مبدل خورشیدی متصل به شبکه: مبانی، اصل کار و عملکرد

اینورتر متصل به شبکه (که به اختصار GTI نامیده می‌شود)، نوعی اینورتر خاص است که علاوه بر تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب، جریان متناوب خروجی را با فرکانس و فاز برق شبکه هماهنگ می‌کند و می‌تواند به شبکه برق بازگردد. اینورترهای متصل به شبکه معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که برخی منابع ولتاژ مستقیم (مانند پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های کوچک بادی) به شبکه متصل هستند.

تعریف

اینورتر متصل به شبکه، دستگاهی است که برق DC پنل‌های خورشیدی را به برق AC سازگار با شبکه‌ی برق تبدیل می‌کند. برخلاف اینورترهای غیرمتصل به شبکه که به‌طور مستقل از شبکه کار می‌کنند و به باتری نیاز دارند، اینورترهای متصل به شبکه با شبکه‌ی برق همکاری می‌کنند. این امر به صاحبان خانه‌ها و مشاغل اجازه می‌دهد از انرژی خورشیدی استفاده کنند، در حالی که همچنان به شرکت برق متصل هستند و ادغام یکپارچه انرژی تجدیدپذیر را در زیرساخت‌های برق موجود امکان‌پذیر می‌سازند.

اصل کار اینورتر متصل به شبکه

هنگامی که شبکه برق قطع می‌شود، سمت شبکه معادل اتصال کوتاه است و … اینورتر شبکه‌ای به‌دلیل اضافه بار، به‌طور خودکار محافظت خواهد شد. هنگامی که ریزپردازنده اضافه بار را تشخیص دهد، علاوه بر مسدود کردن سیگنال SPWM، کلید مدار متصل به شبکه را نیز قطع می‌کند. در این زمان، اگر آرایه سلول‌های خورشیدی انرژی تولید کند، اینورتر متصل به شبکه در حالت عملکرد جداگانه کار خواهد کرد. کنترل در هنگام کار مستقل نسبتا ساده است؛ یعنی حالت بازخورد منفی ولتاژ AC. ریزپردازنده ولتاژ خروجی اینورتر را تشخیص داده و با ولتاژ مرجع (معمولا 220 ولت) مقایسه می‌کند و سپس با کنترل ضریب وظیفه خروجی PWM، به پایداری اینورتر متصل به شبکه و عملکرد تحت فشار دست می‌یابد.

البته، شرط کارکرد مستقل این است که آرایه خورشیدی در آن زمان انرژی کافی فراهم کند. اگر بار بیش از حد باشد یا شرایط آفتابی نامناسب باشد، اینورتر نمی‌تواند انرژی کافی تولید کند و ولتاژ ترمینال آرایه سلول‌های خورشیدی افت می‌کند و در نتیجه ولتاژ AC خروجی کاهش می‌یابد و به حالت حفاظت ولتاژ پایین می‌رود. با بازگشت برق شبکه، به طور خودکار به حالت بازخورد برمی‌گردد.

عملکرد شبکه روی اینورتر

اینورتر متصل به شبکه علاوه بر تبدیل جریان مستقیم به متناوب، وظیفه بهینه‌سازی عملکرد سلول خورشیدی و حفاظت از سیستم در برابر خطا را نیز بر عهده دارد. به‌طور خلاصه، این دستگاه دارای قابلیت‌های عملکرد و خاموشی خودکار، کنترل حداکثر توان، جلوگیری از عملکرد مستقل (در سیستم‌های متصل به شبکه)، تنظیم خودکار ولتاژ (در سیستم‌های متصل به شبکه)، تشخیص جریان مستقیم (در سیستم‌های متصل به شبکه) و تشخیص اتصال به زمین جریان مستقیم (در سیستم‌های متصل به شبکه) است.

