راهنمای انتخاب اینورتر مناسب نیروگاه خورشیدی

سهم انرژی خورشیدی در جهان

بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی در سال ۲۰۲۴، حدود ۳۲.۱ درصد برق جهان از منابع تجدیدپذیر تأمین می‌شود که ۶.۸ درصد آن متعلق به انرژی خورشیدی است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد سهم فتوولتائیک تا سال ۲۰۳۰ به حدود ۱۶ درصد خواهد رسید. این رشد سریع، نیاز به توسعه تجهیزات پیشرفته و استاندارد را دوچندان می‌کند.

توپولوژی‌های اصلی اینورتر در نیروگاه‌های خورشیدی

در سامانه‌های فتوولتائیک سه ساختار اصلی برای اینورترها وجود دارد:

۱. اینورترهای متمرکز (Central)

در این نوع سامانه، پنل‌ها به‌صورت سری به یک اینورتر بزرگ متصل می‌شوند.
ویژگی‌ها:

• مناسب برای نیروگاه‌های مقیاس‌ بزرگ

• هزینه پایین‌تر در مقایسه با ساختارهای توزیع‌شده
  محدودیت‌ها:

• تلفات ناشی از MPPT متمرکز

• افت راندمان در صورت عدم تطابق ماژول‌ها

• ایجاد نقاط داغ در سایه‌زنی جزئی
  نمونه‌های صنعتی:
  SMA حدود ۴.۶ مگاوات، Sungrow حدود ۴.۴ مگاوات.

۲. اینورترهای رشته‌ای و چندرشته‌ای (String و Multi-String)

در این ساختار، هر رشته پنل به یک اینورتر متصل می‌شود و MPPT مستقل دارد.
مزایا:

• راندمان بیشتر

• حذف تلفات ناشی از دیودهای رشته‌ای

• امکان طراحی انعطاف‌پذیر نیروگاه
  اینورترهای رشته‌ای امروز پرکاربردترین مدل در نیروگاه‌های خورشیدی جهان هستند.

۳. اینورترهای ماژولار یا میکرواینورترها (Module-Integrated)

در این ساختار، برای هر پنل یک اینورتر کوچک نصب می‌شود.
ویژگی‌ها:

• MPPT مستقل برای هر ماژول

• کاهش کامل تلفات ناشی از عدم تطابق

• مناسب برای پشت‌بام‌ها و سیستم‌های کوچک
  نمونه صنعتی: Enphase.

انواع اتصال اینورترها به شبکه

اینورترهای خورشیدی از نظر نحوه اتصال به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1. متصل به شبکه (On-Grid)
   مناسب برای نیروگاه‌های متصل به شبکه سراسری و پروژه‌های تجاری.

2. مستقل از شبکه (Off-Grid)
   همراه با باتری و بدون نیاز به شبکه، مناسب برای مناطق دورافتاده.

3. هیبرید
   ترکیبی از حالت متصل و مستقل با قابلیت ذخیره‌سازی انرژی.

پارامترهای کلیدی اینورترهای خورشیدی

۱. پارامترهای ورودی DC

• حداکثر توان ورودی

• ولتاژ نامی و حداکثر ولتاژ ورودی

• محدوده ولتاژ کاری

• تعداد MPPTهای مستقل

• جریان ورودی هر رشته

۲. پارامترهای خروجی AC

• توان نامی AC

• راندمان کلی و راندمان اروپایی

• THD

• محدوده ولتاژ نامی

• محدوده فرکانس کاری

• قابلیت کنترل توان راکتیو

• حفاظت ضدجزیره‌ای

این پارامترها مهم‌ترین معیارهای انتخاب اینورتر در طراحی نیروگاه هستند.

مهم‌ترین تحولات فناوری اینورترهای خورشیدی

افزایش ولتاژ لینک DC به ۱۵۰۰ ولت

روند جهانی به سمت افزایش ولتاژ لینک DC حرکت کرده تا:

• جریان کاهش یابد

• تلفات کابل‌کشی کمتر شود

• ابعاد تجهیزات کوچک‌تر شود

• هزینه پروژه کاهش یابد

برخی شرکت‌ها حتی از ولتاژهای بالاتر (نزدیک ۲۰۰۰ ولت) نیز استفاده کرده‌اند.

استفاده از نیمه‌هادی‌های Wide Bandgap (SiC و GaN)

پیشرفت نیمه‌هادی‌های سیلیکون‌کارباید و گالیوم‌نیترید باعث:

• کاهش شدید تلفات سوئیچینگ

• افزایش راندمان

• افزایش چگالی توان

• کاهش اندازه و وزن اینورتر

• تحمل دمایی بالاتر (تا حدود ۵۰۰ درجه) شده است.
  سهم این فناوری‌ها از ۸ درصد در ۲۰۲۲ به ۲۸ درصد در ۲۰۲۸ خواهد رسید.

قابلیت LVRT و FRT

اینورترهای مدرن باید در زمان افت ولتاژ شبکه، به‌جای خاموش‌شدن، به کار خود ادامه دهند. استاندارد IEEE 1547-2018 الزامات دقیق این قابلیت را تعیین کرده است.

شبکه‌ شکل‌دهنده (Grid Forming)

اینورترهای جدید قادرند همانند ژنراتورهای سنکرون، خودشان ولتاژ و فرکانس شبکه را تولید کنند. این قابلیت نقش کلیدی در توسعه شبکه‌های بدون‌ژنراتور و میکروگریدها ایفا می‌کند. کنترل VSG نمونه‌ای از این روش است.

هوشمندسازی و استفاده از هوش مصنوعی

با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین:

• تشخیص خطای پیشرفته

• مدیریت هوشمند انرژی

• MPPT تطبیقی

• افزایش عمر تجهیزات
  قابل دستیابی است.

استانداردهای اصلی اینورترهای فتوولتائیک

ایمنی

• IEC 62109-2

• IEC 62109-1

اتصال به شبکه

• IEC 62116 (حفاظت ضدجزیره‌ای)

• IEC 61727 (رابط شبکه)

راندمان و MPPT

• IEC 61683

• EN 50530

• IEC 62891

EMC و کیفیت توان

• IEC 61000-3-2 (هارمونیک‌ها)

• IEC 61000-4-2 (تخلیه الکترواستاتیک)

• IEC 61000-4-11/34 (افت ولتاژ و وقفه‌ها)

• IEC 61000-4-7/15/30 (کیفیت توان و فلیکر)

این استانداردها معیار اصلی ارزیابی و آزمون اینورترها در سراسر جهان هستند.

آزمون‌های تخصصی اینورترهای خورشیدی

آزمون‌های اینورتر شامل پنج دسته اصلی است:

1. آزمون‌های عملکردی:

   • راندمان

   • رفتار MPPT

   • نقطه استارت و قطع

   • رفتار در بارهای مختلف

2. آزمون‌های ایمنی:

   • تست عایقی

   • تست اتصال زمین

   • آزمون‌های حفاظتی

3. آزمون‌های اتصال به شبکه:

   • ضریب توان

   • پاسخ به نوسانات ولتاژ

   • تست ضد جزیره‌ای

4. آزمون‌های کیفیت توان:

   • هارمونیک

   • فلیکر

   • تغییرات سریع ولتاژ

5. آزمون‌های EMC:

   • تداخل هدایت‌شده

   • تداخل تشعشعی

   • ایمنی الکترومغناطیسی