الانفيرتر (inverter) و منظمات الشحن في أنظمة الطاقة الشمسية ومقارنة بينها
مما يتكون نظام الطاقة الشمسية؟ وماهو الانفيرتر ؟
يتكون نظام الطاقة الشمسية من:
الألواح الشمسية.
الانفيرتر (inverter).
بطاريات.
منظمات الشحن (regulator).
سوف نقوم بشرح آلية عمل مبدل القدرة (الانفيرتر)Inverter و أنواعه، بالإضافة إلى المنظمات المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية.
ما هو الانفيرتر الشمسي(inverter) وكيف يعمل؟
بالنظر إلى مدى أهمية وفائدة أنظمة الطاقة الشمسية، لا بدّ من معرفة أهمية محول الطاقة(inverter)، وكيف عمل؟ وما الذي تبحث عنه في محول الطاقة الجيد.
يعد محول الطاقة (inveter) أحد أهم أجزاء نظام الطاقة الشمسية. حيث يقوم بتحويل خرج الطاقة من الألواح الشمسية إلى طاقة كهربائية، قابلة للاستخدام في منزلك أو مكان عملك.
كيف يعمل؟
يعمل العاكس الشمسي عن طريق أخذ التيار المستمر (DC) من الألواح الشمسية الخاصة بك، وتحويله إلى تيار متناوب(AC،) لأن الأجهزة الكهربائية في معظمها، تعمل باستخدام التيار المتناوب.
أنواع الانفيرترات الشمسية:
توجد خمسة أنواع مختلفة و هي:
انفيرتر البطارية:
يعد محول البطارية هو الخيار الأفضل إذا كنت بحاجة إلى تركيب بطارية بأثر رجعي في نظامك الشمسي، أو إذا كنت ترغب في إبقاء البطارية منفصلة عن الألواح الشمسية الخاصة بك وتشغيلها من خلال محول مختلف.
الانفيرتر المركزي Central inverter:
انفيرتر الطاقة المركزي ضخم وهو ما يستخدم للأنظمة التي تتطلب المئات من الكيلو واط (أو حتى ميغاواط في بعض الأحيان) من الحجم. إنها ليست للاستخدام السكني وتشبه الخزانة المعدنية الكبيرة، حيث تستطيع كل “خزانة” التعامل مع حوالي 500 كيلو واط من الطاقة. يتم استخدامها بشكل عام تجاريًا للمنشآت ذات النطاق الواسع، أو لمزارع الطاقة الشمسية.
انفيراترات هجينة Hybrid Inverter:
الانفيرترات الهجينة ، والمعروفة باسم “المحولات متعددة الأوضاع” ، و هو قادر عل إدارة خرج الكهرباء من ألواح الطاقة الشمسية لاستهلاكها، و شحن نظام البطارية، بينما يعمل أيضاً في نفس الوقت مع شبكة الإمداد الرئيسة.
الانفيرترات المكروية:
كما يوحي اسمها ، فإن الانفيرترات الدقيقة صغيرة جدًا (بحجم الكتاب!) ونسبة الألواح الشمسية إلى المحولات الدقيقة هي 1: 1. تتمثل فائدة المحول الصغير في أنها تعمل على تحسين كل لوحة شمسية على حدة، مما يوفر المزيد من الطاقة (خاصة في ظروف الظل أي غياب الشمس).
انفيرتر الأوتار:
أخيرًا، هناك انفيرتر الأوتار(السلسلة )، و هي أكثر خيارات محولات الطاقة شيوعًا للاستخدام السكني ، وعادة ما يوجد محول سلسلة واحد لكل تركيب شمسي. تُعرف باسم “محولات السلسلة” نظرًا لتوصيل سلسلة من الألواح الشمسية بها.
هل يجب أن يكون انفيرتر الطاقة الشمسية مقاوم لظروف للطقس؟
هذا أمر مهم يجب مراعاته عند تركيب النظام الشمسي الخاص بك. سيكون من الجيد أن يقاوم المحول الطقس والظروف الجوية المختفة، حتى يعمل بكفاءة لمدة زمنية أطول. وفي حال لم يكن كذلك فسوف تحتاج إلى قفص لحمايته مما يعني تكلفة إضافية.
المنظم الشمسي:
تنظم منظمات الطاقة الشمسية تيار شحن اللوحة الشمسية، لتوفير الشحن الأكثر فاعلية للبطاريات دون زيادة شحنها. كما أنها تمنع البطاريات من الارتجاع إلى الألواح الشمسية ليلاً. يمكن للمنظم أيضًا توفير اتصال مباشر بالأجهزة الكهربائية، مع الاستمرار في إعادة شحن البطارية. أي أنه يمكنك تشغيل الأجهزة مباشرة منه، متجاوزًا البطارية؛ لكن البطاريات ستستمر في الشحن.
أنواع المنظمات:
النوعان الأكثر شيوعًا من أجهزة التحكم في الشحن المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية الحالية هما تعديل عرض النبضة (PWM) وتتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT).
