اینورتر خورشیدی

مقدمه

با توسعه روزافزون شبكه­ هاي قدرت در دنيا مباحثي از قبيل تبديل انرژي ، انرژيهاي نوين ، كاربردهاي مختلف سيستمهاي ساخت دست بشر در صنعت و ارتباط اين موارد باهم باعث شده تا موضوع مهندسي قدرت به عنوان يكي از شاخه­ هاي بزرگ و برجسته در ميان درياي علوم خود را تجلي كند. امروزه در اكثر جاهايي از دنيا كه تمدني وجود داشته باشد مي­توان نفوذ شبكه­ هاي قدرت را ديد.

در اين ميان مبحث الكترونيك قدرت يكي از مهمترين شاخه ­هاي اين علم مي­باشد. ادوات الكترونيك قدرت امروزه در انواع مختلف و براي كاربردهاي گوناگوني ساخته شده­ اند. از آن جمله مي­توان به ركتيفاير­ها ، تنظيم­ كننده­ هاي AC-AC ، برشگرهاي ولتاژ وجريان (چاپر ها) ، اينورترها ، منابع تغذيه و .... اشاره كرد. اینورتر خورشیدی
از اين بين اينورترها به عنوان يكي ازمهمترين و پركاربردترين اين ادوات مورد نظر مي­ باشند. كاربردهاي گوناگون اينورترها از جمله سيستمهاي تبديل DC به AC در مواردي همچون انرژي هاي نوين، درايو ماشين هاي الكتريكي و کنترل دور موتورهای القایی، UPS ها، انتقال انرژی در خطوط (HVDC)،  ادوات FACTS و .... مورد بحث روز مي­ باشد.

مروري بر اينورترها - اینورتر خورشیدی

بسته به نوع كاربرد ، نوع كليد ، نوع شبكه كه اينورتر به آن وصل مي شود و... اينورترهاي مختلفي مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين قسمت به بررسي كوتاهي راجع به اين انواع مي­پردازيم.

 

در حالت كلي از لحاظ نوع تغذيه اينورتر و باري كه اينورتر انرا تغذيه مي كند ، مي توان اينورترها را به دو گروه زير تفسيم كرد :

· اينورترهاي منبع ولتاژ VSI .

· اينورترهاي منبع جريان CSI.

اينورترهاي منبع جريان بيشتر در كاربردهاي درايوهاي ماشينهاي بزرگ صنعتي كاربرد دارند يا در جاهائي كه بحث توان بالا وجود دارد در اين اينورترها ورودي DC اينورتر جريان مي باشد و خروجي AC سينوسي آن ولتاژ . اما اينورترهاي منبع ولتاژي برعكس مي باشد يعني ورودي DC ولتاژ و خروجي AC سينوسي جريان مي باشد . در هر دو اين اينورترها توان قابليت انتقال در هر دو سمت را دارا مي باشد يعني در صورتي كه ولتاژ و جريان هم علامت باشند سيستم بصورت اينورتر و در صورتي كه مختلف العلامت باشند سيستم بصورت ركتيفاير عمل مي كند.

• منبع تغذیه - اینورتر خورشیدی

اینورتر برق DC را از منابعی مانند باتری، پانل های خورشیدی، یا سلولهای سوختی به برق AC تبدیل می کند. برق خروجی را می توان به هر ولتاژی که لازم باشد تبدیل کرد.

میکرو اینورترها مستقیما جریان را از پانل های خورشیدی به جریان متناوب تبدیل می کنند.

•منابع برق اضطراری

استفاده از باتری و اینورتر بعنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست. وقتی که برق اصلی مجددا برقرار شد ، از یکسو کننده برای شارژ کردن باتری ها استفاده می شود.

•گرمکن القائى

از اینورتر ها برای بالا بردن فرکانس برق اصلی جهت استفاده در گرمکن القائى استفاده می شود. برای اینکار ابتدا برق اصلی با به DC تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.

• انتقال انرژی به روش HVDC

در انتقال برق به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد و با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل شده و به مکان دیگری منتقل می شود. سپس در محل دریافت، به کمک اینورتر آن را به برق AC تبدیل می کنند.

•درایو فرکانس متغیر - اینورتر خورشیدی 

درايو فرکانس متغیر یا VFD يك سيستم براي كنترل كردن سرعت چرخش يك موتور AC با كنترل كردن فركانس برق اعمال شده به موتور الكتريكي است. اینورتر وظیفه کنترل برق را بعهده می گیرد. در اغلب موارد ، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است به طوری که برق DC مورد نیاز اینوتر از برق AC اصلی تامین می شود. از آنجا که در اینجا اینورتر یک عنصر اصلی است، بعضی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود.

•درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه

در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه برقی مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی مانند تویوتا Prius استفاده می شود. به طور خاص پیشرفت های مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها به خاطر کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی است. در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور (که در این جا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.

