محاسبه توان اینورتر به همراه جدول انتخاب اینورتر

اینورترها به‌عنوان یکی از اجزای حیاتی در صنعت و سیستم‌های خورشیدی، نیازمند انتخابی دقیق و آگاهانه هستند. برای خرید یک اینورتر مناسب، دسترسی به اطلاعات فنی و الکتریکی صحیح ضروری است و در این میان، توان اینورتر به‌عنوان مهم‌ترین پارامتر، مبنای اصلی انتخاب قرار می‌گیرد. در این مقاله در مورد نحوه محاسبه توان و انتخاب اینورتر بر مبنای آن صحبت خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

اینورتر چیست و چه کاربردی در صنعت و سیستم خورشیدی دارد؟

اینورتر صنعتی چیست؟

اینورتر یک تجهیز الکترونیکی است که ولتاژ DC را به AC تبدیل می­کند، در مواردی که نیاز است برق تولیدی DC یا انرژی باتری به برق شهری تبدیل شود، وجود اینورتر ضروری است. زیرا تمام تجهیزات خانگی، صنعتی و… با برق متناوب AC کار می­کنند. فرکانس کاری آن همیشه بین 50 تا 60 هرتز همانند برق شهر نیز می­باشد.

نکته مهم دیگری که در این بخش گفتن آن ضروری است، درایوهای فرکانس متغیر VFD  است که به اسم اینورتر کنترل دور نیز معروف هستند. این درایو با تغییر فرکانس، کنترل سرعت، گشتاور و جهت چرخش موتور را به دست می­گیرد و در صنعت بسیار پرکاربرد است. برخی از کاربردها و قابلیت­­های آن­ها عبارتند از راه‌اندازی نرم موتور، کاهش جریان راه‌اندازی، افزایش طول عمر تجهیزات و صرفه‌جویی قابل توجه در مصرف انرژی، چون در مواردی این ابزار را با اینورتر معمولی اشتباه می­گیرند دانستن تفاوت آن­ها ضروری است.

تفاوت اینورتر صنعتی و اینورتر خورشیدی

همان­طور که گفتیم دو مدل تجهیز الکترونیکی است که در بازار به اسم اینورتر و اینورتر کنترل دور شناخته می­شوند. اینورترهای خورشیدی از نوع اینورتر­های معمولی هستند که کار اصلی تبدیل ولتاژ را انجام می­دهند. انرژی الکتریکی تولیدی توسط پنل­های خورشیدی به صورت DC است و با کمک این اینورتر ولتاژ لازم برای مصرف­کننده شهری را فراهم می­کند.

اینورتر­هایی که در صنعت کاربرد دارند بیشتر از مدل همان درایوهای فرکانس متغیر است تا با کمک آن­ها موتور­های الکتریکی AC و سرعت آن­ها را کنترل کنند. به دلیل قابلیت کنترل­پذیری این وسیله، استفاده از VFDها در صنعت رایج­تر است.

کاربرد اینورتر در برق و اتوماسیون صنعتی

اینورتر کنترل دور VFD در برق و اتوماسیون صنعتی در بخش کنترل هوشمند انرژی و فرآیند­ها اهمیت ویژه­ای دارد و به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم­های کنترل هوشمند به کار می­رود. اینورتر­ها از اجزای اجرایی در سیستم هستند به این معنا که دستورات کنترلی را از بخش­هایی مثل PLC، DCS و اسکادا دریافت می­کنند و با تغییر فرکانس با توجه به دستور و شرایط دور موتور، سرعت و گشتاور را کنترل می­کنند.

همچنین در بخش برق صنعتی اینورتر­ها نقش مهمی در بهبود کیفیت توان، کاهش تنش­های الکتریکی و حفاظت­های پیشرفته را بر عهده دارد.

