اینورتر خورشیدی چیست؟ محاسبه اینورتر خورشیدی

اینورتر خورشیدی از اجزای مهم سیستم برق خورشیدی است که وظیفه تبدیل جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی به جریان متناوب (AC) قابل استفاده در منازل و صنایع را بر عهده دارد. انتخاب و محاسبه ظرفیت مناسب اینورتر، نقشی کلیدی در عملکرد بهینه و طول عمر سیستم خورشیدی ایفا می‌کند. محاسبه اینورتر خورشیدی بر اساس عواملی مانند توان پنل‌های خورشیدی، نوع کاربری سیستم، و شرایط محیطی صورت می‌گیرد تا از هدر رفت انرژی و آسیب به تجهیزات جلوگیری شود. در این مقاله، به بررسی جامع انواع اینورترهای خورشیدی، نحوه محاسبه ظرفیت اینورتر خورشیدی و نکات کلیدی در انتخاب اینورتر خورشیدی مناسب خواهیم پرداخت.

اینورتر خورشیدی چیست؟

اینورتر خورشیدی یکی از اصلی‌ترین بخش‌های یک سیستم تولید برق خورشیدی است که وظیفه تبدیل جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی به جریان متناوب (AC) را بر عهده دارد. برق AC همان نوع جریانی است که در منازل و صنایع برای تغذیه وسایل برقی استفاده می‌شود.
اینورتر خورشیدی علاوه بر تبدیل جریان، عملکردهای مهم دیگری نیز دارد، از جمله:
• بهینه‌سازی تولید انرژی برای بیشترین بازده
• مدیریت توزیع انرژی در شبکه داخلی ساختمان یا اتصال به شبکه برق
• محافظت از سیستم در برابر نوسانات ولتاژ و جریان اضافی

اجزای اصلی اینورتر خورشیدی

یک اینورتر خورشیدی از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد صحیح آن دارند به صورت کلی می‌توان گفت که اینورتر خورشیدی دارای 5 بخش اصلی به شرح زیر است:

• یکسوکننده (Rectifier)
• مدار مبدل DC به AC
• مدار کنترل و مدیریت انرژی (MPPT – Maximum Power Point Tracking)
• ترانسفورماتور (در برخی مدل‌ها)
• خروجی AC و مدار ایمنی

در ادامه هر کدام از بخش ها را به اختصار توضیح میدهیم.

یکسوکننده (Rectifier)

این بخش جریان AC ورودی (در برخی مدل‌ها) یا جریان مستقیم دریافتی از باتری‌ها را به ولتاژ قابل پردازش تبدیل می‌کند.

مدار مبدل DC به AC

این قسمت وظیفه اصلی تبدیل جریان مستقیم (DC) از پنل‌های خورشیدی به جریان متناوب (AC) را بر عهده دارد. این کار معمولاً با استفاده از ترانزیستورهای قدرت (IGBT یا MOSFET) انجام می‌شود.

مدار کنترل و مدیریت انرژی (MPPT – Maximum Power Point Tracking)

این واحد با تحلیل لحظه‌ای ولتاژ و جریان ورودی از پنل‌ها، نقطه حداکثر توان (MPPT) را تشخیص داده و بازدهی سیستم را افزایش می‌دهد.

ترانسفورماتور (در برخی مدل‌ها)

در بعضی از اینورترها، برای تغییر سطح ولتاژ و تأمین ایزولاسیون الکتریکی، از ترانسفورماتور استفاده می‌شود. اینورترهای بدون ترانس (Transformerless) سبک‌تر و کارآمدتر هستند.

خروجی AC و مدار ایمنی

این بخش شامل فیوزها، رله‌های حفاظتی، و مدارهای کنترل جریان است که از آسیب‌های احتمالی ناشی از اضافه‌بار و اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند.

ساختار اینورتر خورشیدی

در زیر ساختار اینورتر خورشیدی و اجزا یک اینورتر متصل به شبکه نمایش داده شده است.

در شکل زیر بخش های مختلف یک اینورتر خورشیدی بر روی این تجهیز نشان داده شده است.

هر کدام از اجزای اینورتر به شرح زیر است:

1. صفحه جلویی (Front panel)
2. نشانگر LED (LED indicator)
3. جعبه اتصالات (Junction box)
4. قاب پشتیبان (Support frame)
5. کلید DC (DC switch)
6. ترمینال پنل خورشیدی (PV terminal)
7. شیر تهویه (Vent valve)
8. پورت USB (USB port)
9. پورت ارتباطی (COM port)
10. زاویه ضد ضربه (Anti-collision angle)
11. پد سیلیکونی ضدآب (Waterproof silicone pad)
12. بلوک ترمینال AC (AC terminal block)
13. میله مسی ارت (Grounding copper bar)

انواع اینورتر خورشیدی

بصورت کلی سه نوع اینورتر خورشیدی در احداث نیروگاه خورشیدی مورد استفاده می‌باشد:

اینورتر متصل به شبکه (On-Grid Inverter)

این مدل برق تولیدی را به شبکه برق عمومی تزریق می‌کند و معمولاً بدون باتری کار می‌کند.

