انتخاب و طراحی اینورتر برای سیستم های تولید برق پراکنده فتوولتائیک و نیروگاه های فتوولتائیک

اینورتر وسیله ای است که جریان مستقیم یک سیستم تولید برق فتوولتائیک را به جریان متناوب تبدیل می کند. توان خروجی اینورترها معمولاً در ظرفیت های مختلفی مانند 5 کیلووات، 50 کیلووات، 500 کیلووات و ... می باشد. مقدار ماژول های فتوولتائیک بر اساس ظرفیت اینورتر تعیین می شود. به عنوان مثال، یک اینورتر 1 کیلوواتی می تواند 6-8 پانل های فتوولتائیک حدود 100 وات را متصل کند و این ترکیب می تواند حداکثر مصرف انرژی را به دست آورد. به طور مشابه، برای یک سیستم فتوولتائیک 350 کیلووات، معمولاً 5-7 اینورتر مورد نیاز است. با فرض استفاده از هر اینورتر با توان نامی 50 کیلووات، حداقل به 7 اینورتر برای دستیابی به تولید برق 350 کیلووات نیاز داریم. همچنین باید رابطه بین تعداد اینورترها و بازده عملیاتی و همچنین سطح دشواری اپراتورها و تکنسین ها را برای این دستگاه ها در نظر بگیریم. اینورترهای بسیار کم می توانند به راحتی منجر به خرابی های تک نقطه ای شوند، در حالی که تعداد زیاد اینورتر نیز می تواند باعث مشکلات نگهداری و هزینه های بالا شود.

اینورترهای فتوولتائیک را می توان با توجه به روش های مختلف طبقه بندی به انواع زیر طبقه بندی کرد:

اینورتر خارج از شبکه:همچنین به عنوان یک اینورتر مستقل شناخته می شود. این می تواند به طور مستقل برق بار را بدون تأثیر شبکه برق یا منابع دیگر تامین کند. آرایه فتوولتائیک که در سیستم های مستقل استفاده می شود، باتری را شارژ می کند و اینورتر از ولتاژ DC باتری به عنوان منبع انرژی استفاده می کند.

اینورتر متصل به شبکه:اینورترهای متصل به شبکه می‌توانند برق AC را از دستگاه‌های ذخیره‌سازی به بارهای AC تأمین کنند و برق اضافی را برای شبکه فراهم کنند. ولتاژ خروجی اینورتر می تواند به یک منبع برق AC تجاری بازگردانده شود، بنابراین موج سینوسی خروجی باید در همان فاز، فرکانس و ولتاژ منبع برق باشد.

اینورتر دو پیک:همچنین به عنوان اینورتر باتری پشتیبان شناخته می شود. یک اینورتر ویژه که از باتری به عنوان منبع تغذیه استفاده می کند و با یک شارژر باتری برای شارژ باتری همراه است. اگر برق زیاد باشد، به منبع برق AC شارژ می شود. اینورترهای پیک دوگانه می توانند هم به عنوان اینورتر متصل به شبکه و هم اینورتر خارج از شبکه کار کنند.

اینورتر منبع ولتاژ (VSI):ورودی اینورتر یک منبع ولتاژ DC ثابت است. مناسب برای مواردی که نیاز به خروجی ولتاژ پایدار دارند، مانند درایو موتور.

اینورتر منبع جریان (CSI):ورودی اینورتر یک منبع جریان DC ثابت است. مناسب برای موقعیت هایی با تغییرات بار زیاد، می تواند خروجی جریان پایدار را ارائه دهد. ‌

اینورتر تک فاز:ورودی DC را به خروجی تک فاز تبدیل می کند. ولتاژ و جریان خروجی یک اینورتر تک فاز فقط یک فاز با فرکانس اسمی 50 هرتز یا 60 هرتز دارد. معمولاً در سناریوهای کم بار مانند لوازم خانگی و دستگاه های کوچک استفاده می شود. ‌

اینورتر سه فاز:جریان مستقیم را به منبع تغذیه سه فاز تبدیل می کند. منبع تغذیه سه فاز سه جریان متناوب متقاطع و به طور مساوی از هم جدا شده را فراهم می کند. هر سه موج تولید شده در انتهای خروجی دارای دامنه و فرکانس یکسانی هستند. مناسب برای کاربردهای بار بالا مانند تجهیزات صنعتی و موتورهای بزرگ.

