اینورتر خورشیدی چگونه کار می کند؟

چگونه یک اینورتر خورشیدی در یک سیستم فتوولتائیک (PV) کار می کند؟ چه نقشی دارد؟ و چرا برق تولید شده توسط پنل های خورشیدی نمی تواند به طور مستقیم در خانه ها استفاده شود یا بدون آن به شبکه تغذیه شود؟ این مقاله اصول کار اینورترهای خورشیدی، فرآیند عملیاتی کامل، ساختار داخلی، انواع سیستم و روندهای صنعت را توضیح می‌دهد-در حالی که نقاط دانش فرکانس{1} بالا در بخش PV را نیز پوشش می‌دهد.

 

اصل تولید برق فتوولتائیک

1. اثر فتوولتائیک چیست؟

برای درک نحوه عملکرد یک اینورتر، ابتدا باید به اصل اساسی تولید انرژی خورشیدی-اثر فتوولتائیک نگاه کنیم.

 

پانل های خورشیدی عمدتاً از مواد نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون ساخته شده اند که از دو لایه تشکیل شده است: سیلیکون نوع P{1} و سیلیکون نوع N-. وقتی نور خورشید به لایه اتصال برخورد می‌کند، فوتون‌های{4}پرانرژی الکترون‌های درون نیمه‌رسانا را تحریک می‌کنند و جفت الکترون-حفره تولید می‌کنند. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی، این الکترون‌ها و حفره‌ها در جهت مخالف حرکت می‌کنند و یک نیروی الکتریکی پایدار در سراسر پانل ایجاد می‌کنند. این منجر به تولید جریان الکتریکی می شود. این تبدیل مستقیم انرژی نور به انرژی الکتریکی به عنوان اثر فتوولتائیک شناخته می شود و پایه و اساس تمام سیستم های انرژی خورشیدی را تشکیل می دهد.

 

 

2. چرا انرژی خورشیدی باید توسط یک اینورتر پردازش شود؟

برق تولید شده توسط پنل های خورشیدی از طریق اثر فتوولتائیک دارای دو ویژگی کلیدی است:

نوع برق: جریان مستقیم (DC)، با جهت جریان و ولتاژ ثابت که با شدت نور خورشید در نوسان است.

محدودیت استفاده: لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی و شبکه های برق ملی همگی با جریان متناوب (AC) کار می کنند.

 

توان DC دارای محدودیت‌های ذاتی است، مانند مشکل در تنظیم ولتاژ، تلفات انتقال بالاتر و سازگاری ضعیف با اکثر بارهای الکتریکی. در نتیجه، نمی توان آن را مستقیماً توسط دستگاه های خانگی استفاده کرد یا به شبکه تغذیه کرد. یک اینورتر خورشیدی به طور خاص برای حل این مشکل با تبدیل DC به AC طراحی شده است که آن را به یک جزء ضروری از هر سیستم قدرت فتوولتائیک تبدیل می کند.

 

3. اجزای یک سیستم PV کامل

یک سیستم تولید برق استاندارد فتوولتائیک عمدتاً از سه جزء اصلی تشکیل شده است: پانل های خورشیدی (ماژول) / کنترل کننده / اینورتر. بسته به اینکه آیا ذخیره انرژی گنجانده شده است، سیستم های PV را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد:شبکه-سیستم PV متصل: بدون ذخیره باتری. برق توسط اینورتر تبدیل شده و مستقیماً به شبکه عمومی تغذیه می شود. این راه حل اصلی برای نیروگاه های تجاری، صنعتی و{3}}در مقیاس بزرگ است.سیستم PV خاموش-شبکه: مجهز به باتری برای ذخیره انرژی اضافی برای استفاده بعدی. این نوع عمدتاً در مناطق دورافتاده بدون دسترسی به شبکه استفاده می شود.

 

 

اینورتر خورشیدی چیست؟

اینورتر خورشیدی که به عنوان اینورتر فتوولتائیک (PV) نیز شناخته می‌شود، یک دستگاه الکترونیکی قدرت است که جریان مستقیم متغیر (DC) تولید شده توسط یک آرایه پنل خورشیدی را به شبکه-جریان متناوب فرکانس (AC) تبدیل می‌کند. اغلب از آن به عنوان "قلب و مغز" یک سیستم فتوولتائیک یاد می شود.

