اینورتر به عنوان بخش مرکزی سیستم خورشیدی متصل به شبکه، وظیفه دارد که توان تولیدی را کاملاً مطابق با پارامترهای فنی شبکه برق هماهنگ کند. هرگونه انحراف از محدوده استاندارد ولتاژ و فرکانس (که توسط استانداردهای بینالمللی مانند IEEE 1547 تعریف شده است)، بهطور خودکار مکانیسمهای حفاظتی اینورتر را فعال کرده و منجر به قطع تولید میشود. این توقفهای مکرر، علاوه بر کاهش شدید بهرهوری، میتواند به تجهیزات حساس سیستم آسیب دائمی وارد کند. در ادامه، بررسی میشود که نوسانات شبکه برق چگونه بر عملکرد اینورترها تأثیر میگذارند و چه راهکارهایی برای کاهش اثرات آن بر سیستمهای خورشیدی قابل استفاده است.
ولتاژ شبکه برق باید همیشه در محدودهای استاندارد، مانند حدود ۲۲۰ ولت با تلورانس ±۵% تا ±۱۰%، حفظ شود. نوسانات شدید ولتاژ باعث میشوند که اینورتر برای محافظت از خود، تولید انرژی را متوقف کند که این موضوع یکی از رایجترین دلایل خاموش شدن (Trip) اینورترهای متصل به شبکه هستند و میتوانند به کاهش چشمگیر راندمان سیستم و افت قابل توجه انرژی تحویلی به شبکه منجر میشود.
اهمیت انتخاب محل مناسب برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه برق سراسری برای کاهش اثرات نوسانات برق، در مقاله «اتصال به شبکه نیروگاههای خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، بررسی شده است.
این وضعیت معمولاً به دلیل کاهش ناگهانی مصرف در شبکه محلی، ضعف زیرساخت خطوط توزیع یا افزایش تولید پنلهای خورشیدی در یک منطقه رخ میدهد. در این شرایط، اینورتر برای جلوگیری از آسیب به خود و شبکه به سرعت قطع میشود؛ این خاموشی حفاظتی به کمک سیستم ضدجزیرهای فعال (Anti-Islanding) انجام میشود تا از ادامه تغذیه شبکه توسط سیستم خورشیدی در صورت قطع شبکه جلوگیری شود.
کاهش ولتاژ معمولاً ناشی از افزایش ناگهانی بار شبکه (مصرف بالا) یا خطاهای کوتاهمدت در خطوط توزیع است. اگر ولتاژ به زیر حد مجاز (معمولاً ۱۸۰ تا ۱۹۰ ولت) برسد، اینورتر برای حفظ کیفیت توان، تولید انرژی را متوقف میکند. در این شرایط سیستم خورشیدی عملاً خاموش شده و هیچ انرژیای به شبکه تزریق نمیشود.
در شبکههای سهفاز، توزیع نامتوازن بار میتواند باعث ایجاد عدم تعادل ولتاژ شود. این مشکل منجر به افزایش تلفات و خاموشی اینورتر میشود تا از آسیب به تجهیزات داخلی جلوگیری شود. همچنین تداوم این وضعیت میتواند موجب کاهش طول عمر ماژولها و تجهیزات الکترونیکی سیستم گردد.
فرکانس شبکه برق (معمولاً ۵۰Hz در ایران) نشاندهنده تعادل بین تولید و مصرف در کل شبکه است و باید با دقت بالایی حفظ شود.
این حالت زمانی رخ میدهد که تولید کل شبکه کمتر از مصرف باشد، مانند خروج ناگهانی یک نیروگاه بزرگ از مدار. در این شرایط، اینورتر به عنوان یک واحد تولیدی، موقتاً خاموش میشود تا پایداری شبکه حفظ شود و از فروپاشی آن جلوگیری گردد.
این حالت زمانی اتفاق میافتد که تولید کل شبکه بیشتر از مصرف باشد، مثلاً به دلیل کاهش ناگهانی مصرف. مشابه کاهش فرکانس، اینورتر برای حفظ پایداری شبکه و هماهنگی کامل، فوری قطع میشود.
• اهمیت مکانیسم ضد جزیرهای شدن (Anti-Islanding): اینورترهای متصل به شبکه باید دقیقاً با فرکانس شبکه هماهنگ باشند. در صورت عدم هماهنگی، مکانیسم ضد جزیرهای شدن فعال میشود. این مکانیسم تضمین میکند که سیستم خورشیدی هنگام قطع برق، به صورت مستقل تولید نکند و ایمنی پرسنل تعمیر و نگهداری شبکه حفظ شود. روشهای جلوگیری از پدیده جزیرهای شدن، در مقاله «Anti-Islanding Protection with Grid-Tied PV Inverters» در وبسایت Solectria Solar بررسی شده است.
تمامی اینورترهای متصل به شبکه (On-Grid) باید از استانداردهای سختگیرانهای پیروی کنند، مانند IEC 62116 و IEEE 1547، که پروتکلهای واکنش آنها به نوسانات شبکه را مشخص میکند. این استانداردها تعیین میکنند که اینورتر در مواجهه با نوسانات ولتاژ و فرکانس چگونه و در چه مدت زمانی عمل کند. در این زمینه، متن استاندارد «IEEE 1547-2018» که به بررسی معیارها و الزامات اتصال منابع تولید پراکنده (DER) به شبکه قدرت میپردازد، مرجع اصلی این الزامات است.
