اینورتر چیست؟
اینورتر یکی از مهمترین تجهیزات در یک سیستم انرژی خورشیدی است. این دستگاهی است که برق جریان مستقیم (DC) را که همان چیزی است که یک پنل خورشیدی تولید میکند، به برق جریان متناوب (AC) تبدیل میکند که شبکه برق از آن استفاده میکند. در جریان مستقیم (DC)، برق در یک جهت با ولتاژ ثابت حفظ میشود. در جریان متناوب (AC)، برق در هر دو جهت در مدار جریان مییابد زیرا ولتاژ از مثبت به منفی تغییر میکند. اینورترها تنها یک نمونه از دستهای از دستگاههایی به نام الکترونیک قدرت هستند که جریان برق را تنظیم میکنند.
اساساً، یک اینورتر تبدیل DC به AC را با تغییر جهت بسیار سریع ورودی DC به جلو و عقب انجام میدهد. در نتیجه، ورودی DC به خروجی AC تبدیل میشود. علاوه بر این، میتوان از فیلترها و سایر قطعات الکترونیکی برای تولید ولتاژی استفاده کرد که به صورت یک موج سینوسی تمیز و تکرارشونده تغییر میکند و میتواند به شبکه برق تزریق شود. موج سینوسی شکل یا الگویی است که ولتاژ در طول زمان ایجاد میکند و الگویی از توان است که شبکه میتواند بدون آسیب رساندن به تجهیزات الکتریکی که برای کار در فرکانسها و ولتاژهای خاص ساخته شدهاند، از آن استفاده کند.
اولین اینورترها در قرن نوزدهم ساخته شدند و مکانیکی بودند. به عنوان مثال، یک موتور چرخان برای تغییر مداوم اتصال منبع DC به جلو یا عقب استفاده میشد. امروزه ما سوئیچهای الکتریکی را از ترانزیستورها، دستگاههای حالت جامد بدون قطعات متحرک، میسازیم. ترانزیستورها از مواد نیمههادی مانند سیلیکون یا گالیوم آرسنید ساخته شدهاند. آنها جریان برق را در پاسخ به سیگنالهای الکتریکی خارجی کنترل میکنند.
اگر یک سیستم خورشیدی خانگی دارید، اینورتر شما احتمالاً چندین عملکرد را انجام میدهد. علاوه بر تبدیل انرژی خورشیدی شما به برق AC، میتواند سیستم را رصد کند و پورتالی برای ارتباط با شبکههای کامپیوتری فراهم کند. سیستمهای ذخیرهسازی باتری به همراه انرژی خورشیدی، در صورت قطع برق، به اینورترهای پیشرفتهای متکی هستند تا بدون هیچ گونه پشتیبانی از شبکه، در صورت قطع برق، کار کنند.
به سوی یک شبکه مبتنی بر اینورتر
از لحاظ تاریخی، انرژی الکتریکی عمدتاً با سوزاندن سوخت و ایجاد بخار تولید شده است که سپس یک ژنراتور توربینی را میچرخاند و برق تولید میکند. حرکت این ژنراتورها با چرخش دستگاه، برق AC تولید میکند که فرکانس یا تعداد دفعات تکرار موج سینوسی را نیز تعیین میکند. فرکانس برق یک شاخص مهم برای نظارت بر سلامت شبکه برق است. به عنوان مثال، اگر بار زیادی وجود داشته باشد – دستگاههای زیادی انرژی مصرف کنند – انرژی سریعتر از آنچه که میتواند تأمین شود از شبکه خارج میشود. در نتیجه، توربینها کند میشوند و فرکانس AC کاهش مییابد. از آنجا که توربینها اشیاء چرخان عظیمی هستند، در برابر تغییرات فرکانس مقاومت میکنند، همانطور که همه اشیاء در برابر تغییرات حرکت خود مقاومت میکنند، خاصیتی که به عنوان اینرسی شناخته میشود.
با اضافه شدن سیستمهای خورشیدی بیشتر به شبکه، اینورترهای بیشتری نسبت به قبل به شبکه متصل میشوند. تولید مبتنی بر اینورتر میتواند در هر فرکانسی انرژی تولید کند و همان خواص اینرسی تولید مبتنی بر بخار را ندارد، زیرا هیچ توربینی در آن دخیل نیست. در نتیجه، گذار به یک شبکه برق با اینورترهای بیشتر مستلزم ساخت اینورترهای هوشمندتری است که بتوانند به تغییرات فرکانس و سایر اختلالاتی که در طول عملیات شبکه رخ میدهد، پاسخ دهند و به تثبیت شبکه در برابر این اختلالات کمک کنند.
خدمات شبکه و اینورترها
اپراتورهای شبکه با ارائه طیف وسیعی از خدمات شبکه، عرضه و تقاضای برق را در سیستم برق مدیریت میکنند. خدمات شبکه فعالیتهایی هستند که اپراتورهای شبکه برای حفظ تعادل در کل سیستم و مدیریت بهتر انتقال برق انجام میدهند.