 

1. سه توابع اصلی

تبدیل نیرو (عملکرد اصلی): الکتریسیته DC ناپایدار از صفحات خورشیدی را به AC سینوسی استاندارد 220V/380V تبدیل می کند و آن را با لوازم خانگی و الزامات شبکه سازگار می کند.

• بهینه‌سازی انرژی (عملکرد کارایی): مجهز به فناوری MPPT (ردیابی حداکثر نقطه توان) است که به طور مداوم تغییرات نور خورشید و دما را ردیابی می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که پنل‌های خورشیدی با توان خروجی بهینه خود برای به حداکثر رساندن تولید انرژی کار می‌کنند.
• حفاظت از سیستم (عملکرد ایمنی): مکانیسم‌های حفاظتی متعددی از جمله حفاظت از قطبیت معکوس، حفاظت از اتصال کوتاه AC، حفاظت از اضافه بار، حفاظت از دمای بیش از حد، و حفاظت ضد جزیره‌ای، جلوگیری از آسیب تجهیزات و خطرات ایمنی شبکه را یکپارچه می‌کند.

 

2. توابع هوشمند توسعه یافته

اینورترهای هوشمند مدرن همچنین از مانیتورینگ داده، بهره برداری و نگهداری از راه دور، دیسپاچینگ شبکه و ادغام با سیستم های ذخیره انرژی پشتیبانی می کنند. آنها می توانند تولید برق را ردیابی کنند، وضعیت سیستم را در زمان واقعی نظارت کنند، و از برنامه های ذخیره سازی هوشمند PV و خورشیدی-به علاوه-پشتیبانی کنند.

 

 

اینورتر خورشیدی چگونه کار می کند؟

اینورتر در هسته خود از طریق فرآیند زیر عمل می کند: ورودی DC → تنظیم ولتاژ → سوئیچینگ معکوس → فیلتر کردن → خروجی AC. کل این فرآیند از طریق کنترل هماهنگ اجزای الکترونیکی قدرت داخلی و مدارهای کنترل، بدون تکیه بر ساختارهای مکانیکی پیچیده تکمیل می‌شود.

 

1. مرحله اول: جمع آوری و ورودی DC

پنل های خورشیدی به صورت سری به هم متصل می شوند تا رشته های PV را تشکیل دهند. چند رشته از طریق یک جعبه ترکیب کننده DC ترکیب می شوند و سپس جریان جمع شده به ترمینال ورودی DC اینورتر وارد می شود. در این مرحله، توان ورودی ولتاژ پایین، DC بسیار متغیر، با سطوح ولتاژ به طور قابل توجهی به دلیل شرایط آب و هوایی، چرخه های روز و شب، و سایه در نوسان است.

 

2. مرحله دوم: MPPT (حداکثر ردیابی نقطه قدرت)

این مرحله کلیدی برای به حداکثر رساندن بازده انرژی است. سیستم کنترل اینورتر به طور مداوم ولتاژ و جریان را از سمت PV نظارت می کند و با استفاده از الگوریتم های پیشرفته به صورت دینامیکی پارامترهای عملیاتی را تنظیم می کند. با انجام این کار، در شرایط فعلی روی حداکثر نقطه توان قفل می شود و تلفات انرژی ناشی از سایه، تغییرات دما و شدت نور خورشید متفاوت را به حداقل می رساند.

 

3. مرحله سوم: وارونگی هسته (تبدیل DC به AC)

هسته فرآیند وارونگی در مدار اینورتر قرار دارد که معمولاً یک توپولوژی پل{{0} کامل است. اجزای کلیدی شامل سوئیچ های نیمه هادی قدرت مانند IGBT و MOSFET است. مدار کنترل دقیقاً این کلیدها را به سمت روشن و خاموش شدن با سرعت بالا در یک توالی هماهنگ هدایت می کند و به طور موثر جهت جریان جریان را تغییر می دهد. در نتیجه، DC یکطرفه اولیه به سرعت به یک جریان متناوب متناوب تبدیل می‌شود و یک "شکل موج AC خام" را تشکیل می‌دهد.

