اینورتر خارج از شبکه یکی از اجزای کلیدی در یک سیستم الکتریکی خورشیدی است. اینورترهای خارج از شبکه به برق DC تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی اجازه می‌دهند که به برق AC تبدیل شود که می‌تواند برای لوازم خانگی استفاده شود و برق اضافی می‌تواند به شبکه ارسال شود یا در باتری‌ها ذخیره شود. شرح مفصلی از نحوه عملکرد یک اینورتر خارج از شبکه، از جمله اجزای اصلی آن و فرآیند کار، ارائه خواهد داد.
اصل اساسی
اینورتر خارج از شبکه یکی از اجزای اصلی یک سیستم انرژی خورشیدی است. وظیفه اصلی اینورتر خارج از شبکه تبدیل برق جریان مستقیم تولید شده توسط پنل های خورشیدی به برق جریان متناوب برای استفاده در لوازم خانگی است. اصل کار اینورتر خارج از شبکه را می توان به مراحل کلیدی زیر تقسیم کرد.
- برداشت انرژی DC: پنل های خورشیدی نور خورشید را از طریق اثر فتوولتائیک به انرژی DC تبدیل می کنند. این انرژی DC بسته به ویژگی های پنل خورشیدی و شدت نور دارای ولتاژ و جریان متغیر است.
- ورودی انرژی DC: ابتدا، صفحات خورشیدی انرژی DC تولید شده را به ورودی اینورتر خارج از شبکه می‌رسانند. این فرآیند معمولاً شامل استفاده از تکنیکی به نام ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) برای اطمینان از حداکثر خروجی الکتریکی از صفحات خورشیدی است.
- تبدیل اینورتر: هنگامی که برق DC وارد اینورتر خارج از شبکه شد، وظیفه اصلی اینورتر تبدیل این برق DC به برق AC استاندارد است. این امر از طریق یک سری قطعات الکترونیکی و سوئیچ ها انجام می شود که مهمترین آنها سوئیچ های نیمه هادی قدرت اینورتر مانند ترانزیستورهای اثر میدان فلز-اکسید-نیمه هادی یا ترانزیستورهای کاربید سیلیکون هستند.
- خروجی برق AC: خروجی یک اینورتر خارج از شبکه انرژی الکتریکی AC تبدیل می شود و ولتاژ، فرکانس و شکل موج اینورتر خارج از شبکه معمولاً با استانداردهای شبکه محلی مطابقت دارد. این اجازه می دهد تا خروجی اینورتر خارج از شبکه مستقیماً به سیستم برق خانگی برای استفاده در دستگاه های الکتریکی متصل شود.
- مدیریت انرژی: اینورترهای خارج از شبکه نیز معمولاً دارای ویژگی های مدیریت انرژی برای نظارت و بهینه سازی عملکرد منظومه شمسی هستند. این شامل ردیابی خروجی است پانل های خورشیدیمدیریت سیستم ذخیره‌سازی انرژی (مثلاً باتری‌ها) و برگشت نیروی اضافی به شبکه یا از شبکه برای رفع نیازهای خانوار.
اجزای اصلی یک اینورتر خارج از شبکه
اینورترهای خارج از شبکه معمولاً از چندین جزء کلیدی تشکیل شده اند که برای انجام عملکرد خود با هم کار می کنند. در زیر اجزای اصلی یک اینورتر خارج از شبکه آورده شده است.
- ورودی DC: این پورت ورودی اینورتر خارج از شبکه است و برای اتصال پنل های خورشیدی استفاده می شود. ورودی DC یک اینورتر خارج از شبکه معمولاً شامل یک قطع کننده مدار DC، نظارت بر عایق و یک کلید قطع جریان DC برای اطمینان از عملکرد ایمن سیستم است.
- کنترل کننده MPPT: کنترل‌کننده ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) یک دستگاه الکترونیکی است که برای ردیابی نقطه عملکرد بهینه یک پنل خورشیدی برای به حداکثر رساندن استخراج انرژی استفاده می‌شود. به طور مداوم نقطه کار اینورتر خارج از شبکه را با نظارت بر ولتاژ و جریان ورودی تنظیم می کند تا توان خروجی را به حداکثر برساند.
- مدار اینورتر: مدار اینورتر خارج از شبکه بخش اصلی اینورتر خارج از شبکه است که از یک سری کلیدهای نیمه هادی قدرت، خازن ها و سلف ها تشکیل شده است که برای تبدیل انرژی DC به انرژی AC استفاده می شود. این سوئیچ ها جریان انرژی الکتریکی را برای تولید خروجی AC مورد نظر کنترل می کنند.
