انتخاب اینورتر مناسب برای سیستم خورشیدی خانگی

انتخاب اینورتر مناسب برای سیستم خورشیدی خانگی یکی از مهم­ترین بخش­ها در طراحی سیستم خورشیدی است. اینورتر برق تولیدی توسط انرژی خورشیدی را به برق شهری AC تبدیل می­کند. بدون اینورتر مناسب نمی­توانیم از انرژی خورشیدی تولیدی در خانه استفاده کنیم. در این مقاله در مورد انواع اینورتر­های خانگی، تفاوت و کاربرد­شان صحبت خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

اینورتر خورشیدی چیست و چه وظیفه ­ای دارد؟

اینورتر خورشیدی یک بخش کلیدی در هر سیستم تولید برق خورشیدی است. وظیفه اصلی آن تبدیل برق جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی به جریان متناوب (AC) است؛ همان نوع برقی که بیشتر در لوازم خانگی و شبکه برق از آن استفاده می‌کنند.

سیستم­های خورشیدی با استفاده از پنل­های خورشیدی انرژی الکتریکی را تولید می­کند. یک پنل خورشیدی از سلول­های فتوولتائیک تشکیل شده و با تابش فوتون الکترون­های آزاد و حفره­ها در سلول­ها جریان الکتریکی ایجاد می­کنند که سبب تولید انرژی الکتریکی خواهد شد. این جریان و برق DC با استفاده از اینورترها به برق AC تبدیل می­شود. در گذشته بیشتر اینورتر ها از قطعات مکانیکی تشکیل می­شد که اصطکاک بالا، سرعت عمل پایین و عمر کوتاهی داشتند اما امروزه قطعات الکترونیکی مثل دیود و ترانزیستور با سرعت زیاد قطع و وصل می­شوند که این سوئیچینگ زیاد و سریع به ما یک موج سینوسی دقیق و کامل می­دهد.

همان­طور که گفته شد وظیفه اصلی اینورتر تبدیل DC به AC است، اما اینورتر­های جدید خورشیدی می­توانند دارای قابلیت­های اضافی مثل MPPT یعنی رهگیری حداکثر توان نیز باشد که در ادامه در مورد انواع اینورتر­ها و قابلیت­های اضافی آن توضیح می­دهیم.

مطلب مرتبط: اینورتر خورشیدی

انواع اینورتر­های خورشیدی

اینورتر­های خورشیدی را براساس اتصال به شبکه، ساختار و نحوه نصب و نوع موج خروجی به 6 دسته تقسیم­بندی می­کنند.

اینورتر استرینگ (String Inverter)

در این مدل اینورتر تعدادی پنل خورشیدی به صورت سری بهم وصل می­شوند و سپس مجموع این پنل­ها وارد ورودی DC اینورتر می­شود. این روش و مدل اینورتر برای مکان­هایی که سایه روی پنل­ها کم است مناسب است زیرا وجود سایه روی یک پنل خورشیدی باعث می­شود راندمان کل پنل متصل به اینورتر کاهش یابد و این یکی از معایب این مدل است. با این وجود این مدل یکی از مدل­های رایج در سیستم­های خورشیدی خانگی و تجاری کوچک است.

مزایا:

• قیمت مناسب
• راندمان بالا
• طراحی ساده و نصب آسان

معایب:

• در برخی مدل­ها نمی­توان سیستم را به راحتی گسترش داد.
• امکان نظارت پنل به پنل سخت­تر است مگر اینکه اینورتر به MPPT مجهز باشد.
• وجود سایه در روی یک پنل روی رشته اثر منفی می­گذارد

اینورتر میکرو (Micro Inverter)

در این مدل به خروجی هر پنل یک اینورتر میکرو متصل می­شود و هر پنل به صورت مستقل برق AC تولید می­کند. این روش برای مناطقی که امکان وجود سایه روی  هرپنل در طول شبانه روز بالاست مناسب است. به خاطر وجود میکرو اینورتر مستقل بازرسی، نمایش و گزارش هر پنل می­تواند به صورت جداگانه انجام شود و اگر پنلی خراب شود تعمیر و جایگزینی آن راحت­تر است. مناسب برای سقف‌های پیچیده با زاویه/جهت‌های مختلف است.

مزایا:

• کارایی و عملکرد بهتر در سایه‌زنی جزئی
• هر پنل مستقل از پنل دیگر، سایه هرگز روی کل پنل اثر نمی­گذارد
• عمر مفید بیشتر تجهیزات و افزایش ایمنی
• مناسب برای سقف‌های پیچیده با زاویه/جهت‌های مختلف

معایب:

• قیمت بالاتر نسبت به اینورتر رشته‌ای
• نگهداری پیچیده‌تر و سخت­تر
• گاهی ضمانت و تعمیرات دشوارتر با توجه به تعداد واحدها.

اینورتر هیبرید (Hybrid Inverter)

اینورتر هیبریدی را می‌توان پیشرفته‌ترین نوع اینورتر خورشیدی دانست؛ دستگاهی که چندین نقش مهم و حیاتی را به‌طور همزمان مدیریت می‌کند و به همین دلیل به آن Hybrid یعنی “ترکیبی” گفته می‌شود. این مدل اینورتر علاوه بر تبدیل DC به AC برای شارژ باتری و مدیریت شبکه برق استفاده می­شود. اینورتر هیبریدی انرژی خورشیدی، انرژی باتری و برق شبکه را به‌صورت هوشمند ترکیب و مدیریت می‌کند.

مزایا:

• بهینه­سازی و کنترل شارژ باتری
• قابلیت کار در حالت Off-grid و On-grid
• مدیریت هوشمند انرژی

معایب:

• قیمت بالاتر
• تنظیمات تخصصی‌تر و نصب پیچیده

اینورتر مرکزی (Central Inverter)

این اینورتر برای مزارع بزرگ خورشیدی مناسب است و چند رشته پنل با هم جمع شده و وارد ورودی DC اینورتر می­شود.

مزایا:

• قدرت بالا: از چند ده کیلووات تا چند مگاوات
• کاربرد در مقیاس بزرگ مثل مزارع خورشید
• مقرون به صرفه نسبت به وات تولیدی
• مرکز کنترل متمرکز و نگهداری آسان‌تر
• طراحی ساده

معایب:

• وابستگی زیاد رشته‌ها به هم
• تعمیر سخت و پرهزینه
• وجود سایه روی یک پنل راندمان کلی را بشدت کاهش می­دهد
• نیاز به سیستم خنک­کننده بزرگ و هزینه­بر دارد
• اگر اینورتر مرکزی خراب شود، بخش بزرگی از نیروگاه غیرفعال می‌شود.

اینورتر چند رشته‌ای (Multi-String Inverter)

این مدل نمونه پیشرفته­تر اینورتر رشته­ای است و از چندین اینورتر رشته­ای با ورودی­های مستقل تشکیل شده است.

مزایا:

• مناسب برای سقف‌هایی با دو جهت مختلف
• کارایی بینابینی بین استرینگ و میکرواینورتر

معایب:

• گران‌تر از استرینگ ساده
• هنوز مشکل سایه‌زنی یک رشته در همان MPPT وجود دارد

اینورتر Off-Grid (غیر متصل به شبکه)

اینورتر به شبکه برق وصل نیست و تولید برق فقط از طریق انرژی خورشید و باتری است.

مزایا:

• عدم نیاز به شبکه برق
• مناسب مناطق دور افتاده
• طراحی انعطاف‌پذیر بر اساس نیاز توان و زمان استفاده

معایب:

• نیاز دائمی به باتری
• هزینه بالا در ظرفیت‌های زیاد
• دقت در نگه­داری باتری چون این سیستم به باتری وابستگی شدید دارد.

تفاوت بین اینورترهای مرکزی، رشته‌ای و میکرو

در سیستم­‌های خورشیدی اینورتر یکی از عوامل تعیین‌کننده در عملکرد، قابلیت اطمینان و میزان انرژی تولیدی سیستم است. در سیستم خورشیدی خانگی سه مدل اینورتر مرکزی، رشته‌­ای و میکرو رایج­ترین مدل­های اینورتر است.

