درک صحیح از عملکرد اینورترها و نحوه توزیع بار در نیروگاه‌های خورشیدی، از مباحث بنیادین در طراحی و بهره‌برداری این سیستم‌ها محسوب می‌شود. در بازه توانی ۲۰ تا ۵۰ کیلووات که شامل پروژه‌های تجاری کوچک و صنعتی می‌شود، رویکرد‌های مهندسی متفاوت از سیستم‌های بزرگ‌مقیاس (utility-scale) است. در این مطلب، به بررسی معماری‌های رایج و استراتژی‌های توزیع بار بین اینورترها در نیروگاه‌های خورشیدی با بازه توانی ۲۰ تا ۵۰ کیلووات پرداخته می‌شود.
انتخاب معماری سیستم، سنگ بنای چگونگی توزیع بار است. در این بازه توانی، استفاده از چندین اینورتر رشته‌ای به جای یک اینورتر مرکزی، به یک رویکرد غالب و استاندارد تبدیل شده است. این انتخاب به دلیل مزایای فنی و عملیاتی خاص خود صورت می‌گیرد.
اینورترهای رشته‌ای، که معمولاً در توان‌های ۱۰ تا ۲۵ کیلووات در این نوع پروژه‌ها استفاده می‌شوند، مسئولیت تبدیل ولتاژ DC از یک رشته یا چند رشته پنل را بر عهده دارند. در این معماری، هر اینورتر به طور مستقل عمل می‌کند و توان تولیدی خود را به شبکه تزریق می‌کند. در این معماری، توان خروجی به جای آنکه به یک اینورتر مرکزی هدایت شود، میان چندین اینورتر کوچک‌تر تقسیم می‌شود. اینورترها می‌توانند در نقاط مختلف نیروگاه نصب شوند تا تلفات کابل‌کشی DC به حداقل برسد و هر واحد به صورت بهینه به بخش خاصی از پنل‌ها متصل شود.
اگرچه این معماری بیشتر در نیروگاه‌های با مقیاس مگاوات کاربرد دارد، اما گاهی در پروژه‌های بزرگ‌تر این بازه توانی (مانند ۴۵ تا ۵۰ کیلووات) نیز به کار گرفته می‌شود. در این حالت، یک اینورتر مرکزی بزرگ، توان DC را از چندین رشته پنل دریافت می‌کند. در این معماری، توزیع بار تنها با اتصال تمامی رشته‌ها به یک دستگاه انجام می‌شود، اما این سادگی با ریسک بزرگی همراه است؛ در صورت خرابی اینورتر مرکزی، کل سیستم از مدار خارج می‌شود و تولید متوقف خواهد شد. به همین دلیل، اینورترهای مرکزی به علت انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان پایین‌تر، معمولاً در پروژه‌های ۲۰ تا ۵۰ کیلوواتی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ارتباط با این موضوع، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «مقایسه اینورترهای مرکزی و رشته‌ای؛ راهنمای انتخاب برای نیروگاه‌های خورشیدی» به بررسی تفاوت‌های ساختاری و عملکردی اینورترهای رشته‌ای و مرکزی می‌پردازد و راهنمای مفیدی برای انتخاب مناسب‌ترین گزینه بر اساس مقیاس پروژه و نیاز‌های فنی است.
در نیروگاه‌های خورشیدی ۲۰ تا ۵۰ کیلووات، توزیع بهینه بار بین اینورترها نقش کلیدی در راندمان، پایداری و طول عمر تجهیزات دارد. روش‌های مختلفی از طراحی فیزیکی ساده تا الگوریتم‌های پیشرفته MPPT و هماهنگ‌سازی چند اینورتری وجود دارند. هر یک از این استراتژی‌ها با هدف بهینه‌سازی عملکرد سیستم و حفظ تولید پایدار انرژی طراحی شده‌اند.
در مرحله طراحی نیروگاه‌های خورشیدی با مقیاس متوسط (۲۰ تا ۵۰ کیلووات)، ساده‌ترین روش توزیع بار، تقسیم‌بندی متوازن فیزیکی رشته‌های پنل بین اینورترها است. در این رویکرد، تعداد پنل‌ها و شرایط نصب آنها (مانند زاویه، جهت و میزان تابش) به گونه‌ای تنظیم می‌شود که هر اینورتر، بار کاری یکسان یا بسیار نزدیکی را دریافت کند.
