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.

نیروگاه برق خورشیدی از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هرکدام نقش مهمی در تبدیل انرژی خورشید به برق قابل استفاده ایفا می‌کنند. در این میان، پنل‌های خورشیدی اصلی‌ترین جزء هستند که با استفاده از سلول‌های فتوولتائیک، انرژی تابشی خورشید را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند. سپس این جریان توسط اینورتر خورشیدی به برق متناوب (AC) تبدیل می‌شود تا بتوان آن را در شبکه برق یا برای مصرف تجهیزات الکتریکی به‌کار گرفت. سایر اجزا مانند سازه نگهدارنده پنل‌ها، کابل‌ها، تابلوهای برق، سیستم حفاظتی، و تجهیزات مانیتورینگ نیز در عملکرد ایمن و پایدار نیروگاه نقش کلیدی دارند.

در این مقاله، به بررسی جامع انواع اینورترهای خورشیدی یکی از اجزای نیروگاه برق خورشیدی، نحوه محاسبه ظرفیت اینورتر خورشیدی و نکات کلیدی در انتخاب اینورتر خورشیدی مناسب خواهیم پرداخت.

اینورتر خورشیدی چیست؟

اینورتر خورشیدی (Solar Inverter) 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

جهت مقایسه اینورترهای خورشیدی و معمولی می‌توانید مقاله “تفاوت اینورتر خورشیدی و اینورتر معمولی” را مطالعه کنید.

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 (Transformer less) 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

انواع اینورتر خورشیدی بر اساس کاربرد به 5 دسته تقسیم میشوند که هر کدام از این 5 دسته میتواند مستقل از شبکه یا متصل به شبکه یا هردو باشد. اینورترهای خورشیدی بر اساس کاربرد به شرح زیر هستند:

1. اینورترهای رشته‌ای یا استرینگ (String Inverters)
2. اینورترهای مرکزی (Central Inverters)
3. میکرو اینورتر خورشیدی (Micro inverters)
4. اینورتر هیبریدی خورشیدی (Hybrid Inverters)
5. اینورترهای بهینه ساز توان (Power Optimizers)

5 دسته بالا بر اساس مستقل از شبکه یا متصل به شبکه یا هردو به شرح زیر است:

اینورتر متصل به شبکه (On-Grid Inverter)

اینورتر متصل به شبکه (On-Grid Inverter) یکی از اجزای کلیدی در فرآیند احداث نیروگاه خورشیدی به‌شمار می‌رود که وظیفه تبدیل برق تولیدی پنل‌ خورشیدی از جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) هماهنگ با شبکه سراسری برق را بر عهده دارد. این نوع اینورتر به‌طور هوشمند با فرکانس و ولتاژ شبکه تطبیق می‌یابد و انرژی تولیدشده را مستقیماً وارد شبکه برق می‌کند، بدون نیاز به باتری جهت ذخیره‌سازی. در پروژه‌های متصل به شبکه، انتخاب دقیق ظرفیت، برند و ویژگی‌های حفاظتی اینورتر متصل به شبکه نقش مهمی در افزایش بهره‌وری و کاهش تلفات سیستم دارد.

اینورتر مستقل از شبکه (Off-Grid Inverter)

اینورتر مستقل از شبکه (Off-Grid Inverter) نوعی اینورتر خورشیدی است که در سیستم‌های خارج از شبکه یا بدون اتصال به برق سراسری استفاده می‌شود. این دستگاه جریان مستقیم (DC) تولیدشده توسط پنل‌های خورشیدی یا باتری را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند تا بتوان از آن برای تغذیه تجهیزات برقی استفاده کرد. در سیستم‌های مستقل، اینورتر معمولاً به همراه باتری و کنترلر شارژ کار می‌کند و باید قابلیت مدیریت بار، حفاظت در برابر اضافه‌بار و کنترل وضعیت شارژ باتری را داشته باشد. استفاده از اینورتر Off-Grid بیشتر در مناطق دورافتاده، خانه‌های ویلایی، سایت‌های مخابراتی یا پروژه‌هایی انجام می‌شود که به شبکه برق دسترسی ندارند.

