اینورتر متصل به شبکه خورشیدی On-Grid | تبدیل برق DC پنل به AC و تزریق مستقیم به شبکه
اینورتر متصل به شبکه خورشیدی یا On-Grid Inverter یکی از تجهیزات اصلی در سامانههای فتوولتائیک متصل به شبکه است که وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی تولیدشده توسط پنلهای خورشیدی از جریان مستقیم DC به جریان متناوب AC را بر عهده دارد. اینورتر پس از دریافت انرژی پنلها، خروجی را با مشخصات شبکه برق از نظر ولتاژ، فرکانس و فاز هماهنگ میکند تا انرژی تولیدشده بتواند در سیستم برق مجموعه مورد استفاده قرار گیرد و در صورت وجود شرایط لازم، مازاد انرژی به شبکه تزریق شود.
در سامانههای استاندارد متصل به شبکه، برخلاف سیستمهای آفگرید، باتری معمولاً جزء ضروری سیستم نیست. این ویژگی باعث میشود ساختار سیستم سادهتر شود و انرژی تولیدشده توسط پنلها بدون نیاز به ذخیرهسازی در باتری، برای تأمین بارهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. اسناد فنی سازندگان معتبر نیز اینورترهای Grid-Tied را تجهیزاتی برای تبدیل ولتاژ DC آرایه خورشیدی به توان AC و کارکرد هماهنگ با شبکه معرفی میکنند.
اینورتر متصل به شبکه چیست؟
پنلهای خورشیدی انرژی تابشی خورشید را به برق DC تبدیل میکنند، در حالی که شبکه برق و بیشتر تجهیزات مصرفی از برق AC استفاده میکنند. اینورتر متصل به شبکه در میان آرایه خورشیدی و شبکه برق قرار میگیرد و انرژی DC را به AC تبدیل میکند.
اینورتر علاوه بر تبدیل انرژی، وضعیت شبکه را نیز کنترل میکند و تنها زمانی وارد حالت تزریق انرژی میشود که شرایط شبکه در محدوده مجاز قرار داشته باشد. در صورت بروز شرایط غیرعادی در شبکه، عملکرد حفاظتی اینورتر میتواند از ادامه تزریق برق جلوگیری کند. این موضوع یکی از الزامات مهم عملکرد ایمن سامانههای فتوولتائیک متصل به شبکه است.
نحوه عملکرد اینورتر On-Grid
- پنلهای خورشیدی نور خورشید را دریافت و به انرژی الکتریکی DC تبدیل میکنند.
- برق DC از طریق کابلهای خورشیدی وارد ورودی اینورتر میشود.
- مدارهای MPPT نقطه کاری آرایه خورشیدی را برای استخراج توان مناسب تنظیم میکنند.
- اینورتر برق DC را به برق متناوب AC تبدیل میکند.
- سیستم کنترل اینورتر وضعیت شبکه را بررسی میکند.
- در صورت مناسب بودن شرایط، خروجی اینورتر با شبکه همگام میشود.
- انرژی تولیدشده ابتدا میتواند برای تأمین مصرف داخلی مورد استفاده قرار گیرد.
- در صورت تولید بیشتر از مصرف، امکان انتقال مازاد انرژی به شبکه طبق طراحی و مقررات مربوط وجود دارد.
مزایای اینورتر متصل به شبکه خورشیدی
- تبدیل مستقیم برق DC پنلهای خورشیدی به برق AC
- امکان استفاده از انرژی خورشیدی در کنار شبکه برق
- عدم نیاز معمول به باتری در سیستم آنگرید استاندارد
- کاهش وابستگی مصرفکننده به برق شبکه در زمان تولید خورشیدی
- قابلیت استفاده در نیروگاههای خورشیدی خانگی، تجاری و صنعتی
- استفاده از فناوری MPPT برای بهرهگیری بهتر از توان پنلها
- امکان پایش عملکرد در بسیاری از مدلهای جدید
- قابلیت اتصال در ساختارهای تکفاز یا سهفاز، متناسب با مدل
- طراحی مناسب برای پروژههای فتوولتائیک متصل به شبکه
نقش MPPT در اینورتر خورشیدی
MPPT یا Maximum Power Point Tracking وظیفه دارد نقطه کاری پنلها را بهگونهای کنترل کند که توان قابل استخراج از آرایه خورشیدی تا حد امکان افزایش یابد. ولتاژ و جریان پنلها در طول روز ثابت نیستند و عواملی مانند شدت تابش، دمای سلول، زاویه تابش و سایه روی عملکرد آنها تأثیر میگذارند.