چرا انتخاب صحیح اینورتر اهمیت دارد؟

انتخاب صحیح اینورتر تاثیر مستقیمی در عملکرد ایمن و بهینه تجهیزات الکترونیکی دارد. اینورتر همانند یک رابط بین تولیدکننده و مصرف­کننده عمل می­کند که انرژی را از مولد برق به تجهیزات مصرفی منتقل می­کند.  از این­رو بر کیفیت توان، نحوه راه‌اندازی، کنترل سرعت و میزان تنش‌های الکتریکی و مکانیکی وارد بر تجهیزات اثر می‌گذارد. انتخاب اینورتر نامناسب می­تواند باعث کاهش عمر و خرابی تجهیزات الکترونیکی شود. مطالعات منتشرشده در حوزه درایوهای فرکانس متغیر (اینورتر کنترل دور) و بهره‌وری انرژی نشان می‌دهند که تطابق صحیح مشخصات اینورتر با ویژگی‌های بار و شرایط محیطی، نقش تعیین‌کننده‌ای در افزایش قابلیت اطمینان سیستم دارد.

تأثیر انتخاب اشتباه اینورتر بر تجهیزات صنعتی

تاثیر انتخاب اشتباه اینورتر گاها پیامد­های بسیار و هزینه­های مازاد زیادی را با خود به همراه دارد. یکی از مهم‌ترین پیامدهای آن، افزایش تنش‌های الکتریکی و مکانیکی بر موتور و اجزای متصل به آن است. انتخاب­های اشتباه می­تواند به دلیل خرید اینورتر با توان پایین، عدم توجه به شرایط محیطی و تهویه نامناسب، در نظر نگرفتن شرایط و پیک مصرف بار باشد.

افزایش راندمان و کاهش هزینه با انتخاب اینورتر مناسب

تولید برق در سیستم­های خورشیدی نسبت به مدل­های قدیمی هنوز هزینه­ی بالاتری دارد بنابراین برای کاهش هزینه انتخاب اینورتر مناسب که حداکثر انرژی تولیدی را با کمترین هزینه به ما بدهد اهمیت بالایی دارد. انتخاب صحیح اینورتر تأثیر مستقیمی بر افزایش راندمان انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری دارد. علاوه بر کاهش مصرف انرژی، اینورتر مناسب برای سیستم مزایایی همچون راه‌اندازی نرم، کنترل شتاب و ترمز، و حفاظت‌های پیشرفته، کاهش تنش‌های مکانیکی، افزایش عمر تجهیزات و کاهش توقف‌های ناخواسته را با همراه خواهد داشت. در مجموع انتخاب اینورتر مناسب باعث کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و افزایش بهره‌وری کل سیستم می‌گردد.

راهنمایی انتخاب اینورتر بر اساس توان مصرفی

توان یکی از مهم­ترین پارامترها در انتخاب اینورتر است. بنابراین برای خرید یک اینورتر باید تمامی پارامترهای تاثیرگذار در توان را در نظر بگیریم؛ عواملی مثل میزان بار متصل به اینورتر، اوج مصرف، میزان جریان راه­اندازی اولیه تجهیزات و… در محاسبه توان اینورتر اهمیت دارند. اگر اینورتر با توان کمتری خریداری کنیم؛ منجر به افزایش دما، کاهش طول عمر و بروز خطاهای مکرر می‌شود و خرید اینورتر با توان بیشتر هزینه­ی مازاد غیرضروری به همراه خواهد داشت و بهره­وری اقتصادی را کاهش می­دهد. به همین دلیل با در نظر گرفتن تمامی شرایط موجود مناسب­ترین توان برای اینورتر را محاسبه می­کنیم.

محاسبه توان اینورتر چگونه انجام می‌شود؟

منظور از توان اینورتر، حداکثر توان الکتریکی پیوسته­ای که می­تواند در شرایط کاری تحمل کند، بدون اینکه راندمان کاهش یابد یا به دلیل اضافه بار آسیب و خرابی ایجاد کند. محاسبه توان اینورتر بر اساس توان الکتریکی بارها، نوع بار (مقاومتی یا القایی)، جریان راه­اندازی، ضریب توان و تعداد فاز انجام می‌شود. در محاسبه توان ابتدا توان واقعی بار را محاسبه کرده و سپس در ضریب اطمینان ضرب می­کنیم تا حاشیه امن آن را حساب کنیم. روش محاسبه توان با توجه به تعداد فازها متفاوت است که در ادامه محاسبه توان بر اساس فازها را کامل­تر توضیح می­دهیم.

