اینورتر خورشیدی چیست؟

در حالی که جهان به دنبال راه‌حل‌های انرژی پاک و پایدار پیش می‌رود، انرژی خورشیدی به عنوان پیشرو در رقابت به سوی آینده‌ای سبزتر ظاهر شده است. سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV) با بهره‌گیری از انرژی فراوان و تجدیدپذیر خورشید، محبوبیت گسترده‌ای پیدا کرده‌اند و راه را برای تحولی قابل‌توجه در روش تولید برق هموار می‌کنند. در قلب هر سیستم PV خورشیدی یک جزء حیاتی نهفته است که تبدیل نور خورشید به انرژی قابل استفاده را امکان پذیر می کند:اینورتر خورشیدی. اینورترهای خورشیدی که به عنوان پل بین صفحات خورشیدی و شبکه الکتریکی عمل می کنند، نقش حیاتی در استفاده کارآمد از انرژی خورشیدی دارند. درک اصل کار آنها و بررسی انواع مختلف آنها برای درک مکانیک شگفت انگیز تبدیل انرژی خورشیدی کلیدی است. Hاوو آیا ASاولارIنورترWork? اینورتر خورشیدی یک دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) الکتریسیته تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی را به برق جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند که می‌تواند برای برق رسانی به لوازم خانگی و تغذیه به شبکه برق استفاده شود. اصل کار یک اینورتر خورشیدی را می توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد: تبدیل، کنترل و خروجی. تبدیل: اینورتر خورشیدی ابتدا برق DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی را دریافت می کند. این الکتریسیته DC معمولاً به شکل یک ولتاژ نوسانی است که با شدت نور خورشید تغییر می کند. وظیفه اصلی اینورتر تبدیل این ولتاژ DC متغیر به یک ولتاژ AC پایدار مناسب برای مصرف است. فرآیند تبدیل شامل دو جزء کلیدی است: مجموعه ای از کلیدهای الکترونیکی قدرت (معمولاً ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایق یا IGBT) و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا. کلیدها وظیفه روشن و خاموش کردن سریع ولتاژ DC را بر عهده دارند و یک سیگنال پالس با فرکانس بالا ایجاد می کنند. سپس ترانسفورماتور ولتاژ را تا سطح ولتاژ متناوب مورد نظر افزایش می دهد. کنترل: مرحله کنترل یک اینورتر خورشیدی تضمین می کند که فرآیند تبدیل به طور موثر و ایمن عمل می کند. این شامل استفاده از الگوریتم های کنترلی پیچیده و حسگرها برای نظارت و تنظیم پارامترهای مختلف است. برخی از عملکردهای مهم کنترل عبارتند از: الف حداکثر توان ردیابی (MPPT): پانل های خورشیدی دارای یک نقطه عملیاتی بهینه به نام نقطه حداکثر توان (MPP) هستند که در آن حداکثر توان را برای شدت نور خورشید تولید می کنند. الگوریتم MPPT به طور مداوم نقطه عملکرد پانل های خورشیدی را تنظیم می کند تا با ردیابی MPP، توان خروجی را به حداکثر برساند. ب تنظیم ولتاژ و فرکانس: سیستم کنترل اینورتر ولتاژ و فرکانس خروجی AC را ثابت نگه می دارد که معمولاً از استانداردهای شبکه برق پیروی می کند. این امر سازگاری با سایر دستگاه های الکتریکی را تضمین می کند و امکان ادغام یکپارچه با شبکه را فراهم می کند. ج همگام سازی شبکه: اینورترهای خورشیدی متصل به شبکه فاز و فرکانس خروجی AC را با شبکه برق همگام می کنند. این هماهنگ‌سازی اینورتر را قادر می‌سازد تا توان اضافی را به شبکه برگرداند یا زمانی که تولید خورشیدی کافی نیست، برق را از شبکه دریافت کند. خروجی: در مرحله آخر، اینورتر خورشیدی برق AC تبدیل شده را به بارهای الکتریکی یا شبکه می رساند. خروجی به دو صورت قابل استفاده است: الف