اینورتر متصل به شبکه خورشیدی On-Grid؛ تبدیل برق پنل خورشیدی به برق AC مدل Grid-Tied
معرفی اینورتر متصل به شبکه خورشیدی
اینورتر متصل به شبکه یا On-Grid Inverter یکی از اصلیترین تجهیزات در سیستمهای فتوولتائیک متصل به شبکه است که برق جریان مستقیم DC تولیدشده توسط پنلهای خورشیدی را به برق جریان متناوب AC تبدیل میکند. برق خروجی اینورتر پس از تبدیل باید از نظر ولتاژ، فرکانس و فاز با شبکه برق هماهنگ شود تا امکان استفاده از انرژی تولیدشده و در صورت مجاز بودن، تزریق توان مازاد به شبکه فراهم شود.
در یک سیستم خورشیدی متصل به شبکه، پنلهای فتوولتائیک منبع تولید انرژی هستند و اینورتر نقش رابط الکترونیکی میان آرایه خورشیدی و شبکه برق را بر عهده دارد. منابع فنی معتبر از جمله وزارت انرژی ایالات متحده نیز اینورتر را تجهیزی برای تبدیل برق DC حاصل از پنلهای خورشیدی به برق AC مورد استفاده در شبکه معرفی میکنند.
اینورتر On-Grid چگونه کار میکند؟
پنلهای خورشیدی در اثر تابش نور خورشید برق DC تولید میکنند. این برق از طریق کابلهای DC وارد ورودی اینورتر میشود. اینورتر با استفاده از مدارهای الکترونیک قدرت، انرژی DC را به AC تبدیل کرده و خروجی را با شرایط شبکه هماهنگ میکند. در مدلهای مجهز به MPPT، نقطه کاری پنلها نیز بهصورت پیوسته مدیریت میشود تا توان قابل استخراج از آرایه خورشیدی افزایش یابد.
- تابش خورشید توسط سلولهای فتوولتائیک دریافت میشود.
- پنلهای خورشیدی انرژی تابشی را به برق DC تبدیل میکنند.
- برق DC از رشتههای خورشیدی به ورودی اینورتر منتقل میشود.
- مدار MPPT در مدلهای مجهز، نقطه کاری مناسب پنلها را شناسایی و دنبال میکند.
- مدار الکترونیک قدرت، برق DC را به برق AC تبدیل میکند.
- اینورتر مشخصات شبکه مانند ولتاژ و فرکانس را پایش میکند.
- در صورت قرار داشتن شرایط شبکه در محدوده مجاز، خروجی اینورتر با شبکه همگام میشود.
- برق تولیدی میتواند برای تأمین مصرف داخلی استفاده شود و در صورت وجود شرایط و مجوز لازم، انرژی مازاد به شبکه منتقل شود.
مهمترین ویژگیهای اینورتر متصل به شبکه
- تبدیل برق DC پنلهای خورشیدی به برق AC
- قابلیت همگامسازی خروجی با شبکه برق
- استفاده از MPPT در بسیاری از مدلهای جدید
- پایش ولتاژ و فرکانس شبکه
- حفاظت در برابر شرایط غیرعادی شبکه
- مجهز بودن برخی مدلها به چند ورودی MPPT
- قابلیت مانیتورینگ و ثبت اطلاعات عملکرد در مدلهای دارای سیستم ارتباطی
- مناسب برای سیستمهای خورشیدی خانگی، تجاری و صنعتی
- عدم نیاز معمول به باتری در سیستم استاندارد On-Grid
مزایای استفاده از اینورتر متصل به شبکه
- کاهش وابستگی مصرفکننده به برق شبکه در ساعات تولید خورشیدی
- استفاده مستقیم از انرژی تولیدشده توسط پنلها
- عدم نیاز معمول به بانک باتری در سیستم آنگرید استاندارد
- امکان استفاده در نیروگاههای خورشیدی پشتبامی
- امکان طراحی برای پروژههای کوچک، متوسط و بزرگ
- بهرهگیری از MPPT برای استخراج توان مناسب از پنلها در مدلهای مجهز
- امکان پایش تولید و وضعیت دستگاه در مدلهای دارای ارتباطات و مانیتورینگ
- قابلیت استفاده از اینورترهای تکفاز یا سهفاز متناسب با ساختار شبکه
نقش MPPT در اینورتر On-Grid
MPPT مخفف Maximum Power Point Tracking و به معنی ردیابی نقطه بیشینه توان است. توان تولیدی پنل خورشیدی در طول روز ثابت نیست و عواملی مانند شدت تابش، دمای سلول، زاویه تابش و سایه میتوانند ولتاژ و جریان پنل را تغییر دهند. MPPT با تنظیم نقطه کاری آرایه کمک میکند توان قابل دریافت از پنلها در شرایط مختلف تا حد امکان مناسب باقی بماند.
تعداد MPPTهای مستقل نیز در طراحی نیروگاه اهمیت دارد. اگر پنلها در جهتها، زاویهها یا شرایط سایه متفاوت نصب شوند، استفاده از چند MPPT مستقل میتواند انعطاف بیشتری در طراحی رشتههای خورشیدی ایجاد کند.
تفاوت اینورتر متصل به شبکه با اینورتر مستقل از شبکه
| ویژگی | اینورتر متصل به شبکه | اینورتر مستقل از شبکه |
| اتصال به شبکه برق |
برای اتصال به شبکه طراحی شده است |
معمولاً مستقل از شبکه کار میکند |
| باتری |
در سیستم استاندارد معمولاً ضروری نیست |
معمولاً برای ذخیره انرژی مورد نیاز است |
| همگامسازی با شبکه |
دارد |
برای کار مستقل، شبکه خارجی مبنا نیست |
| عملکرد هنگام قطع شبکه |
در مدل استاندارد معمولاً متوقف میشود |
در صورت وجود انرژی ذخیرهشده میتواند به تأمین بار ادامه دهد |
| کاربرد اصلی |
نیروگاههای خورشیدی متصل به شبکه |
سیستمهای برق مستقل و خارج از شبکه |
آیا اینورتر متصل به شبکه به باتری نیاز دارد؟
در یک سیستم On-Grid استاندارد معمولاً برای عملکرد عادی نیازی به باتری وجود ندارد. پنلها در زمان تابش برق تولید میکنند و اینورتر آن را به AC تبدیل میکند. انرژی تولیدشده میتواند برای مصرفکننده استفاده شود و در صورت وجود تولید بیشتر از مصرف، نحوه انتقال انرژی مازاد به شبکه تابع طراحی سیستم، کنتور و مقررات محل نصب است.
اگر هدف پروژه ذخیره انرژی برای استفاده در ساعات بدون تابش یا تأمین برق هنگام قطعی شبکه باشد، باید از ساختار مناسب ذخیره انرژی و اینورتر دارای قابلیت باتری یا پشتیبان استفاده شود. بنابراین قابلیت اتصال باتری را نباید به همه اینورترهای On-Grid نسبت داد.
عملکرد اینورتر On-Grid هنگام قطع برق
یکی از نکات مهم در سیستمهای متصل به شبکه، حفاظت ضدجزیرهای یا Anti-Islanding است. اینورترهای متصل به شبکه استاندارد شرایط شبکه را کنترل میکنند و در صورت تشخیص وضعیت غیرعادی مانند قطع شبکه یا خروج ولتاژ و فرکانس از محدوده مجاز، تزریق برق به شبکه را متوقف میکنند.
این قابلیت برای جلوگیری از ایجاد یک شبکه ناخواسته در زمان قطع برق و افزایش ایمنی کارکنان شبکه اهمیت دارد. بنابراین وجود پنل خورشیدی و تابش مناسب به این معنی نیست که یک سیستم On-Grid معمولی در زمان خاموشی شبکه همچنان برق AC مستقل تولید خواهد کرد.
تفاوت On-Grid و Hybrid
| پارامتر | On-Grid | Hybrid |
| اتصال به شبکه |
دارد |
دارد |
| باتری |
معمولاً ندارد |
قابلیت پشتیبانی از باتری در مدلهای سازگار |
| ذخیره انرژی |
هدف اصلی سیستم نیست |
یکی از قابلیتهای اصلی سیستم |
| برق پشتیبان |
در مدل استاندارد ندارد |
در مدلهای دارای Backup قابل ارائه است |
| مدیریت انرژی |
تمرکز بر تولید و تبادل انرژی با شبکه |
مدیریت پنل، شبکه، باتری و بار |
انواع اینورتر متصل به شبکه
اینورتر رشتهای یا String Inverter
در این ساختار چند پنل بهصورت سری در قالب یک رشته به ورودی اینورتر متصل میشوند. این روش یکی از رایجترین معماریها برای سیستمهای خورشیدی خانگی، تجاری و صنعتی است.
