ما هو العاكس للطاقة الشمسية؟

بينما يمضي العالم قدمًا في سعيه لإيجاد حلول للطاقة المستدامة والنظيفة، برزت الطاقة الشمسية باعتبارها المرشح الأوفر حظًا في السباق نحو مستقبل أكثر اخضرارًا. من خلال تسخير طاقة الشمس الوفيرة والمتجددة، اكتسبت أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية شعبية واسعة النطاق، مما يمهد الطريق لتحول ملحوظ في الطريقة التي نولد بها الكهرباء. في قلب كل نظام للطاقة الشمسية الكهروضوئية يكمن عنصر حاسم يتيح تحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام:العاكس للطاقة الشمسية. تعمل محولات الطاقة الشمسية كجسر بين الألواح الشمسية والشبكة الكهربائية، وتلعب دورًا حيويًا في الاستخدام الفعال للطاقة الشمسية. إن فهم مبدأ عملها واستكشاف أنواعها المختلفة هو المفتاح لفهم الآليات الرائعة وراء تحويل الطاقة الشمسية. Hآه هل أSolarInverterWأورك? العاكس الشمسي هو جهاز إلكتروني يحول كهرباء التيار المباشر (DC) التي تنتجها الألواح الشمسية إلى كهرباء تيار متردد (AC) يمكن استخدامها لتشغيل الأجهزة المنزلية وتغذيتها في الشبكة الكهربائية. يمكن تقسيم مبدأ عمل العاكس الشمسي إلى ثلاث مراحل رئيسية: التحويل والتحكم والإخراج. تحويل: يستقبل العاكس الشمسي أولاً كهرباء التيار المستمر الناتجة عن الألواح الشمسية. عادة ما تكون كهرباء التيار المستمر هذه على شكل جهد متقلب يختلف باختلاف شدة ضوء الشمس. تتمثل المهمة الأساسية للعاكس في تحويل جهد التيار المستمر المتغير هذا إلى جهد تيار متردد ثابت مناسب للاستهلاك. تتضمن عملية التحويل مكونين رئيسيين: مجموعة من مفاتيح الطاقة الإلكترونية (عادةً ترانزستورات ثنائية القطب ذات بوابة معزولة أو IGBTs) ومحول عالي التردد. المفاتيح مسؤولة عن التبديل السريع لجهد التيار المستمر وإيقافه، مما يؤدي إلى إنشاء إشارة نبضية عالية التردد. يقوم المحول بعد ذلك برفع الجهد إلى مستوى جهد التيار المتردد المطلوب. يتحكم: تضمن مرحلة التحكم في العاكس الشمسي أن تتم عملية التحويل بكفاءة وأمان. أنها تنطوي على استخدام خوارزميات التحكم وأجهزة الاستشعار المتطورة لمراقبة وتنظيم المعلمات المختلفة. تشمل بعض وظائف التحكم المهمة ما يلي: أ. الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT): تتمتع الألواح الشمسية بنقطة تشغيل مثالية تسمى نقطة الطاقة القصوى (MPP)، حيث تنتج الطاقة القصوى لكثافة معينة من ضوء الشمس. تقوم خوارزمية MPPT بضبط نقطة تشغيل الألواح الشمسية بشكل مستمر لزيادة إنتاج الطاقة إلى أقصى حد عن طريق تتبع MPP. ب. تنظيم الجهد والتردد: يحافظ نظام التحكم في العاكس على جهد وتردد خرج تيار متردد ثابت، وعادةً ما يتبع معايير شبكة المرافق. وهذا يضمن التوافق مع الأجهزة الكهربائية الأخرى ويسمح بالتكامل السلس مع الشبكة. ج. مزامنة الشبكة: تعمل محولات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة على مزامنة مرحلة وتكرار خرج التيار المتردد مع شبكة المرافق. تتيح هذه المزامنة للعاكس إمكانية إعادة الطاقة الزائدة إلى الشبكة أو سحب الطاقة من الشبكة عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية غير كافٍ. الإخراج: في المرحلة النهائية، يقوم العاكس الشمسي بتوصيل كهرباء التيار المتردد المحولة إلى الأحمال الكهربائية أو الشبكة. يمكن الاستفادة من الناتج بطريقتين: أ. الأنظمة المتصلة بالشبكة أو المرتبطة بالشبكة: في الأنظمة المرتبطة بالشبكة، يقوم العاكس الشمسي بتغذية كهرباء التيار المتردد مباشرة إلى شبكة المرافق. وهذا يقلل من الاعتماد على محطات الطاقة المعتمدة على الوقود الأحفوري ويسمح بالقياس الصافي، حيث يمكن إضافة الكهرباء الزائدة المولدة خلال النهار واستخدامها خلال فترات إنتاج الطاقة الشمسية المنخفضة. ب. الأنظمة خارج الشبكة: في الأنظمة خارج الشبكة، يقوم العاكس الشمسي بشحن بنك البطارية بالإضافة إلى توفير الطاقة للأحمال الكهربائية. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة الشمسية الزائدة، والتي يمكن استخدامها خلال أوقات انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية أو في الليل عندما لا تقوم الألواح الشمسية بتوليد الكهرباء. خصائص محولات الطاقة الشمسية: كفاءة: تم تصميم محولات الطاقة الشمسية لتعمل بكفاءة عالية لتعظيم إنتاج الطاقة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تؤدي الكفاءة الأعلى إلى فقدان أقل للطاقة أثناء عملية التحويل، مما يضمن استخدام نسبة أكبر من الطاقة الشمسية بشكل فعال. انتاج الطاقة: تتوفر محولات الطاقة الشمسية في تصنيفات طاقة مختلفة، تتراوح من الأنظمة السكنية الصغيرة إلى المنشآت التجارية واسعة النطاق. يجب أن يتطابق خرج الطاقة للعاكس بشكل مناسب مع قدرة الألواح الشمسية لتحقيق الأداء الأمثل. المتانة والموثوقية: تتعرض محولات الطاقة الشمسية لظروف بيئية مختلفة، بما في ذلك تقلبات درجات الحرارة والرطوبة والارتفاعات الكهربائية المحتملة. لذلك، يجب أن يتم تصنيع العاكسات بمواد قوية ومصممة لتحمل هذه الظروف، مما يضمن الموثوقية على المدى الطويل. الرصد والتواصل: تأتي العديد من محولات الطاقة الشمسية الحديثة مجهزة بأنظمة مراقبة تسمح للمستخدمين بتتبع أداء نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بهم. يمكن لبعض المحولات أيضًا التواصل مع الأجهزة الخارجية ومنصات البرامج، مما يوفر بيانات في الوقت الفعلي ويتيح المراقبة والتحكم عن بعد. ميزات السلامة: تشتمل محولات الطاقة الشمسية على ميزات أمان مختلفة لحماية النظام والأفراد الذين يعملون معه. تشمل هذه الميزات الحماية من الجهد الزائد، وحماية التيار الزائد، واكتشاف الأخطاء الأرضية، وحماية ضد العزل، مما يمنع العاكس من تغذية الطاقة إلى الشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي. تصنيف العاكس الشمسي حسب تصنيف الطاقة يمكن تصنيف محولات الطاقة الكهروضوئية، والمعروفة أيضًا باسم محولات الطاقة الشمسية، إلى أنواع مختلفة بناءً على تصميمها ووظيفتها وتطبيقها. يمكن أن يساعد فهم هذه التصنيفات في اختيار العاكس الأكثر ملاءمة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية المحدد. فيما يلي الأنواع الرئيسية من محولات الطاقة الكهروضوئية المصنفة حسب مستوى الطاقة: العاكس وفقًا لمستوى الطاقة: مقسم بشكل أساسي إلى عاكس موزع (عاكس سلسلة وعاكس صغير)، وعاكس مركزي عكس السلسلة: تعد محولات السلسلة هي النوع الأكثر استخدامًا من محولات الطاقة الكهروضوئية في منشآت الطاقة الشمسية السكنية والتجارية، وهي مصممة للتعامل مع ألواح شمسية متعددة متصلة في سلسلة، وتشكل "سلسلة". أصبحت السلسلة الكهروضوئية (1-5 كيلو واط) العاكس الأكثر شعبية في السوق الدولية في الوقت الحاضر من خلال عاكس مع أقصى تتبع لذروة الطاقة في جانب التيار المستمر واتصال الشبكة المتوازية في جانب التيار المتردد. يتم تغذية كهرباء التيار المستمر التي تولدها الألواح الشمسية إلى