با افزایش تاکید جهانی بر انرژی های تجدیدپذیر، تولید برق فتوولتائیک (PV) به عنوان یکی از پیشروها، به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. اینورتر PV، به عنوان یک جزء حیاتی در سیستم تولید برق PV، نقش اصلی را ایفا می کند. عملکرد اصلی آن تبدیل موثر برق DC تولید شده توسط ماژول های PV به برق AC است که مطابق با استانداردهای شبکه است، بنابراین از تحویل ایمن و پایدار برق اطمینان حاصل می کند.
نقش اینورتر بسیار فراتر از این ها است. اینورتر وظیفه مهم حفاظت از عملکرد ایمن و پایدار آرایه PV و شبکه برق را بر عهده دارد. همچنین وظایف مهمی در سطح سیستم مانند: حفاظت از محیط خارجی و تعامل انسان و رایانه را بر عهده می گیرد. بنابراین، پایداری و عمر مفید اینورتر PV ارتباط مستقیمی با عملکرد و سودآوری کل سیستم تولید برق PV دارد. چگونه می توان به طور موثر عمر یک اینورتر PV را افزایش داد؟ امروز هیوا نیرو یک بحث عمیق از جنبه های مختلف انجام خواهد داد.
اینورترهای فتوولتائیک و اینورترهای برق هر دو ابزارهای تبدیل توان هستند که برای تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) استفاده می شوند. اینورترهای فتوولتائیک به طور خاص برای سیستم های تولید برق فتوولتائیک خورشیدی طراحی شده اند و برق تولید شده توسط آرایه های خورشیدی به برق AC مناسب برای استفاده توسط شبکه یا بارهای محلی است.
آنها همچنین دارای ویژگی های منحصر به فردی مانند حداکثر ردیابی پاورپوینت (MPPT) هستند. از سوی دیگر، اینورترهای برق به طور گسترده‌تری در سناریوهای مختلف مانند وسایل نقلیه و عملیات در فضای باز، تبدیل منابع برق DC به برق AC و ترکیب عملکردهای حفاظت ایمنی مختلف استفاده می‌شوند. علیرغم تفاوت در سناریوها و عملکردهای کاربردی، هر دو نوع اینورتر تبدیل از DC به AC را انجام می‌دهند که پشتیبانی حیاتی را برای عملکرد پایدار سیستم‌های قدرت فراهم می‌کند.
چرا اینورترها به اتلاف گرما نیاز دارند؟
به عنوان یک دستگاه الکترونیکی قدرت، اینورتر PV، مانند تمام محصولات الکترونیکی، با چالش های ناشی از دما مواجه است. در میان بسیاری از موارد خرابی محصولات الکترونیکی، تا 55 درصد ناشی از مشکلات دما است. قطعات الکترونیکی داخل اینورتر به دما بسیار حساس هستند. طبق قانون 10درجه تئوری قابلیت اطمینان، هر بار که دما 10 درجه افزایش یابد، عمر مفید آن به نصف کاهش می یابد. بنابراین، طراحی اتلاف حرارت اینورتر از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
راه های دفع گرمای اینورتر چیست؟
سیستم خنک کننده اینورتر عمدتاً از سینک های حرارتی، فن های خنک کننده، گریس سیلیکونی رسانای حرارتی و سایر مواد تشکیل شده است. در حال حاضر دو راه اصلی برای اتلاف حرارت اینورتر وجود دارد: خنک کننده طبیعی و خنک کننده هوای اجباری.
-
خنک کننده طبیعی
خنک کننده طبیعی به دستگاه های مولد حرارت محلی برای پراکنده کردن گرما به محیط اطراف به منظور کنترل دما بدون اتکا به هیچ گونه انرژی کمکی خارجی اشاره دارد. این معمولاً سه حالت انتقال حرارت اصلی هدایت، همرفت و تابش را پوشش می‌دهد که در میان آنها همرفت تحت سلطه همرفت طبیعی است.
اتلاف یا خنک‌کننده حرارت طبیعی معمولاً برای دستگاه‌ها و اجزای کم‌مصرف که نیازی به کنترل دمای بالا، تراکم جریان حرارتی نسبتاً کم گرمایش دستگاه ندارند و دستگاه‌های مهر و موم شده یا مونتاژ شده متراکم که نیازی به استفاده از دستگاه‌های دیگر ندارند، قابل استفاده است.