اینورتر مرکزی یا Central Inverter
اینورتر مرکزی برای نیروگاههای بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد و میتواند توان تعداد زیادی از رشتههای خورشیدی را مدیریت کند. انتخاب این ساختار به ظرفیت نیروگاه و طراحی پروژه بستگی دارد.
میکرواینورتر
میکرواینورترها در مقیاس ماژول یا تعداد محدودی پنل نصب میشوند. این ساختار میتواند در پروژههایی که پنلها جهتها یا شرایط سایه متفاوتی دارند، انعطاف بیشتری ایجاد کند.
انتخاب ظرفیت مناسب اینورتر متصل به شبکه
انتخاب توان اینورتر باید بر اساس طراحی کامل سیستم انجام شود و صرفاً برابر قرار دادن توان پنلها با توان اینورتر روش مناسبی برای همه پروژهها نیست. نسبت ظرفیت DC آرایه خورشیدی به ظرفیت AC اینورتر، شرایط تابش، دمای محیط، جهت نصب پنلها، محدودیتهای ورودی اینورتر و الزامات شبکه باید بررسی شوند.
| مشخصه | اهمیت |
| توان نامی AC |
ظرفیت خروجی اینورتر را مشخص میکند. |
| حداکثر ولتاژ DC |
تعداد پنلهای قابل اتصال در هر رشته را محدود میکند. |
| محدوده MPPT |
برای تعیین تعداد مناسب پنلهای سری در هر رشته اهمیت دارد. |
| حداکثر جریان ورودی |
باید با جریان رشتهها و مشخصات پنلها سازگار باشد. |
| تعداد MPPT |
در طراحی آرایههای دارای جهت یا زاویه متفاوت اهمیت دارد. |
| نوع شبکه |
تکفاز یا سهفاز بودن خروجی باید با شبکه پروژه مطابقت داشته باشد. |
| راندمان |
بر میزان تلفات تبدیل DC به AC تأثیر دارد. |
| درجه حفاظت |
برای انتخاب محل نصب و مقاومت دستگاه در برابر شرایط محیطی اهمیت دارد. |
| سیستم مانیتورینگ |
برای مشاهده تولید انرژی، خطاها و وضعیت عملکرد کاربرد دارد. |
کاربردهای اینورتر متصل به شبکه
- نیروگاه خورشیدی خانگی
- سیستمهای خورشیدی پشتبامی
- ساختمانهای اداری و تجاری
- کارگاهها و واحدهای صنعتی
- نیروگاههای خورشیدی کشاورزی
- نیروگاههای خورشیدی مقیاس متوسط و بزرگ
- سیستمهای کاهش مصرف برق شبکه
- پروژههای تولید برق خورشیدی برای تزریق به شبکه
نکات مهم نصب اینورتر متصل به شبکه
- ولتاژ مدار باز رشتههای خورشیدی نباید از حداکثر ولتاژ DC مجاز اینورتر بیشتر شود.
- حداکثر جریان مجاز هر ورودی MPPT باید رعایت شود.
- محدوده ولتاژ MPPT باید با تعداد پنلهای سری در هر رشته سازگار باشد.
- اینورتر باید در محیطی با شرایط دمایی مناسب نصب شود.
- فضای کافی برای تهویه و دفع حرارت دستگاه در نظر گرفته شود.
- کابلهای DC و AC باید متناسب با جریان و طول مسیر انتخاب شوند.
- تجهیزات حفاظتی DC و AC باید مطابق طراحی سیستم انتخاب شوند.
- اتصال زمین و همبندی باید طبق الزامات فنی انجام شود.
- تنظیمات مربوط به شبکه باید مطابق استانداردها و الزامات شرکت برق محل انجام شود.
- راهاندازی و تست نهایی باید توسط نیروی متخصص انجام شود.
مزیت استفاده از MPPTهای متعدد
در پروژههایی که همه پنلها شرایط یکسانی ندارند، استفاده از چند MPPT میتواند مزیت مهمی داشته باشد. برای مثال اگر بخشی از پنلها رو به شرق و بخش دیگر رو به غرب نصب شوند، یا قسمتی از آرایه در ساعات مشخصی تحت تأثیر سایه قرار گیرد، مدیریت مستقلتر رشتهها میتواند به طراحی مناسبتر سیستم کمک کند.
