چگونه یک اینورتر اتصال شبکه خورشیدی نوسانات برق و خرابی شبکه را کنترل می کند؟

انرژی خورشیدی سنگ بنای راه حل های انرژی پایدار در سراسر جهان شده است. از جمله اجزای حیاتی یک سیستم فتوولتائیک (PV) است اینورتر کراوات شبکه خورشیدی (GTI) . برخلاف اینورترهای خارج از شبکه که انرژی را در باتریها ذخیره میکنند، اینورترهای اتصال شبکه انرژی اضافی را از پنلهای خورشیدی مستقیماً به شبکه برق تغذیه میکنند و به صاحبان خانهها و مشاغل اجازه میدهند هزینههای برق را کاهش دهند و در عین حال به اکوسیستم انرژی پایدارتر کمک کنند.

با این حال، ادغام انرژی خورشیدی در شبکه چالش هایی را به همراه دارد، به ویژه نوسانات برق و خرابی شبکه . پایداری شبکه بسیار مهم است و مدیریت نادرست این مسائل می تواند به تجهیزات آسیب برساند، باعث از دست دادن انرژی شود و ایمنی را به خطر بیندازد. این مقاله به بررسی نحوه مدیریت اینورترهای اتصال شبکه خورشیدی این چالش ها، فناوری های درگیر و بهترین شیوه ها برای حفظ سیستم های انرژی خورشیدی پایدار و قابل اعتماد می پردازد.

1. درک اینورترهای اتصال شبکه خورشیدی

ا اینورتر کراوات شبکه خورشیدی یک دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط پانل های خورشیدی را به جریان متناوب (AC) سازگار با شبکه برق تبدیل می کند. فراتر از تبدیل ساده DC به AC، GTI های مدرن عملکردهای پیشرفته ای را ارائه می دهند:

• همگام سازی: تطبیق ولتاژ، فرکانس، و فاز شبکه.
• حداکثر ردیابی نقطه قدرت (MPPT): بهینه سازی انرژی برداشت شده از پنل های خورشیدی.
• نظارت و ارتباطات: امکان نظارت از راه دور بر تولید انرژی و وضعیت سیستم.
• ایمنی و حفاظت: تشخیص خطاها، اضافه بارها یا شرایط غیرعادی شبکه.

GTI طوری طراحی شده است که فقط زمانی که شبکه فعال است کار کند، که ایمنی و انطباق با مقررات آب و برق را تضمین می کند.

2. نوسانات قدرت: علل و تأثیرات

نوسانات برق ، همچنین به عنوان تغییرات ولتاژ یا فرکانس شناخته می شود، زمانی رخ می دهد که برق تامین شده توسط شبکه ناپایدار باشد. علل شایع عبارتند از:

• تغییرات ناگهانی بار: روشن یا خاموش شدن وسایل برقی بالا می تواند باعث افزایش یا کاهش ولتاژ شود.
• ادغام منابع تجدیدپذیر: توربین های بادی، آرایه های خورشیدی و سایر منابع انرژی متناوب می توانند تغییرپذیری شبکه را ایجاد کنند.
• زیرساخت شبکه معیوب: ترانسفورماتورهای پیری، خطوط آسیب دیده یا خطاهای الکتریکی می توانند ولتاژ و فرکانس شبکه را مختل کنند.
• شرایط آب و هوایی: رعد و برق، طوفان یا امواج گرما می تواند بر پایداری شبکه تأثیر بگذارد.

تاثیرات بر منظومه شمسی عبارتند از:

• کاهش بهره وری انرژی، زیرا اینورترها ممکن است خروجی را در طول نوسانات محدود کنند.
• آسیب احتمالی به اجزای اینورتر یا پنل های خورشیدی در صورت عدم وجود اقدامات حفاظتی.
• افزایش خطر خاموش یا خاموش کردن اینورتر.

3. خرابی های شبکه: علل و تأثیرات

خرابی شبکه یا خاموشی زمانی رخ می دهد که شبکه برق قادر به تامین برق نباشد. علل می تواند شامل موارد زیر باشد:

• خرابی تجهیزات در مقیاس بزرگ (ترانسفورماتور، پست).
• رویدادهای شدید آب و هوایی که باعث آسیب به خط می شود.
• خطاهای عملیاتی یا اضافه بار.

خرابی های شبکه چالش های منحصر به فردی را برای GTI ها ایجاد می کند زیرا آنها هستند طراحی نشده برای کار در انزوا بدون باتری یا پشتیبانی خارج از شبکه. تغذیه برق به یک شبکه مرده، معروف به جزیره نشینی ، برای کارگران تاسیسات بسیار خطرناک است و می تواند به تجهیزات آسیب برساند.