محول السلسلة، الذي يحولها إلى كهرباء تيار متردد للاستخدام الفوري أو للتصدير إلى الشبكة. تشتهر محولات السلسلة ببساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة وسهولة التركيب. ومع ذلك، يعتمد أداء السلسلة بأكملها على اللوحة ذات الأداء الأقل، مما قد يؤثر على كفاءة النظام بشكل عام. العاكسون الجزئي: العاكسات الصغيرة عبارة عن محولات صغيرة يتم تثبيتها على كل لوحة شمسية فردية في النظام الكهروضوئي. على عكس محولات السلسلة، تقوم المحولات الصغيرة بتحويل كهرباء التيار المستمر إلى تيار متردد مباشرة على مستوى اللوحة. يسمح هذا التصميم لكل لوحة بالعمل بشكل مستقل، مما يؤدي إلى تحسين إجمالي إنتاج الطاقة للنظام. توفر العاكسات الصغيرة العديد من المزايا، بما في ذلك تتبع أقصى نقطة طاقة على مستوى اللوحة (MPPT)، وتحسين أداء النظام في اللوحات المظللة أو غير المتطابقة، وزيادة الأمان بسبب انخفاض الفولتية المستمرة، والمراقبة التفصيلية لأداء اللوحة الفردية. ومع ذلك، فإن التكلفة الأولية المرتفعة والتعقيد المحتمل للتركيب من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار. العاكسون المركزيون: تُستخدم العاكسات المركزية، والمعروفة أيضًا باسم العاكسات الكبيرة أو واسعة النطاق (> 10 كيلو واط)، بشكل شائع في منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق، مثل مزارع الطاقة الشمسية أو مشاريع الطاقة الشمسية التجارية. تم تصميم هذه العاكسات للتعامل مع مدخلات طاقة التيار المستمر العالية من سلاسل أو مصفوفات متعددة من الألواح الشمسية وتحويلها إلى طاقة تيار متردد للاتصال بالشبكة. أكبر ميزة هي الطاقة العالية والتكلفة المنخفضة للنظام، ولكن نظرًا لأن جهد الخرج والتيار لسلاسل كهروضوئية مختلفة غالبًا ما لا يكونان متطابقين تمامًا (خاصة عندما تكون سلاسل الكهروضوئية مظللة جزئيًا بسبب الغيوم والظل والبقع وما إلى ذلك). فإن استخدام العاكس المركزي سيؤدي إلى انخفاض كفاءة عملية العكس وانخفاض الطاقة الكهربائية المنزلية. تتمتع العاكسات المركزية عادة بقدرة طاقة أعلى مقارنة بالأنواع الأخرى، تتراوح من عدة كيلووات إلى عدة ميجاوات. يتم تركيبها في موقع مركزي أو محطة عاكسة، ويتم توصيل سلاسل أو مصفوفات متعددة من الألواح الشمسية بها بالتوازي. ماذا يفعل العاكس للطاقة الشمسية؟ تخدم المحولات الكهروضوئية وظائف متعددة، بما في ذلك تحويل التيار المتردد، وتحسين أداء الخلايا الشمسية، وحماية النظام. تشمل هذه الوظائف التشغيل التلقائي وإيقاف التشغيل، والتحكم الأقصى في تتبع الطاقة، ومكافحة العزلة (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، وضبط الجهد التلقائي (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، والكشف عن التيار المستمر (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، والكشف عن الأرض للتيار المستمر ( للأنظمة المتصلة بالشبكة). دعونا نستكشف بإيجاز وظيفة التشغيل التلقائي وإيقاف التشغيل ووظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى. 1) وظيفة التشغيل والإيقاف التلقائي بعد شروق الشمس صباحاً، تزداد شدة الإشعاع الشمسي تدريجياً، ويزداد إنتاج الخلايا الشمسية تبعاً لذلك. عندما يتم الوصول إلى طاقة الخرج المطلوبة بواسطة العاكس، يبدأ العاكس في التشغيل تلقائيًا. بعد الدخول في العملية، سيقوم العاكس بمراقبة إخراج مكونات الخلايا الشمسية طوال الوقت، طالما أن طاقة الخرج لمكونات الخلايا الشمسية أكبر من طاقة الخرج التي يتطلبها العاكس، سيستمر العاكس في التشغيل؛ حتى يتوقف غروب الشمس، حتى لو كان الجو ممطرًا، كما يعمل الانفرتر. عندما يصبح خرج وحدة الخلايا الشمسية أصغر ويقترب خرج العاكس من 0، سيشكل العاكس حالة الاستعداد. 2) وظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى يختلف ناتج وحدة الخلايا الشمسية باختلاف شدة الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة وحدة الخلايا الشمسية نفسها (درجة حرارة الشريحة). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن وحدة الخلايا الشمسية تتميز بخاصية انخفاض الجهد الكهربي مع زيادة التيار، لذلك توجد نقطة تشغيل مثالية يمكنها الحصول على أقصى قدر من الطاقة. تتغير شدة الإشعاع الشمسي، ومن الواضح أن أفضل نقطة عمل تتغير أيضًا. بالنسبة لهذه التغييرات، تكون نقطة تشغيل وحدة الخلايا الشمسية دائمًا عند أقصى نقطة طاقة، ويحصل النظام دائمًا على أقصى إنتاج للطاقة من وحدة الخلايا الشمسية. هذا النوع من التحكم هو الحد الأقصى للتحكم في تتبع الطاقة. أكبر ميزة للعاكس المستخدم في نظام توليد الطاقة الشمسية هي وظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT). المؤشرات الفنية الرئيسية للعاكس الكهروضوئي 1. استقرار الجهد الناتج في النظام الكهروضوئي، يتم تخزين الطاقة الكهربائية المولدة من الخلية الشمسية أولاً بواسطة البطارية، ثم يتم تحويلها إلى تيار متردد 220 فولت أو 380 فولت من خلال العاكس. ومع ذلك، تتأثر البطارية بالشحن والتفريغ الخاص بها، ويختلف جهد خرجها في نطاق كبير. على سبيل المثال، تحتوي بطارية 12 فولت الاسمية على قيمة جهد يمكن أن تتراوح بين 10.8 و14.4 فولت (قد يؤدي تجاوز هذا النطاق إلى تلف البطارية). بالنسبة للعاكس المؤهل، عندما يتغير جهد طرف الإدخال ضمن هذا النطاق، يجب ألا يتجاوز تغير جهد الخرج في الحالة المستقرة Plusmn؛ 5% من القيمة المقدرة. في نفس الوقت، عندما يتغير الحمل فجأة، يجب ألا يتجاوز انحراف جهد الخرج ±10% عن القيمة المقدرة. 2. تشويه الموجي للجهد الناتج بالنسبة لمحولات الموجة الجيبية، يجب تحديد الحد الأقصى المسموح به لتشويه شكل الموجة (أو المحتوى التوافقي). يتم التعبير عنه عادةً من خلال التشوه الموجي الإجمالي لجهد الخرج، ويجب ألا تتجاوز قيمته 5% (يُسمح بـ 10% للإخراج أحادي الطور). نظرًا لأن خرج التيار التوافقي عالي الترتيب بواسطة العاكس سيولد خسائر إضافية مثل التيارات الدوامة على الحمل الحثي، إذا كان تشويه شكل موجة العاكس كبيرًا جدًا، فسوف يتسبب في تسخين خطير لمكونات الحمل، وهو أمر لا يفضي إلى سلامة المعدات الكهربائية ويؤثر بشكل خطير على النظام. كفاءة التشغيل. 3. تردد الإخراج المقدر بالنسبة للأحمال بما في ذلك المحركات، مثل الغسالات والثلاجات وما إلى ذلك، نظرًا لأن نقطة التشغيل ذات التردد الأمثل للمحركات هي 50 هرتز، فإن الترددات العالية جدًا أو المنخفضة جدًا ستتسبب في تسخين المعدات، مما يقلل من كفاءة تشغيل النظام وعمر الخدمة، لذلك يجب أن يكون تردد الخرج للعاكس قيمة مستقرة نسبيًا، وعادةً ما يكون تردد الطاقة 50 هرتز، ويجب أن يكون انحرافه ضمن Plusmn;l% في ظل ظروف العمل العادية. 4. تحميل عامل الطاقة وصف قدرة العاكس مع الحمل الاستقرائي أو الحمل بالسعة. عامل طاقة الحمل لعاكس الموجة الجيبية هو 0.7~0.9، والقيمة المقدرة هي 0.9. في حالة قوة تحميل معينة، إذا كان معامل القدرة للعاكس منخفض، فإن قدرة العاكس المطلوبة سوف تزيد. فمن ناحية، ستزداد التكلفة، وفي الوقت نفسه، ستزداد الطاقة الظاهرة لدائرة التيار المتردد للنظام الكهروضوئي. ومع زيادة التيار، ستزداد الخسارة حتمًا، وستنخفض أيضًا كفاءة النظام. 