- کنترل کننده: کنترل کننده اینورتر خارج از شبکه مغز آن است و وظیفه نظارت بر وضعیت سیستم، انجام MPPT، مدیریت باتری ها (در صورت وجود)، محافظت از سیستم در برابر خطاها و اضافه بارها و امکان برقراری ارتباط با سایر سیستم ها را بر عهده دارد.
- خروجی AC: این رابط خروجی اینورتر خارج از شبکه است که از طریق آن انرژی AC تبدیل شده به لوازم خانگی یا شبکه تامین می شود. معمولاً همچنین شامل ویژگی‌های ایمنی مانند حفاظت از اضافه ولتاژ، حفاظت در برابر جریان اضافه و حفاظت از خطای زمین است.
- رابط ارتباط داده: اینورترهای خارج از شبکه معمولا دارای رابط های ارتباطی داده ای هستند که امکان نظارت بر سیستم و کنترل از راه دور را فراهم می کند. این رابط ها را می توان از طریق فناوری بی سیم یا اتصال سیمی به یک سیستم مانیتورینگ یا اینترنت متصل کرد.
فرآیند کار
فرآیند عملیاتی یک اینورتر خارج از شبکه بسیار پیچیده و پویا است. اینورتر خارج از شبکه نیاز به نظارت مداوم بر شرایط ورودی و انجام تنظیمات در زمان واقعی برای اطمینان از عملکرد بهینه دارد. در زیر یک فرآیند عملکرد معمولی یک اینورتر خارج از شبکه آورده شده است.
- خروجی پنل خورشیدی: پنل های خورشیدی نور خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی الکتریکی DC تبدیل می کنند. ویژگی های این انرژی الکتریکی به نوع پنل خورشیدی و شدت نور بستگی دارد.
- کنترل MPPT: کنترلر MPPT خروجی پنل خورشیدی را کنترل می کند و به طور مداوم ولتاژ و جریان ورودی را تنظیم می کند تا اطمینان حاصل شود که حداکثر توان از پنل استخراج می شود. این کمک می کند تا بازده سیستم اینورتر خارج از شبکه به حداکثر برسد.
- تبدیل اینورتر: مدار اینورتر خارج از شبکه برق DC را از پنل های خورشیدی به برق AC تبدیل می کند. این شامل تبدیل ولتاژ از ولتاژ پایین DC به ولتاژ AC استاندارد و تولید شکل موج AC مطابق با شبکه است.
- مدیریت انرژی: کنترل کننده اینورتر خارج از شبکه وظیفه نظارت بر جریان برق و مدیریت توزیع برق بر اساس تقاضای خانوار، وضعیت باتری و شرایط شبکه را بر عهده دارد. اگر باتری در سیستم وجود داشته باشد، کنترلر همچنین تعیین می کند که چه زمانی انرژی اضافی در باتری ها ذخیره شود تا در شب یا در ساعات کم نور استفاده شود.
- خروجی AC: اینورتر خارج از شبکه، انرژی AC تبدیل شده را به لوازم خانگی یا به شبکه متصل می کند. به این ترتیب، لوازم خانگی می‌توانند مستقیماً از انرژی خورشیدی استفاده کنند، در حالی که برق اضافی می‌تواند به شبکه برگردد، که معمولاً از طریق یک متر متصل به شبکه اندازه‌گیری و صورت‌حساب می‌شود.
- مانیتورینگ سیستم و کنترل از راه دور: اینورترهای خارج از شبکه معمولاً مجهز به سیستم نظارتی هستند که می تواند عملکرد سیستم را در زمان واقعی نظارت کند و از طریق یک رابط ارتباطی داده برای نظارت و کنترل از راه دور به سیستم های دیگر یا ابر متصل شود. این اجازه می دهد تا عملکرد سیستم در هر زمان ردیابی و بهینه شود.
به طور کلی، اینورترهای خارج از شبکه نقش مهمی در سیستم های انرژی الکتریکی خورشیدی دارند. اینورترهای خارج از شبکه، مانند اینورتر 5000 واتبا تبدیل انرژی DC تولید شده توسط پنل های خورشیدی به انرژی AC، استفاده کارآمد و تامین برق از انرژی های تجدیدپذیر را امکان پذیر می کند. در عین حال، اینورترهای خارج از شبکه نیز می‌توانند نیروی اضافی را به شبکه ارسال کنند یا آن را در باتری‌ها ذخیره کنند و قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری سیستم را بهبود بخشند. از طریق طراحی و کنترل منطقی، اینورترهای خارج از شبکه می توانند عملکرد سیستم های انرژی خورشیدی را به حداکثر برسانند و وابستگی به منابع انرژی سنتی را کاهش دهند.
