المقالة مترجمة من المجلة: IRJET Vol. 7 issue 4 [1]
مع زيادة الطلب على الطاقة والاستنفاذ السريع للوقود الأحفوري أصبحت الخلايا الشمسية الكهروضوئية (PV) مصدرًا بارزًا للطاقة، و العاكس (inverter) هو عنصر أساسي في نظام الخلايا الكهروضوئية المتصلة بالشبكة (on-grid)، وفي هذه المقالة سوف نتعرف على أنواع العواكس المختلفة وسوف تتم مقارنتها بحسب موثوقيتها، وتكلفتها، وتصنيفها، وكفاءتها.
يوضح الشكل (1) مخطط العمل لنظام الخلايا الكهروضوئية المتصلة بالشبكة، والذي يتكون من: مجموعة الألواح الشمسية (PV array)، ومجموعة المحولات، ونظام تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) ووحدة التحكم (Control unit)، حيث تولد الألواح الشمسية طاقة التيار المستمر والتي يتم تحويلها إلى شكل يستفاد منه باستخدام محول DC-DC ثم يتم تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد باستخدام DC-AC inverter لتغذية الحمل أحادي أو ثلاثي الطور (one/three phase)، تتم مراقبة الطاقة الناتجة باستخدام MPPT والذي يتتبع باستمرار تغيرات الطاقة ويستخرج الحد الأقصى من الطاقة المتاحة من الخلايا الكهروضوئية.
معايير العواكس الكهروضوئية المتصلة بالشبكة:
يتم تقديم العديد من المعايير في السوق والتي تتعامل مع ربط نظام الطاقة الكهروضوئية بالشبكة، مثل: معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، واللجنة الكهربائية الدولية (IEC)، والكود الوطني للكهرباء (NEC)، ومن أشهر المعايير هي (IEEE 1547 و IEC 61727)، يمثل الشكل (2) أوجه المقارنات الأساسية بين هذه المعايير.
هناك عدة أنواع من العواكس المتصلة بالشبكة ومن أبرزها:
1- العاكس المركزي (Centralized inverter):
يقوم العاكس المركزي بتحويل طاقة التيار المستمر العالية إلى الشبكة من خلال الربط ثلاثي الأطوار (three phase)، ويحتوي على لوحات كهروضوئية متصلة على التوالي والتي تشكل سلاسل ويتم استخدام الصمام الثنائي (diode) لتشكيل مجموعة متوازية من هذه السلسلة لتلبية احتياجات النظام، يوضح الشكل (3a) مجموعة متوازية من الألواح الكهروضوئية المتصلة على التوالي، يشترط في العاكس المركزي التطابق بين الوحدات الكهروضوئية واستخدام كابل الجهد المناسب ومكثف (capacitor) ذو تصنيف موصى به لزيادة فترة حياة العاكس، يحتوي نظام العاكس المركزي على بعض العيوب مثل ضعف معامل القدرة (pf)، والتشوه التوافقي الكلي (THD) في تيار الخرج مما يقلل من توليد الطاقة وكفاءة النظام بشكل عام.
2- العاكس المتسلسل (String inverter):
من أجل التغلب على عيوب العاكس المركزي تشمل العواكس المتسلسلة على عدد من الألواح الكهروضوئية المتصلة بالتوالي ويتم تغذية التيار المتردد إلى الشبكة عبر العاكس المرتبط بهذه السلسلة كما يوضح الشكل (3b)، يؤدي وجود نظام MPPT في كل سلسلة إلى تشغيل أكثر كفاءة مقارنة بالعاكس المركزي، وفي هذا النظام تكون الطاقة الناتجة أكثر ويتم تقليل الخسائر في الصمام الثنائي وتقليل حجم المكثف وبالتالي تزداد فترة حياة هذا العاكس، ولتصنيف قوة أكبر يتم استخدام العاكس متعدد السلاسل (multi-string inverter) يوضح الشكل (3c) هذا النظام والذي يتكون من محولات DC-DC مع MPPT في كل سلسلة متصلة بواسطة ناقل التيار المستمر لتزويد الطاقة للشبكة.
3- العواكس المصغرة (Micro inverter):
يتم استخدام هذا النوع للتطبيقات الصغيرة مع نطاق طاقة أقل من 400 واط، يمثل الشكل (3d) العاكس الجزئي المدمج في الوحدات الصغيرة وهذا يعني أن لكل وحدة نظام MPPT خاص بها، ومن مميزات هذا النوع أنه إذا حدثت مشكلة في وحدة ما فإن أداء تلك الوحدة هو الذي سيتأثر فقط من دون الوحدات الأخرى، لذلك يعتبر هذا النظام هو الأكثر كفاءة من بين جميع الأنظمة الأخرى، لكن هناك عيوب قليلة مثل تكلفة التركيب العالية وتعقيد الدائرة الكهربائية الخاصة بالنظام.
يوضح الشكل (4) أبرز المقارنات بين أنواع العواكس المختلفة من حيث الموثوقية والتكلفة والكفاءة وبعض الجوانب الأخرى.