وظیفه اصلی هر سه اینورتر تبدیل توان DC پنل­های خورشیدی به AC است. همچنین همه­ی آن­ها قابلیت اجرایی MPPT را بر عهده دارند، اما تفاوت‌های اساسی در نحوه مدیریت توان، رفتار در برابر سایه و ساختار هزینه دارند. در اینورترهای مرکزی، چندین پنل خورشیدی به یک اینورتر مرکزی وصل می­شود که می­تواند

تعداد زیادی رشته را در یک نقطه متمرکز پردازش‌کند و به‌دلیل وجود یک باس DC مشترک بیشترین حساسیت را نسبت به عدم‌تطابق و سایه دارند، اما از نظر هزینه برای نیروگاه‌های بزرگ مقرون‌به‌صرفه‌اند. اینورترهای رشته‌ای با اختصاص MPPT مستقل به هر رشته، عملکرد بهتری در شرایط سایه محدود ارائه می‌دهند و برای سیستم‌های خانگی و تجاری استاندارد مناسب‌اند. میکرواینورترها با MPPT جداگانه برای هر پنل، بیشترین تحمل نسبت به سایه و تنوع جهت نصب دارند و در محیط‌های ناهمگون عملکرد انرژی بالاتری فراهم می‌کنند، هرچند هزینه اولیه بیشتری دارند. به‌طور کلی انتخاب میان این سه نوع اینورتر به مقیاس پروژه، یکنواختی هندسی ماژول‌ها، شرایط سایه و ملاحظات اقتصادی بستگی دارد.

در انتها به طور کلی:

اگر سایه دارید، میکرواینورتر بهترین انتخاب است.

اگر بودجه محدود دارید، اینورتر رشته‌ای بهترین است.

برای نیروگاه‌ها، اینورتر مرکزی ایده‌آل است.

چگونه توان و ولتاژ مناسب اینورتر را انتخاب کنیم؟

برای محاسبه توان و ولتاژ مناسب یک اینورتر باید میزان توان پنل­ها و ضریب کاهش اینورتر Inverter Derating را در نظر بگیریم و با مجموع این دو توان، توان و ولتاژ مناسب اینورتر را بدست می­آوریم. همچنین در انتخاب ظرفیت اینورتر، پارامترهای محیطی (دمای کاری، ارتفاع) و افت کابل را باید در نظر بگیریم. توان پنل­ها و ضریب کاهش اینورتر را مشابه روش­های زیر محاسبه می­کنیم:

توان پنل­های خورشیدی

انتخاب توان مناسب اینورتر یعنی میزان توان چند وات یا چند کیلووات باشد تا بتواند خروجی پنل‌ها را بدون خطا، داغ‌کردن یا افت راندمان دریافت و تبدیل کند. برای بدست آوردن توان پنل­ها، توان نامی همه پنل­ها را با هم جمع می­کنیم. به طور مثال اگر 10 پنل 450 وات داشته باشیم؛ توان کل 4500 وات می­شود.

اعمال ضریب کاهش (Inverter Derating)

همه­ی تجهیزات الکترونیکی یک توان نامی و یک توان واقعی دارند که با هم همیشه برابر نیستند. معمولا توان واقعی دستگاه از توان نامی روی آن کمتر است که باید در محاسبه توان آن را در نظر بگیریم. بنابراین در طراحی سیستم و اینورتر مناسب سیستم خورشیدی باید حاشیه ایمن اینورتر را نیز در نظر بگیریم.

نکات تخصصی در انتخاب توان و ولتاژ اینورتر

• دیتاشیت و اطلاعات روی اینورتر را با دقت مطالعه کنید و پارامترهایی مثل MPPT، ولتاژ ماکزیمم، ولتاژ مدار باز و جریان اینورتر را چک کنید.
• در محیط‌های گرم به derating اینورتر توجه کن. بعضی اینورترها در 50°C توان نامی را کاهش می‌دهند.
• برای سیستم‌های هیبریدی حتماً با ولتاژ باتری سازگار باش (V48 رایج در خانگی، یا سیستم‌های HV در مقیاس بالا). اگر باتری V48 است، انتخاب اینورتر باید پشتیبانی از 48V DC یا دارای رابط شارژ مناسب باشد.
• در محاسبه توان و ولتاژ مورد نیاز به تخصص و دقت کافی دارید؛ اگر میزان توان اینورتر شما از توان مورد نیاز پنل­ها کمتر باشد باعث داغ شدن قطعات و کاهش عمر تجهیز می­شود.

نکات ایمنی در نصب و راه‌اندازی اینورتر

رعایت نکات ایمنی از حوادث ناگواری مثل برق‌گرفتگی، آسیب به تجهیزات یا خطر آتش‌سوزی جلوگیری می­کند.