پیامدهای خرابی شبکه برای GTI ها:

• اینورترها به طور خودکار برای جلوگیری از جزیره قطع می شوند.
• پنل های خورشیدی به تولید DC ادامه می دهند، اما انرژی را نمی توان صادر کرد یا از آن استفاده کرد مگر اینکه سیستم پشتیبان وجود داشته باشد.
• قطع مکرر ممکن است کارایی سیستم را کاهش دهد و در صورت عدم مدیریت صحیح، بر طول عمر قطعات تأثیر بگذارد.

4. چگونه اینورترهای Grid Tie نوسانات برق را مدیریت می کنند

GTI های خورشیدی مدرن از فناوری ها و استراتژی های متعددی برای حفظ عملکرد پایدار علیرغم نوسانات شبکه استفاده می کنند.

الف) مانیتورینگ ولتاژ و فرکانس

GTI ها به طور مداوم ولتاژ و فرکانس شبکه را کنترل می کنند. اگر این پارامترها فراتر از محدودیت های از پیش تعریف شده منحرف شوند، اینورتر می تواند:

• کاهش خروجی برای مطابقت با شرایط شبکه (تخریب).
• به طور موقت برای محافظت از تجهیزات خاموش می شود.
• پس از تثبیت شبکه، عملکرد عادی خود را به طور خودکار از سر بگیرید.

این رویکرد از آسیب به اینورتر و وسایل متصل جلوگیری می کند و در عین حال از انطباق با مقررات ابزار اطمینان می دهد.

ب) حفاظت ضد جزیره

ضد جزیره یک ویژگی ایمنی حیاتی است که از اینورتر و شبکه محافظت می کند. هنگامی که شبکه شرایط ولتاژ یا فرکانس غیرعادی را تجربه می کند، اطمینان حاصل می کند که اینورتر خاموش می شود.

تکنیک ها عبارتند از:

• روش های غیرفعال: تشخیص انحرافات در ولتاژ یا فرکانس برای شناسایی ناپایداری شبکه.
• روش های فعال: تزریق سیگنال های کوچک به شبکه برای آزمایش زنده بودن آن. اگر پاسخ وجود نداشته باشد، اینورتر قطع می شود.

با اجرای ضد جزیره، GTI ها از تغذیه برق به یک شبکه خراب، محافظت از کارگران تاسیسات و کاهش خطر تجهیزات جلوگیری می کنند.

ج) پشتیبانی از ولتاژ پویا

برخی از اینورترهای پیشرفته می توانند ارائه دهند توابع پشتیبانی شبکه ، مانند ولتاژ سواری یا تزریق توان راکتیو، برای تثبیت نوسانات جزئی. این توابع به اینورتر اجازه می دهد تا به طور موقت توان راکتیو را تامین کند و به حفظ ولتاژ شبکه در محدوده ایمن کمک کند.

د) اصلاح ضریب قدرت

اینورترها می توانند ضریب توان را برای بهبود پایداری ولتاژ تنظیم کنند و بارهای راکتیو را در سیستم جبران کنند. با انجام این کار، آنها استرس روی شبکه را کاهش می دهند و عملکرد نرم تر را در شرایط نوسان تضمین می کنند.

5. چگونه اینورترهای Grid Tie به خرابی های Grid پاسخ می دهند

هنگامی که خرابی شبکه رخ می دهد، GTI ها باید به سرعت پاسخ دهند تا از خطرات جلوگیری کنند:

الف) قطع فوری

GTI ها طوری برنامه ریزی شده اند که در عرض میلی ثانیه از شبکه جدا شوند تا شرایط ولتاژ یا فرکانس غیرعادی را تشخیص دهند. این واکنش سریع مانع از:

• جزیره نشینی: اینورتر انرژی را به یک شبکه بدون انرژی تغذیه می کند.
• آسیب تجهیزات: اضافه ولتاژ یا کم ولتاژ می تواند به اینورترها و وسایل متصل آسیب برساند.
• خطرات ایمنی: محافظت از کارگران تاسیسات در برابر مدارهای زنده غیرمنتظره.

ب) اتصال مجدد خودکار

هنگامی که شبکه تثبیت می شود و ولتاژ/فرکانس به محدوده های قابل قبول باز می گردد، اینورتر می تواند به طور خودکار دوباره وصل شود و صادرات انرژی را بازگرداند. فرآیند اتصال مجدد به دقت کنترل می شود تا از موج های ناگهانی جلوگیری شود.