زمانی که پارامترهای شبکه (ولتاژ یا فرکانس) از محدوده مجاز خارج شوند، اینورتر باید ظرف چند میلیثانیه خاموش شود (مدت زمان خاموشی یا Trip Time) این واکنش سریع، از آسیب به تجهیزات داخلی اینورتر و شبکه جلوگیری میکند.
پس از بازگشت ولتاژ و فرکانس به محدوده استاندارد و پایدار شدن شبکه برای یک بازه زمانی مشخص (معمولاً ۱ تا ۵ دقیقه)، اینورتر بهطور خودکار دوباره به شبکه متصل میشود (بازیابی خودکار) و تولید انرژی را از سر میگیرد.
در نیروگاههای خورشیدی انشعابی، با ابلاغیه رسمی ساتبا، استفاده از اینورترهای هیبریدی مجاز شده است. در این زمینه، مقاله «استفاده از اینورترهای هیبریدی در نیروگاههای خورشیدی مجاز شد» در وبسایت دکتر سولار، به بررسی این ابلاغیه برای نصب اینورترهای هیبریدی در نیروگاههای خورشیدی برای مشترکین خانگی، صنعتی و تجاری میپردازد.
نوسانات مکرر ولتاژ و فرکانس باعث وقوع خاموشیهای مجدد اینورتر میشوند. این خاموشیها نه تنها در زمان رخداد، بلکه در مدت زمان تأخیر برای اتصال مجدد (Downtime) باعث کاهش تولید انرژی میشوند. در مناطقی که کیفیت شبکه برق پایین است، این تلفات میتواند تا ۱۰% تا ۲۰% از کل تولید سالانه سیستم را شامل شود.
برای کاهش خاموشیهای ناخواسته اینورتر و حفظ پایداری تولید انرژی سیستم خورشیدی، میتوان از راهکارهای فنی زیر بهره برد:
نسلهای جدید اینورترها، مانند اینورترهای تعاملگر شبکه (Grid-Interactive)، به گونهای طراحی شدهاند که توانایی تحمل نوسانات بیشتر در ولتاژ و فرکانس را دارند و احتمال خاموشی ناخواسته (Trip) در آنها کمتر است.این دستگاهها معمولاً مجهز به سیستمهای پایش هوشمند هستند که قبل از وقوع خطا، شرایط را تشخیص داده و عملکرد سیستم را به صورت خودکار تنظیم میکنند.
برای اطلاع از مهمترین استانداردها و الزامات فنی تجهیزات نیروگاه خورشیدی، مقاله «استانداردهایی که تجهیزات نیروگاه خورشیدی حتماً باید داشته باشن!» در وبسایت دکتر سولار، مرجع مناسبی است.
استفاده از تجهیزات جانبی مانند تجهیزات حفاظت در برابر افزایش ولتاژ گذرا (Surge Protection Devices) و در صورت نیاز تثبیتکنندههای ولتاژ میتواند به تصفیه و تثبیت کیفیت برق کمک کرده و اینورتر را در برابر پدیدههای گذرا محافظت کند.این اقدام بهویژه در مناطق با شبکه برق ناپایدار یا دارای تجهیزات صنعتی سنگین، نقش مهمی در جلوگیری از خاموشیهای ناگهانی سیستم دارد.
بهرهگیری از سیستمهای مانیتورینگ که پارامترهای شبکه مانند ولتاژ، فرکانس و هارمونیکها را بهصورت لحظهای ثبت میکنند، به اپراتور یا مالک سیستم اجازه میدهد قبل از وقوع آسیب جدی یا خاموشیهای مکرر، مشکلات کیفیت برق شبکه را شناسایی کرده و اقدامات اصلاحی لازم را انجام دهد.
نوسانات ولتاژ و فرکانس شبکه برق باعث خاموشی حفاظتی (Trip) اینورترهای خورشیدی متصل به شبکه (On-Grid) میشود تا از آسیب به سیستم و شبکه جلوگیری شود.
• علت خاموشی: خروج ولتاژ (مثلاً ±۵%) یا فرکانس (مثلاً بیش از ۰.۲Hz اختلاف با ۵۰Hz) شبکه برق از محدوده مجاز، باعث فعال شدن سیستم ضد جزیرهای اینورتر و قطع تولید میشود. اینورتر در این لحظه بهطور خودکار از شبکه جدا میشود تا از تزریق توان ناایمن جلوگیری کند.
• تأثیر اصلی: خاموشیهای مکرر و زمان تأخیر اتصال مجدد، ۱۰ تا ۲۰ درصد از تولید سالانه انرژی سیستم را کاهش میدهد. این مسئله به معنای از دست رفتن بخشی از درآمد و بازگشت سرمایه پروژه است.
• دلایل نوسان:
۱- ولتاژ: ضعف زیرساخت، تولید زیاد خورشیدی (افزایش ولتاژ)، یا مصرف بالا (کاهش ولتاژ)، همگی از عوامل اصلی نوسانات ولتاژ هستند و این وضعیت بهویژه در مناطق روستایی رایج است.
۲- فرکانس: نوسان فرکانس معمولاً ناشی از عدم تعادل بین تولید و مصرف در کل شبکه است، زیرا شبکه برق باید در هر لحظه توازن دقیقی میان این دو حفظ کند.
• راهکار کلیدی: استفاده از اینورترهای تعاملگر شبکه با محدوده ولتاژ گستردهتر، نصب محافظهای ولتاژ (SPDs) و پایش لحظهای کیفیت برق. اجرای ترکیبی این راهکارها میتواند تا حد زیادی از خاموشیهای ناخواسته جلوگیری کند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی