اینورتر خورشیدی

اينورتر خورشیدی وسيله است که جريان مستقيم (DC) تولید شده توسط پنل های خورشیدی را به جريان متناوب (AC) برای مصرف کننده ها و یا تزریق به شبکه برق، تبديل می کند. در يک سيستم خورشيدی فتوولتائیک، اينورتر ها مانند قلب سيستم عمل می کنند و برق DC توليد شده را به AC تبديل می کنند.

اینورتر خورشیدی باید دو هدف را برآورده کند :

1. توان ورودی DC را به جریان AC خروجی مناسب تبدیل کند که اعوجاج هارمونیکی کل کم و ضریب توان مورد قبولی داشته باشد.
2. حداکثر توان را از منبع نور دریافت کند.

انواع اینورتر خورشیدی

بطور کلی اینورترهای خورشیدی به شکل های زیر دسته بندی می شوند :

• دسته بندی اینورتر ها از نظر شکل موج تولیدی
• دسته بندی اینورتر ها از نظر اتصال به شبکه
• دسته بندی اینورتر ها از نظر اتصالات پنل ها

انواع  اینورتر ها از نظر شکل موج تولیدی :

• اینورتر موج مربعی (square wave inverters)
• اینورتر موج سینوسی اصلاح شده (modified sine wave inverters)
• اینورتر موج سینوسی خالص (pure sine wave inverter)

اینورتر موج مربعی :

اين نوع اينورتر ها بسیار معمول و ارزان قیمت هستند. موج مربعی يک موج نامناسب و نامطبوع برای بيشتر وسايل الکتريکی است. برق DC به برق AC با فرکانس 50 هرتز تبدیل می شود و با استفاده از یک ترانسفورماتور به ولتاژ 230 ولت تبدیل می شود. اين اينورترهای معمولاً ارزان، توان هايی کمتر از 500 وات دارند و بيشتر برای جا فندکی ماشين استفاده می شوند. پس اين اينورتر ها برای مصارف خانگی و صنعتی اصلاً کارايی ندارد.

اینورتر موج سینوسی اصلاح شده :

شايد بتوان گفت که اقتصادی ترين و معمول ترين اينورتر همين نوع می باشد. اين نوع اينورتر يک موج متناوب توليد می کنند که شکل اين موج مابين شکل موج مربعی و شکل موج سينوسی کامل قرار می گيرد. در بسياری موارد به اين نوع اينورترها، اينورتر شبه سينوسی (Quasi-Sine Wave inverters) نيز گفته می شود.

مزيت اين نوع اينورترها قيمت پايين تر آنها نسبت به اینورتر موج سینوسی خالص است و در کل کارايی خوبی دارند و بيشتر وسايل برقی مانند لوازم روشنايی، راديو، بسياری از تلويزيون ها و کامپيوترها و … را می توان با اين اينورترها راه اندازی کرد ولی بعضی از وسايل الکتريکی مانند بيشتر موتورها توانايی کار با اين اينورترها را ندارند. پس نتيجه می گيريم که اين اينورتر برای مصارف کوچک کاربرد دارد.

اینورتر موج سینوسی خالص :

این اینورتر ها بر اساس مدولاسیون پهنای باند (PWM) عمل می کنند. آنها برای عملکرد تجهیزات الکترونیک قدرت مناسب می باشند. در مقایسه با اینورتر های موج مربعی، این اینورترها بخاطر پیچیدگی شان در مدارشان گران قیمت تر هستند. این اینورترها تمام الزامات ذکر شده را دارا می باشند.

انواع اینورتر ها از نظر اتصال به شبکه :

• اینورتر خورشیدی متصل به شبکه (Grid connected inverter)
• اینورتر خورشیدی منفصل (جدا) از شبکه (Off grid inverter)

اینورتر خورشیدی متصل به شبکه (آنگرید) :

اگر بخواهیم برق تولیدی توسط پنل های خورشیدی را به شبکه برق تزریق کنیم ، باید از اینورتر های خورشیدی متصل به شبکه استفاده کنیم. ماهیت و ساختار داخلی اینورتر های خورشیدی متصل به شبکه و اینورتر های خورشیدی منفصل (جدا) از شبکه با هم متفاوت است.