سیستم های متصل به شبکه: در سیستم های متصل به شبکه، اینورتر خورشیدی برق AC را مستقیماً به شبکه برق تغذیه می کند. این امر وابستگی به نیروگاه‌های مبتنی بر سوخت فسیلی را کاهش می‌دهد و امکان اندازه‌گیری خالص را فراهم می‌کند، جایی که برق اضافی تولید شده در طول روز می‌تواند اعتبار و در دوره‌های تولید کم خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد. ب سیستم های خارج از شبکه: در سیستم های خارج از شبکه، اینورتر خورشیدی علاوه بر تامین انرژی بارهای الکتریکی، یک بانک باتری را شارژ می کند. باتری‌ها انرژی خورشیدی اضافی را ذخیره می‌کنند که می‌توان از آن در زمان‌های کم تولید خورشیدی یا در شب که پنل‌های خورشیدی برق تولید نمی‌کنند، استفاده کرد. ویژگی های اینورترهای خورشیدی: کارایی: اینورترهای خورشیدی طوری طراحی شده اند که با راندمان بالا کار کنند تا بازده انرژی سیستم PV خورشیدی را به حداکثر برسانند. راندمان بالاتر منجر به اتلاف انرژی کمتر در طول فرآیند تبدیل می شود و اطمینان حاصل می کند که نسبت بیشتری از انرژی خورشیدی به طور موثر استفاده می شود. توان خروجی: اینورترهای خورشیدی در رتبه بندی های مختلف توان موجود هستند، از سیستم های مسکونی کوچک گرفته تا تاسیسات تجاری در مقیاس بزرگ. توان خروجی یک اینورتر باید به طور مناسب با ظرفیت پنل های خورشیدی مطابقت داشته باشد تا به عملکرد مطلوب دست یابد. دوام و قابلیت اطمینان: اینورترهای خورشیدی در معرض شرایط محیطی متفاوتی از جمله نوسانات دما، رطوبت و نوسانات الکتریکی بالقوه قرار دارند. بنابراین، اینورترها باید با مواد مستحکم ساخته شوند و به گونه ای طراحی شوند که در برابر این شرایط مقاومت کنند و از قابلیت اطمینان طولانی مدت اطمینان حاصل کنند. نظارت و ارتباطات: بسیاری از اینورترهای خورشیدی مدرن مجهز به سیستم‌های نظارتی هستند که به کاربران اجازه می‌دهند عملکرد سیستم PV خورشیدی خود را ردیابی کنند. برخی از اینورترها همچنین می‌توانند با دستگاه‌های خارجی و پلت‌فرم‌های نرم‌افزاری ارتباط برقرار کنند، داده‌های بی‌درنگ را ارائه می‌دهند و امکان نظارت و کنترل از راه دور را فراهم می‌کنند. ویژگی های ایمنی: اینورترهای خورشیدی از ویژگی های ایمنی مختلفی برای محافظت از سیستم و افرادی که با آن کار می کنند، استفاده می کنند. از جمله این ویژگی ها می توان به حفاظت از اضافه ولتاژ، حفاظت در برابر جریان اضافه، تشخیص خطای زمین و حفاظت ضد جزیره ای اشاره کرد که از تغذیه اینورتر به شبکه در هنگام قطع برق جلوگیری می کند. طبقه بندی اینورتر خورشیدی بر اساس رتبه بندی توان اینورترهای PV که به عنوان اینورتر خورشیدی نیز شناخته می شوند، بر اساس طراحی، عملکرد و کاربردشان به انواع مختلفی تقسیم می شوند. درک این طبقه بندی ها می تواند به انتخاب مناسب ترین اینورتر برای یک سیستم PV خورشیدی خاص کمک کند. در زیر انواع اصلی اینورترهای PV طبقه بندی شده بر اساس سطح توان آورده شده است: اینورتر بر اساس سطح توان: عمدتا به اینورتر توزیع شده (اینورتر رشته و میکرو اینورتر)، اینورتر متمرکز تقسیم می شود. رشته معکوسers: اینورترهای رشته ای متداول ترین نوع اینورترهای PV در تاسیسات خورشیدی مسکونی و تجاری هستند، آنها برای کنترل چندین پنل خورشیدی متصل به صورت سری طراحی شده اند که یک "رشته" را تشکیل می دهند. رشته PV (1-5kw) امروزه از طریق یک اینورتر با حداکثر پیک ردیابی توان در سمت DC و اتصال به شبکه موازی در سمت AC به محبوب ترین اینورتر در بازار بین