محاسبه توان اینورتر برای بارهای تک فاز

اینورترهای تک فاز برای تجهیزات خانگی، اداری و موتورهای تک فاز به کار می­روند که منبع تغذیه آن­ها دارای یک فاز ولتاژ220 ولت و یک سیم نول است. در تجهیزات تک‌فاز، توان الکتریکی واقعی از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

که در این رابطه P توان بار تک فاز است، PF برابر با ضریب توان بار، I جریان مصرفی تجهیز بر حسب آمپر، V ولتاژ تک‌فاز 220 ولت است.

PE ضریب توان به نوع بار القایی یا مقاومتی بستگی دارد. اگر بار از نوع مقاومتی باشد یعنی تمام انرژی که می­گیرد را مصرف و به حرارت تبدیل می­کند؛ مثل اتو، هیتر برقی، لامپ رشته­ای. در این وسایل جریان نامی تقریبا با جریان اولیه (راه­اندازی) برابر است و ضریب توان در این وسایل برابر با 1 است. اما در تجهیزاتی که بار القایی دارند، به انرژی بیشتری برای ایجاد میدان مغناطیسی القایی اولیه نیاز دارند بنابراین جریان اولیه بیشتری نسبت به جریان نامی دستگاه دارد. ضریب بار در این نوع تجهیزات کمتر از 1 و بین 0.6 تا 0.85 می­تواند باشد.

با کمک این فرمول  توان نامی هر دستگاه را بدست می­آوریم؛ سپس توان تمامی دستگاه­هایی که به اینورتر متصل می­شوند را جمع می­کنیم و جمع حاصل را در ضریب اطمینان ضرب می­کنیم تا توان اینورتر را محاسبه کنیم.

محاسبه توان اینورتر برای بارهای سه فاز

اینورترهای سه فاز عمدتا در صنعت به کار می­روند که به تجهیزات صنعتی سنگین مثل موتور­ها، کمپرسورها، نقاله و… وصل می­شوند. در بارهای سه‌فاز، علاوه بر ضریب توان PF، باید کلاس کاری موتور، نوع بار (گشتاور ثابت یا متغیر)، روش راه‌اندازی و شرایط بارگذاری را در انتخاب توان مناسب اینورتر در نظر بگیریم. به طور کلی توان تجهیزات سه فاز به این طریق محاسبه می­شود:

در اینجا V= ولتاژ خط به خط (معمولا 380 تا 400 ولت)، I جریان خط، PF ضریب توان بار سه فاز و P توان کلی بار است. در اینورترهای سه فاز هم ضریب توان به دلیل جریان راه­اندازی بالا مقداری کمتر از یک دارد.

ضریب اطمینان در محاسبه توان اینورتر

ضریب اطمینان، ضریبی است که عملکرد ایمن و پایدار تجهیز را در شرایط واقعی تضمین می­کند و با توجه به نیاز سیستم و بار متصل به اینورتر آن را در نظر می­گیریم. محاسبه توان تجهیزات یک محاسبه تئوری است که در شرایط عادی و واقعی به خاطر جریان راه­اندازی، دمای بالا، نوسانات ولتاژ شبکه یا باتری، افزایش بار در آینده و شرایط محیطی می­تواند مقداری بیش از مقدار تعیین شده باشد.

از این­رو پس از محاسبه توان نامی اینورتر، برای انتخاب یک اینورتر مناسب، ضریب اطمینان را در توان اینورتر ضرب می­کنیم تا مطمئن شویم اینورتر در شرایط واقعی به درستی کار می­کند. ضریب اینورتر تک فاز و سه فاز هر دو از این فرمول بدست می­آیند:

که در اینجا

p اینورتر = توان مورد نیاز اینورتر

P کل  = مجموع توان­های متصل به اینورتر

SF برابر با ضریب اطمینان است که بین 1.05 تا 1.5 معمولا در نظر می­گیریم.

جدول انتخاب اینورتر

حتما این سوال برای شما ایجاد شده که برای خرید هر اینورتر باید همه­ی این مراحل را انجام داده و یکی یکی بارهای متصل به یک اینورتر را بدست آورده و در ضریب توان مناسب آن ضرب کنیم؟!! که گاها ممکن است براساس یک اشتباه کوچک در محاسبات اینورتر با توان کمتر خریداری کنید که خسارت زیادی به شما وارد می­کند. اما راه حل این مشکل چیست؟ جدول انتخاب اینورتر.

جدول انتخاب اینورتر معیاری است که به مهندسان کمک می­کند که با در نظر گرفتن پارامترهای درست مثل توان، نوع، کلاس کاری و قابلیت‌های اینورتر مناسب را برای یک بار مشخص انتخاب کند. بنابراین با دانستن بارهای متصل به اینورتر و با کمک این جدول می­توانید به راحتی اینورتر مناسب را انتخاب کنید.

با توجه به اینکه پارامترهای مهم در اینورتر صنعتی، خانگی و یا خورشیدی متفاوت است. برای هر مصارفی از جدول انتخاب مخصوص به آن استفاده می­کنیم که در ادامه جداول مرتبط را شرح می­دهیم.

جدول انتخاب اینورتر برای مصارف صنعتی

اینورترهای مصارف صنعتی معمولا از نوع درایوهای فرکانس متغیر است که برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای القایی سه‌فاز به کار می­رود. بنابراین در جدول انتخاب اینورتر صنعتی توان نامی موتور، جریان نامی، نوع بار مکانیکی و شرایط کاری اهمیت ویژه­ای دارد.

پارامترهای کلیدی در جدول صنعتی:

• توان نامی موتور
• ولتاژ و تعداد فاز (معمولاً 380–400 ولت سه‌فاز)
• جریان نامی موتور

نوع بار مکانیکی:

• گشتاور ثابت (نوار نقاله، بالابر)
• گشتاور متغیر (پمپ، فن)
• ضریب اضافه‌بار مجاز اینورتر (Overload Capacity)
• کلاس کاری (Heavy Duty یا Normal Duty)

نمونه جدول انتخاب اینورتر برای مصارف صنعتی

در کاتالوگ­های شرکت­های سازنده اطلاعات و جداول دقیق وجود دارد که مهندسان بر اساس اطلاعات موجود می­توانند اینورتر مناسب را انتخاب کنید اما دقت کنید که همیشه این گونه نیست مثلا فن به توان یک و نیم وات نیاز دارد، پس این اینورتر مناسب است! توان موتور، نوع بار مکانیکی و شرایط کاری روی انتخاب اینورتر تاثیرگذار هستند و باید در طراحی سیستم آن را در نظر بگیرید.

نمونه جدول انتخاب اینورتر تک‌فاز (خانگی و نیمه‌صنعتی)

جدول انتخاب اینورتر خورشیدی

نکات مهم هنگام استفاده از جدول انتخاب اینورتر

1- شرایط محیطی تجهیزات بسیار مهم است، اینورتری که در محیط با گرد و غبار، رطوبت و دمای بالاتری کار می­کند راندمان آن کاهش پیدا می­کند بنابراین این نکته را باید در نظر بگیرید.

2- نوع بار القایی و مقاومتی تاثیر مستقیمی بر توان اینورتر می­گذارد. بنابراین نمی­توانید یک بار مثلا 400 واتی مقاومتی را با بار 400 واتی القایی را یک مقدار توان در نظر بگیرید.

3- جریان راه­اندازی و ضریب اطمینان را در تجهیزات الکترونیکی به دقت بررسی کنید، انتخاب توان کمتر باعث اضافه بار و کاهش عمر مفید اینورتر می­شود.

برای خرید اینورتر مناسب همیشه از جدول انتخاب مناسب در کاتالوگ برندها می­توانید استفاده کنید.