 

4. مرحله چهارم: فیلتر کردن، افزایش ولتاژ و شکل دادن به شکل موج

شکل موج AC اولیه تولید شده توسط وارونگی حاوی هارمونیک های قابل توجهی است و برای استفاده مستقیم مناسب نیست. در داخل اینورتر، اجزایی مانند فیلترها، سلف ها (راکتورها) و ترانسفورماتورها با حذف نویز، تثبیت سیگنال و افزایش ولتاژ به سطوح استاندارد شبکه، شکل موج را اصلاح می کنند. نتیجه یک خروجی AC سینوسی صاف و پایدار است.

 

5. مرحله پنجم: خروجی برق یا اتصال به شبکه

برق AC شرطی شده از طریق یک کابینت توزیع AC توزیع می شود. بخشی از برق برای تامین بارهای سایت (مانند کارخانه ها یا لوازم خانگی) استفاده می شود، در حالی که انرژی اضافی به شبکه عمومی تغذیه می شود. در سیستم‌های خاموش{3}}شبکه، انرژی اضافی در باتری‌ها ذخیره می‌شود و بعداً برای تامین برق در زمانی که نور خورشید وجود ندارد تخلیه می‌شود.

 

 

چگونه یک اینورتر خورشیدی برای کاربردهای مختلف انتخاب کنیم؟

اینورترهای خورشیدی بر اساس محدوده توان، سناریوهای کاربردی و حالت های عملیاتی، به طور کلی به چهار نوع اصلی طبقه بندی می شوند. انتخاب از اصول صنعتی واضح پیروی می کند:

 

1. میکرو اینورتر (200W-1500W)

هر پنل خورشیدی با اینورتر خود جفت می‌شود و تبدیل DC به-AC را در سطح ماژول انجام می‌دهد. آنها عمدتا در پشت بام های مسکونی و سیستم های PV توزیع شده کوچک استفاده می شوند. اینورترهای میکرو در شرایط سایه عملکرد خوبی دارند اما هزینه هر واحد بالاتری دارند.

 

2. اینورترهای رشته ای (1.5kW-250kW، جریان اصلی 60-175kW)

در حال حاضر پرکاربردترین نوع، با بیشترین سهم بازار است. یک اینورتر واحد به چندین رشته PV متصل می شود و دقت MPPT بالا و تحمل خطای قوی را ارائه می دهد. مناسب برای مسکونی، تجاری، و پشت بام‌های صنعتی کوچک{{2} تا-متوسط، و به طور فزاینده‌ای در نیروگاه‌های بزرگ-مقیاس زمینی-استفاده می‌شود. سهم بازار جهانی از 58 درصد فراتر رفته است.

 

3. اینورترهای رشته ای متمرکز (توزیع شده) (1MW-10MW)

این دستگاه‌ها که بین اینورترهای رشته‌ای و مرکزی قرار گرفته‌اند، برای گیاهان بزرگ زمینی-با زمین‌های پیچیده یا سایه‌انداز جزئی ایده‌آل هستند. آنها راندمان تولید برق را با بهره برداری و نگهداری آسان تر متعادل می کنند.

 

4. اینورترهای مرکزی (250 کیلووات تا 10 مگاوات)

طراحی شده برای تبدیل متمرکز{0}قدرت بالا، دارای سطوح ولتاژ بالا، هزینه کم به ازای هر وات، و تعمیر و نگهداری ساده. معمولاً در-مقیاس بزرگ مزارع خورشیدی، پروژه‌های agrivoltaic، و سیستم‌های PV شناور استفاده می‌شود. جدیدترین مدل‌ها می‌توانند به ظرفیت‌های فوق‌العاده-تا 3.125 مگاوات برسند و راه‌حل‌های ترانسفورماتور اینورتر{6} یکپارچه را پشتیبانی کنند.

