تحلیل مقایسه ای سه نوع اینورتر: اینورتر متمرکز، اینورتر رشته ای و اینورتر میکرو

به عنوان تجهیزات اصلی سیستم های تولید برق فتوولتائیک، از اینورترها برای تبدیل ولتاژ DC متغیر تولید شده توسط ماژول های فتوولتائیک به برق AC در فرکانس شبکه استفاده می شود که یکی از تعادل های مهم سیستم در سیستم های آرایه فتوولتائیک است. در حال حاضر اینورترهای رایج موجود در بازار اینورتر متمرکز، اینورتر رشته ای و میکرو اینورتر هستند. در زیر به مقایسه و تحلیل این سه نوع اینورتر می پردازیم.

1 اینورتر متمرکز

فناوری اینورتر اتصال چند رشته فتوولتائیک موازی به ترمینال ورودی DC همان اینورتر متمرکز است. به طور کلی، ماژول های قدرت سه فاز IGBT برای سیستم های پرقدرت و ترانزیستورهای اثر میدان برای سیستم های کم مصرف استفاده می شوند. در عین حال، از کنترل کننده های تبدیل DSP برای بهبود کیفیت انرژی الکتریکی تولید شده استفاده می شود و آن را بسیار نزدیک به جریان موج سینوسی می کند. به طور کلی در سیستم های نیروگاه فتوولتائیک بزرگ بیش از 10 کیلووات استفاده می شود.

اینورترهای متمرکز معمولاً در سیستم‌های تولید برق در مقیاس بزرگ مانند کارخانه‌ها، نیروگاه‌های برق بیابانی و نیروگاه‌های برق زمینی با نور خورشید یکنواخت استفاده می‌شوند. توان کل سیستم زیاد است و معمولاً بالاتر از سطح مگاوات است.

مزایای اصلی عبارتند از:

1. تعداد اینورترها کم است و مدیریت آن را آسان می کند.

2. اینورتر دارای تعداد کمی از قطعات و قابلیت اطمینان بالا است.

3. محتوای هارمونیک کم، جزء DC کم و کیفیت توان بالا.

4. اینورتر دارای یکپارچگی بالا، چگالی توان بالا و هزینه کم است.

5. اینورتر دارای عملکردهای حفاظتی کامل و ایمنی بالای نیروگاه است.

6. دارای عملکرد تنظیم ضریب قدرت و عملکرد ولتاژ پایین با عملکرد تنظیم شبکه خوب است.

اشکالات اصلی عبارتند از:

1. نرخ خطای جعبه ترکیب کننده DC بالا است که کل سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد.

2. محدوده ولتاژ MPPT اینورترهای متمرکز باریک است، معمولاً 450-820V، و پیکربندی مؤلفه انعطاف پذیر نیست. زمان تولید برق در مناطق ابری و مه آلود کوتاه است.

3. نصب و راه اندازی اتاق های ماشین اینورتر دشوار است و به اتاق های ماشین و تجهیزات اختصاصی نیاز دارد.

4. خود اینورتر انرژی زیادی مصرف می کند و تهویه و اتلاف گرما در اتاق کامپیوتر برق زیادی مصرف می کند و تعمیر و نگهداری سیستم را نسبتاً پیچیده می کند.

5. در یک سیستم اینورتر متصل به شبکه متمرکز، آرایه اجزا از طریق دو تلاقی به اینورتر می رسد. تابع ردیابی حداکثر توان (MPPT) اینورتر نمی تواند عملکرد هر جزء را نظارت کند، بنابراین نمی توان هر جزء را در نقطه کار بهینه خود نگه داشت. هنگامی که یک جزء از کار می افتد یا توسط سایه ها مسدود می شود، بر راندمان تولید برق کل سیستم تأثیر می گذارد.

6. هیچ قابلیت افزونگی در سیستم اینورتر متصل به شبکه متمرکز وجود ندارد. در صورت خاموش شدن خطا، کل سیستم تولید برق را متوقف می کند.

2 اینورتر رشته

اینورتر رشته بر اساس مفهوم مدولار است که در آن هر رشته فتوولتائیک (1-5kw) از یک اینورتر با حداکثر ردیابی پیک توان در انتهای DC و اتصال به شبکه موازی در انتهای AC عبور می‌کند. امروزه به محبوب ترین اینورتر در بازار بین المللی تبدیل شده است.

اینورترهای رشته ای عمدتاً برای سیستم های تولید برق فتوولتائیک بام کوچک و متوسط ​​و نیروگاه های کوچک زمینی استفاده می شوند.

مزایای اصلی عبارتند از:

1. اینورتر رشته طراحی مدولار را اتخاذ می کند که هر رشته فتوولتائیک مربوط به یک اینورتر است. انتهای DC دارای عملکرد ردیابی حداکثر توان است و انتهای AC به صورت موازی به شبکه متصل می شود. مزیت آن این است که تحت تأثیر تفاوت های ماژول بین رشته ها و انسداد سایه قرار نمی گیرد، در حالی که عدم تطابق بین نقطه عملکرد بهینه ماژول های فتوولتائیک و اینورتر را کاهش می دهد و تولید برق را به حداکثر می رساند.