وجود چند ورودی یا چند کانال MPPT میتواند در طراحیهایی که پنلها در جهتها یا زاویههای متفاوت نصب شدهاند، انعطاف بیشتری ایجاد کند. در برخی اینورترهای پیشرفته نیز فناوریهای اختصاصی مدیریت سایه برای کاهش اثر سایه جزئی روی تولید انرژی به کار گرفته میشود.
تأثیر سایه جزئی بر سیستم خورشیدی
یکی از چالشهای طراحی نیروگاه خورشیدی، وجود سایه ناشی از درخت، ساختمان، دودکش، دیوار یا سایر موانع است. سایه جزئی میتواند تولید یک رشته از پنلها را کاهش دهد و در برخی معماریهای سیستم، تأثیر آن به سایر پنلهای همان رشته نیز منتقل شود.
به همین دلیل، انتخاب تعداد مناسب MPPT، طراحی صحیح رشتههای پنل و انتخاب محل مناسب نصب اهمیت زیادی دارد. در برخی اینورترهای مدرن، قابلیتهای اختصاصی مدیریت سایه برای بهینهسازی عملکرد آرایه در شرایط سایهدار ارائه میشود.
اینورتر متصل به شبکه تکفاز
اینورترهای آنگرید تکفاز معمولاً برای سامانههای خورشیدی کوچک و برخی پروژههای مسکونی مورد استفاده قرار میگیرند. توان اینورتر باید با ظرفیت پنلها، مشخصات شبکه و میزان مصرف مجموعه هماهنگ شود.
اینورتر متصل به شبکه سهفاز
اینورترهای سهفاز برای پروژههای تجاری، صنعتی و نیروگاههایی که از شبکه سهفاز استفاده میکنند کاربرد گستردهای دارند. در این ساختار، توان تولیدی میان فازهای شبکه توزیع شده و امکان طراحی سامانههای خورشیدی با ظرفیت بالاتر فراهم میشود.
اینورتر رشتهای یا String Inverter
در ساختار String، چند پنل خورشیدی به صورت یک رشته به ورودی DC اینورتر متصل میشوند. اینورترهای رشتهای به دلیل انعطافپذیری، نصب نسبتاً ساده و امکان مدیریت چند رشته، یکی از متداولترین معماریها در نیروگاههای خورشیدی هستند.
تعداد MPPTها و محدوده ولتاژ هر MPPT از مهمترین پارامترهایی است که هنگام طراحی رشتههای پنل باید مورد توجه قرار گیرد.
اینورتر متصل به شبکه و عدم نیاز به باتری
یکی از تفاوتهای مهم سیستم آنگرید با بسیاری از سیستمهای آفگرید، عدم نیاز معمول به باتری است. در سیستم آنگرید، انرژی تولیدشده توسط پنلها از طریق اینورتر به برق AC تبدیل شده و در زمان تولید میتواند برای تأمین بارهای مصرفی استفاده شود.
در صورتی که میزان تولید خورشیدی کمتر از مصرف باشد، بخش مورد نیاز میتواند از شبکه تأمین شود. اگر تولید از مصرف بیشتر باشد، نحوه برخورد با انرژی مازاد به ساختار سیستم، کنتور، قرارداد و مقررات اتصال به شبکه بستگی دارد.
آیا اینورتر متصل به شبکه هنگام قطع برق کار میکند؟
در یک سیستم آنگرید معمولی، در صورت قطع شبکه برق، اینورتر نیز برای رعایت الزامات ایمنی شبکه از تزریق برق متوقف میشود. این قابلیت حفاظتی که با مفهوم Anti-Islanding شناخته میشود، از ادامه برقرسانی ناخواسته به شبکه قطعشده جلوگیری میکند.
بنابراین وجود پنل خورشیدی و اینورتر آنگرید معمولی به معنی تأمین برق ساختمان در زمان خاموشی شبکه نیست. برای ایجاد برق پشتیبان در زمان قطعی، باید از معماری مناسب شامل تجهیزات ذخیرهسازی یا اینورتر دارای قابلیت Backup استفاده شود.