در حال حاضر، در بازار، اکثر تولید کنندگان از جریان اصلی اینورترهای تک فاز و اینورترهای سه فاز زیر 20 کیلو وات از خنک کننده طبیعی برای دفع گرما استفاده می کنند.
-
خنک کننده هوای اجباری
خنک‌کننده هوای اجباری یک فناوری اتلاف گرما است که از فن‌ها و سایر دستگاه‌ها برای هدایت اجباری جریان هوا استفاده می‌کند و در نتیجه گرمای تولید شده توسط تجهیزات یا دستگاه‌ها را از بین می‌برد. این روش نه تنها کارکرد آسانی دارد، بلکه اثر اتلاف حرارت قابل توجهی نیز دارد. اگر فضای بین اجزای داخل یک قطعه برای جریان هوا مناسب باشد یا برای نصب هیت سینک موضعی مناسب باشد می توان تا حد امکان از این روش خنک کننده استفاده کرد.
برای بهبود ظرفیت انتقال حرارت جابجایی اجباری، افزایش مساحت اتلاف گرما و ایجاد یک ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری نسبتاً بزرگ در سطح اتلاف حرارت است. افزایش مساحت اتلاف گرما در سطح رادیاتور برای افزایش اتلاف حرارت قطعات الکترونیکی به طور گسترده در مهندسی عملی استفاده شده است.
در این پروژه، باله ها عمدتاً برای گسترش ناحیه اتلاف حرارت از سطح سینک حرارتی برای دستیابی به هدف افزایش انتقال حرارت استفاده می شوند. انتخاب ماده برای خود هیت سینک مستقیماً با عملکرد اتلاف حرارت آن مرتبط است. در حال حاضر، مس و آلومینیوم معمولاً از مواد رادیاتور استفاده می‌شوند و سطوح مبادله حرارت گسترده آنها معمولاً با فرآیندهایی مانند باله‌های تاشو یا مهر زدن باله‌های نازک ساخته می‌شوند.
مقایسه دو روش خنک کننده طبیعی و خنک کننده هوای اجباری
خنک کننده طبیعی و خنک کننده هوای اجباری هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
خنک کننده طبیعی فن ندارد و در نتیجه نویز کم دارد، اما سرعت خنک کننده پایین است و به طور کلی برای اینورترهای کم مصرف مناسب است.
خنک کننده هوای اجباری به یک فن نیاز دارد که نویز را افزایش می دهد اما اثربخشی خنک کننده قابل توجهی را ارائه می دهد و آن را برای اینورترهای پرقدرت مناسب می کند.
هر دو روش خنک کننده طبیعی و خنک کننده هوای اجباری در اینورترهای رشته ای با توان متوسط اعمال می شوند.
از طریق آزمایش‌های مقایسه‌ای روی ظرفیت خنک‌کنندگی اینورترهای رشته‌ای، مشخص شد که برای اینورترهای رشته‌ای بالاتر از سطح توان ۵۰ کیلووات، خنک‌سازی هوای اجباری مؤثرتر از خنک‌کننده طبیعی است. افزایش دمای اجزای حیاتی مانند خازن ها و IGBT ها در داخل اینورتر تقریباً 20 درجه سانتیگراد کاهش یافت و در نتیجه طول عمر اینورتر را افزایش داد و راندمان عملیاتی را بهبود بخشید.
در مقابل، اینورترهایی که از خنک‌کننده طبیعی استفاده می‌کنند، دمای بالاتری را تجربه می‌کنند که در نتیجه طول عمر قطعات کوتاه‌تر می‌شود.
خنک کننده هوای اجباری نیز دو گزینه سرعت فن را ارائه می دهد: سرعت بالا و سرعت متوسط. فن های پرسرعت می توانند اندازه و وزن هیت سینک را کاهش دهند اما نویز را افزایش داده و طول عمر کمتری دارند. فن های با سرعت متوسط منجر به هیت سینک های کمی بزرگتر می شوند، اما فن ها در سطوح توان کم کار نمی کنند و در سطوح توان متوسط با سرعت کم کار می کنند.