المللی تبدیل شده است. الکتریسیته DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی به اینورتر رشته ای وارد می شود که آن را برای استفاده فوری یا صادرات به شبکه به برق AC تبدیل می کند. اینورترهای رشته ای به دلیل سادگی، مقرون به صرفه بودن و سهولت نصب معروف هستند. با این حال، عملکرد کل رشته به پانل با کمترین عملکرد بستگی دارد که می تواند بر کارایی کلی سیستم تأثیر بگذارد. میکرو اینورتر: میکرو اینورترها اینورترهای کوچکی هستند که بر روی هر پنل خورشیدی جداگانه در یک سیستم PV نصب می شوند. برخلاف اینورترهای رشته ای، میکرو اینورترها برق DC را درست در سطح پانل به AC تبدیل می کنند. این طراحی به هر پانل اجازه می دهد تا به طور مستقل عمل کند و انرژی خروجی کلی سیستم را بهینه کند. اینورترهای میکرو چندین مزیت از جمله ردیابی نقطه حداکثر توان در سطح پانل (MPPT)، بهبود عملکرد سیستم در پانل های سایه دار یا نامتناسب، افزایش ایمنی به دلیل ولتاژ DC کمتر و نظارت دقیق بر عملکرد پانل های جداگانه را ارائه می دهند. با این حال، هزینه اولیه بالاتر و پیچیدگی احتمالی نصب عواملی هستند که باید در نظر گرفته شوند. اینورترهای متمرکز: اینورترهای متمرکز، همچنین به عنوان اینورترهای بزرگ یا مقیاس کاربردی (> 10 کیلو وات) شناخته می شوند، معمولاً در تاسیسات PV خورشیدی در مقیاس بزرگ، مانند مزارع خورشیدی یا پروژه های خورشیدی تجاری استفاده می شوند. این اینورترها به گونه ای طراحی شده اند که ورودی های برق DC بالا را از رشته ها یا آرایه های متعدد پنل های خورشیدی مدیریت کرده و آنها را برای اتصال به شبکه به برق AC تبدیل می کنند. بزرگترین ویژگی قدرت بالا و هزینه کم سیستم است، اما از آنجایی که ولتاژ و جریان خروجی رشته های PV مختلف اغلب دقیقاً مطابقت ندارند (مخصوصاً زمانی که رشته های PV به دلیل ابری، سایه، لکه ها و غیره تا حدی سایه دارند). استفاده از اینورتر متمرکز منجر به راندمان پایین‌تر فرآیند معکوس‌سازی و کاهش انرژی الکتریکی خانگی می‌شود. اینورترهای متمرکز معمولاً ظرفیت توان بالاتری نسبت به انواع دیگر دارند که از چندین کیلووات تا چندین مگاوات متغیر است. آنها در یک مکان مرکزی یا ایستگاه اینورتر نصب می شوند و رشته ها یا آرایه های متعددی از صفحات خورشیدی به صورت موازی به آنها متصل می شوند. اینورتر خورشیدی چه کاری انجام می دهد؟ اینورترهای فتوولتائیک چندین عملکرد از جمله تبدیل AC، بهینه سازی عملکرد سلول خورشیدی و حفاظت از سیستم را انجام می دهند. این عملکردها شامل عملیات و خاموش شدن خودکار، کنترل ردیابی حداکثر توان، ضد جزیره (برای سیستم های متصل به شبکه)، تنظیم خودکار ولتاژ (برای سیستم های متصل به شبکه)، تشخیص DC (برای سیستم های متصل به شبکه)، و تشخیص زمین DC (برای سیستم های متصل به شبکه) می شود. برای سیستم های متصل به شبکه). بیایید به طور خلاصه عملکرد خودکار و خاموش کردن و عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان را بررسی کنیم. 1) عملکرد خودکار و خاموش کردن پس از طلوع آفتاب در صبح، شدت تابش خورشید به تدریج افزایش می‌یابد و خروجی سلول‌های خورشیدی نیز به همین نسبت افزایش می‌یابد. وقتی به توان خروجی مورد نیاز اینورتر رسید، اینورتر به طور خودکار شروع به کار می کند. پس از ورود به عملیات، اینورتر خروجی اجزای سلول خورشیدی را در تمام مدت نظارت خواهد کرد، تا زمانی که توان خروجی اجزای سلول خورشیدی بیشتر از توان خروجی مورد نیاز اینورتر باشد، اینورتر به کار خود