هنگامی که شبکه طبق انتظار رفتار نمیکند، مانند زمانی که انحرافاتی در ولتاژ یا فرکانس وجود دارد، اینورترهای هوشمند میتوانند به روشهای مختلفی پاسخ دهند. به طور کلی، استاندارد برای اینورترهای کوچک، مانند آنهایی که به یک سیستم خورشیدی خانگی متصل هستند، این است که در طول یا “عبور از” اختلالات کوچک در ولتاژ یا فرکانس روشن بمانند و اگر اختلال برای مدت طولانی ادامه یابد یا بزرگتر از حد معمول باشد، خود را از شبکه جدا کرده و خاموش میشوند. پاسخ فرکانسی به ویژه مهم است زیرا افت فرکانس با قطع غیرمنتظره تولید مرتبط است. در پاسخ به تغییر فرکانس، اینورترها طوری پیکربندی میشوند که توان خروجی خود را برای بازیابی فرکانس استاندارد تغییر دهند. منابع مبتنی بر اینورتر همچنین ممکن است به سیگنالهای یک اپراتور برای تغییر خروجی توان خود در هنگام نوسان سایر عرضه و تقاضا در سیستم الکتریکی پاسخ دهند، یک سرویس شبکهای که به عنوان کنترل خودکار تولید شناخته میشود. برای ارائه خدمات شبکهای، اینورترها باید منابع توانی داشته باشند که بتوانند آنها را کنترل کنند. این میتواند یا تولید باشد، مانند یک پنل خورشیدی که در حال حاضر برق تولید میکند، یا ذخیرهسازی، مانند یک سیستم باتری که میتواند برای تأمین توانی که قبلاً ذخیره شده بود، استفاده شود.
یکی دیگر از خدمات شبکهای که برخی از اینورترهای پیشرفته میتوانند ارائه دهند، تشکیل شبکه است. اینورترهای تشکیل شبکه میتوانند در صورت قطع برق، شبکه را راهاندازی کنند – فرآیندی که به عنوان شروع سیاه شناخته میشود. اینورترهای سنتی “دنبالهرو شبکه” برای تعیین زمان وقوع سوئیچینگ به یک سیگنال خارجی از شبکه الکتریکی نیاز دارند تا یک موج سینوسی تولید کنند که بتواند به شبکه برق تزریق شود. در این سیستمها، توان شبکه سیگنالی را ارائه میدهد که اینورتر سعی میکند با آن مطابقت داشته باشد. اینورترهای تشکیل شبکه پیشرفتهتر میتوانند خود سیگنال را تولید کنند. برای مثال، شبکهای از پنلهای خورشیدی کوچک ممکن است یکی از اینورترهای خود را برای کار در حالت تشکیل شبکه تعیین کند، در حالی که بقیه مانند شرکای رقص از آن پیروی میکنند و یک شبکه پایدار بدون هیچ گونه تولید مبتنی بر توربین تشکیل میدهند.
توان راکتیو یکی از مهمترین خدمات شبکهای است که اینورترها میتوانند ارائه دهند. در شبکه، ولتاژ – نیرویی که بار الکتریکی را هل میدهد – همیشه در حال تغییر به جلو و عقب است، و جریان – حرکت بار الکتریکی – نیز همینطور است. توان الکتریکی زمانی به حداکثر میرسد که ولتاژ و جریان همزمان شوند. با این حال، ممکن است مواقعی وجود داشته باشد که ولتاژ و جریان بین دو الگوی متناوب خود تأخیر داشته باشند، مانند زمانی که یک موتور در حال کار است. اگر آنها از همگامسازی خارج شوند، مقداری از توان جاری در مدار نمیتواند توسط دستگاههای متصل جذب شود و در نتیجه راندمان از دست میرود. برای ایجاد همان مقدار توان “واقعی” – توانی که بارها میتوانند جذب کنند – به توان کل بیشتری نیاز خواهد بود. برای مقابله با این، شرکتهای برق توان راکتیو را تأمین میکنند که ولتاژ و جریان را دوباره هماهنگ میکند و مصرف برق را آسانتر میکند. این توان راکتیو به خودی خود استفاده نمیشود، بلکه توانهای دیگر را مفید میکند. اینورترهای مدرن میتوانند هم توان راکتیو را تأمین و هم جذب کنند تا به شبکهها در ایجاد تعادل در این منبع مهم کمک کنند. علاوه بر این، از آنجا که انتقال توان راکتیو در مسافتهای طولانی دشوار است، منابع انرژی توزیعشده مانند پنلهای خورشیدی پشت بام، منابع بسیار مفیدی برای توان راکتیو هستند.
انواع اینورترها
انواع مختلفی از اینورترها وجود دارند که ممکن است به عنوان بخشی از یک سیستم خورشیدی نصب شوند. در یک نیروگاه بزرگ یا یک پروژه خورشیدی متوسط، هر پنل خورشیدی ممکن است به یک اینورتر مرکزی متصل شود. اینورترهای رشتهای مجموعهای از پنلها – یک رشته – را به یک اینورتر متصل میکنند. آن اینورتر، برق تولید شده توسط کل رشته را به AC تبدیل میکند. اگرچه مقرون به صرفه است، اما اگر هر پنل جداگانه دچار مشکلاتی مانند سایه شود، این چیدمان منجر به کاهش تولید برق در رشته میشود. میکرواینورترها، اینورترهای کوچکتری هستند که روی هر پنل قرار میگیرند. در یک میکرواینورت، سایه یا آسیب به یک پنل بر برق قابل دریافت از پنلهای دیگر تأثیری نخواهد گذاشت، اما میکرواینورترها میتوانند گرانتر باشند. هر دو نوع اینورتر ممکن است توسط سیستمی پشتیبانی شوند که نحوه تعامل سیستم خورشیدی با ذخیره باتری متصل را کنترل میکند. انرژی خورشیدی میتواند باتری را مستقیماً از طریق جریان مستقیم یا پس از تبدیل به جریان متناوب شارژ کند.
