تعد المحولات المتصلة بالشبكة الكهروضوئية مكونات رئيسية أساسية في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، وتستخدم بشكل أساسي كمصادر طاقة عاكسة مخصصة في مجال توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية. تقوم المحولات المتصلة بالشبكة بتحويل طاقة التيار المتردد الناتجة عن الألواح الشمسية إلى طاقة تيار متردد يمكن توصيلها مباشرة بشبكة الطاقة من خلال تقنية التحويل الإلكتروني للطاقة. دعونا نتعرف على مبدأ عمل العاكسات المتصلة بالشبكة الكهروضوئية ودورها في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية.
1 مبدأ عمل العاكس المتصل بالشبكة الكهروضوئية
عندما يتم قطع شبكة الطاقة العامة، فإن جانب الشبكة يعادل حالة ماس كهربائى، والعاكس المتصل بالشبكة سوف يحمي نفسه تلقائيًا بسبب الحمل الزائد. عندما يكتشف المعالج الدقيق الحمل الزائد، بالإضافة إلى حظر إشارة SPWM، فإنه سيقوم أيضًا بفصل قاطع الدائرة المتصل بالشبكة. في هذا الوقت، إذا كانت مجموعة الخلايا الشمسية لديها خرج طاقة، فسيعمل العاكس في حالة تشغيل منفصلة. عند التشغيل بمفرده، يكون التحكم بسيطًا نسبيًا، وهو حالة التغذية الراجعة السلبية لجهد التيار المتردد. يكتشف المعالج الدقيق جهد الخرج للعاكس ويقارنه بالجهد المرجعي (عادة 220 فولت)، ثم يتحكم في دورة عمل خرج PWM لتحقيق تشغيل العاكس وتنظيم الجهد.
وبطبيعة الحال، فإن الشرط الأساسي للتشغيل المستقل هو أن مجموعة الخلايا الشمسية يمكنها توفير الطاقة الكافية في ذلك الوقت. إذا كان الحمل كبيرًا جدًا أو كانت ظروف ضوء الشمس سيئة، فلن يتمكن العاكس من إخراج طاقة كافية، وسوف ينخفض الجهد الطرفي لمجموعة الخلايا الشمسية، مما يؤدي إلى انخفاض جهد التيار المتردد الناتج والدخول في حالة حماية الجهد المنخفض. عندما تستأنف شبكة الطاقة الإمداد بالطاقة، فإنها ستتحول تلقائيًا إلى حالة التغذية الراجعة.
2 دور العاكسات المتصلة بالشبكة الكهروضوئية
لا تتمتع العاكسات بوظيفة التحويل المباشر للتيار المتردد فحسب، بل لها أيضًا وظيفة تعظيم أداء الخلايا الشمسية وحماية أخطاء النظام. باختصار، هناك وظائف التشغيل والإيقاف التلقائي، ووظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى، ووظيفة التشغيل المضادة للعزل (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، ووظيفة ضبط الجهد التلقائي (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، ووظيفة اكتشاف التيار المستمر (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، و وظيفة الكشف عن التأريض DC (للأنظمة المتصلة بالشبكة).
1. وظيفة التشغيل والإيقاف التلقائي
بعد شروق الشمس في الصباح، تزداد شدة الإشعاع الشمسي تدريجيًا، ويزداد أيضًا إنتاج الخلية الشمسية وفقًا لذلك. عند الوصول إلى طاقة الخرج المطلوبة لتشغيل العاكس، يبدأ العاكس في التشغيل تلقائيًا. بعد الدخول في التشغيل، يقوم العاكس بمراقبة مخرجات وحدات الخلايا الشمسية بشكل مستمر. طالما أن طاقة الخرج لوحدات الخلايا الشمسية أكبر من طاقة الخرج المطلوبة لتشغيل العاكس، فسوف يستمر العاكس في العمل؛ حتى غروب الشمس، يمكن للعاكس أن يعمل حتى في الأيام الممطرة. عندما ينخفض خرج وحدة الخلايا الشمسية ويقترب خرج العاكس من الصفر، يدخل العاكس في حالة الاستعداد.
2. أقصى وظيفة التحكم في تتبع الطاقة
يختلف ناتج وحدات الخلايا الشمسية باختلاف شدة الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة وحدة الخلايا الشمسية نفسها (درجة حرارة الشريحة). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لخاصية انخفاض الجهد مع زيادة التيار في وحدات الخلايا الشمسية، توجد نقطة تشغيل مثالية يمكنها تحقيق أقصى قدر من الطاقة. تتغير شدة الإشعاع الشمسي باستمرار، ومن الواضح أن نقطة التشغيل المثالية تتغير أيضًا. بالمقارنة مع هذه التغييرات، مع الحفاظ على نقطة تشغيل وحدة الخلايا الشمسية عند أقصى نقطة طاقة، يحصل النظام دائمًا على الحد الأقصى من خرج الطاقة من وحدة الخلايا الشمسية، ويسمى هذا التحكم بالتحكم الأقصى في تتبع الطاقة. أكبر ميزة للعاكسات المستخدمة في أنظمة توليد الطاقة الشمسية هي تضمين وظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT).
3. كشف الشبكة ووظيفة اتصال الشبكة
قبل توليد الطاقة المتصلة بالشبكة، يحتاج العاكس المتصل بالشبكة إلى أخذ الطاقة من الشبكة، واكتشاف الجهد والتردد وتسلسل الطور والمعلمات الأخرى لنقل طاقة الشبكة، ثم ضبط معلمات توليد الطاقة الخاصة به لتكون متوافقة مع معلمات الشبكة الكهربائية. بعد ذلك، يمكن إكمال توليد الطاقة المتصلة بالشبكة.
4. ركوب الجهد صفر (منخفض) من خلال الوظيفة
عندما تتسبب حوادث أو اضطرابات نظام الطاقة في انخفاض مؤقت في الجهد عند نقطة اتصال الشبكة لمحطة الطاقة الكهروضوئية، يمكن لمحطة الطاقة الكهروضوئية ضمان التشغيل المستمر دون انقطاع ضمن نطاق معين وفاصل زمني لانخفاض الجهد.
5. الكشف عن تأثير الجزر ومكافحته
أثناء توليد الطاقة العادية، يتم توصيل نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة الكهروضوئية بشبكة الطاقة ويوفر الطاقة النشطة للشبكة. ومع ذلك، عندما تفقد الشبكة الطاقة، قد يستمر نظام توليد الطاقة المتصل بالشبكة الكهروضوئية في العمل والعمل بشكل مستقل عن الأحمال المحلية، وهي ظاهرة تعرف باسم تأثير الجزيرة. عندما يحدث العزل في العاكسات، فإنه يشكل خطرًا كبيرًا على السلامة الشخصية، وتشغيل الشبكة، والعاكس نفسه. ولذلك، فإن معيار اتصال الشبكة للعاكسات ينص على أن العاكسات المتصلة بالشبكة الكهروضوئية يجب أن يكون لها وظائف الكشف والتحكم في الجزر.