ادامه می دهد. تا غروب متوقف شود، حتی اگر بارانی باشد، اینورتر نیز کار می کند. هنگامی که خروجی ماژول سلول خورشیدی کوچکتر می شود و خروجی اینورتر نزدیک به 0 است، اینورتر حالت آماده به کار را تشکیل می دهد. 2) عملکرد کنترل ردیابی حداکثر توان خروجی ماژول سلول خورشیدی با شدت تابش خورشیدی و دمای خود ماژول سلول خورشیدی (دمای تراشه) متفاوت است. علاوه بر این، از آنجایی که ماژول سلول خورشیدی این ویژگی را دارد که با افزایش جریان، ولتاژ کاهش می یابد، بنابراین یک نقطه عملیاتی بهینه وجود دارد که می تواند حداکثر توان را به دست آورد. شدت تابش خورشیدی در حال تغییر است، بدیهی است که بهترین نقطه کار نیز در حال تغییر است. نسبت به این تغییرات، نقطه کار ماژول سلول خورشیدی همیشه در نقطه حداکثر توان است و سیستم همیشه حداکثر توان خروجی را از ماژول سلول خورشیدی به دست می آورد. این نوع کنترل، کنترل ردیابی حداکثر توان است. بزرگترین ویژگی اینورتر مورد استفاده در سیستم تولید برق خورشیدی عملکرد ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) است. شاخص های فنی اصلی اینورتر فتوولتائیک 1. پایداری ولتاژ خروجی در سیستم فتوولتائیک، انرژی الکتریکی تولید شده توسط سلول خورشیدی ابتدا توسط باتری ذخیره می شود و سپس از طریق اینورتر به جریان متناوب 220 ولت یا 380 ولت تبدیل می شود. با این حال، باتری تحت تأثیر شارژ و دشارژ خود قرار می گیرد و ولتاژ خروجی آن در محدوده زیادی متفاوت است. به عنوان مثال، باتری اسمی 12 ولت دارای مقدار ولتاژی است که می تواند بین 10.8 و 14.4 ولت متغیر باشد (فراتر از این محدوده ممکن است باعث آسیب به باتری شود). برای یک اینورتر واجد شرایط، وقتی ولتاژ ترمینال ورودی در این محدوده تغییر می کند، تغییر ولتاژ خروجی حالت پایدار آن نباید از Plusmn تجاوز کند. 5 درصد از ارزش رتبه بندی شده. در عین حال، هنگامی که بار به طور ناگهانی تغییر می کند، انحراف ولتاژ خروجی آن نباید بیش از 10% بیش از مقدار نامی باشد. 2. اعوجاج شکل موج ولتاژ خروجی برای اینورترهای موج سینوسی، حداکثر اعوجاج شکل موج مجاز (یا محتوای هارمونیک) باید مشخص شود. معمولاً با اعوجاج شکل موج کل ولتاژ خروجی بیان می شود و مقدار آن نباید از 5٪ تجاوز کند (10٪ برای خروجی تک فاز مجاز است). از آنجایی که جریان هارمونیک با مرتبه بالا خروجی توسط اینورتر باعث ایجاد تلفات اضافی مانند جریان های گردابی در بار القایی می شود، اگر اعوجاج شکل موج اینورتر خیلی زیاد باشد، باعث گرم شدن جدی اجزای بار می شود که مساعد نیست ایمنی تجهیزات الکتریکی و به طور جدی سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. راندمان عملیاتی 3. فرکانس خروجی نامی برای بارهایی از جمله موتورها مانند ماشین لباسشویی، یخچال و غیره، از آنجایی که فرکانس بهینه کار موتورها 50 هرتز است، فرکانس های خیلی زیاد یا خیلی پایین باعث گرم شدن تجهیزات و کاهش راندمان عملیاتی و عمر مفید سیستم می شود. بنابراین فرکانس خروجی اینورتر باید مقدار نسبتاً پایداری داشته باشد، معمولاً فرکانس توان 50 هرتز، و انحراف آن در شرایط کاری عادی باید در محدوده Plusmn;l% باشد. 4. ضریب توان بار توانایی اینورتر را با بار القایی یا بار خازنی مشخص کنید. ضریب توان بار اینورتر موج سینوسی 0.7 ~ 0.9 است و مقدار نامی 0.9 است. در مورد توان بار معین، اگر ضریب توان اینورتر کم باشد، ظرفیت اینورتر مورد نیاز افزایش می یابد. از یک طرف هزینه افزایش می یابد و در عین حال قدرت ظاهری