 

دستورالعمل‌های انتخاب: نیروگاه‌های بزرگ زمینی-: اینورترهای رشته مرکزی یا متمرکز. PV توزیع شده تجاری و صنعتی / مسکونی: اینورترهای رشته ای. سناریوهای مسکونی با دقت بالا-: اینورترهای میکرو

 

نتیجه گیری

به زبان ساده، اصل کار اینورتر خورشیدی را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

پنل های خورشیدی نور خورشید را از طریق اثر فتوولتائیک به برق DC نوسان تبدیل می کنند. سپس اینورتر خروجی را از طریق MPPT بهینه می‌کند، تبدیل DC-AC را با استفاده از سوئیچینگ الکترونیکی قدرت انجام می‌دهد، و شکل موج را از طریق فیلتر کردن و تنظیم ولتاژ اصلاح می‌کند-در نهایت توان AC پایدار را برای بارها یا یکپارچه‌سازی شبکه ارائه می‌کند.

 

Yahua Lighting راه‌حل‌های سیستم انرژی خورشیدی یکپارچه، از جمله ماژول‌های PV، رشته‌ها و اینورترهای مرکزی با راندمان بالا، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، روشنایی یکپارچه خیابان‌های خورشیدی، و تجهیزات توزیع کامل شبکه‌ای را ارائه می‌کند. با فناوری الکترونیک قدرت بالغ و تجربه گسترده پروژه در فضای باز، راه‌حل‌های مناسب برای پشت بام‌های مسکونی، تأسیسات تجاری و صنعتی، مزارع خورشیدی در مقیاس بزرگ، و محیط‌های خشن مانند مناطق ساحلی یا شدید{7}}را ارائه می‌کنیم. برای جزئیات بیشتر، تماس بگیرید: sales@sxyhzm.com

 

سوالات متداول

Q1: آیا می توان از انرژی خورشیدی مستقیماً بدون اینورتر استفاده کرد؟

پاسخ: خیر. پنل های خورشیدی برق DC تولید می کنند، در حالی که اکثر وسایل برقی و شبکه های برق از AC استفاده می کنند. تنظیم برق DC دشوار است و خطرات ایمنی را به همراه دارد، بنابراین قبل از استفاده باید توسط یک اینورتر تبدیل شود.

 

Q2: تفاوت بین اینورترهای شبکه-گرید و خاموش- چیست؟

پاسخ: اینورترهای متصل{0}}شبکه به باتری نیاز ندارند و برق را مستقیماً به شبکه تغذیه می‌کنند، و آنها را برای اکثر برنامه‌های مسکونی و تجاری مناسب می‌سازد. اینورترهای شبکه خاموش- با باتری ها برای ذخیره انرژی کار می کنند و در مناطق بدون دسترسی به شبکه استفاده می شوند.

 

Q3: چگونه بین اینورترهای موج مربعی و موج سینوسی خالص انتخاب کنیم؟

پاسخ: اینورترهای موج مربعی ارزان-هزینه هستند اما اعوجاج هارمونیک بالایی ایجاد می‌کنند و فقط برای بارهای کوچک و ساده مناسب هستند. اینورترهای موج سینوسی خالص خروجی تمیز سازگار با تمام لوازم خانگی را ارائه می دهند و برای سیستم های PV مسکونی و تجاری ضروری هستند.

 

Q4: اینورتر خورشیدی چقدر دوام می آورد؟

پاسخ: اجزای اصلی مانند IGBT ها معمولاً برای 10 تا 15 سال طراحی می شوند. با تعمیر و نگهداری مناسب، اینورترهای با کیفیت بالا- می‌توانند 15+ سال دوام بیاورند، اگرچه آنها اغلب اولین جزء اصلی هستند که در یک سیستم PV جایگزین می‌شوند.

 

Q5: چرا اینورترهای رشته ای محبوب تر می شوند؟

A: آنها ردیابی MPPT دقیق تر، کاهش تلفات در شرایط سایه و کاهش مداوم هزینه ها را ارائه می دهند. همراه با رشد سریع PV توزیع شده، سهم بازار آنها همچنان در حال افزایش است.