اینورتر: تبدیل برق DC به AC
اینورترها اجزای اساسی در سیستم‌های انرژی خورشیدی هستند که جریان مستقیم (DC) را از پنل‌های خورشیدی یا باتری‌ها به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کنند که با وسایل خانگی و شبکه برق سازگار است. این تبدیل حیاتی است زیرا بیشتر وسایل خانگی و شبکه‌ها بر روی برق AC کار می‌کنند.
DC در مقابل AC: اصول اولیه
جریان مستقیم (DC) با ولتاژ و جریان ثابت که در یک جهت واحد جریان دارد مشخص می‌شود. برق DC به‌طور معمول در الکترونیک‌هایی مانند باتری‌ها، حسگرها و موتورها استفاده می‌شود، جایی که یک منبع تغذیه پایدار لازم است.
از طرف دیگر، جریان متناوب (AC) در طول زمان نوسان می‌کند و یک موج سینوسی را دنبال می‌کند که با یک خط سبز در یک نمودار نمایش داده می‌شود. در بیشتر کشورها، برق AC با فرکانس 50 یا 60 هرتز کار می‌کند، به این معنی که 50 یا 60 چرخه در ثانیه کامل می‌سازد. برق AC استاندارد برای وسایل خانگی و شبکه‌های برق است زیرا به راحتی می‌توان آن را با استفاده از ترانسفورماتورها و اینورترها به ولتاژها و سطوح قدرت مختلف تبدیل کرد.
موج سینوسی خالص در مقابل موج سینوسی اصلاح‌شده
وقتی صحبت از اینورترها می‌شود، شکل موج خروجی عامل مهمی برای در نظر گرفتن است. اینورترهای موج سینوسی خالص یک موج دوره‌ای صاف تولید می‌کنند که به شدت شبیه به برق AC عرضه شده توسط شبکه است. این نوع اینورتر برای الکترونیک و وسایل حساس، شامل یخچال‌ها، تهویه‌های مطبوع و کامپیوترها ایده‌آل است. این دستگاه‌ها برای کار با موج سینوسی خالص طراحی شده‌اند تا اطمینان حاصل کنند که عملکرد و طول عمر بهینه‌ای دارند.
نمودار c) یک موج سینوسی خالص (تمیز و دقیق) را نشان می‌دهد. یک موج سینوسی خالص یک سیگنال است که به‌طور ریاضی با تابع سینوس توصیف می‌شود و شکل دوره‌ای صاف دارد. نمودار آن شبیه به موجی است که به‌طور مداوم با همان دوره، دامنه و فاز تکرار می‌شود.
اینورترهای موج سینوسی اصلاح‌شده، اما، موجی تولید می‌کنند که به آن اندازه صاف نیست و می‌تواند با برخی از وسایل مشکلاتی ایجاد کند. در حالی که می‌توان از آنها با دستگاه‌های ساده‌تری مانند چراغ‌های LED، شارژرهای تلفن و اجاق‌های برقی استفاده کرد، اما برای تجهیزات با بارهای القایی یا موتورها توصیه نمی‌شود، زیرا این می‌تواند منجر به عملکرد نادرست، افزایش سر و صدا و احتمال آسیب در طول زمان گردد.
نمودارهای a) و b) موج‌های سینوسی اصلاح‌شده را نشان می‌دهند، که انحرافات متفاوتی نسبت به یک موج سینوسی خالص دارند. یک موج سینوسی اصلاح‌شده نوعی جریان است که شباهت به موج سینوسی دارد اما دقت کمتری دارد و انتقالات نامنظم بین قله‌ها و صفرها را نشان می‌دهد. این می‌تواند با استفاده از یک مجموعه‌ای از سیگنال‌های مستطیلی که از فرکانس‌ها و دامنه‌های مختلف تشکیل شده‌اند، تولید شود.
پارامترهای شبکه محلی و وسایل خانگی چیست؟
شبکه‌های محلی و وسایل خانگی به‌مدت دهه‌ها طراحی شده‌اند تا با موج‌های سینوسی خالص کار کنند، بنابراین خرید اینورتر که موج سینوسی خالص ارائه می‌دهد بسیار مهم است.
چه اتفاقی می‌افتد اگر یک وسیله خانگی به یک اینورتر با موج سینوسی اصلاح‌شده متصل شود؟ بیشتر وسایل با بارهای القایی و موتورها (بوilerهای گازی، یخچال‌ها، تهویه‌های مطبوع، پمپ‌ها، کامپیوترها) به درستی کار نخواهند کرد و ممکن است صداهای غیرعادی تولید کنند که در نهایت منجر به خرابی می‌شود.
دستگاه‌هایی که می‌توانند با موج سینوسی اصلاح‌شده کار کنند شامل لامپ‌های LED، شارژرهای تلفن، و اجاق‌های برقی هستند که ممکن است با موج سینوسی اصلاح‌شده به خوبی کار کنند.
بیشتر وسایل خانگی برای کار با موج سینوسی خالص طراحی شده‌اند، که انتخاب اینورتر با مشخصات شبکه برق خانه شما را بسیار مهم می‌کند.
انواع اینورترها با موج سینوسی خالص
با توجه به اینکه وسایل خانگی معمولاً به موج سینوسی خالص نیاز دارند، ما فقط بر روی اینورترهایی که این نوع موج را فراهم می‌کنند تمرکز خواهیم کرد.