5. كفاءة العاكس تشير كفاءة العاكس إلى نسبة طاقة الخرج إلى طاقة الإدخال في ظل ظروف عمل محددة، معبرًا عنها كنسبة مئوية. بشكل عام، تشير الكفاءة الاسمية للعاكس الكهروضوئي إلى حمل المقاومة النقي. بشرط كفاءة تحميل 80%. نظرًا لأن التكلفة الإجمالية للنظام الكهروضوئي مرتفعة، فيجب زيادة كفاءة العاكس الكهروضوئي إلى الحد الأقصى لتقليل تكلفة النظام وتحسين أداء تكلفة النظام الكهروضوئي. في الوقت الحاضر، تتراوح الكفاءة الاسمية للعاكسات السائدة بين 80% و95%، ويشترط ألا تقل كفاءة العاكسات منخفضة الطاقة عن 85%. في عملية التصميم الفعلية للنظام الكهروضوئي، لا ينبغي اختيار عاكس عالي الكفاءة فحسب، بل يجب أيضًا استخدام تكوين معقول للنظام لجعل حمل النظام الكهروضوئي يعمل بالقرب من أفضل نقطة كفاءة قدر الإمكان . 6. تيار الإخراج المقدر (أو قدرة الإخراج المقدرة) يشير إلى تيار الخرج المقدر للعاكس ضمن نطاق عامل طاقة الحمل المحدد. تعطي بعض منتجات العاكس قدرة الإخراج المقدرة، ويتم التعبير عن وحدتها بـ VA أو kVA. السعة المقدرة للعاكس هي نتاج جهد الخرج المقدر وتيار الخرج المقنن عندما يكون عامل طاقة الخرج 1 (أي حمل مقاوم بحت). 7. تدابير الحماية يجب أن يتمتع العاكس ذو الأداء الممتاز أيضًا بوظائف أو تدابير حماية كاملة للتعامل مع المواقف غير الطبيعية المختلفة التي تحدث أثناء الاستخدام الفعلي، وذلك لحماية العاكس نفسه والمكونات الأخرى للنظام من التلف. 1) أدخل حساب تأمين الجهد المنخفض: عندما يكون جهد طرف الإدخال أقل من 85% من الجهد المقنن، يجب أن يتمتع العاكس بالحماية والعرض. 2) حامي الجهد الزائد المدخلات: عندما يكون جهد طرف الإدخال أعلى من 130% من الجهد المقنن، يجب أن يتمتع العاكس بالحماية والعرض. 3) حماية التيار الزائد: يجب أن تكون حماية التيار الزائد للعاكس قادرة على ضمان العمل في الوقت المناسب عندما يكون الحمل قصير الدائرة أو يتجاوز التيار القيمة المسموح بها، وذلك لمنعه من التلف بسبب التيار المفاجئ. عندما يتجاوز تيار العمل 150% من القيمة المقدرة، يجب أن يكون العاكس قادرًا على الحماية تلقائيًا. 4) إخراج حماية ماس كهربائى يجب ألا يتجاوز وقت عمل حماية ماس كهربائى للعاكس 0.5 ثانية. 5) إدخال حماية القطبية العكسية: عندما يتم عكس الأقطاب الإيجابية والسلبية لمحطة الإدخال، يجب أن يكون للعاكس وظيفة حماية وعرض. 6) الحماية من الصواعق: يجب أن يتمتع العاكس بحماية من الصواعق. 7) الحماية من درجة الحرارة الزائدة، الخ. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للعاكسات التي لا تحتوي على تدابير تثبيت الجهد، يجب أن يكون لدى العاكس أيضًا إجراءات حماية من الجهد الزائد لحماية الحمل من أضرار الجهد الزائد. 8. خصائص البداية لتوصيف قدرة العاكس على البدء بالحمل والأداء أثناء التشغيل الديناميكي. يجب أن يضمن العاكس بداية موثوقة تحت الحمل المقدر. 9. الضوضاء المكونات مثل المحولات، ومحاثات المرشح، والمفاتيح الكهرومغناطيسية والمراوح في المعدات الإلكترونية للطاقة سوف تولد الضوضاء. عندما يعمل العاكس بشكل طبيعي، يجب ألا يتجاوز ضجيجه 80 ديسيبل، ويجب ألا يتجاوز ضجيج العاكس الصغير 65 ديسيبل. مهارات اختيار محولات الطاقة الشمسية