باعتبارها المعدات الأساسية لأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، يتم استخدام العاكسات لتحويل جهد التيار المستمر المتغير الناتج عن الوحدات الكهروضوئية إلى طاقة تيار متردد عند تردد التيار الكهربائي، وهو أحد توازنات النظام المهمة في أنظمة المصفوفة الكهروضوئية. في الوقت الحاضر، العاكسات الشائعة في السوق هي محولات مركزية، ومحولات سلسلة، ومحولات صغيرة. أدناه، سوف نقوم بمقارنة وتحليل هذه الأنواع الثلاثة من العاكسون.
1 العاكس المركزي
تقنية العاكس هي توصيل عدة سلاسل كهروضوئية متوازية بطرف إدخال التيار المستمر لنفس العاكس المركزي. بشكل عام، يتم استخدام وحدات طاقة IGBT ثلاثية الطور للأنظمة عالية الطاقة، وتستخدم الترانزستورات ذات التأثير الميداني للأنظمة منخفضة الطاقة. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام وحدات التحكم في تحويل DSP لتحسين جودة الطاقة الكهربائية المولدة، مما يجعلها قريبة جدًا من تيار الموجة الجيبية. يتم استخدامه بشكل عام في أنظمة محطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة التي تزيد عن 10 كيلو واط.
تستخدم المحولات المركزية بشكل عام في أنظمة توليد الطاقة واسعة النطاق مثل المصانع ومحطات الطاقة الصحراوية ومحطات الطاقة الأرضية ذات ضوء الشمس الموحد. الطاقة الإجمالية للنظام كبيرة، وعادة ما تكون أعلى من مستوى الميغاواط.
المزايا الرئيسية هي:
1. عدد العاكسات صغير، مما يجعل من السهل إدارتها؛
2. يحتوي العاكس على عدد صغير من المكونات وموثوقية عالية.
3. محتوى توافقي منخفض، مكون DC منخفض، وجودة طاقة عالية؛
4. العاكس لديه تكامل عالي، كثافة طاقة عالية، وتكلفة منخفضة.
5. العاكس لديه وظائف الحماية الكاملة والسلامة العالية لمحطة الطاقة.
6. لديها وظيفة تنظيم عامل الطاقة وركوب الجهد المنخفض من خلال الوظيفة، مع أداء تنظيم الشبكة الجيد.
العيوب الرئيسية هي:
1. معدل الخطأ في صندوق توحيد التيار المستمر مرتفع، مما يؤثر على النظام بأكمله؛
2. نطاق جهد MPPT للعاكسات المركزية ضيق، بشكل عام 450-820V، وتكوين المكونات غير مرن. وقت توليد الطاقة قصير في المناطق ذات الطقس الغائم والضبابي؛
3. إن تركيب ونشر غرف الماكينات العاكسة أمر صعب ويتطلب غرف ومعدات مخصصة للآلات؛
4. العاكس نفسه يستهلك الكثير من الطاقة والتهوية وتبديد الحرارة في غرفة الكمبيوتر يستهلك الكثير من الكهرباء، مما يجعل صيانة النظام معقدة نسبيًا؛
5. في نظام العاكس المتصل بالشبكة المركزية، تصل مجموعة المكونات إلى العاكس من خلال نقطتي التقاء. لا تستطيع وظيفة تتبع الطاقة القصوى (MPPT) للعاكس مراقبة تشغيل كل مكون، لذلك من المستحيل الحفاظ على كل مكون في نقطة العمل المثالية. عندما يفشل أحد المكونات أو يتم حظره بواسطة الظلال، فسوف يؤثر ذلك على كفاءة توليد الطاقة للنظام بأكمله؛
6. لا توجد إمكانية تكرارية في نظام العاكس المتصل بالشبكة المركزية. في حالة حدوث خطأ في إيقاف التشغيل، سيتوقف النظام بأكمله عن توليد الكهرباء.
2 سلسلة العاكس
يعتمد عاكس السلسلة على المفهوم المعياري، حيث تمر كل سلسلة كهروضوئية (1-5 كيلوواط) عبر عاكس مع أقصى تتبع لذروة الطاقة عند طرف التيار المستمر واتصال الشبكة المتوازية عند طرف التيار المتردد. لقد أصبح العاكس الأكثر شعبية في السوق الدولية اليوم.
تُستخدم محولات السلسلة بشكل أساسي في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية الصغيرة والمتوسطة الحجم على الأسطح ومحطات الطاقة الأرضية الصغيرة.
المزايا الرئيسية هي:
1. عاكس السلسلة يعتمد تصميم معياري، مع كل سلسلة كهروضوئية تتوافق مع العاكس. يتمتع طرف التيار المستمر بوظيفة تتبع الطاقة القصوى، ويتم توصيل طرف التيار المتردد بالتوازي مع الشبكة. وتتمثل ميزتها في أنها لا تتأثر باختلافات الوحدة بين الخيوط وعوائق الظل، مع تقليل عدم التطابق بين نقطة التشغيل المثالية للوحدات الكهروضوئية والعاكس، وزيادة توليد الطاقة إلى الحد الأقصى؛
2. نطاق الجهد MPPT لمحولات السلسلة واسع، ويتراوح بشكل عام من 250-800V. المركبتكوين nt أكثر مرونة، ووقت توليد الطاقة أطول في المناطق ذات الطقس الغائم والضبابي؛
3. إن العاكس المتصل بالشبكة من نوع السلسلة لديه حجم صغير، خفيف الوزن، وسهل النقل والتركيب. لا يتطلب أدوات ومعدات احترافية، ولا يتطلب غرفة توزيع مخصصة. يمكنه تبسيط عملية البناء وتقليل إشغال الأراضي في مختلف التطبيقات. لا تتطلب اتصالات خط التيار المستمر أيضًا صناديق مجمعة للتيار المستمر أو خزانات توزيع التيار المستمر. يتميز نوع السلسلة أيضًا بمزايا مثل انخفاض استهلاك الطاقة الذاتية، والحد الأدنى من تأثير الأخطاء، وسهولة الاستبدال والصيانة.
العيوب الرئيسية هي:
1. هناك العديد من المكونات الإلكترونية، مع أجهزة الطاقة ودوائر الإشارة على نفس اللوحة، مما يجعل من الصعب تصميمها وتصنيعها، وأقل موثوقية قليلاً؛
2. الخلوص الكهربائي لأجهزة الطاقة صغير، مما يجعلها غير مناسبة للمناطق المرتفعة والتركيب الخارجي. يمكن أن يتسبب التعرض للرياح والشمس بسهولة في شيخوخة الغلاف والمشتت الحراري؛
3. بدون تصميم محول العزل، تكون السلامة الكهربائية سيئة قليلاً وغير مناسبة لنظام التأريض السلبي للمكونات ذات الأغشية الرقيقة. مكون التيار المستمر كبير الحجم وله تأثير كبير على شبكة الكهرباء؛
4. عندما يتم توصيل محولات متعددة على التوازي، يكون التوافق الكلي مرتفعًا، ويمكن التحكم في THDI لعاكس واحد إلى أكثر من 2%. ومع ذلك، إذا تم توصيل أكثر من 40 عاكسًا بالتوازي، فسيتم فرض التوافقي الإجمالي ويصعب قمعه؛
5. مع وجود عدد كبير من العاكسات، فإن معدل الفشل الإجمالي سوف يزيد، مما يجعل مراقبة النظام صعبة؛
6. بدون قواطع دوائر التيار المستمر وقواطع دوائر التيار المتردد، وبدون صمامات التيار المستمر، ليس من السهل قطع الاتصال عند حدوث خلل في النظام؛
7. يمكن للعاكس الفردي أن يحقق ركوب جهد صفري من خلال الوظيفة، ولكن عندما يتم توصيل آلات متعددة على التوازي، فمن الصعب تحقيق ركوب جهد صفري من خلال الوظيفة، وتنظيم الطاقة التفاعلية، وتنظيم الطاقة النشطة، ووظائف أخرى.
3 العاكس الصغير
يمكن للعاكسات الصغيرة تحقيق أقصى قدر من تتبع نقطة الطاقة على مستوى اللوحة، مع مزايا مقارنة بالعاكسات المركزية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين طاقة الخرج لكل وحدة لزيادة طاقة الخرج الإجمالية إلى أقصى حد.
المزايا الرئيسية هي:
1. عند فشل وحدة واحدة أو حتى عدة وحدات، يظل النظام قادرًا على الاستمرار في توفير الكهرباء للشبكة بتوفر عالٍ؛ يمكن تكوين وحدات زائدة متعددة اختياريًا لتحسين موثوقية النظام؛
2. التكوين المرن، مما يسمح للمستخدمين بتركيب الخلايا الكهروضوئية وفقًا لقدراتهم المالية في السوق المحلية؛
3. تقليل تأثير الظلال الناتجة عن الإخفاء المحلي بشكل فعال على طاقة الإخراج؛
4. لا يوجد كهرباء ذات جهد عالي، تركيب أكثر أمانًا وبساطة وأسرع، وتكاليف صيانة وتركيب أقل، وتقليل الاعتماد على مقدمي خدمات التركيب؛
5. من خلال زيادة توليد الطاقة لكل وحدة عاكس وتتبع الطاقة القصوى، يمكن تتبع نقطة الطاقة القصوى لمكون واحد، مما يمكن أن يزيد بشكل كبير من توليد الطاقة للنظام الكهروضوئي بنسبة 25%.
العيوب الرئيسية هي:
1. سيناريوهات تطبيق العاكسات الصغيرة مناسبة بشكل عام للأسر المعيشية الموجودة على الأسطح، لكن تطبيقاتها محدودة؛
2. تكلفة العاكسات الدقيقة أعلى نسبيًا مقارنة بالعاكسات المركزية والمحولات الخيطية.
من خلال التحليل المقارن، تتمتع محولات السلسلة بمزايا مقارنة بالمحولات المركزية والمحولات الصغيرة من حيث معدل الفشل وسلامة النظام وتكاليف التشغيل والصيانة. لديهم موثوقية أفضل للنظام ويمكنهم ضمان التشغيل الآمن والموثوق على المدى الطويل لمحطات الطاقة.