اینورترها به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) غیرفعال تعاملی: این شامل یک اینورتر، گاهی اوقات یک پایدارکننده ولتاژ برای شبکه (AVR)، یک کابل “ورودی” از شبکه (AC in)، یک پریز “خروجی” برای بار (AC out)، کابل‌های ورودی باتری برای UPS با باتری خارجی، و یک شارژر از شبکه است.
- UPS غیرفعال در مقابل UPS آنلاین: علاوه بر UPS غیرفعال، UPS آنلاین یا UPS دوگانه نیز وجود دارد. تفاوت این است که UPS غیرفعال در 20 میلی‌ثانیه به کارکرد باتری تغییر حالت می‌دهد زمانی که شبکه قطع می‌شود، در حالی که UPS آنلاین در 0 میلی‌ثانیه تغییر حالت می‌دهد، که برای برخی تجهیزات حساس بسیار حیاتی است.
- UPS با ظرفیت کوچک: اینها معمولاً با یک باتری داخلی که ظرفیت کافی برای تأمین بار برای 5-15 دقیقه دارد، مجهز هستند که اجازه می‌دهد زمان کافی برای خاموش کردن صحیح یک کامپیوتر، ماشین یا مشابه داشته باشند. این نوع UPS معمولاً موج سینوسی اصلاح‌شده دارد، بنابراین ما در مورد آنها به‌طور جزئی نخواهیم پرداخت.
اینورتر خورشیدی غیرفعال مستقل (UPS برای پنل‌های خورشیدی): این شامل یک اینورتر، یک شارژر از شبکه، یک کنترل‌کننده شارژ خورشیدی PWM یا MPPT (یک یا چند ورودی)، ورودی باتری، ورودی AC از شبکه (یک یا چند)، خروجی بار AC (یک یا چند)، و پورت‌های ارتباطی مختلف است. همچنین نسخه‌های آنلاینی از چنین اینورترهایی وجود دارد، اگرچه فناوری آنها معمولاً شبه‌آنلاین است.
اینورتر شبکه‌متصل (آنلاین): این شامل یک اینورتر، یک کنترل‌کننده خورشیدی MPPT (یک یا چند)، و یک واحد هم‌زمانی با شبکه است. باتری نمی‌تواند به این نوع اینورتر متصل شود.
کاربردها:
- تولید انرژی برای فروش به شبکه.
- وقتی به محدودکننده تولید خاصی متصل شود، بیشتر مدل‌ها می‌توانند مصرف‌کنندگان خانگی را در هنگامی که شبکه متصل است تغذیه کنند.
- برای شرکت‌هایی با تعرفه‌های بالا، کاهش هزینه‌های برق در هنگام اتصال به محدودکننده تولید.
- می‌تواند انرژی را برای مصرف خودی افزایش دهد زمانی که برق شبکه محدود است (نیاز به محدودکننده تولید دارد).
معایب: بزرگ‌ترین عیب این اینورتر این است که در صورت قطع شبکه کار نمی‌کند و اجازه اتصال به باتری را نمی‌دهد.
میکرواینورترها: اینها یک زیرمجموعه از اینورترهای شبکه‌متصل هستند، اما به یک یا دو پنل خورشیدی متصل می‌شوند به جای یک آرایه بزرگ.
اینورتر هیبریدی (شبکه‌متصل + غیرفعال): این ترکیب تمامی انواع دیگر اینورترها را با قابلیت تولید برق برای شبکه شامل می‌شود. این شامل یک اینورتر، یک کنترل‌کننده خورشیدی MPPT (یک یا چند)، ورودی باتری، یک واحد هم‌زمانی با شبکه، ورودی AC از شبکه (یک یا چند)، خروجی بار AC (یک یا چند)، و پورت‌های ارتباطی مختلف است.
- مهم: برخی از فروشندگاه ممکن است به نادرستی هر اینورتر با ورودی خورشیدی را به عنوان اینورتر هیبریدی نام‌گذاری کنند، اما این دقیق نیست.
- کاربردها:
- تولید انرژی برای فروش به شبکه.
- ذخیره انرژی برای خانوارها یا شرکت‌ها با مصرف جزئی یا کامل انرژی خورشیدی.
- مزایا: ترکیب همه انواع دیگر اینورترها، کار می‌کند وقتی که شبکه در دسترس باشد و وقتی که نیست، و برخی از مدل‌ها می‌توانند بدون باتری کار کنند و فقط از پنل‌های خورشیدی استفاده کنند.
- معایب: بزرگ‌ترین عیب این است که این اینورترها معمولاً نسبت به دیگر انواع گران‌تر هستند.
در نتیجه، هر نوع اینورتر خاص برای هر وظیفه مناسب است، یا می‌توان یک اینورتر هیبریدی جهانی را با قیمتی کمی بالاتر جایگزین هر نوع اینورتر کرد.
نتیجه‌گیری
انتخاب اینورتر مناسب برای خانه یا کسب‌وکار شما برای اطمینان از کارایی و طول عمر سیستم انرژی خورشیدی شما حائز اهمیت است. در حالی که اینورترهای موج سینوسی اصلاح‌شده ممکن است ارزان‌تر باشند، اما برای تمام کاربردها مناسب نیستند. اینورترهای موج سینوسی خالص انتخاب بهتری برای بیشتر وسایل خانگی، به‌خصوص آن‌هایی که موتورها یا الکترونیک حساس دارند، هستند. برای به‌دست آوردن بهترین عملکرد و قابلیت اطمینان، در هنگام انتخاب اینورتر، نیازهای خاص انرژی و نوع دستگاه‌هایی که قصد دارید تغذیه کنید را در نظر بگیرید.