اینورتر های خورشیدی متصل به شبکه بصورت تکفاز و سه فاز و در ظرفیت های 250 وات تا حوالی 5 مگاوات و در سطح ولتاژ های مختلف متناسب با ظرفیت اینورتر ها تولید می شوند.

اینورتر خورشیدی جدا یا منفصل از شبکه (آفگرید) :

در یک سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه، ذخیره انرژی توسط باتری بصورت DC انجام می پذیرد و شارژ کنترلر وظیفه مدیریت سیستم و حفاظت آنرا به عهده دارد و برای تبدیل آن به برق AC با ولتاژ 220 ولت از یک اینورتر خورشیدی استفاده می شود. بعضی اینورترها در درون شارژ کنترلرها تعبیه شده است و یک دستگاه هم اینورتر و هم شارژ کنترلر می باشد.

انواع اینورتر های خورشیدی به لحاظ اتصالات پنل های خورشیدی

انواع اینورتر خورشیدی با توجه به طرز قرار گرفتن اینورتر ها در ماژول ها به چهار دسته تقسیم می شوند:

• اینورتر سنترال (مرکزی)
• اینورتر استرینگ (رشته ای)
• اینورتر چند رشته ای

• میکرو اینورتر

اینورتر مرکزی 

متداول ترین نوع اینورتر خورشیدی در سیستم های بزرگ است و عموماً اینورتر های خورشیدی مرکزی سه فاز هستند. این اینورتر چندین پنل خورشیدی را به هم متصل می کندو نصب نسبتاً ساده و کم هزینه ای دارد. اما قابلیت ارتقا زیادی ندارد و در تابش کم بهره وری خوبی نخواهد داشت.

اینورتر رشته ای یا استرینگ

اینورتر خورشیدی رشته ای کاربرد تجاری و مسکونی دارد. در اینورتر رشته ای یک رشته از صفحه های خورشیدی به اینورتر وصل شده است. در پنل های خورشیدی در صورتی که تابش های متفاوتی دریافت شود جریان ایجاد شده در آن ها متفاوت خواهد بود و اتصال موازی بین رشته ها باعث عدم تطابق می شود. اما در اینورتر رشته ای این مسئله حل می شود.

اینورترهای رشته‌ای از تلفات عدم تطابق بین رشته‌ها جلوگیری می‌کنند و این اجازه را می‌دهند که هر رشته در نقطه حداکثر توان آن به کار گرفته شود.  

اینورتر چند رشته ای

اینورتر چند رشته ای در واقع اینورتر رشته ای توسعه یافته است. در اینورتر چند رشته ای می توان هر رشته را به طور جداگانه کنترل کرد. هرکدام از رشته‌ها یک مبدل DC/DC مربوط به خود را دارند و به یک اینورتر مشترک DC/AC متصل هستند. در مقایسه با سیستم مرکزی، هر رشته را می‌توان به‌صورت جداگانه کنترل کرد.

به علاوه اینورتر خورشیدی از نظر شکل موج خروجی به چهار دسته تقسیم می شود:

1. خروجی به شکل موج مربعی
2. خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)
3. خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)
4. خروجی به شکل سینوسی خالص

برای سیستم های خورشیدی از اینورتر خورشیدی سینوسی خالص استفاده می شود، اما اگر قصد داشته باشیم روشنایی یا برق دوربین مدار بسته را تأمین کنیم می توانیم از اینورتر های شبه سینوسی استفاده کنیم. 

