau lokasi pemasangan, kapasitas, dan parameter teknis inverter, dan hanya setelah mendapatkan persetujuan, inverter tersebut dapat dihubungkan ke jaringan.
Faktor Ekonomi:
Return on Investment (ROI): Pengguna atau perusahaan yang mempertimbangkan inverter terhubung jaringan akan mengevaluasi ROI, termasuk biaya investasi awal, biaya operasional dan pemeliharaan, serta subsidi kebijakan potensial atau pendapatan dari penjualan listrik. Jika ROI tidak menguntungkan, hal ini dapat mempengaruhi antusiasme terhadap inverter terhubung jaringan. Misalnya, jika biaya investasi awal tinggi dan harga jual listrik rendah tanpa kebijakan subsidi yang cukup, investor mungkin akan terhalang.
Kebijakan Subsidi: Berbagai wilayah mungkin memiliki kebijakan subsidi yang berbeda, yang dapat mempengaruhi kelayakan ekonomi proyek inverter terhubung jaringan. Beberapa wilayah menawarkan subsidi untuk mendorong pengembangan energi terbarukan, termasuk subsidi untuk pembelian inverter dan tarif feed-in, yang membantu meningkatkan manfaat ekonomi proyek inverter terhubung jaringan.
Kompatibilitas Sistem:
Kompabilitas Jaringan: Inverter harus kompatibel dengan sistem jaringan yang ada, termasuk struktur, skala, dan karakteristik operasional jaringan. Struktur jaringan yang berbeda (misalnya, sistem tenaga TT, IT, dan TN) dan skala (misalnya, jaringan tegangan rendah dan tinggi) memiliki persyaratan yang berbeda untuk inverter, dan inverter harus mampu menyesuaikan diri dengan perbedaan-perbedaan tersebut untuk mencapai koneksi jaringan yang stabil.
Kompabilitas Peralatan: Inverter harus cocok dengan peralatan pembangkit listrik yang terhubung (misalnya, panel surya, turbin angin) untuk mencapai konversi daya yang efisien. Misalnya, daya keluaran dan tegangan panel surya harus sesuai dengan persyaratan input inverter untuk memastikan efisiensi dan kinerja seluruh sistem pembangkit.
Faktor Lingkungan:
Ketahanan Lingkungan: Inverter harus mampu menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungan di tempat pemasangan, seperti suhu dan kelembaban, untuk memastikan operasi yang stabil jangka panjang. Misalnya, dalam lingkungan suhu tinggi, kinerja pendinginan inverter harus baik untuk mencegah kerusakan akibat overheat; dalam lingkungan kelembaban tinggi, inverter harus memiliki sifat tahan lembab untuk menghindari konsleting sirkuit internal.
Dampak Lingkungan: Desain dan operasi inverter harus mempertimbangkan dampaknya terhadap lingkungan, seperti kebisingan dan gangguan elektromagnetik. Upaya harus dilakukan untuk meminimalkan kebisingan yang dihasilkan selama operasi inverter untuk menghindari pencemaran suara, dan gangguan elektromagnetik harus dikendalikan untuk mencegah gangguan dengan perangkat elektronik lainnya.
Operasi dan Pemeliharaan:
Antarmuka Pengguna: Inverter harus menyediakan antarmuka pengguna yang intuitif untuk memantau status sistem dan melakukan pengaturan yang diperlukan. Misalnya, pengguna dapat melihat parameter operasional inverter (misalnya, tegangan masuk/keluar, arus, daya) dan informasi alarm kerusakan melalui antarmuka, serta melakukan pengaturan dasar (misalnya, batas daya, pemilihan mode operasi).
Persyaratan Pemeliharaan: Pemeliharaan inverter harus mempertimbangkan kemudahan pemeliharaan, biaya pemeliharaan, dan siklus pemeliharaan. Inverter yang mudah dipelihara dapat mengurangi biaya dan kesulitan pemeliharaan, sementara siklus pemeliharaan yang wajar dapat menjamin operasi stabil jangka panjang. Misalnya, struktur internal inverter harus dirancang untuk memudahkan pemeriksaan oleh personel pemeliharaan, dan umur pakai serta biaya penggantian komponennya harus wajar.
V. Peran Jaringan dalam Operasi Inverter Terhubung ke Jaringan
Memberikan Referensi untuk Operasi:Tegangan, frekuensi, dan parameter lainnya dari jaringan memberikan standar referensi untuk operasi inverter yang terhubung ke jaringan. Inverter perlu menyesuaikan outputnya berdasarkan tegangan dan frekuensi jaringan untuk mencocokkan parameter tersebut. Misalnya, inverter menggunakan teknologi seperti PLL untuk mensinkronisasi frekuensi dan fase output AC-nya dengan jaringan dan mencocokkan tegangan, memastikan integrasi lancar dari daya ke jaringan. Tanpa jaringan yang memberikan referensi ini, inverter tidak akan dapat menyesuaikan outputnya dengan akurat, dan koneksi normal ke jaringan tidak akan mungkin.
Mengaktifkan Transmisi dan Distribusi Daya:Jaringan menyediakan platform untuk transmisi dan distribusi daya dari inverter yang terhubung ke jaringan. Setelah inverter mengumpankan daya AC yang dihasilkan oleh sistem PV ke jaringan, jaringan dapat mentransmisikan daya ini ke tempat yang dibutuhkan, mencapai distribusi yang luas. Ini memungkinkan daya PV terintegrasi ke dalam sistem daya yang lebih luas, menyediakan listrik kepada lebih banyak pengguna. Skala dan struktur jaringan juga mempengaruhi metode koneksi dan persyaratan operasional inverter. Misalnya, dalam jaringan dengan level tegangan yang berbeda (misalnya, jaringan tegangan rendah dan tinggi), inverter harus memenuhi standar akses dan persyaratan teknis yang sesuai untuk memastikan transmisi daya yang aman dan efisien.
Menjamin Operasi yang Stabil:Dalam jaringan, banyak perangkat pembangkit dan konsumsi listrik terhubung, membentuk sistem listrik yang besar. Sistem ini memiliki tingkat stabilitas dan inersia tertentu, yang membantu menstabilkan operasi inverter yang terhubung ke jaringan. Misalnya, ketika output daya dari sistem PV berfluktuasi, jaringan dapat menyeimbangkan fluktuasi tersebut melalui mekanisme regulasi sendiri (mis., mengatur output daya perangkat pembangkit lainnya), sehingga mengurangi dampak pada inverter. Selain itu, jaringan menyediakan perlindungan arus pendek dan fitur keselamatan lainnya. Jika terjadi gangguan arus pendek di output inverter, perangkat perlindungan jaringan akan bertindak untuk mencegah gangguan tersebut berkembang, melindungi inverter dan peralatan lainnya.