اینورتر کموتاسیون خط:ولتاژ خط مدار AC اینورتر را می توان از طریق دستگاه به دست آورد. هنگامی که جریان در SCR ویژگی های صفر را تجربه می کند، دستگاه خاموش می شود. مناسب برای موقعیت هایی که نیاز به کنترل دقیق جریان دارند.

اینورتر کموتاسیون اجباری:در این نوع کموتاسیون نقطه صفر در منبع تغذیه وجود نخواهد داشت. بنابراین، برخی منابع خارجی برای اصلاح دستگاه مورد نیاز است. مناسب برای موقعیت هایی که نیاز به کنترل خارجی دارند. ‌

اینورتر سری:بار مستقیماً به صورت سری با منبع تغذیه DC با کمک تریستورها متصل می شود. مناسب برای شرایطی که اتصال سری مستقیم بارها مورد نیاز است. ‌

اینورتر موازی:هدایت و خاموش شدن تریستورها توسط خازن های کموتاسیون متصل بین آنها کنترل می شود. در شرایط کار، خازن به صورت موازی با بار از طریق یک ترانسفورماتور متصل می شود. مناسب برای شرایطی که بارهای موازی مورد نیاز است.

اینورتر نیم پل:برای کار کردن به دو کلید الکترونیکی نیاز دارد. سوئیچ ها می توانند ماسفت، IJBT، BJT یا تریستور باشند. مناسب برای کاربردهای کوچک و متوسط ‌

اینورتر پل کامل:اینورتر پل تک فاز دارای چهار کلید کنترل شده است که برای کنترل جهت جریان در بار استفاده می شود. این پل دارای 4 دیود فیدبک است که می تواند انرژی ذخیره شده در بار را به منبع تغذیه برگرداند. مناسب برای کاربردهای پرقدرت

اینورتر پل سه فاز:بارهای سنگین صنعتی و دیگر نیاز به منبع تغذیه سه فاز دارند.

اینورتر موج مربعی:ساده ترین اینورتر که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند، اما شکل موج خروجی یک موج سینوسی خالص نیست، فقط یک موج مربعی در انتهای خروجی دارد.

اینورتر شبه سینوسی:یک اینورتر موج سینوسی اصلاح شده با امواج سینوسی پلکانی.

اینورتر موج سینوسی خالص:اینورتر موج سینوسی خالص DC را به AC سینوسی تقریباً خالص تبدیل می کند و شکل موج خروجی بسیار صاف تر از اینورترهای موج مربعی و شبه سینوسی است.

اینورتر دو سطحی:یک اینورتر دو سطحی دارای دو سطح خروجی است که ولتاژهای خروجی مثبت و منفی متناوب در فرکانس اصلی دارند.

اینورتر چند سطحی:یک اینورتر چند سطحی سیگنال DC را به شکل موج پله ای چند سطحی تبدیل می کند و شکل موج خروجی اینورتر چند سطحی مستقیماً متناوب مثبت و منفی نیست، بلکه متناوب چند سطحی است.

اگر بر اساس روش اتصال بین ماژول های فتوولتائیک و اینورترها طبقه بندی شوند، می توان آنها را به اینورترهای متمرکز و اینورترهای رشته ای تقسیم کرد.