• ایمنی برق و پیشگیری از شوک الکتریکی
• انتخاب محل نصب: محل خشک و تهویه مناسب، فاصله کافی از تجهیزات و دیوار و دور از منابع حرارت و نور مستقیم خورشید
• اتصال و سیم‌کشی
• حفاظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه: محافظت از جریان هجومی و استفاده از کلید و رله مناسب.
• نگهداری و نظارت دوره‌ای
• استفاده از اینورتر­های معتبر و برند و دارای گارنتی

قیمت و برندهای معتبر اینورتر خانگی

خرید یک برند اینورتر معتبر اطمینان بیشتری با خود به همراه خواهد داشت. برخی از برند­های محبوب عبارتند از:

SMA — یکی از برندهای آلمانی خیلی معتبر در بازار اینورترها.

Huawei — به‌خاطر قابلیت‌های هوشمند و قیمت رقابتی، در رتبه تامین‌کنندگان برتر قرار دارد.

Fronius — اتریشی، کیفیت بالا و خدمات پس از فروش خوب دارد.

Growatt — گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تر ولی با راندمان خوب؛ مناسب سیستم‌های خانگی.

Sungrow — یکی از تولیدکنندگان بزرگ اینورتر؛ تنوع زیاد مدل دارد.

SolaX — در بازار ایران هم فعال است و اینورترهای تک‌فاز و سه‌فاز تولید می‌کند.

نگهداری و افزایش عمر مفید اینورتر

نگهداری صحیح اینورتر نه تنها عملکرد آن را در حالت بهینه تضمین می‌کند، بلکه عمر مفید آن را که معمولاً بین ۱۰ تا ۱۵ سال است افزایش می‌دهد. در مقابل، بی‌توجهی می‌تواند منجر به خرابی زودهنگام، کاهش راندمان و هزینه‌های غیرمنتظره شود.

گردگیری و تمیزکاری دوره‌ای

تمیزکاری اینورتر یکی از مواردی است که معمولاً دست‌کم گرفته می‌شود اما بسیار حیاتی است. گرد و غبار، آلودگی و حتی حشرات می‌توانند روی دریچه‌های هوا و فن‌ها تجمع کنند و باعث اختلال در خنک‌سازی و افزایش خطر افزایش بیش از حد دما شوند.

کنترل دما و تهویه مناسب

افزایش دما به قطعات الکترونیکی آسیب می­رساند و عمر مفید اینورتر را کاهش می­دهد.

استفاده از کابل و سلامت اتصالات

استفاده از کابل مناسب با سایز استاندارد اهمیت بسیاری دارد و از آسیب­های ناشی از جریان نامناسب سیم جلوگیری می­کند.

جلوگیری از اضافه‌بار

اضافه‌بار باعث فشار روی قطعات قدرت می‌شود و عمر پاور الکترونیک را کم می‌کند.

سرویس دوره­ای

سرویس دوره‌ای اینورتر خورشیدی خانگی یک کار بسیار مهم است که طول عمر دستگاه را افزایش می‌دهد، بازدهی سیستم را حفظ می‌کند و از خرابی‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند.

نکات مهم در خرید اینورتر سیستم خورشیدی

• نوع اینورتر مورد نیاز مرکزی، رشته­ای، میکرو و…
• متصل به شبکه یا خارج از شبکه بودن سیستم خورشیدی
• قابلیت­های اضافی مثل MPPT، محافظت اضافه ولتاژ و…
• توان و ولتاژ اینورتر
• نوع موج خروجی
• برند و گارانتی معتبر

نتیجه ­گیری

در این مقاله در مورد انواع اینورتر­های سیستم­های خورشیدی خانگی صحبت کردیم و دریافتیم که هر مدل اینورتر برای چه کاربردی مناسب است. محاسبه توان مناسب در انتخاب اینورتر مناسب اهمیت دارد. اینورتر­های رایج علاوه بر تبدیل DC به AC دارای قابلیت­های اضافی شدند تا نیاز یک سیستم خورشیدی را به طور کامل برطرف کند.

برای دیدن اینورترهای مناسب با سیستم خورشیدی خود می توانید از محصولات سایت دیدن کنید.