اینورتر مستقل از شبکه (Off-Grid Inverter)

این مدل برق را به باتری‌ها ارسال کرده و سپس برای مصارف خانگی یا صنعتی استفاده می‌شود.

 اینورتر هیبریدی (Hybrid Inverter)

ترکیبی از دو مدل بالا است که هم قابلیت اتصال به شبکه و هم ذخیره انرژی در باتری را دارد.

در تصویر زیر دیاگرام انواع سیستم های خورشیدی نمایش داده شده است:

انواع سیستم خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک (PV systems) فوق به شرح زیر است:

1. سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه (Grid-connected PV System)
   • اتصال مستقیم به شبکه (Directly connected to Utility)
     • بدون سیستم ذخیره‌سازی (Without Storage system)
   • سیستم فتوولتائیک دو حالته (Bimodal PV System)
     • با سیستم ذخیره‌سازی (With Storage system)
2. سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه (Stand-alone PV System)
   • بدون باتری (Without battery)
     • سیستم اتصال مستقیم (Direct-Coupled system)
   • با باتری (With battery)
     • سیستم DC خودتنظیم (DC System Self-Regulating)
     • سیستم AC با کنترل‌کننده شارژ برای باتری و بار (AC System With charge controller for Battery and Load)
   • سیستم فتوولتائیک هیبریدی (Hybrid PV System)
     • با توربین‌های بادی (With wind turbines)
     • با توربین‌های آبی (With hydro turbines)
     • با ژنراتور دیزلی (With diesel generator)
     • با سلول سوختی یا سایر منابع (With fuel cell or other sources)

چگونه توان اینورتر خورشیدی را محاسبه کنیم؟

برای انتخاب اینورتر خورشیدی مناسب، دو فاکتور اصلی را باید در نظر گرفت:

1. نیاز انرژی روزانه: میزان انرژی مصرفی روزانه را از روی قبض برق محاسبه کنید (بر حسب کیلووات ساعت kWh).
2. توان خروجی پنل‌های خورشیدی: تعداد و توان پنل‌های خورشیدی نصب‌شده را محاسبه کنید. به عنوان مثال، اگر 10 پنل 400 واتی داشته باشید، مجموع توان تولیدی:

10 × 400 = 4000Watt  معادل چهار کیلووات

  در نظر گرفتن تلفات سیستم خورشیدی، عواملی مانند سایه، بازدهی اینورتر، و افت ولتاژ باعث کاهش توان خروجی سیستم خورشیدی می‌شوند. به‌طور معمول، حدود 20٪ تلفات برای توان خروجی پنل های خورشیدی در نظر گرفته می‌شود. در مثال فوق:

 4*(1-0.2)=3.2 kw

فرمول محاسبه توان اینورتر خورشیدی

برای تعیین ظرفیت اینورتر خورشیدی مناسب، از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

اگر مصرف روزانه 30kWh باشد و منطقه موردنظر 6ساعت تابش مفید خورشید داشته باشد:

30 kwh

30 kwh / 6h = 5 kw

پس در این حالت، حداقل نیاز به یک اینورتر 5kW داریم.

فاکتورهای مهم در انتخاب اینورتر خورشیدی

در انتخاب اینورتر خورشیدی میبایست به نکات زیر توجه کنید:

1. امکان توسعه سیستم – اگر در آینده قصد افزودن پنل‌های خورشیدی دارید، بهتر است اینورتر را کمی بزرگ‌تر انتخاب کنید.
2. سازگاری با باتری – اگر از اینورتر هیبریدی برای شارژ باتری استفاده می‌کنید، اینورتر باید با بانک باتری شما سازگار باشد.
3. مصرف هم‌زمان وسایل برقی – در نظر بگیرید که چه تعداد وسایل برقی به‌طور هم‌زمان روشن هستند. برخی از دستگاه‌ها مانند یخچال یا کولر، هنگام روشن شدن جریان بالایی نیاز دارند که باید در انتخاب اینورتر لحاظ شود.

سخن پایانی اینورتر خورشیدی چیست

محاسبه اینورتر خورشیدی و انتخاب آن یک فرآیند سه‌مرحله‌ای است، مرحله اول تحلیل نیازهای انرژی، مرحله دوم محاسبه توان خروجی پنل‌های خورشیدی، مرحله سوم در نظر گرفتن توسعه آینده سیستم. مشاوره با تأمین‌کنندگان اینورتر خورشیدی می‌تواند به انتخاب بهینه کمک کند. با محاسبات دقیق، می‌توان یک سیستم خورشیدی کارآمد و پایدار طراحی کرد که نیازهای انرژی شما را با بالاترین بازده تأمین کند.