پایش و مانیتورینگ اینورتر خورشیدی
بسیاری از اینورترهای جدید به امکانات ارتباطی و پایش مجهز هستند. بسته به مدل، اطلاعاتی مانند توان لحظهای، انرژی تولیدشده، ولتاژ و جریان ورودی، وضعیت شبکه، خطاها و هشدارها قابل مشاهده است.
برخی محصولات از ارتباطات شبکه، نرمافزارهای مانیتورینگ، پورتهای ارتباطی یا رابطهای تحت وب پشتیبانی میکنند. این امکانات به بهرهبردار کمک میکنند وضعیت نیروگاه را بررسی کرده و خطاهای احتمالی را سریعتر شناسایی کند.
اهمیت انتخاب صحیح توان اینورتر
انتخاب اینورتر صرفاً بر اساس توان اسمی پنلها انجام نمیشود. در طراحی یک سیستم استاندارد باید توان DC آرایه، محدوده ولتاژ MPPT، حداکثر ولتاژ DC، جریان ورودی، تعداد MPPTها، نوع شبکه، توان AC و شرایط محیطی بررسی شود.
همچنین در برخی پروژهها ظرفیت DC آرایه میتواند از توان AC نامی اینورتر بیشتر در نظر گرفته شود تا استفاده از ظرفیت اینورتر در ساعات مختلف روز بهینهتر شود. مقدار مجاز این نسبت باید دقیقاً بر اساس مشخصات سازنده و طراحی مهندسی پروژه تعیین شود.
پارامترهای مهم هنگام خرید اینورتر On-Grid
| پارامتر | اهمیت در انتخاب |
| توان نامی AC |
تعیینکننده ظرفیت خروجی قابل ارائه به شبکه |
| حداکثر ولتاژ DC |
نباید از حداکثر ولتاژ طراحی رشتههای پنل تجاوز کند |
| محدوده MPPT |
برای انتخاب تعداد پنلهای هر رشته اهمیت دارد |
| حداکثر جریان ورودی |
باید با جریان رشتههای پنل سازگار باشد |
| تعداد MPPT |
در طراحی رشتهها و جهتهای مختلف نصب اهمیت دارد |
| نوع خروجی |
تکفاز یا سهفاز متناسب با شبکه پروژه |
| درجه حفاظت |
برای تعیین امکان نصب داخلی یا خارجی اهمیت دارد |
| ارتباطات و مانیتورینگ |
برای پایش و مدیریت عملکرد نیروگاه کاربرد دارد |
کاربردهای اینورتر متصل به شبکه
- نیروگاه خورشیدی خانگی
- سیستمهای خورشیدی پشتبامی
- نیروگاههای تجاری
- نیروگاههای صنعتی
- سامانههای خورشیدی کشاورزی
- پروژههای فتوولتائیک متصل به شبکه
- نیروگاههای خورشیدی کوچک و متوسط
- نیروگاههای بزرگ با استفاده از اینورترهای متناسب با ظرفیت پروژه
نکات مهم نصب اینورتر متصل به شبکه
- نصب اینورتر باید توسط تکنسین متخصص و مطابق دستورالعمل سازنده انجام شود.
- ولتاژ مدار باز رشتهها باید در سردترین شرایط کاری نیز در محدوده مجاز اینورتر باشد.
- حداکثر جریان ورودی MPPT نباید از مقدار مجاز دستگاه بیشتر شود.
- رشتههای پنل باید بر اساس مشخصات MPPT و طراحی نیروگاه تقسیم شوند.
- محل نصب باید از رطوبت، گردوغبار شدید و منابع حرارتی غیرمجاز محافظت شود.
- برای دفع حرارت، فضای تهویه مناسب اطراف اینورتر در نظر گرفته شود.
- حفاظتهای DC و AC مطابق طراحی و استانداردهای پروژه اجرا شوند.
- اتصال زمین و سیستم حفاظتی باید مطابق الزامات فنی پروژه انجام شود.
- تنظیمات شبکه باید مطابق الزامات شرکت برق و مشخصات سازنده باشد.