اینورتر هیبریدی (Hybrid Inverter)

ترکیبی از دو مدل بالا است که هم قابلیت اتصال به شبکه و هم ذخیره انرژی در باتری را دارد. اینورتر هیبریدی (Hybrid Inverter) یک دستگاه پیشرفته در سیستم‌های خورشیدی است که قابلیت ترکیب عملکرد اینورترهای متصل به شبکه (On-Grid) و مستقل از شبکه (Off-Grid) را در یک واحد فراهم می‌سازد. این نوع اینورتر به‌طور هم‌زمان می‌تواند برق تولیدشده از پنل‌های خورشیدی را به شبکه تزریق کرده، تجهیزات مصرفی را تغذیه کند و در صورت نیاز باتری‌ها را شارژ یا دشارژ نماید.

اینورترهای هیبریدی به‌صورت هوشمند بین منابع مختلف (پنل خورشیدی، باتری، برق شبکه یا ژنراتور) سوییچ می‌کنند و برای کاربردهایی که نیاز به پایداری انرژی بالا، ذخیره‌سازی و مدیریت هوشمند بار دارند، به‌ویژه در پروژه‌های مسکونی، تجاری و صنعتی با اولویت مصرف داخلی، گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شوند. همچنین بسیاری از مدل‌های پیشرفته دارای قابلیت اتصال به سیستم‌های مانیتورینگ و پروتکل‌های ارتباطی مدرن مانند MODBUS یا Wi-Fi هستند.

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 مناسب برای یک نیروگاه یا سیستم خورشیدی خانگی یا صنعتی، باید به چند فاکتور کلیدی توجه شود که مستقیماً بر عملکرد، بهره‌وری و طول عمر سیستم تأثیر می‌گذارند:

1. توان و ظرفیت اینورتر (Inverter Capacity)

توان اینورتر باید متناسب با ظرفیت پنل‌های خورشیدی انتخاب شود. معمولاً نسبت ظرفیت DC به AC (نسبت پنل‌ها به اینورتر) بین 1 تا 1.2 در نظر گرفته می‌شود. انتخاب بیش از حد کوچک یا بزرگ باعث کاهش راندمان می‌شود.

در اینورترها بهتر است حداکثر ولتاژ ورودی DC بیشتر از ولتاژ DC سیست و حداکثر جریان ورودی DC بیشتر از جریان DC سیستم باشد همچنین باید توان خروجی AC  اینورتر برابر یا بیشتر از توان AC مورد نیاز باشد.

2. نوع سیستم (On-Grid، Off-Grid، Hybrid)

بر اساس نیاز پروژه، باید نوع اینورتر را مشخص کرد. اگر اتصال به شبکه وجود دارد، از On-Grid؛ برای مناطق بدون برق سراسری، از Off-Grid؛ و برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی یا کاربرد ترکیبی، از Hybrid استفاده می‌شود.

3. راندمان (Efficiency)

اینورتر باید راندمان بالایی (ترجیحاً بیش از 97%) داشته باشد تا تلفات تبدیل انرژی حداقل شود.

4. تعداد MPPT و محدوده ولتاژ ورودی

MPPT (Maximum Power Point Tracker) تنظیم‌کننده نقطه کاری پنل‌هاست. اینورترهای چند MPPT برای نصب‌های چندجهته یا چند رشته‌ای مناسب‌ترند. محدوده ولتاژ ورودی نیز باید با طراحی آرایه پنل‌ها هماهنگ باشد.

5. قابلیت‌های حفاظتی و استانداردها

اینورتر باید دارای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ، اضافه بار، اتصال کوتاه، دمای بالا و برگشت جریان باشد. همچنین تأییدیه‌ها و استانداردهایی مثل CE، TUV، یا IEC نشان‌دهنده کیفیت ساخت آن هستند.

6. قابلیت‌های مانیتورینگ و ارتباطی

مدل‌های مجهز به Wi-Fi، Ethernet یا MODBUS امکان مانیتورینگ از راه دور، مشاهده عملکرد و عیب‌یابی آسان‌تر را فراهم می‌کنند.

7. شرایط محیطی و درجه حفاظتی (IP Rating)

برای نصب در فضای باز، داشتن درجه حفاظت IP65 یا بالاتر ضروری است تا در برابر رطوبت و گردوغبار مقاوم باشد.

درهمچنین بهتر است در انتخاب اینورتر خورشیدی 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.