مثال عملی در انتخاب اینورتر 3 کیلووات

فرض کنید از یک اینورتر سه کیلووات می­خواهیم استفاده کنیم. این اینورتر چه مقدار بار را می­تواند پشتیبانی کند؟ تصور کنید یک کارگاه کوچک داریم که دارای بارهای زیر است:

جمع کل توان­های تقریبی 1600 وات می­شود. به دلیل وجود پمپ آب که از نوع بار القایی است جمع کل توان­ها را باید در ضریب اطمینان 1.4 ضرب کنیم که 2240 وات می­شود. در نتیجه انتخاب یک اینورتر 3 کیلوواتی برای این کارگاه کوچک مناسب است چون توان بارها با ضریب اطمینان از توان اینورتر کمتر است.

اینورتر 3 کیلووات برای چه تجهیزاتی مناسب است؟

برای مصارف خانگی و نیمه‌صنعتی:

• یخچال و فریزر خانگی
• تلویزیون، کامپیوتر، مودم و تجهیزات الکترونیکی
• کولر آبی کوچک
• پمپ آب تا حدود 0.75 اسب بخار
• ابزارهای برقی سبک (دریل، فرز کوچک)

انتخاب اینورتر 3 کیلووات در سیستم خورشیدی

در یک سیستم خورشیدی کوچک می­توانیم از اینورتر سه کیلووات استفاده کنیم البته این اینورتر برای مصارف خانگی مناسب است. اگر هر پنل خورشیدی 450 وات توان تولیدی داشته باشد، برای اینکه از یک اینورتر 3 کیلوواتی استفاده کنیم به 8 پنل نیاز داریم که  وات توان را تولید کند و به اینورتر بدهد.

تفاوت اینورتر 3 کیلووات تک فاز و سه فاز

انتخاب اینورتر خورشیدی؛ چه فاکتورهایی مهم است؟

• توان نامی اینورتر: انتخاب بیش‌ازحد کوچک باعث کلیپینگ توان و انتخاب بیش‌ازحد بزرگ موجب افزایش هزینه و کاهش راندمان می‌شود.
• نسبت DC به AC (DC/AC Ratio): نسبت استاندارد بین 1.1 تا 1.3 است
• ولتاژ و محدوده MPPT: اینورتر باید بتواند محدوده ولتاژ کاری پنل‌ها را در تمام شرایط دمایی پوشش دهد.
• راندمان و کیفیت توان: اینورتر باید بتواند محدوده ولتاژ کاری پنل‌ها را در تمام شرایط دمایی پوشش دهد
• نوع سیستم (آف‌گرید، آن‌گرید یا هیبرید)

توان پنل و ارتباط آن با انتخاب اینورتر خورشیدی

همان­طور که در مثال اینورتر 3 کیلوواتی مشاهده کردید مجموع توان پنل­ها از توان اینورتر خورشیدی بالاتر بود. به این دلیل که توان پنل­ها را در شرایط ایده­آل بیان می­کنند اما در واقعیت همیشه به ماکزیمم توان ایده­آل به خاطر دما، زاویه تابش و… ممکن است نرسد. مثلا اگر توان پنل 450 وات باشد به دلیل زاویه متفاوت تابش در زمستان توان پنل 390 وات می­شود و با همان 8 پنل توانی حدود 3120 کیلووات تولید می­کند.

تفاوت اینورتر خورشیدی آفگرید و آنگرید

اشتباهات رایج در انتخاب اینورتر خورشیدی

• انتخاب توان نامناسب اینورتر
• بی‌توجهی به محدوده MPPT
• نادیده گرفتن شرایط محیطی مثل دما، گردوغبار و ارتفاع از سطح دریا
• عدم تطابق ولتاژ باتری در سیستم‌های آف‌گرید
• عدم بررسی استانداردها و گواهی‌ها

نکات مهم خرید اینورتر از فروشگاه‌های تخصصی

چرا خرید اینورتر از فروشگاه تخصصی برق اهمیت دارد؟

اینورتر یک ابزار تخصصی مهم است که در سلامت و طول عمر کل سیستم اثرگذار است. با خرید از فروشگاه­های معتبر و تخصصی از اصالت اینورتر و مناسب بودن آن اطمینان بیشتری خواهید داشت. از جمله مزایای دیگر آن می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• خدمات و مشاوره تخصصی در انتخاب اینورتر
• گارانتی، اصالت کالا و پشتیبانی فنی
• خرید اینورتر مناسب با توان کاری