اینورتر متمرکز:برای تبدیل جریان مستقیم چند رشته فتوولتائیک به کل استفاده می شود و برای نیروگاه های فتوولتائیک بزرگ مانند کارخانه های بزرگ، نیروگاه های بیابانی، نیروگاه های زمینی و ... مناسب است و از ویژگی های آن می توان به: توان بالا، با یک واحد اشاره کرد. ظرفیت عموماً بالای 500 کیلووات، مناسب برای نیروگاه های بزرگ فتوولتائیک. کیفیت توان بالا، محتوای هارمونیک کم، کیفیت توان بالا، عملکردهای حفاظتی کامل و ایمنی بالا. مدیریت راحت، با تعداد کم اینورتر، مدیریت آسان، اجزای کم و پایداری خوب. معایب اصلی عبارتند از: محدوده ولتاژ MPPT باریک است و پیکربندی اجزا انعطاف پذیر نیست. نیاز به یک اتاق کامپیوتر اختصاصی دارید، نصب انعطاف پذیر نیست. مصرف برق خود و تهویه و اتلاف گرما در اتاق کامپیوتر برق زیادی مصرف می کند.

اینورتر رشته:برای معکوس کردن توان DC هر رشته فتوولتائیک به طور جداگانه استفاده می شود و برای سیستم های فتوولتائیک کوچک و متوسط، سیستم های تولید برق فتوولتائیک روی پشت بام کوچک و متوسط ​​و ایستگاه های برق کوچک زمینی مناسب است. ویژگی های آن عبارتند از: توان کم، با توان فردی به طور کلی زیر 100 کیلووات، اما با پیشرفت تکنولوژی، در حال حاضر توان بالغ تر می تواند به 350 کیلووات برسد. پیکربندی اجزای انعطاف پذیر، محدوده ولتاژ MPPT گسترده، پیکربندی اجزای انعطاف پذیرتر، مناسب برای شرایط مختلف نور. راندمان تولید برق بالا، تحت تاثیر تفاوت ماژول ها و سایه بین رشته ها، تولید برق را به حداکثر می رساند. اندازه کوچک، ردپای کوچک، بدون نیاز به اتاق کامپیوتر اختصاصی، نصب انعطاف پذیر. تعمیر و نگهداری آسان: مصرف انرژی کم، حداقل تأثیر خطاها و نگهداری راحت. رابطه بین ولتاژ اینورتر و پیکربندی کمیت اجزا باید از اصل اینورتر شروع شود و به شرح زیر مورد بحث قرار گیرد:

یک اینورتر رشته باید ولتاژ DC را تا یک مقدار مشخص تقویت و تثبیت کند (به این ولتاژ باس DC گفته می شود) قبل از اینکه بتواند به برق AC تبدیل شود. خروجی 230 ولت متناوب، با ولتاژ باس DC حدود 360 ولت؛ خروجی 400 ولت متناوب، با ولتاژ باس DC حدود 600 ولت؛ خروجی 500 ولت AC، با ولتاژ باس DC حدود 750 ولت؛ خروجی 540 ولت متناوب، با ولتاژ باس DC حدود 800 ولت. اما ولتاژ سری قطعات به طور کلی زیاد نیست و باید توسط مدار تنظیم شود. اینورترها معمولاً از PWM برای تنظیم استفاده می کنند و اصطلاحی به نام چرخه وظیفه وجود دارد که برابر با ولتاژ سری قطعات/ولتاژ باس DC است. چرخه وظیفه ارتباط نزدیکی با کارایی دارد. هر چه سیکل کار بزرگتر باشد، اختلاف ولتاژ کمتر و بازده بالاتری دارد. با تسلط بر این راز، نیازی به محاسبه فرمول های پیچیده در هنگام تطبیق اجزا با اینورترها نیست. سعی کنید ولتاژ رشته را با ولتاژ کاری نامی اینورتر مطابقت دهید تا بیشترین بازدهی داشته باشد و در دماهای بسیار پایین از حداکثر ولتاژ تجاوز نکند. در حین کار، همچنین در محدوده ولتاژ MPPT بار کامل خواهد بود که کاملاً ساده و کاربردی است. به عنوان مثال یک ماژول تک کریستال 450 وات، با ولتاژ کاری 41 ولت، یک اینورتر تک فاز 220 ولت، ولتاژ نامی ورودی 360 ولت و بهترین پیکربندی با 9 ماژول. اینورتر خروجی 400 ولت سه فاز با ولتاژ ورودی نامی 600 ولت، ترجیحاً مجهز به 15 جزء.