2. محدوده ولتاژ MPPT اینورترهای رشته گسترده است و معمولاً از 250-800V متغیر است. ترکیبپیکربندی nt انعطاف پذیرتر است و زمان تولید برق در مناطق ابری و مه آلود طولانی تر است.

3. اینورتر متصل به شبکه از نوع رشته ای دارای حجم کم، وزن سبک و حمل و نقل و نصب بسیار آسان است. نه به ابزار و تجهیزات حرفه ای نیاز دارد و نه به اتاق توزیع اختصاصی نیاز دارد. می تواند ساخت و ساز را ساده کند و اشغال زمین را در کاربردهای مختلف کاهش دهد. اتصالات خطوط DC همچنین به جعبه های ترکیب کننده DC یا کابینت های توزیع DC نیاز ندارند. نوع رشته همچنین دارای مزایایی مانند مصرف انرژی کم، کمترین تاثیر خطا، تعویض و نگهداری آسان است.

اشکالات اصلی عبارتند از:

1. قطعات الکترونیکی زیادی وجود دارد، با دستگاه های قدرت و مدارهای سیگنال روی یک برد، که طراحی و ساخت آن را دشوار می کند و کمی کمتر قابل اعتماد است.

2. فاصله الکتریکی دستگاه های قدرت کم است و آنها را برای مناطق مرتفع و نصب در فضای باز نامناسب می کند. قرار گرفتن در معرض باد و خورشید به راحتی می تواند باعث پیری پوشش و سینک حرارتی شود.

3. بدون طراحی ترانسفورماتور ایزوله، ایمنی الکتریکی کمی ضعیف است و برای سیستم زمین منفی اجزای لایه نازک مناسب نیست. جزء DC بزرگ است و تأثیر قابل توجهی بر شبکه برق دارد.

4. هنگامی که چندین اینورتر به صورت موازی متصل می شوند، هارمونیک کل بالا است و THDI یک اینورتر منفرد را می توان تا بیش از 2٪ کنترل کرد. با این حال، اگر بیش از 40 اینورتر به صورت موازی وصل شوند، هارمونیک کل روی هم قرار می گیرد و سرکوب کردن آن دشوار است.

5. با تعداد زیادی اینورتر، میزان خرابی کل افزایش می یابد و نظارت بر سیستم را دشوار می کند.

6. بدون قطع کننده های مدار DC و قطع کننده های مدار AC و بدون فیوزهای DC، هنگام خرابی سیستم، جدا کردن آن آسان نیست.

7. یک اینورتر منفرد می تواند از طریق عملکرد به ولتاژ صفر برسد، اما زمانی که چندین ماشین به صورت موازی متصل می شوند، رسیدن به ولتاژ صفر از طریق عملکرد، تنظیم توان راکتیو، تنظیم توان اکتیو و سایر عملکردها دشوار است.

3 میکرو اینورتر

اینورترهای میکرو می‌توانند به حداکثر ردیابی نقطه قدرت در سطح پانل دست یابند، با مزایایی نسبت به اینورترهای مرکزی. این می تواند قدرت خروجی هر ماژول را برای به حداکثر رساندن توان خروجی کلی بهینه کند.

مزایای اصلی عبارتند از:

1. هنگامی که یک یا حتی چندین ماژول از کار بیفتد، سیستم همچنان می تواند به ارائه برق به شبکه با در دسترس بودن بالا ادامه دهد. چندین ماژول اضافی را می توان به صورت اختیاری برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم پیکربندی کرد.

2. پیکربندی انعطاف پذیر، به کاربران اجازه می دهد سلول های فتوولتائیک را با توجه به ظرفیت مالی خود در بازار داخلی نصب کنند.

3. به طور موثر تاثیر سایه های ناشی از پوشش موضعی بر توان خروجی را کاهش دهید.

4. بدون برق ولتاژ بالا، نصب ایمن تر، ساده تر و سریع تر، هزینه های نگهداری و نصب کمتر، و کاهش وابستگی به ارائه دهندگان خدمات نصب.

5. با افزایش تولید برق هر یک از ماژول های اینورتر و ردیابی حداکثر توان، حداکثر نقطه توان یک قطعه را می توان ردیابی کرد که می تواند تولید برق سیستم فتوولتائیک را تا 25 درصد افزایش دهد.

اشکالات اصلی عبارتند از:

1. سناریوهای کاربردی میکرو اینورترها به طور کلی برای خانوارهای پشت بام مناسب هستند، اما کاربردهای آنها محدود است.

2. هزینه میکرو اینورترها نسبت به اینورترهای متمرکز و اینورترهای رشته ای نسبتاً بالاتر است.

از طریق تجزیه و تحلیل مقایسه ای، اینورترهای رشته ای نسبت به اینورترهای متمرکز و میکرو اینورترها از نظر میزان خرابی، ایمنی سیستم و هزینه های بهره برداری و نگهداری مزایایی دارند. آنها قابلیت اطمینان سیستم بهتری دارند و می توانند عملکرد ایمن و قابل اطمینان طولانی مدت نیروگاه ها را تضمین کنند.