مانیتورینگ در اینورترهای خورشیدی
بسیاری از اینورترهای جدید امکان مشاهده اطلاعات عملکرد را از طریق نمایشگر، ارتباطات سیمی یا سامانههای مانیتورینگ فراهم میکنند. بسته به مدل، اطلاعاتی مانند توان لحظهای، انرژی تولیدشده، ولتاژ و جریان ورودی، وضعیت شبکه و کدهای خطا قابل مشاهده است. وجود مانیتورینگ مناسب میتواند شناسایی افت تولید یا خطاهای سیستم را سادهتر کند.
راندمان اینورتر متصل به شبکه
در فرآیند تبدیل DC به AC مقداری انرژی بهصورت تلفات الکتریکی و حرارتی از بین میرود. به همین دلیل راندمان یکی از پارامترهای مهم هنگام مقایسه اینورترها است. البته راندمان واقعی سیستم تنها به عدد راندمان اعلامشده برای اینورتر محدود نمیشود و شرایط بار، دما، ولتاژ ورودی و طراحی کل نیروگاه نیز بر عملکرد واقعی تأثیر دارند.
جمعبندی
اینورتر متصل به شبکه خورشیدی تجهیزی کلیدی برای تبدیل برق DC پنلها به AC و انتقال کنترلشده انرژی به مصرفکننده و شبکه برق است. این دستگاه با امکاناتی مانند MPPT، پایش شبکه، حفاظت ضدجزیرهای و در مدلهای پیشرفته قابلیتهای مدیریتی و ارتباطی متنوعی ارائه میدهد.
برای انتخاب یک اینورتر On-Grid مناسب باید توان پنلها، ولتاژ و جریان آرایه، محدوده MPPT، تعداد ورودیهای MPPT، نوع شبکه، شرایط محیطی و الزامات اتصال به شبکه بهصورت همزمان بررسی شوند. انرویا (EnerVia) در حوزه تهیه و فروش تجهیزات انرژی خورشیدی فعالیت میکند و انتخاب تجهیزات مناسب باید بر اساس مشخصات فنی واقعی 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 خود را با شبکه برق هماهنگ میکند.
آیا اینورتر On-Grid مستقیماً به پنل خورشیدی متصل میشود؟
بله. پنلها یا رشتههای خورشیدی به ورودی DC اینورتر متصل میشوند و اینورتر برق DC تولیدشده را به برق AC تبدیل میکند.
آیا اینورتر متصل به شبکه به باتری نیاز دارد؟
در سیستم استاندارد On-Grid معمولاً نیازی به باتری وجود ندارد. اگر ذخیره انرژی یا برق پشتیبان مورد نیاز باشد، باید از سیستم سازگار با باتری یا اینورتر هیبریدی مناسب استفاده شود.
آیا اینورتر On-Grid هنگام قطع برق کار میکند؟
خیر، اینورترهای متصل به شبکه استاندارد در زمان تشخیص قطع یا شرایط غیرعادی شبکه معمولاً تزریق انرژی را متوقف میکنند. این عملکرد برای رعایت الزامات ایمنی و جلوگیری از جزیرهای شدن شبکه ضروری است.
MPPT در اینورتر متصل به شبکه چه کاربردی دارد؟
MPPT نقطه بیشینه توان آرایه خورشیدی را دنبال میکند و با تنظیم نقطه کاری پنلها به دریافت توان مناسب از آنها در شرایط مختلف تابش و دما کمک میکند.
آیا میتوان برق تولیدشده توسط اینورتر را به شبکه تزریق کرد؟
در سیستمهای طراحیشده برای اتصال به شبکه، امکان انتقال انرژی به شبکه وجود دارد؛ اما نحوه و شرایط تزریق برق تابع نوع اینورتر، طراحی سیستم، کنتور و مقررات شرکت برق و استانداردهای محل نصب است.
برای انتخاب اینورتر On-Grid چه مشخصاتی مهم است؟
توان نامی AC، حداکثر ولتاژ DC، محدوده MPPT، حداکثر جریان ورودی، تعداد MPPT، نوع شبکه، راندمان، درجه حفاظت و قابلیتهای مانیتورینگ از مهمترین مشخصات هستند.
تفاوت اینورتر متصل به شبکه و مستقل از شبکه چیست؟
اینورتر On-Grid برای کار هماهنگ با شبکه برق طراحی شده است، در حالی که اینورتر Off-Grid برای تأمین برق مستقل و معمولاً همراه با باتری مورد استفاده قرار میگیرد.