انواع اینورتر های خورشیدی + مقایسه جامع عملکرد آنها

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، در ادامه انواع اینورتر های خورشیدی شامل متصل به شبکه (آنگرید) و منفصل یا جدا از شبکه (آفگرید) را بررسی می کنیم، همچنین نحوه عملکرد اینورتر های خورشیدی را توضیح می دهیم.

بصورت کلی اینورتر های 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

بررسی 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.

بررسی اینورتر ها از نظر اتصال به شبکه :

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

اینورتر های 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، اگرچه شرکتی با نام Goodwe اینورتر خورشیدی به بازار ارائه کرده است که قابلیت استفاده همزمان برای تزریق به شبکه و همچنین برای مستقل از شبکه را داراست.

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 های 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

• اینورتر های استرینگ (رشته ای)
• اینورتر های سنترال (مرکزی)
• میکرو اینورتر

اینورتر های خورشیدی استرینگ :

اینورتر های خورشیدی رشته ای (استرینگ) که ظرفیت هایی کوچک معمولا تا حدود 125 کیلووات دارند، استرینگ ها بصورت مستقل به بخش ورودی اینورتر متصل می شوند و در درون اینورتر به ازای اتصال به هر MPPT با یکدیگر موازی می شوند و یا ممکن است در شرایطی خاص و در صورتی هم که اینورتر دارای یک MPPT باشد، استرینگها را در یک تابلو برق (Combiner Box) ضمن حفاظت ولتاژی و جریانی با یکدیگر موازی شوند و نهایتا یک ورودی به اینورتر متصل شود.

برای مثال یک اینورتر 20 کیلووات داریم که دارای 2 عدد MPPT است و 4 ورودی است که هر دو ورودی متعلق به یک MPPT است. 4 استرینگ به 4 ورودی بصورت مستقل متصل می شوند. 2 استرینگ مربوط به MPPT1 با یکدیگر و 2 استرینگ مربوط به MPPT2 نیز با یکدیگر در درون اینورتر موازی می شوند.

اینورتر های خورشیدی سنترال :

اینورتر های خورشیدی سنترال (مرکزی) که ظرفیت های بالاتر از 200 کیلووات دارند، هر چند تعداد استرینگ در یک تابلو برق (Combiner Box) ضمن حفاظت ولتاژی و جریانی با یکدیگر موازی می شوند و خروجی تابلو برقها به ورودی اینورتر متصل میشوند.

بعنوان مثال اینورتر سنترال 2.2 مگاواتی از برند SMA دارای 18 ورودی است، بنابراین باید 18 عدد تابلو برق داشته باشیم، در هر تابلو برق 22 عدد استرینگ با یکدیگر موازی شده اند و هر استرینگ نیز شامل 20 عدد پنل 320 وات LG است. بنابراین 7920 عدد پنل به این اینورتر متصل است که توان نامی آن 2,534,400 وات می باشد. مجموع استرینگ ها نیز 396 عدد است.

میکرو اینورتر خورشیدی :

میکرو اینورتر ها، اینورتر های کوچکی هستند که در ظرفیت های 200 تا 500 وات ساخته می شوند و مناسب برای نصب به هر یک پنل و یا بعضا هر دو پنل می باشند. این اینورتر ها سهم کوچکی از بازار را دارند چرا که قیمت بالایی دارند، همچنین راندمان کمتر و هارمونیک بالاتری دارند ولی در عوض طول عمر بالاتری دارند و در صورت آسیب به یک پنل و یا ایجاد سایه بر روی یک پنل عملکرد سایر پنلها را تحت الشعاع قرار نمی دهد.

سهولت نصب نیز از دیگر مزایای این اینورتر ها هستند. در صورت خرابی یک اینورتر، تنها بخش کوچکی از مجموعه از تزریق برق به شبکه متوقف می شود و سایر اینورترها مشغول تزریق به شبکه هستند.

برق تزریقی به شبکه برق، توسط اینورتر های خورشیدی متصل به شبکه با چه ضریب قدرتی است؟

اکثر اینورتر ها دارای بازه ای برای ضریب قدرت هستند و قابلیت تنظیم توسط کاربر را دارند. بدیهی است در کشورمان با توجه به اینکه مبلغ پرداختی دولت برای خرید برق حورشیدی فتوولتائیک فقط برای توان اکتیو است، از دید مالک نیروگاه تزریق با ضریب قدرت 1 بهترین گزینه است ولی از دید شبکه بالاخص برای نیروگاه های با ظرفیت بالا ضریب قدرت 1 می تواند برای شبکه مشکل ساز شود.

آیا اینورتر های خورشیدی متصل به شبکه هارمونیک تولید می کنند و کیفیت برق را دچار مشکل می کنند؟

اینورتر ها ایجاد هارمونیک خواهند کرد ولی در اینورتر های با کیفیت، فیلتر های هارمونیکی قابل قبولی قرار دارند که این هارمونیک ها را به حداقل می رساند. البته در کشورمان برق تزریقی به شبکه توسط نیروگاه های فتوولتائیک با اغتشاش هارمونیکی کل (THD) کمتر از 5 % مورد قبول است. لازم به ذکر است این میزان تا هارمونیک 23 ام باید بررسی شود. در محل تزریق به شبکه اگر هارمونیک کل بیش از 5 % بود، باید از فیلتر هارمونیک استفاده شود.

سیستم MPPT در اینورتر ها چیست؟

سیستم MPPT یا ردیاب نقطه بیشینه توان در اینورتر ها یک مدار مبدل DC به DC می باشد که وظیفه مهمی دارد. مگر نه اینکه 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.

آیا اینورتر این قابلیت را دارد که در هر ولتاژ و هر جریانی کمترین تلفات تبدیل و نهایتا بیشترین راندمان را داشته باشد؟ بله، 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.

سوالات متداول