میکرواینورترها

اخیراً موضوع میکرو اینورترها با توجه به مزایای نسبی که در مقایسه با سایر موارد دارد، مورد توجه بوده است. میکرو اینورترها در واقع به نوعی ماژول AC است که اگر بخواهیم توضیح مختصری در مورد آن بدهیم باید گفت این ماژول ترکیبی از یک سلول خورشیدی و یک اینورتر الکترونیک قدرت است و با اتصال به شبکه، نور را به برق تبدیل می کند. به طور معمول مدار در یک جعبه آلومینیومی کوچک به پشت ماژول خورشیدی متصل می شود.

استفاده از میکرواینورترها به منظور نصب بر روی سقف منازل از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. سیستم های فتوولتائیک بر پایه میکرواینورترها در مقایسه با سیستم هایی که بر پایه اینورتر مرکزی و رشته ای کار می کنند، به دلیل این که در هر ماژول ردیابی نقطه حداکثر توان جداگانه صورت می گیرد، این قابلیت را دارند که تا درصد مناسبی انرژی بیشتری استخراج کنند. هم چنین زمان نصب و راه اندازی میکرواینورترها کمتر از سایر موارد است.

در سیستم های مبتنی بر میکرواینورتر ولتاژ DC بالا با توان بالا در سیستم سیم کشی ایجاد نمی شود و در نتیجه خطر قوس الکتریکی کمتر است. در این گونه سیستم ها اتصال جداگانه و مستقل هر ماژول به شبکه موجب می شود خرابی یک ماژول بر بهره برداری از ماژول های دیگر تأثیر نپذیرد و تشخیص خرابی در این سیستم ها راحت تر خواهد بود.

سیستم MPPT در اینورتر ها

سیستم MPPT یا ردیاب نقطه بیشینه توان در اینورتر ها یک مدار مبدل DC به DC می باشد که وظیفه مهمی دارد. با تغییر میزان تابش، جریان و با تغییر دمای سلول، ولتاژ تولیدی پنل های خورشیدی تغییر می کنند. بنابراین وقتی تعدادی پنل را با یکدیگر بصورت سری متصل می کنیم، به علت تغییرات دمایی، تغییرات ولتاژی محسوسی را در فصول مختلف سال خواهیم داشت.

اینورتر این قابلیت را دارد که در هر ولتاژ و هر جریانی کمترین تلفات تبدیل و نهایتا بیشترین راندمان را داشته باشد. این مبدل، تبدیل ولتاژ و جریان خروجی آرایه های خورشیدی را به عهده دارد، به نحوی که ولتاژ و جریان را در نقطه بهینه عملکرد اینورتر تنظیم می کند.

 

خنک کردن اینورتر خورشیدی

اگر هدف، نصب یک سیستم برق خورشیدی در یک ناحیۀ گرمسیری است، برای خنک کردن اینورتر آن هم باید تدبیری اندیشید چون وقتی اینورتر گرم می شود، توان خروجی اش به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. به این لحاظ و برای اطمینان از گرم نشدن بیش از حد اینورتر، باید تهویۀ مناسبی را برای آن در نظر گرفت.

گرماگیر یا هیت سینک خارجی به قسمتی از بدنۀ دستگاه اصلی اینورتر متصل گردیده و به خنک شدن آن کمک می کند.

وسیلۀ دیگر، فن خنک کننده ای است که با دما کنترل شده و به مجرد بالا رفتن دمای بدنۀ اینورتر، عمل کرده و روشن می شود.

 

اشکالات در عملکرد اینورتر خورشیدی

اگر طرح موردنظر به گونه ای باشد که در آن از چند باتری موازی شده استفاده شود، برای اتصال باتری ها به یکدیگر و هدایت خروجی آن ها به یک اینورتر بزرگ و قوی، حتماً باید از کابل های قطور و مناسب استفاده شود.