مدار AC سیستم فتوولتائیک افزایش می یابد. با افزایش جریان، تلفات ناگزیر افزایش می یابد و بازده سیستم نیز کاهش می یابد. 5. راندمان اینورتر راندمان اینورتر به نسبت توان خروجی آن به توان ورودی در شرایط کاری مشخص اشاره دارد که به صورت درصد بیان می شود. به طور کلی، بازده اسمی یک اینورتر فتوولتائیک به یک بار مقاومتی خالص اشاره دارد. تحت شرایط راندمان بار 80٪. از آنجایی که هزینه کلی سیستم فتوولتائیک بالا است، کارایی اینورتر فتوولتائیک باید حداکثر شود تا هزینه سیستم کاهش یابد و عملکرد هزینه سیستم فتوولتائیک بهبود یابد. در حال حاضر، راندمان اسمی اینورترهای جریان اصلی بین 80 تا 95 درصد است و بازده اینورترهای کم مصرف کمتر از 85 درصد نیست. در فرآیند طراحی واقعی یک سیستم فتوولتائیک، نه تنها باید یک اینورتر با راندمان بالا انتخاب شود، بلکه باید از پیکربندی منطقی سیستم نیز استفاده شود تا بار سیستم فتوولتائیک تا حد ممکن نزدیک به بهترین نقطه کارایی کار کند. . 6. جریان خروجی نامی (یا ظرفیت خروجی نامی) جریان نامی خروجی اینورتر را در محدوده ضریب توان بار مشخص شده نشان می دهد. برخی از محصولات اینورتر ظرفیت خروجی نامی را می دهند و واحد آن بر حسب VA یا kVA بیان می شود. ظرفیت نامی اینورتر حاصل ضرب ولتاژ نامی خروجی و جریان نامی خروجی زمانی است که ضریب توان خروجی 1 باشد (یعنی بار کاملاً مقاومتی). 7. اقدامات حفاظتی یک اینورتر با عملکرد عالی همچنین باید عملکردهای حفاظتی کامل یا اقدامات لازم برای مقابله با موقعیت‌های غیرعادی مختلف را که در حین استفاده واقعی رخ می‌دهد، داشته باشد تا از خود اینورتر و سایر اجزای سیستم در برابر آسیب محافظت شود. 1) حساب بیمه کم ولتاژ را وارد کنید: هنگامی که ولتاژ ترمینال ورودی کمتر از 85٪ ولتاژ نامی است، اینورتر باید دارای حفاظت و نمایشگر باشد. 2) محافظ اضافه ولتاژ ورودی: هنگامی که ولتاژ ترمینال ورودی بالاتر از 130٪ ولتاژ نامی است، اینورتر باید دارای حفاظت و نمایشگر باشد. 3) حفاظت در برابر جریان اضافه: حفاظت اضافه جریان اینورتر باید بتواند در هنگام اتصال کوتاه بار یا جریان بیش از حد مجاز، از عملکرد به موقع اطمینان حاصل کند تا از آسیب دیدن آن توسط جریان موجی جلوگیری کند. هنگامی که جریان کاری بیش از 150٪ از مقدار نامی است، اینورتر باید بتواند به طور خودکار محافظت کند. 4) حفاظت از اتصال کوتاه خروجی زمان عمل حفاظت از اتصال کوتاه اینورتر نباید از 0.5 ثانیه تجاوز کند. 5) حفاظت از قطبیت معکوس ورودی: هنگامی که قطب های مثبت و منفی ترمینال ورودی معکوس می شوند، اینورتر باید دارای عملکرد حفاظتی و نمایشگر باشد. 6) حفاظت در برابر صاعقه: اینورتر باید حفاظت در برابر صاعقه داشته باشد. 7) حفاظت در برابر دما و غیره علاوه بر این، برای اینورترهای بدون اقدامات تثبیت ولتاژ، اینورتر همچنین باید اقدامات حفاظتی از اضافه ولتاژ خروجی را برای محافظت از بار در برابر آسیب اضافه ولتاژ داشته باشد. 8. ویژگی های شروع برای مشخص کردن توانایی اینورتر برای شروع با بار و عملکرد در طول عملیات دینامیکی. اینورتر باید از راه اندازی مطمئن تحت بار نامی اطمینان حاصل کند. 9. سر و صدا قطعاتی مانند ترانسفورماتورها، سلف های فیلتر، سوئیچ های الکترومغناطیسی و فن ها در تجهیزات الکترونیکی قدرت ایجاد نویز می کنند. هنگامی که اینورتر به طور معمول کار می کند، نویز آن نباید از 80dB تجاوز کند و صدای یک اینورتر کوچک نباید از 65dB تجاوز کند. مهارت های انتخاب اینورترهای خورشیدی