از آنجایی که اینورترها اغلب با قدرت کامل کار نمی کنند، طول عمر کلی فن ها افزایش می یابد.
چرا اتلاف گرما در نصب سیستم بسیار مهم است؟
اینورتر برق خود یک منبع گرما است و تمام گرما باید به سرعت دفع شود. نمی توان آن را در فضای بسته قرار داد. در غیر این صورت، دما به افزایش خود ادامه می دهد و بر عملکرد عادی آن تأثیر می گذارد. بنابراین، اینورتر باید در فضایی با تهویه مناسب قرار گیرد و تا حد امکان از تابش مستقیم نور خورشید اجتناب شود. علاوه بر این، هنگام نصب چندین اینورتر، باید فاصله کافی برای جلوگیری از تداخل متقابل رعایت شود.
- انتخاب محیط نصب: انتخاب محل نصب با تهویه مناسب، خشک و کم گرد و غبار و در عین حال اجتناب از تابش مستقیم نور خورشید و فرسایش باران می تواند به طور موثری طول عمر اینورتر را افزایش دهد.
- اتصالات الکتریکی صحیح: از انتخاب صحیح کابل و سیم کشی و اتصالات ایمن اطمینان حاصل کنید تا از گرمای بیش از حد و آتش سوزی ناشی از تماس ضعیف جلوگیری کنید. حفاظت از زمین و اقدامات حفاظت در برابر صاعقه می تواند از آسیب به تجهیزات در اثر برخورد صاعقه و خطاهای الکتریکی جلوگیری کند.
- راه اندازی و تنظیم پارامتر: قبل از اولین استفاده از اینورتر، راه اندازی دقیق و تنظیمات پارامتر مورد نیاز است، از جمله تنظیمات MPPT (حداکثر ردیابی نقطه توان)، تنظیمات پارامتر شبکه و تنظیمات پارامتر حفاظت برای اطمینان از عملکرد کارآمد و ایمن.
نگهداری و افزایش عمر اینورتر برق
با انجام دادن توضیحات زیر نگهداری و مراقبت و افزایش عمر اینورتر برق را با هم داشته باشیم.
1-بازرسی و تمیز کردن منظم
بازرسی و تمیز کردن منظم اینورتر، از جمله بازرسی چشمی، بازرسی اتصال کابل و حذف گرد و غبار، می تواند عمر مفید آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
2-ارتقاء نرم افزار و تشخیص عیب
سیستم عامل اینورتر را به روز نگه دارید. وضعیت عملیاتی را در زمان واقعی از طریق یک سیستم نظارت نظارت کنید، به سرعت عیوب را شناسایی و برطرف کنید تا از تبدیل مسائل کوچک به خرابی های بزرگ جلوگیری کنید.
3-بهینه سازی و حفاظت از محیط زیست
اقدامات حفاظتی مربوطه را با توجه به تغییرات محیطی انجام دهید، مانند نصب آفتابگیر و تجهیزات دفع حرارت در محیط های با دمای بالا، نصب صاعقه گیر و محافظ برق در مناطق مستعد رعد و برق و جلوگیری از ورود حشرات و حیوانات کوچک به اینورتر در مناطق وحشی یا روستایی.
خلاصه افزایش عمر اینورتر برق
از طریق انتخاب مناسب، نصب و راه اندازی علمی، تعمیر و نگهداری منظم و رسیدگی به موقع عیب، می توان عمر مفید اینورترهای PV را به میزان قابل توجهی افزایش داد و عملکرد پایدار طولانی مدت سیستم های PV را تضمین کرد. به خصوص در زمینه انتقال انرژی جهانی و توسعه سریع انرژی های تجدیدپذیر، افزایش طول عمر اینورترهای PV نه تنها می تواند هزینه ها را کاهش دهد، بلکه کارایی مصرف انرژی را افزایش داده و به توسعه پایدار کمک می کند. هیوا نیرو امید دارد روش ها و پیشنهادات ارائه شده در این مقاله مرجع و کمک ارزشمندی به پرسنل و کاربران تعمیر و نگهداری سیستم فتوولتائیک باشد.
