本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
编者注：《大众科学》的乔治·穆瑟尔将在“家庭太阳能”（前身为“60 秒太阳能”）中记录他安装太阳能电池板的经历。阅读他的介绍此处 并查看所有帖子此处。
太阳能阵列的功能不仅仅是将能量馈入电网。它们也可能能够帮助电网应对许多人没有意识到的一个问题：电器不仅消耗能量，还会瞬间存储和释放能量。 最糟糕的罪魁祸首是电机和变压器，它们的内部磁场代表着大量的能量缓存，赋予这些设备一种电惯性，导致它们与电网失去同步。 为了描述这个问题和可能的解决方案，我邀请了 Xslent Energy Technologies 的 Arnold Mckinley 撰写一篇分为两部分的客座博客。 这是第一部分。
我们都知道太阳能可以减少碳排放，实现电力系统的去中心化，并减少国家对外国石油资源的依赖，但您是否知道太阳能现在可以帮助稳定电网？ 电网非常不稳定。 它需要仔细监控以将频率和电压维持在非常有限的范围内，以确保电机不会烧毁，电力浪涌不会损坏计算机等等。 在美国，我们认为优质电力是理所当然的，但我们的好运来自于其背后庞大的基础设施，以确保电力保持这种状态。
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当电网 действительно 变得不稳定时，结果可能是糟糕的。 1982 年和 1996 年西海岸的停电迫使六百万人点着蜡烛吃饭。 1977 年臭名昭著的纽约停电给这座城市留下了深刻的伤疤。 2003 年美国-加拿大停电影响了 6000 万人。 2004 年，一个联合美国-加拿大工作组比较了这些事件，发现所有事件的主要共同因素是对无功功率的需求超过了供应。
很少有人听说过“无功功率”。 那么，它是什么，谁需要它，为什么以前不是问题，以及太阳能如何帮助预防未来的停电？
我们房主根据“有功功率”支付水电费。 它也被称为“实”功率，部分原因是数学上的技术性，部分原因是它携带千瓦时能量，用于照亮我们的房屋、压缩空调中的流体以及将水泵入我们的游泳池。
但同时，与有功功率并排流动的是无功功率。 它执行一项辅助服务，确保荧光灯 действительно 发光，计算机电源 действительно 工作，以及压缩机和水泵电机 действительно 转动。 从 LCD 电视到电动汽车的现代电子技术，加剧了输电线路对无功功率的需求——以至于欧盟和美国政府开始强制制造商大幅减少这些设备的无功功率消耗。
每当电网上的负载导致电压和电流（以非常恒定的 60 赫兹振荡）失去同步时，就会产生无功功率流动。 在左侧的图中，电流略微滞后于电压。
将电压和电流相乘即可得到功率。 它是两个分量的总和：有功功率，其平均值为正数，因此表示传递到负载的能量；以及无功功率，其在一个完整周期内的平均值为零，表示在电网和负载之间来回移动的能量。 也就是说，无功能量在一个方向上流向负载，然后掉头并沿另一个方向流向发电机，每个周期重复一次。
总功率以千伏安 (kVA) 为单位测量，有功功率以千瓦 (kW) 为单位测量，无功功率以千伏安无功 (kVAr) 为单位测量。 kW 与 kVA 的比率称为功率因数 (pf)。 如果 pf 等于 1，则所有 kVA 功率都是有功功率；如果它等于 0，则所有 kVA 功率都是无功功率。 家庭能源监控器（如TED 5000）显示此数量。
无功功率导致不稳定有两个原因
它阻碍了输电线路上有用流量的流动。 本质上，波动的能量占用了输电线路上可用于有功功率的空间。
过度的无功功率会导致电压急剧下降。 例如，如果汲取一定量的有功功率导致电压从 118 伏特降至 117 伏特，则汲取相同量的无功功率将导致电压从 118 伏特降至 108 伏特。 也就是说，根据定义，这就是电压骤降。
在下一篇文章中，我将解释一种名为微型逆变器的新型太阳能技术如何帮助控制电网上的无功功率并帮助稳定我们的电力系统。
照片和图表由 Arnold Mckinley 提供