تعد منظمات تعديل عرض النبضة (Pulse Width Modulation (PWM)) هي أكثر الوسائل فعالية لتحقيق شحن بطارية ذات جهد ثابت من خلال تبديل أجهزة الطاقة الخاصة بوحدة التحكم في النظام الشمسي. عندما يكون في تنظيم PWM ، فإن التيار من مجموعة الطاقة الشمسية يتناقص وفقًا لحالة البطارية واحتياجات إعادة الشحن.
منظم Maximum Power Point Tracker (MPPT): تستخدم للإنتاج اليومي الإضافي. إنها تسمح للألواح الشمسية بالعمل بجهد حيث تنتج معظم الطاقة (أعلى بشكل عام من جهد البطارية) وتقوم بتحويل الجهد إلى مستوى مناسب لشحن البطارية ، مع تيار شحن أعلى. إنهم يكتسحون / يتتبعون بشكل دوري مستوى الجهد الأمثل طوال اليوم للحفاظ على أعلى ناتج.
مقارنة بين نوعي منظمات الشحن PWM و MPPT:
تعد وحدة التحكم في الشحن مكونًا رئيسيًا لنظام الطاقة الشمسية ، ويتطلب تحديد أفضل واحد للنظام بعض التحليل. أدناه نظرة عامة سريعة.يضبط كلاهما معدلات الشحن اعتمادًا على مستوى شحن البطارية للسماح بالشحن أقرب إلى السعة القصوى للبطارية بالإضافة إلى مراقبة درجة حرارة البطارية لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
المقارنة بين الاثنين:
إذا كان تعظيم سعة الشحن هو العامل الوحيد في الاعتبار عند تحديد وحدة تحكم شمسية، فسيستخدم الجميع وحدة تحكم(MPPT) . لكن التقنيتين مختلفتان، ولكل منهما مزاياها الخاصة. يعتمد القرار على ظروف الموقع ومكونات النظام وحجم الصفيف والحمل، وأخيراً تكلفة نظام طاقة شمسية معين.
1-ظروف درجة الحرارة:
تعد وحدة التحكم MPPT أكثر ملاءمة للظروف الباردة. مع انخفاض درجة حرارة تشغيل الوحدة الشمسية ، يزداد((1Vpm ، وذلك لأن جهد الألواح الشمسية التي تعمل عند نقطة طاقتها القصوى في ظروف الاختبار القياسية (STC 25 درجة مئوية) حوالي 17 فولت بينما جهد البطارية حوالي 13.5 فولت. وحدة التحكم MPPT قادرة على التقاط الجهد الزائد للوحدة لشحن البطاريات. نتيجة لذلك ، يمكن لوحدة التحكم MPPT في الظروف الباردة أن تنتج ما يصل إلى 20-25٪ شحن أكثر من وحدة تحكم PWM.
بالمقارنة، لا تستطيع وحدة التحكم PWM التقاط الجهد الزائد لأن تقنية تعديل عرض النبض تشحن بنفس الجهد مثل البطارية. ومع ذلك ، عندما يتم نشر الألواح الشمسية في المناخات الدافئة أو الحارة ، ينخفض Vmp ، وتعمل نقطة الطاقة القصوى بجهد أقرب إلى جهد بطارية 12 فولت. لا يوجد جهد فائض ليتم نقله إلى البطارية مما يجعل وحدة التحكم MPPT غير ضرورية ويلغي ميزة MPPT على PWM.
2-حجم النظام:
تعد أنظمة الطاقة المنخفضة أكثر ملاءمة لوحدة تحكم PWM للأسباب التالية:
تعمل وحدة التحكم PWM بكفاءة حصاد ثابتة نسبيًا بغض النظر عن حجم مصفوفة الألواح الشمسية.
تعد وحدة التحكم PWM أقل تكلفة من MPPT، لذا فهي خيار أكثر اقتصادا لنظام صغير.تعد وحدة التحكم MPPT أقل كفاءة في التطبيقات منخفضة الطاقة.
3-نوع الوحدة الشمسية:
عادةً ما تكون الوحدات الشمسية المستقلة خارج الشبكة مكونة من 36 خلية ومتوافقة مع تقنيات PWM/MPPT)). بعض الوحدات الشمسية المربوطة بالشبكة الموجودة في السوق اليوم ليست الوحدات النمطية التقليدية المكونة من 36 خلية والتي تُستخدم لأنظمة الطاقة خارج الشبكة. على سبيل المثال، الجهد من لوحة 60 خلية 250 واط مرتفع جدًا لشحن بطارية 12 فولت، ومنخفض جدًا لشحن بطارية 24 فولت. تتعقب تقنية MPPT أقصى نقطة طاقة، وبالتالي MPPT لوحدات ربط الشبكة هي الأقل تكلفة من أجل شحن البطاريات، في حين أن PWM لا تفعل ذلك.
4-التكلفة:
عادةً ما تكون وحدات التحكم MPPT أغلى من وحدات التحكم في PWM ولكنها أكثر كفاءة في ظل ظروف معينة، حيث يمكنها إنتاج المزيد من الطاقة بنفس عدد الوحدات الشمسية مقارنة بوحدات التحكم .PWM
في النهاية يتوجب تحليل موقع النظام الشمسي بدقة وتحديد الكفاءة المطلوبة، و دراسة الحمل لمعرفة التقنية الأفضل التي سوف نستخدمها، وبأقل تكلفة ممكنة.
المراجع:
