本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
編者注：《大眾科學》的喬治·穆瑟爾將在“家庭太陽能”（前身為“60 秒太陽能”）中記錄他安裝太陽能電池板的經歷。閱讀他的介紹此處 並檢視所有帖子此處。
太陽能陣列的功能不僅僅是將能量饋入電網。它們也可能能夠幫助電網應對許多人沒有意識到的一個問題：電器不僅消耗能量，還會瞬間儲存和釋放能量。 最糟糕的罪魁禍首是電機和變壓器，它們的內部磁場代表著大量的能量快取，賦予這些裝置一種電慣性，導致它們與電網失去同步。 為了描述這個問題和可能的解決方案，我邀請了 Xslent Energy Technologies 的 Arnold Mckinley 撰寫一篇分為兩部分的客座部落格。 這是第一部分。
我們都知道太陽能可以減少碳排放，實現電力系統的去中心化，並減少國家對外國石油資源的依賴，但您是否知道太陽能現在可以幫助穩定電網？ 電網非常不穩定。 它需要仔細監控以將頻率和電壓維持在非常有限的範圍內，以確保電機不會燒燬，電力浪湧不會損壞計算機等等。 在美國，我們認為優質電力是理所當然的，但我們的好運來自於其背後龐大的基礎設施，以確保電力保持這種狀態。
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當電網 действительно 變得不穩定時，結果可能是糟糕的。 1982 年和 1996 年西海岸的停電迫使六百萬人點著蠟燭吃飯。 1977 年臭名昭著的紐約停電給這座城市留下了深刻的傷疤。 2003 年美國-加拿大停電影響了 6000 萬人。 2004 年，一個聯合美國-加拿大工作組比較了這些事件，發現所有事件的主要共同因素是對無功功率的需求超過了供應。
很少有人聽說過“無功功率”。 那麼，它是什麼，誰需要它，為什麼以前不是問題，以及太陽能如何幫助預防未來的停電？
我們房主根據“有功功率”支付水電費。 它也被稱為“實”功率，部分原因是數學上的技術性，部分原因是它攜帶千瓦時能量，用於照亮我們的房屋、壓縮空調中的流體以及將水泵入我們的游泳池。
但同時，與有功功率並排流動的是無功功率。 它執行一項輔助服務，確保熒光燈 действительно 發光，計算機電源 действительно 工作，以及壓縮機和水泵電機 действительно 轉動。 從 LCD 電視到電動汽車的現代電子技術，加劇了輸電線路對無功功率的需求——以至於歐盟和美國政府開始強制製造商大幅減少這些裝置的無功功率消耗。
每當電網上的負載導致電壓和電流（以非常恆定的 60 赫茲振盪）失去同步時，就會產生無功功率流動。 在左側的圖中，電流略微滯後於電壓。
將電壓和電流相乘即可得到功率。 它是兩個分量的總和：有功功率，其平均值為正數，因此表示傳遞到負載的能量；以及無功功率，其在一個完整週期內的平均值為零，表示在電網和負載之間來回移動的能量。 也就是說，無功能量在一個方向上流向負載，然後掉頭並沿另一個方向流向發電機，每個週期重複一次。
總功率以千伏安 (kVA) 為單位測量，有功功率以千瓦 (kW) 為單位測量，無功功率以千伏安無功 (kVAr) 為單位測量。 kW 與 kVA 的比率稱為功率因數 (pf)。 如果 pf 等於 1，則所有 kVA 功率都是有功功率；如果它等於 0，則所有 kVA 功率都是無功功率。 家庭能源監控器（如TED 5000）顯示此數量。
無功功率導致不穩定有兩個原因
它阻礙了輸電線路上有用流量的流動。 本質上，波動的能量佔用了輸電線路上可用於有功功率的空間。
過度的無功功率會導致電壓急劇下降。 例如，如果汲取一定量的有功功率導致電壓從 118 伏特降至 117 伏特，則汲取相同量的無功功率將導致電壓從 118 伏特降至 108 伏特。 也就是說，根據定義，這就是電壓驟降。
在下一篇文章中，我將解釋一種名為微型逆變器的新型太陽能技術如何幫助控制電網上的無功功率並幫助穩定我們的電力系統。
照片和圖表由 Arnold Mckinley 提供