المحول: تحويل الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتناوب
المحولات هي مكونات أساسية في أنظمة الطاقة الشمسية، حيث تقوم بتحويل التيار المستمر (DC) القادم من الألواح الشمسية أو البطاريات إلى التيار المتناوب (AC) المتوافق مع الأجهزة المنزلية وشبكة الكهرباء. هذا التحويل ضروري لأن معظم الأجهزة المنزلية والشبكات تعمل على التيار المتناوب.
التيار المستمر مقابل التيار المتناوب: الأساسيات
يتسم التيار المستمر (DC) بجهد ثابت وتدفق مستمر في اتجاه واحد. يُستخدم التيار المستمر عادةً في الإلكترونيات مثل البطاريات وأجهزة الاستشعار والمحركات، حيث يُطلب مصدر طاقة ثابت.
من ناحية أخرى، يتذبذب التيار المتناوب (AC) بمرور الوقت، متبعًا موجة جيبية كما يظهر على الرسم البياني بخط أخضر. في معظم البلدان، يعمل التيار المتناوب بتردد 50 أو 60 هرتز، مما يعني أنه يُكمل 50 أو 60 دورة في الثانية. يُعتبر التيار المتناوب هو المعيار للأجهزة المنزلية والشبكات الكهربائية لأنه يمكن تحويله بسهولة إلى فولتية ومستويات طاقة مختلفة باستخدام المحولات والمحولات العاكسة.
الموجة الجيبية الصافية مقابل الموجة الجيبية المعدلة
عند الحديث عن المحولات، يُعد شكل موجة الخرج عاملًا حاسمًا يجب مراعاته. تنتج المحولات ذات الموجة الجيبية الصافية موجة سلسة ودورية تشبه إلى حد كبير التيار المتناوب الذي توفره الشبكة. هذا النوع من المحولات مثالي للإلكترونيات والأجهزة الحساسة، بما في ذلك الثلاجات وأجهزة التكييف وأجهزة الكمبيوتر. تم تصميم هذه الأجهزة لتعمل مع موجة جيبية صافية لضمان الأداء الأمثل وطول العمر.
يوضح الرسم (ج) موجة جيبية صافية (نظيفة ودقيقة). الموجة الجيبية الصافية هي إشارة تُوصف رياضيًا بدالة الجيب وتتمتع بشكل دوري سلس. يشبه رسمها البياني موجة تتكرر باستمرار بنفس الفترة والسعة والمرحلة.
من ناحية أخرى، تولد المحولات ذات الموجة الجيبية المعدلة موجة غير سلسة وقد تسبب مشاكل مع بعض الأجهزة. على الرغم من أنه يمكن استخدامها مع الأجهزة البسيطة مثل مصابيح LED، وشواحن الهواتف، وأجهزة الطهي الكهربائية، إلا أنها غير موصى بها للأجهزة ذات الأحمال الحثية أو المحركات، حيث قد يؤدي ذلك إلى عمل غير صحيح، وزيادة في الضوضاء، واحتمالية تلف الجهاز بمرور الوقت.
تُظهر الرسوم البيانية (أ) و(ب) موجات جيبية معدلة، والتي تختلف عن الموجة الجيبية الصافية. الموجة الجيبية المعدلة هي نوع من التيار الذي يشبه الموجة الجيبية ولكنه أقل دقة ولديه انتقالات غير متساوية بين الذروات والنقاط الصفرية. يمكن إنتاجها باستخدام مجموعة من الإشارات المستطيلة ذات الترددات والسعات المختلفة.
ما هي معايير الشبكة المحلية والأجهزة المنزلية؟
تم تصميم الشبكات المحلية والأجهزة المنزلية لعقود من الزمن للعمل مع الموجات الجيبية الصافية، لذا من الضروري شراء محول يوفر موجة جيبية صافية.
ماذا يحدث إذا تم توصيل جهاز منزلي بمحول ذو موجة جيبية معدلة؟ معظم الأجهزة ذات الأحمال الحثية والمحركات (مثل سخانات الغاز، الثلاجات، أجهزة التكييف، المضخات، الكمبيوترات) لن تعمل بشكل صحيح وقد تُصدر ضوضاء غير مألوفة، مما يؤدي في النهاية إلى تعطلها.
الأجهزة التي يمكنها العمل على موجة جيبية معدلة تشمل مصابيح LED، وشواحن الهواتف، وأفران الطهي الكهربائية، والتي قد تعمل بشكل جيد مع موجة جيبية معدلة.
تم تصميم معظم الأجهزة المنزلية للعمل مع موجة جيبية صافية، مما يجعل من الضروري اختيار محول يتوافق مع مواصفات الشبكة الكهربائية للمنزل.
أنواع المحولات ذات الموجة الجيبية النقية
نظرًا لأن الأجهزة المنزلية تتطلب عادةً موجة جيبية نقية، سوف نركز فقط على المحولات التي توفر هذه الموجة.
تنقسم المحولات إلى الأنواع التالية:
مزود الطاقة غير المنقطع التفاعلي (UPS) من نوع OFF-line: يتضمن هذا المحول، وأحيانًا مثبت جهد للشبكة (AVR)، وكابل “إدخال” من الشبكة (AC in)، ومخرج “إخراج” لتحميل الحمل (AC out)، وكابلات إدخال البطارية لـ UPS مع بطارية خارجية، وشاحن من الشبكة.
- OFF-line مقابل ON-line UPS: بالإضافة إلى UPS من نوع OFF-line، هناك UPS من نوع ON-line أو UPS ذو التحويل المزدوج. الفرق هو أن UPS من نوع OFF-line ينتقل إلى تشغيل البطارية خلال 20 مللي ثانية عند انقطاع الشبكة، بينما UPS من نوع ON-line ينتقل خلال 0 مللي ثانية، مما يعد أمرًا بالغ الأهمية لبعض المعدات الحساسة.
- UPS بسعة صغيرة: هذه عادةً ما تكون مزودة ببطارية مدمجة ذات سعة كافية لتشغيل الحمل لمدة 5-15 دقيقة، مما يسمح بالوقت الكافي لإيقاف تشغيل الكمبيوتر أو الآلة بشكل صحيح. هذه الأنواع من UPS عادةً ما تحتوي على موجة جيبية معدلة، لذا لن نتناولها بالتفصيل.
محول مستقل من نوع OFF-line (UPS للألواح الشمسية): يتكون هذا من محول، وشاحن من الشبكة، ووحدة تحكم شحن شمسية PWM أو MPPT (مدخل واحد أو أكثر)، ومدخل بطارية، ومدخل شبكة كهربائية AC in (واحد أو أكثر)، ومخرج الحمل AC out (واحد أو أكثر)، وأسطوانات اتصال مختلفة. هناك أيضًا إصدارات ON-line من هذه المحولات، رغم أن التكنولوجيا غالبًا ما تكون شبه ON-line.
محول متصل بالشبكة (online): يتضمن هذا محولًا، ووحدة تحكم شحن شمسية MPPT (مدخل واحد أو أكثر)، ووحدة تزامن مع الشبكة. لا يمكن توصيل بطارية بهذا النوع من المحولات.
التطبيقات:
- توليد الطاقة للبيع إلى الشبكة.
- عند الاتصال بمحدد توليد خاص، يمكن لمعظم الطرز تزويد المستهلكين في المنزل بالطاقة عند الاتصال بالشبكة.
- للشركات ذات التعريفات العالية، يمكن أن يقلل من تكاليف الكهرباء عند الاتصال بمحدد توليد.
- يمكن أن يزيد من الطاقة للاستهلاك الذاتي عندما تكون الطاقة من الشبكة محدودة (يتطلب محدد توليد).
العيوب: العيب الرئيسي في هذا المحول هو أنه يتوقف عن العمل عند انقطاع الشبكة ولا يسمح بتوصيل البطارية.
المحول الصغير (مايكروإنفرتر): هذه فئة فرعية من المحولات المتصلة بالشبكة، ولكنها تتصل بلوحة شمسية واحدة أو اثنتين بدلاً من مصفوفة كبيرة.
محول هجين (متصل بالشبكة + غير متصل): يجمع هذا بين جميع أنواع المحولات الأخرى مع القدرة على توليد الطاقة للشبكة. يتضمن محولًا، ووحدة تحكم شحن شمسية MPPT (مدخل واحد أو أكثر)، ومدخل بطارية، ووحدة تزامن مع الشبكة، ومدخل شبكة كهربائية AC in (واحد أو أكثر)، ومخرج الحمل AC out (واحد أو أكثر)، وأسطوانات اتصال مختلفة.
- مهم: قد يخطئ بعض البائعين في تسمية أي محول يحتوي على مدخل شمسي على أنه محول هجين، لكن هذا ليس دقيقًا.
- التطبيقات:
- توليد الطاقة للبيع إلى الشبكة.
- توفير الطاقة للأسر أو الشركات عن طريق استهلاك الطاقة الشمسية جزئيًا أو كليًا.
- المزايا: يجمع بين جميع أنواع المحولات الأخرى، ويعمل عندما تكون الشبكة متوفرة وعندما لا تكون، وبعض الطرز يمكن أن تعمل بدون بطارية، باستخدام الألواح الشمسية فقط.
- العيوب: العيب الرئيسي هو أن هذه المحولات أكثر تكلفة من الأنواع الأخرى.
في الختام، هناك نوع معين من المحولات مناسب لكل مهمة، أو يمكن استبداله بمحول هجين عالمي بسعر أعلى قليلاً.
الخاتمة
اختيار المحول المناسب لمنزلك أو عملك أمر بالغ الأهمية لضمان كفاءة وطول عمر نظام الطاقة الشمسية الخاص بك. في حين أن المحولات ذات الموجة الجيبية المعدلة قد تكون أرخص، إلا أنها غير مناسبة لجميع التطبيقات. المحولات ذات الموجة الجيبية النقية هي الخيار الأفضل لمعظم الأجهزة المنزلية، خاصة تلك التي تحتوي على محركات أو إلكترونيات حساسة. للحصول على أفضل أداء وموثوقية، ضع في اعتبارك احتياجاتك الخاصة للطاقة ونوع الأجهزة التي تنوي تشغيلها عند اختيار المحول.