در انجام این کار الزاماً از باتری های مشابه و هم سن استفاده شده و توجه داشته باشید که به محض اتصال باتری ها به یکدیگر و در صورت وجود تفاوت در ولتاژ و بارهای ذخیره شده در آن ها، باتری ها به تبادل انرژی با یکدیگر پرداخته و در صورت وجود اختلاف پتانسیل های قابل توجه، در کابل های رابط باتری های ضعیف تر و قوی تر، بعضاً جریانات بسیار شدید و خطرناکی جاری می شود و به این لحاظ بهتر است قبل از اتصال آنها به یکدیگر، باتری ها را به صورت یکسان و مشابهی شارژ کرد.

در هنگام اتصال قطب های مشابه باتری ها به یکدیگر، برای پرهیز از افت ولتاژ و کاهش راندمان، حتماً ابتدا قطب های مثبت و منفی همۀ باتری ها را کاملاً تمیز کرده و در ادامه، بست سر کابل ها را به صورت مطمئن و محکمی به آن ها مربوط سازید. برای رعایت موارد ضروری مرتبط با باتری ها، بهتر است توصیه ها و راهکارهای پیشنهادی سازندگان باتری ها را هم مدنظر داشت.

در نصب اینورتر باید دقت داشت که نباید از خنک ماندن طبیعی آن ممانعت کرد و همچنین نصب نادرست اینورتر موجب تهویۀ نامناسب اینورتر می شود. البته در برخی موارد با نصب صحیح اینورتر هم ذرات دوده و پرز و دیگر مواد پراکنده در هوای محیط، موجب مسدود شدن پنجرۀ تهویۀ در بدنۀ اینورتر می شود.

یکی از اشکالات متداول که معمولاً ناشی از فرسودگی یا ضربه خوردگی است، شل شدن یا از جا در آمدن گیره های سوسماری از قطب های باتری است. اضافه می شود که وقتی مصرف کننده های القائی مثل موتورهای الکتریکی نسبتاً قوی به خروجی اینورترها متصل می شوند، به دلیل جریان شدیدی که در لحظۀ استارت از اینورتر می کشند، بعضاً باعث قطع و وصل های پی در پی اینورتر می گردند. این وضعیت در هنگام استفادۀ توأم این گونه موتورها با سایر مصرف کننده ها، بیشتر رخ می دهد.

 

برای انتخاب اینورتر دو پارامتر بسیار مهم را باید در نظر گرفت:

• ولتاژ ورودی به اینورتر

• توان خروجی از اینورتر

ولتاژ ورودی به اینورتر منفصل از شبکه مربوط به ولتاژ باتری و در نوع متصل به شبکه مربوط به ولتاژ پنل است. توان خروجی از اینورتر هم مربوط است به حداکثر توانی که سیستم برای آن طراحی شده است. این توان برای سیستم‌های منفصل معمولا در اینورترها از 200 وات تا 3000 وات می‌باشد.

چه ولتاژی (12 ، 24 ، 48 ولت) برای ورودی اینورتر انتخاب کنم ؟

ولتاژ ورودی اینورتر باید همیشه با ولتاژ سیستم که همان ولتاژ باتری ها و پنل هاست برابر باشد. تاثیر گذارترین عامل در انتخاب ولتاژ سیستم فاصله بین باتری ها و پنل هاست. زیرا در ولتاژ بالاتر میزان جریان کم تر است و در نتیجه قطر کابل که نسبتاً گران قیمت است کم می شود.

آیا می توان از هر اینورتری در سیستم های خورشیدی استفاده کرد؟

با توجه به اینکه اینورتر برق DC را به AC تبدیل می کند، بله می توان هر اینورتری را برای سیستم های خورشیدی استفاده کرد ولی باید این را مد نظر داشت که چون این اینورتر باید دائم در حال کار باشد باید از اینورتری که کیفیت و بازده خوبی دارد استفاده شود. پس توصیه نمی شود از اینورتر های ارزان قیمت داخل بازار که عمدتاً برای مسافرت ها و کمپ ها استفاده می شود و از اجناس نامرغوب با بازده پایین ساخته می شوند استفاده کنید.