ج) ادغام با سیستم های ذخیره انرژی

در برخی از تنظیمات ترکیبی، GTI ها را می توان با سیستم های ذخیره سازی باتری یا مدیریت انرژی جفت کرد. در طول خرابی شبکه:

• اینورتر می تواند به حالت خارج از شبکه سوئیچ کند.
• انرژی ذخیره شده در باتری ها می تواند بارهای ضروری را تامین کند.
• پس از بازیابی شبکه، سیستم می تواند عملکرد عادی شبکه را از سر بگیرد.

این رویکرد انعطاف پذیری را افزایش می دهد و امکان تامین برق بدون وقفه را در هنگام قطع برق فراهم می کند.

6. ویژگی های اضافی افزایش پایداری

اینورترهای گره شبکه مدرن همچنین دارای ویژگی هایی هستند که مدیریت نوسانات و خرابی ها را بهبود می بخشد:

• MPPT (حداکثر ردیابی نقطه قدرت): خروجی خورشیدی را برای حداکثر راندمان تنظیم می کند، حتی در هنگام سایه زدن جزئی یا شرایط مختلف نور خورشید.
• نظارت بر دما: از اینورترها در برابر گرمای بیش از حد محافظت می کند، که می تواند در طول ناپایداری شبکه تشدید شود.
• ارتباطات و نظارت: نظارت از راه دور به اپراتورهای سیستم اجازه می دهد تا ناهنجاری ها را زود تشخیص دهند و اقدامات اصلاحی انجام دهند.
• حفاظت از موج: نگهبانان در برابر حملات رعد و برق، افزایش ولتاژ و رویدادهای گذرا.

7. بهترین روش ها برای بهینه سازی عملکرد اینورتر گره شبکه

برای اطمینان از اینکه یک GTI خورشیدی نوسانات و خرابی ها را به طور موثر مدیریت می کند، بهترین شیوه های زیر را در نظر بگیرید:

1. یک اینورتر کیفیت را انتخاب کنید: اینورترهایی را با گواهینامه های UL 1741، IEEE 1547 یا IEC 61727 برای انطباق با شبکه انتخاب کنید.
2. اندازه مناسب: اطمینان حاصل کنید که ظرفیت اینورتر با خروجی آرایه خورشیدی مطابقت دارد تا از اضافه بار یا استفاده ناکافی جلوگیری شود.
3. تعمیر و نگهداری منظم: اجزای اینورتر را بازرسی و تمیز کنید، سیم کشی را بررسی کنید و عملکرد سیستم را نظارت کنید.
4. سیستم های پشتیبان: ذخیره سازی باتری یا اینورترهای هیبریدی را برای انعطاف پذیری در هنگام خرابی شبکه یکپارچه کنید.
5. شرایط شبکه مانیتور: از سیستم های نظارت هوشمند برای ردیابی ولتاژ، فرکانس و تولید انرژی استفاده کنید.
6. نصب حرفه ای: اتصال به زمین، سیم کشی و راه اندازی مناسب تضمین می کند که اینورتر ایمن و کارآمد عمل می کند.

8. نتیجه گیری

اینورترهای اتصال شبکه خورشیدی نقش مهمی در ادغام انرژی های تجدیدپذیر در شبکه های الکتریکی مدرن دارند. توانایی آنها در نوسانات برق را کنترل کنید و به خرابی های شبکه با خیال راحت پاسخ دهید پایداری سیستم را تضمین می کند، از تجهیزات محافظت می کند و از کاربران و کارگران تاسیسات محافظت می کند.

از طریق نظارت مداوم ولتاژ و فرکانس، حفاظت های ضد جزیره، پشتیبانی از ولتاژ پویا و پروتکل های اتصال مجدد هوشمند، GTI ها تولید انرژی کارآمد را حتی در شرایط چالش برانگیز حفظ می کنند. هنگامی که با ذخیره انرژی، حفاظت از نوسانات و طراحی سیستم حرفه ای ترکیب می شود، اینورترهای اتصال شبکه یک راه حل قابل اعتماد، کارآمد و ایمن برای سیستم های خورشیدی مسکونی و تجاری ارائه می دهند.

در عصر پذیرش رو به رشد انرژی های تجدیدپذیر، درک اینکه چگونه اینورترهای اتصال شبکه خورشیدی نوسانات و خرابی های شبکه را مدیریت می کنند برای صاحبان خانه، مهندسان و اپراتورهای برق ضروری است. طراحی مناسب سیستم، اجزای با کیفیت و تعمیر و نگهداری فعال نه تنها خروجی انرژی را به حداکثر می رساند، بلکه به زیرساخت انرژی ایمن تر، انعطاف پذیرتر و پایدارتر کمک می کند.