تفاوت اینورتر On-Grid با Off-Grid
| ویژگی | On-Grid | Off-Grid |
| اتصال به شبکه برق |
دارد |
معمولاً ندارد |
| نیاز به باتری |
معمولاً ندارد |
معمولاً دارد |
| کارکرد هنگام قطع شبکه |
در سیستم استاندارد متوقف میشود |
در صورت وجود انرژی ذخیرهشده میتواند ادامه دهد |
| کاربرد اصلی |
تولید و استفاده از انرژی خورشیدی در کنار شبکه |
تأمین برق مستقل از شبکه |
| ساختار سیستم |
پنل + اینورتر + شبکه |
پنل + شارژکنترلر/اینورتر + باتری + بار |
جمعبندی اینورتر متصل به شبکه
اینورتر متصل به شبکه خورشیدی بخش اصلی تبدیل انرژی در یک سامانه فتوولتائیک آنگرید است و برق DC تولیدشده توسط پنلها را به برق AC قابل استفاده تبدیل میکند. اینورتر با پایش شرایط شبکه، هماهنگسازی خروجی و استفاده از فناوریهایی مانند MPPT، نقش مهمی در بهرهبرداری ایمن و مؤثر از انرژی خورشیدی دارد.
در انتخاب این تجهیزات باید علاوه بر توان نامی، مشخصات ورودی DC، تعداد MPPT، محدوده ولتاژ، حداکثر جریان، نوع شبکه، درجه حفاظت، امکانات مانیتورینگ و الزامات اتصال به شبکه بررسی شود. انرویا (EnerVia) در حوزه تهیه و فروش تجهیزات انرژی خورشیدی فعالیت میکند و انتخاب تجهیزات مناسب باید متناسب با ظرفیت و شرایط واقعی هر پروژه انجام شود.
سوالات متداول اینورتر متصل به شبکه
اینورتر متصل به شبکه چیست؟
اینورتر متصل به شبکه دستگاهی است که برق DC تولیدشده توسط پنلهای خورشیدی را به برق AC تبدیل کرده و خروجی آن را با شبکه برق هماهنگ میکند.
آیا اینورتر On-Grid به باتری نیاز دارد؟
در سیستم استاندارد متصل به شبکه، باتری معمولاً مورد نیاز نیست و انرژی تولیدشده مستقیماً برای مصرف یا طبق ساختار سیستم برای انتقال به شبکه استفاده میشود.
آیا اینورتر آنگرید در زمان قطعی برق کار میکند؟
اینورترهای آنگرید استاندارد معمولاً هنگام قطع شبکه برای رعایت الزامات ضدجزیرهای از تزریق برق متوقف میشوند. برای تأمین برق در زمان خاموشی باید از سیستم پشتیبان مناسب استفاده شود.
MPPT در اینورتر خورشیدی چه کاربردی دارد؟
MPPT نقطه کاری آرایه خورشیدی را کنترل میکند تا در شرایط متغیر تابش و دما، توان قابل استخراج از پنلها تا حد امکان افزایش یابد.
آیا سایه روی پنلها روی عملکرد اینورتر تأثیر میگذارد؟
بله، سایه جزئی میتواند تولید انرژی را کاهش دهد. طراحی مناسب رشتهها، استفاده صحیح از MPPTها و در برخی سیستمها فناوریهای مدیریت سایه میتواند اثر آن را کاهش دهد.
اینورتر متصل به شبکه تکفاز بهتر است یا سهفاز؟
انتخاب بین تکفاز و سهفاز به نوع شبکه برق، توان مورد نیاز و طراحی پروژه بستگی دارد و نمیتوان یکی را بهصورت عمومی بهتر از دیگری دانست.
آیا میتوان پنلهای بیشتری نسبت به توان AC اینورتر نصب کرد؟
در برخی طراحیها امکان استفاده از ظرفیت DC بالاتر از توان نامی AC اینورتر وجود دارد، اما نسبت مجاز باید بر اساس مشخصات سازنده، محدوده ولتاژ و جریان ورودی و طراحی مهندسی سیستم تعیین شود.
آیا اینورتر متصل به شبکه برای نیروگاه خورشیدی خانگی مناسب است؟
بله، در صورت وجود شبکه برق و رعایت الزامات فنی و مقررات اتصال، اینورترهای آنگرید میتوانند برای سامانههای خورشیدی خانگی استفاده شوند.