اینورتر پنل خورشیدی

(مطلب مندرج در این صفحه و سایر مطالب در جزوه آموزشی به طور کامل قید شده است)

اینورتر قلب تپنده هر سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه یا دارای باتری است.

۱ ˗ ۱     اینورتر چیست؟

در یک سیستم برق خورشیدی، پنل‌های خورشیدی نور خورشید را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند. اما اکثر لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی و شبکه برق شهری با جریان متناوب (AC) کار می‌کنند. اینورتر دستگاه الکترونیکی است که وظیفه تبدیل توان DC تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی (یا ذخیره شده در باتری‌ها) به توان AC با ولتاژ و فرکانس مناسب برای مصرف یا تزریق به شبکه را بر عهده دارد.

به زبان ساده، اینورتر نقش یک مترجم را ایفا می‌کند که زبان DC پنل‌های خورشیدی را به زبان AC آشنا برای دنیای مصرف برق ما تبدیل می‌کند.

۱ ˗ ۲     وظایف اصلی اینورتر در یک سیستم خورشیدی:

• تبدیل DC به AC:  وظیفه اصلی و اساسی اینورتر، تبدیل جریان مستقیم (DC) دریافتی از پنل‌ها یا باتری‌ها به جریان متناوب (AC) با مشخصات مورد نیاز است.
• تنظیم ولتاژ و فرکانس AC: اینورتر باید ولتاژ و فرکانس جریان AC خروجی را مطابق با استاندارد شبکه برق محلی (مثلاً ۲۳۰ ولت و ۵۰ هرتز در بسیاری از کشورها) تنظیم کند.
• حداکثر توان نقطه‌یابی (Maximum Power Point Tracking – MPPT): اینورترهای مدرن معمولاً دارای یک یا چند ردیاب MPPT هستند. این الگوریتم‌ها به طور مداوم ولتاژ و جریان خروجی از آرایه خورشیدی را تنظیم می‌کنند تا در هر لحظه، حداکثر توان ممکن از پنل‌ها دریافت شود. شرایط آب و هوایی و دمای پنل‌ها دائماً تغییر می‌کند و MPPT تضمین می‌کند که اینورتر همواره در بهینه‌ترین نقطه کار می‌کند.
• حفاظت سیستم: اینورترها معمولاً دارای مکانیزم‌های حفاظتی مختلفی هستند تا از خود، پنل‌ها، باتری‌ها و شبکه برق در برابر شرایط غیرعادی مانند اضافه ولتاژ، اضافه جریان، اتصال کوتاه، پلاریته معکوس و جزیره‌سازی (در سیستم‌های متصل به شبکه) محافظت کنند.
• نظارت و ارتباط: بسیاری از اینورترهای پیشرفته امکان نظارت بر عملکرد سیستم خورشیدی را از طریق نمایشگر، وب‌سایت یا اپلیکیشن موبایل فراهم می‌کنند. آن‌ها اطلاعاتی مانند میزان توان تولیدی، ولتاژ و جریان DC و AC، وضعیت خطاها و غیره را ارائه می‌دهند. برخی از اینورترها قابلیت‌های ارتباطی برای یکپارچه‌سازی با سیستم‌های مدیریت هوشمند ساختمان یا شبکه برق را نیز دارند.
• مدیریت باتری (در اینورترهای هیبریدی): در سیستم‌های خورشیدی هیبریدی که دارای باتری هستند، اینورتر نقش مهمی در مدیریت شارژ و دشارژ باتری‌ها، تعیین اولویت مصرف از منابع مختلف (خورشید، باتری، شبکه) و اطمینان از عملکرد بهینه و طول عمر باتری‌ها ایفا می‌کند.
• تزریق توان به شبکه (در اینورترهای متصل به شبکه): اینورترهای متصل به شبکه، علاوه بر تامین برق مصرفی، می‌توانند مازاد توان تولیدی را با رعایت استانداردهای شبکه به آن تزریق کنند.

۱ ˗ ۳     انواع اینورترها

اینورترهای مورد استفاده در سیستم‌های برق خورشیدی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد:

۱ ˗ ۳ ˗ ۱                  بر اساس نوع اتصال به شبکه:

• اینورترهای متصل به شبکهOn-Grid یا Grid-Tie Inverters: این نوع اینورترها برای سیستم‌هایی طراحی شده‌اند که به شبکه برق سراسری متصل هستند. آن‌ها توان DC را به AC با ولتاژ و فرکانس مطابق با شبکه تبدیل کرده و می‌توانند مازاد توان را به شبکه تزریق کنند. در صورت عدم تولید برق خورشیدی (مثلاً در شب)، مصرف‌کننده می‌تواند از برق شبکه استفاده کند. این رایج‌ترین نوع اینورتر برای سیستم‌های خانگی، تجاری و نیروگاهی است.
• اینورترهای مستقل از شبکه Off-Grid یا Stand-Alone Inverters: این اینورترها برای سیستم‌هایی استفاده می‌شوند که به شبکه برق متصل نیستند. آن‌ها معمولاً در کنار باتری‌ها برای ذخیره انرژی خورشیدی تولید شده استفاده می‌شوند و برق AC مورد نیاز مصرف‌کننده را در زمان‌های مختلف (روز و شب) تامین می‌کنند. این نوع اینورترها باید یک شبکه AC محلی با ولتاژ و فرکانس پایدار ایجاد کنند.
• اینورترهای هیبریدی Hybrid Inverters یا Battery-Based Inverters: این نوع اینورترها ترکیبی از ویژگی‌های اینورترهای متصل به شبکه و مستقل از شبکه را دارند. آن‌ها می‌توانند به شبکه متصل شوند، از باتری‌ها برای ذخیره انرژی استفاده کنند و جریان برق را بین پنل‌ها، باتری‌ها، شبکه و بار مصرفی مدیریت کنند. این اینورترها امکان افزایش خودمصرفی و تامین برق پشتیبان در زمان قطعی شبکه را فراهم می‌کنند.

 ۱ ˗ ۳ ˗ ۲                  بر اساس ساختار و توپولوژی:

• اینورترهای مرکزی (Central Inverters) : اینورترهای بزرگ با توان بالا (چند ده کیلووات تا چند مگاوات) هستند که برای نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ یا سیستم‌های تجاری با آرایه‌های خورشیدی متمرکز استفاده می‌شوند. آن‌ها معمولاً یک یا چند ورودی DC برای اتصال چندین رشته پنل دارند.
• اینورترهای رشته‌ای (String Inverters) : اینورترهای کوچکتر با توان معمولاً از چند کیلووات تا چند ده کیلووات هستند که به هر رشته (سری) از پنل‌های خورشیدی متصل می‌شوند. استفاده از MPPT جداگانه برای هر رشته می‌تواند عملکرد سیستم را در شرایط سایه‌اندازی جزئی یا اختلاف در مشخصات پنل‌ها بهبود بخشد. این رایج‌ترین نوع اینورتر برای سیستم‌های خانگی و تجاری کوچک تا متوسط است.
• میکرو اینورترها (Microinverters) : اینورترهای بسیار کوچک با توان چند صد وات هستند که مستقیماً در پشت هر پنل خورشیدی نصب می‌شوند. آن‌ها توان DC هر پنل را به صورت جداگانه به AC تبدیل می‌کنند. این امر مزایایی مانند عملکرد بهتر در سایه‌اندازی، نظارت در سطح پنل و طراحی انعطاف‌پذیرتر را فراهم می‌کند، اما معمولاً هزینه اولیه بالاتری دارند.

• بهینه‌سازهای توان (Power Optimizers) : این دستگاه‌ها بین هر پنل و اینورتر رشته‌ای قرار می‌گیرند و با انجام MPPT در سطح پنل و تنظیم ولتاژ DC خروجی، عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشند و امکان نظارت در سطح پنل را فراهم می‌کنند. اینورتر همچنان وظیفه تبدیل DC به AC را بر عهده دارد.

۱ ˗ ۴     پارامترهای فنی تاثیرگذار در انتخاب اینورتر

انتخاب اینورتر مناسب برای یک سیستم خورشیدی بسیار مهم است و باید با در نظر گرفتن عوامل مختلفی انجام شود. برخی از مهم‌ترین پارامترهای فنی تاثیرگذار عبارتند از:

1. توان خروجی AC (AC Output Power):  این پارامتر نشان می‌دهد که اینورتر حداکثر چه میزان توان AC را می‌تواند به بار مصرفی یا شبکه تحویل دهد معمولاً بر حسب کیلووات kW یا مگاواتMW ، توان اینورتر باید متناسب با کل توان پنل‌های خورشیدی و نیاز مصرفی باشد.
2. حداکثر توان ورودی DC (Maximum DC Input Power): این پارامتر نشان می‌دهد که اینورتر حداکثر چه میزان توان DC را می‌تواند از آرایه خورشیدی دریافت کند. معمولاً توصیه می‌شود که توان DC آرایه خورشیدی کمی بیشتر از توان AC اینورتر باشد (نسبت DC/AC).
3. محدوده ولتاژ ورودی DC (DC Input Voltage Range) : اینورتر دارای یک محدوده ولتاژ DC است که در آن می‌تواند به طور موثر کار کند. ولتاژ خروجی رشته‌های پنل‌های خورشیدی باید در این محدوده قرار بگیرد تا عملکرد MPPT بهینه باشد.
4. حداکثر جریان ورودی DC (Maximum DC Input Current) : این پارامتر حداکثر جریانی را نشان می‌دهد که هر ورودی MPPT اینورتر می‌تواند تحمل کند. باید اطمینان حاصل شود که جریان خروجی رشته‌های پنل از این مقدار تجاوز نمی‌کند.
5. تعداد ردیاب‌های MPPT : اینورترهای مدرن می‌توانند یک یا چند ردیاب MPPT داشته باشند. استفاده از چند MPPT  برای آرایه‌های خورشیدی با جهت‌گیری‌های مختلف یا در معرض سایه‌اندازی جزئی، عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشد.
6. حداکثر راندمان (Maximum Efficiency) : راندمان اینورتر نشان می‌دهد که چه درصدی از توان DC ورودی به توان AC خروجی تبدیل می‌شود. راندمان بالاتر به معنای تلفات کمتر و تولید برق بیشتر است. اینورترهای خوب معمولاً راندمانی بین ۹۵% تا ۹۸% دارند.
7. ولتاژ و فرکانس خروجی AC (AC Output Voltage and Frequency) : این پارامترها باید با استاندارد شبکه برق محلی مطابقت داشته باشند (مثلاً ۲۳۰ ولت / ۵۰ هرتز).
8. حفاظت‌ها (Protections) : اینورتر باید دارای مکانیزم‌های حفاظتی مختلف در برابر اضافه ولتاژ، اضافه جریان، اتصال کوتاه، پلاریته معکوس، جزیره‌سازی و غیره باشد.
9. درجه حفاظت IP (IP Rating) : درجه حفاظت نشان می‌دهد که اینورتر در برابر نفوذ گرد و غبار و آب چقدر مقاوم است. برای نصب در فضای باز، درجه حفاظت بالاتری مورد نیاز است.
10. استانداردها و گواهینامه‌ها: اینورتر باید دارای استانداردها و گواهینامه‌های مربوط به ایمنی، عملکرد و اتصال به شبکه برق محلی باشد.
11. قابلیت اطمینان و طول عمر: انتخاب یک برند معتبر با سابقه خوب و ارائه گارانتی مناسب برای اینورتر بسیار مهم است.
12. قابلیت نظارت و ارتباط: امکان نظارت بر عملکرد سیستم و ارتباط با سایر دستگاه‌ها (مانند سیستم‌های مدیریت هوشمند) می‌تواند یک مزیت باشد.
13. سازگاری با باتری (برای اینورترهای هیبریدی): در سیستم‌های هیبریدی، ولتاژ باتری، جریان شارژ و دشارژ، و پروتکل‌های ارتباطی باتری باید با اینورتر سازگار باشند.
14. سازگاری با دیزل ژنراتور: به طور کلی قابلیت اتصال یا فرمان به دیزل ژنراتور برای برق پشتیبان میتواند جزو آپشن های یک اینورتر باشند.

نکته مهم: این اینورتر را با درایو یا اینورتر مربوط به الکتروموتور اشتباه نگیرید. این دو، دو تجهیز کاملا متفاوت و مجزا از یکدیگر هستند. در حقیقت برای کنترل سرعت چرخش الکترو موتور از تجهیزی به نام VFD Variable Frequency Drive معروف به درایو که گاهی به آن اینورتر نیز می گویند استفاده می شود. در اصل در داخل یک درایو یک قسمت یا بلاک وجود دارد که آن بلاک اینورتر هست و عمل تبدیل برق DC به AC را انجام میدهد.