• هدف اصلی: جلوگیری از عدم‌تعادل بار بین اینورترها و تضمین عملکرد یکنواخت.
• مزیت کلیدی: این روش کم‌هزینه‌ترین گزینه محسوب می‌شود، زیرا نیازی به تجهیزات کنترلی پیشرفته یا الگوریتم‌های نرم‌افزاری پیچیده ندارد.
• چالش اصلی: اگر یکی از استرینگ‌های متصل به یک اینورتر تحت تأثیر سایه‌زنی موضعی، آلودگی سطح یا اختلاف دمایی قرار گیرد، افت توان آن استرینگ باعث کاهش راندمان کل آن اینورتر می‌شود. در نتیجه، یک خطا یا اختلال محلی می‌تواند روی کل بار اینورتر اثر منفی بگذارد.
اینورترهای مدرن که در بازه‌ی توانی ۲۰ تا ۵۰ کیلووات استفاده می‌شوند، اغلب مجهز به چندین ورودی DC مستقل هستند. هر یک از این ورودی‌ها دارای الگوریتم اختصاصی MPPT (ردیاب نقطه حداکثر توان) است. این ویژگی به هر رشته پنل خورشیدی اجازه می‌دهد تا به صورت مستقل از رشته‌های دیگر، در نقطه بهینه خود عمل کند و حداکثر توان ممکن را تولید نماید.
• مزیت کلیدی: عدم وابستگی استرینگ‌ها به یکدیگر. اگر یک رشته تحت سایه‌زنی یا آلودگی قرار گیرد، سایر رشته‌ها همچنان می‌توانند در نقطه بهینه خود فعالیت کنند.
• مثال عملی: در یک نیروگاه پشت‌بامی، یک رشته ممکن است در ساعات خاصی از روز تحت سایه‌ی ساختمان مجاور قرار گیرد. وجود MPPT مستقل مانع از افت توان سایر رشته‌ها می‌شود.
• نتیجه: افزایش راندمان عملیاتی نیروگاه در شرایط غیرایده‌آل و بهبود عملکرد در مکان‌هایی با سایه‌زنی متغیر یا ناهمگونی آرایه‌های خورشیدی.
برای اطلاعات بیشتر دراین زمینه، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «بررسی نحوه انتخاب اینورتر مناسب بر اساس توان و تعداد استرینگ‌ها در نیروگاه‌های خورشیدی» به تحلیل معیار‌های فنی و عملیاتی برای انتخاب اینورتر در نیروگاه‌های خورشیدی می‌پردازد و تفاوت‌های عملکردی، محدودیت‌های توان و تاثیر تعداد استرینگ‌ها بر کارایی سیستم را توضیح می‌دهد.
همچنین مقاله «How to Design Solar Panel Strings to Best Match Inverters» در ADN Solar Streetlight اطلاعات مفیدی درباره اصول طراحی استرینگ‌های پنل خورشیدی برای تطابق با اینورترها ارائه می‌دهد.
در نیروگاه‌های خورشیدی متوسط که از چند اینورتر به صورت موازی استفاده می‌کنند، مانند یک نیروگاه ۴۵ کیلوواتی با سه اینورتر ۱۵ کیلوواتی، مدیریت و بالانس بار بین این دستگاه‌ها برای اطمینان از حداکثر راندمان و پایداری، اهمیتی حیاتی دارد. این کار نیازمند استراتژی‌های هوشمندانه در طراحی و عملکرد است.
روش‌های متداول بالانس بار:
تقسیم ظرفیت بر اساس استرینگ‌ها: هر اینورتر تعدادی رشته مشخص را پوشش می‌دهد و بار به صورت ایستا تقسیم می‌شود.
تخصیص پویا بر اساس راندمان لحظه‌ای (Dynamic Load Sharing): بار به گونه‌ای توزیع می‌شود که اینورترها در بازه‌های مختلف زمانی با کارایی بهینه عمل کنند.
• مزیت: جلوگیری از تمرکز بار روی یک اینورتر خاص، کاهش استرس حرارتی و افزایش طول عمر تجهیزات.
• چالش: نیاز به سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل دقیق برای جلوگیری از ایجاد عدم‌تعادل در صورت بروز خطا یا اختلاف عملکرد بین اینورترها.
در این سطح توانی، اینورترها علاوه بر تبدیل ساده توان DC به AC، می‌توانند با پشتیبانی از ولتاژ و مدیریت توان راکتیو، نقشی فعال در پایداری شبکه ایفا کنند. این قابلیت به ویژه در نیروگاه‌های ۲۰ تا ۵۰ کیلوواتی که به شبکه‌های فشار ضعیف یا متوسط متصل می‌شوند، اهمیتی حیاتی دارد.
بسیاری از شبکه‌های توزیع محلی، مخصوصاً در مناطق روستایی یا نیمه صنعتی، در برابر نوسانات ولتاژ آسیب‌پذیر هستند. مدیریت توان راکتیو توسط اینورترها می‌تواند پایداری سیستم را افزایش دهد و حتی به اپراتور شبکه در مدیریت بار کمک کند.
وظایف کلیدی:
• تزریق یا جذب توان راکتیو (Q-Control) برای کنترل ضریب توان و کاهش تلفات.
• تثبیت ولتاژ در نقطه اتصال به ویژه در شرایطی که شبکه دچار نوسانات ولتاژ یا افت ناگهانی توان می‌شود.
• مزیت: افزایش ضریب توان کلی نیروگاه، کاهش تلفات شبکه و بهبود قابلیت اطمینان در اتصال به شبکه.
در نیروگاه‌هایی که چندین اینورتر به صورت موازی فعالیت می‌کنند، هماهنگ‌سازی بین آنها برای توزیع بهینه بار و جلوگیری از بروز مشکلاتی مانند هارمونیک یا ناپایداری در شبکه، کاملاً ضروری است.
روش‌های کلیدی:
Master–Slave Control: یکی از اینورترها به عنوان مرجع اصلی (Master) انتخاب می‌شود و سایر اینورترها (Slave) با آن همگام می‌شوند. این روش ساده و پرکاربرد است و معمولاً برای نیروگاه‌های ۲۰ تا۵۰ کیلووات کفایت می‌کند.
Droop Control: در این روش، هر اینورتر بر اساس مشخصه ولتاژ – توان یا فرکانس – توان، به طور خودکار سهم خود از بار را تنظیم می‌کند. این روش پیشرفته‌تر است و در پروژه‌های حساس‌تر یا شبکه‌هایی با نوسانات بالا استفاده می‌شود.
• مزیت: هماهنگی در تزریق توان، کاهش تداخل هارمونیکی، و توزیع متوازن بار بین اینورترها.
• چالش: نیازمند الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته‌تر و تنظیمات دقیق‌تر نسبت به سایر روش‌ها.
برای آشنایی بیشتر در این زمینه، مقاله «Multi-Inverter Interaction with Advanced Grid Support Functions» در CIGRE US National Committee به بررسی تعاملات دینامیکی بین اینورترهای خورشیدی با قابلیت‌های پیشرفته پشتیبانی از شبکه می‌پردازد.
در نیروگاه‌های خورشیدی با ظرفیت ۲۰ تا ۵۰ کیلووات، توزیع صحیح و بهینه بار بین اینورترها نقش کلیدی در افزایش راندمان و پایداری سیستم ایفا می‌کند. مسیر توزیع بار بین اینورترها از تقسیم‌بندی فیزیکی متوازن آغاز می‌شود و با استفاده از روش‌های MPPT مستقل و بالانس پویا بین اینورترها، راندمان و پایداری سیستم افزایش می‌یابد.
با افزودن مدیریت ولتاژ و توان راکتیو، عملکرد شبکه بهبود می‌یابد و در نهایت، هماهنگ‌سازی پیشرفته چنداینورتری موجب کنترل دقیق و توزیع متوازن بار بین اینورترها در پروژه‌های حساس می‌شود. هر یک از این روش‌ها، دقت و پایداری سیستم را ارتقا می‌دهد و انتخاب آنها باید بر اساس شرایط محیطی، ویژگی‌های شبکه و اهداف اقتصادی پروژه انجام شود.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