1. عملکرد خودکار و توقف پس از طلوع آفتاب، شدت تابش خورشید به تدریج افزایش می‌یابد و در نتیجه توان خروجی سلول خورشیدی نیز بیشتر می‌شود. وقتی توان مورد نیاز اینورتر متصل به شبکه به دست آمد، اینورتر به طور خودکار شروع به کار می‌کند. پس از راه‌اندازی، اینورتر همواره خروجی ماژول سلول خورشیدی را کنترل می‌کند. تا زمانی که توان خروجی ماژول سلول خورشیدی بیشتر از توان مورد نیاز برای کار اینورتر باشد، اینورتر به کار خود ادامه می‌دهد و حتی در روزهای ابری و بارانی هم تا غروب آفتاب کار می‌کند. مبدل خورشیدی اگر مقدار نزدیک به صفر باشد، اینورتر وارد حالت آماده‌باش می‌شود.
2. کنترل حداکثر توان ردیابی خروجی یک ماژول سلول خورشیدی با شدت تابش خورشید و دمای خود ماژول (دمای چیپ) تغییر می‌کند. علاوه بر این، از آنجایی که ماژول سلول خورشیدی این ویژگی را دارد که با افزایش جریان، ولتاژ کاهش می‌یابد، یک نقطه کار بهینه وجود دارد که در آن حداکثر توان قابل دستیابی است. شدت تابش خورشید در حال تغییر است و بدیهی است که نقطه کار بهینه نیز در حال تغییر است. نسبت به این تغییرات، نقطه کار ماژول سلول خورشیدی همواره در نقطه حداکثر توان قرار دارد و سیستم همیشه حداکثر توان خروجی را از ماژول سلول خورشیدی به دست می‌آورد. این کنترل، کنترل ردیابی حداکثر توان است. مهم‌ترین ویژگی اینورترهای خورشیدی متصل به شبکه برای سیستم‌های انرژی خورشیدی، این است که شامل عملکرد ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) هستند.
3. تشخیص شبکه برق و عملکرد اتصال به شبکه قبل از اتصال اینورتر متصل به شبکه خورشیدی به شبکه برق برای تولید برق، باید از شبکه برق تغذیه بگیرد، پارامترهایی مانند ولتاژ، فرکانس، توالی فاز و غیره را در انتقال برق شبکه تشخیص دهد و سپس پارامترهای تولید برق خود را با پارامترهای الکتریکی شبکه همگام‌سازی کند. سپس به شبکه متصل شده و برق تولید می‌کند.
4. عملکرد عبور از ولتاژ صفر (پایین)در صورت بروز حادثه یا اختلال در سیستم برق که باعث افت ولتاژ در نقطه اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه شود، نیروگاه خورشیدی می‌تواند در بازه زمانی و دامنه افت ولتاژ مشخص، بدون قطع اتصال از شبکه، به کار خود ادامه دهد.
5. تشخیص و کنترل اثر جزیره‌ ای در حالت تولید برق معمولی، سیستم تولید برق متصل به شبکه، به شبکه برق سراسری متصل شده و توان اکتیو را به شبکه منتقل می‌کند. اما زمانی که شبکه برق قطع می‌شود، سیستم تولید برق متصل به شبکه ممکن است به کار خود ادامه داده و به‌طور مستقل از بار محلی عمل کند. این پدیده، اثر جزیره‌ای نامیده می‌شود. وقوع اثر جزیره‌ای در اینورتر، خطرات جدی برای ایمنی افراد، عملکرد شبکه برق و خود اینورتر ایجاد می‌کند. بنابراین، استاندارد اتصال به شبکه اینورتر، الزام به وجود قابلیت تشخیص و کنترل اثر جزیره‌ای در اینورتر را تعیین می‌کند.

فناوری پیشرفته و ویژگی‌های ایمنی تعبیه‌شده در اینورترهای متصل به شبکه، عملکرد قابل اعتمادی را تضمین می‌کنند و آن‌ها را به جزئی حیاتی در گذار به آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر در حوزه انرژی تبدیل می‌کنند.