 

از لحاظ نوع شبكه متصل به اينورتر مي توان آنها را به دو دسته زير تقسيم كرد : اینورتر خورشیدی

· اينورترهاي حقيقي

· اينورترهاي مجازي

اگر شبكه اي كه اينورتر به آن وصل مي باشد يك شبكه اكتيو باشد مثل كاربردهاي توليد انرژي هاي نوين و HVDC در اين صورت اينورتر يك اينورتر مجازي مي باشد يعني اينورتر در حقيقت يك مبدل پل تريستوري با زاويه آتش بزرگتر از 90 درجه خواهد بود . اما در صورتي كه اين شبكه پسيو باشد اينورتر يك اينورتر حقيقي بوده و عمل تبديل مستقيم DC به AC را انجام مي دهد.

از لحاظ نوع كموتاسيون مي­توان به دو دسته­بندي زير رسيد :

· اينورترهاي با كموتاسيون طبيعي ، كموتاسيون خط.

· اينورترهاي با كموتاسيون اجباري

كموتاسيون طبيعي بيشتر در سيستمهاي متصل به شبكه استفاده مي­گردد ليكن در كموتاسيون اجباري از طريق مدار جانبي كموتاسيون صورت مي­گيرد.

 

از لحاظ نوع شبكه نيز مي­توان تقسيم بندي زير را انجام داد : اینورتر خورشیدی

·  اينورترهاي تك فاز.

·  اينورترهاي سه فاز.

كه در واقع به نوع بار و نوع كاربرد بستگي دارند خود اينورترهاي تك فاز نيز داراي انواع مختلفي مي­باشند مانند اينورترهاي نيم موج ، تمام موج و پوش پول كه هر كدام در كاربردهاي مخصوصي مورد استفاده دارند .

همچنين از بابت نوع مدار تحريك عناصر كليدي مي توان اينورترها را به انواع زير تقسيم بندي كرد: اینورتر خورشیدی

· اينورترهاي موج مربعي كه در اين انواع عمل كنترل ولتاژ از طريق ركتيفاير كنترل مي­گردد تا اينكه دامنه موج AC خروجي را كنترل كند و اينورتر فقط عمل كنترل فركانس را انجام مي دهد . شكل موج خروجي در اين حالت مربعي مي باشد.

•  اينورترهاي با مدولاسيون پالسي: در اين سيستمها ركتيفاير معمولا بصورت ديودي بوده و عمل كنترل ولتاژ و فركانس فقط توسط اينورتر صورت مي­گيرد . اين كار از طريق اعمال الگوهاي مختلف پالس به كليدهاي اينورتر صورت مي­گيرد . الگوهاي مختلفي براي نزديك تر كردن سيگنال خروجي به فرم سينوسي وجود دارند از جمله: PWM,SPWM,PAM,SVM,... كه هركدام دركاربردهاي بخصوصي استفاده مي­گردند.

 

از سوي ديگر مي توان تقسيم­بندي را از لحاظ تعداد سطوح سيگنال خروجي انجام داد: اینورتر خورشیدی

· اينورترهاي دو سطحي: در اين سيستمها شكل موج خروجي داراي دو سطح خروجي مثبت و منفي مي­باشد.

· اينورترهاي سه سطحي: كه در اين سيسستمها علاوه بر دو سطح قبلي شكل موج سطح صفر نيز مابين آنها اضافه مي­گردد. اين كار با انجام عمل حذف ولتاژي در اينورترها صورت مي­گيرد.

· اينورترهاي چند سطحي: در اين انواع از اينورترهائي با تعداد چند عنصر كليدي در هر بازوي پل استفاده مي­گردد كه با تركيب مناسب اين عناصر باهم مي توان به چندين سطح در سيگنال خروجي رسيد. اين عمل را با اتصال موازي اينورترها نيز مي توان انجام داد . فايده اين عمل در كاهش ابعاد سيستم فيلترينگ مي­باشد.

اما انواع ديگري از اينورترهاي پركاربرد در صنعت وجود دارند كه بيشتر براي كاربردهاي فركانس بالا استفاده مي­گردند و با نام اينورترهاي تشديدي خوانده مي شوند.

 

در اين اينورترها كليد زني عناصر در لحظه صفر شدن ولتاژ يا جريان صورت مي­گيرد. لذا كاهش قابل ملاحظه اي در مقدار تلفات سويچينگ بوجود مي­آورد. اين اينورترها به دو دسته زير تقسيم مي گردند.: اینورتر خورشیدی

1-اينورترهاي با تشديد بار : در اين نوع مبدلها از يك بار LC براي ايجاد رزونانس استفاده مي شود . ليكن بسته به مقادير مختلف در مقدار ضريب ميرايي و فركانس اينورتر ؛ اين سيستمها مي­توانند حالتهاي مختلف عملكردي داشته باشند كه هريك براي كاربرد خاصي استفاده مي­گردند. خود اين اينورترها دو نوع مي باشند

· اينورترهاي تشديدي با مدار تشديد سري: كه در اين انواع از يك سيستم رزونانسي سري در خروجي اينورتر به همراه بار استفاده مي­گردد و وجود سلف سري باعث پيوستگي در جريان خروجي خواهد شد. لذا اين اينورتر بايستي از طريق يك منبع ولتاژ تغذيه گردد يعني يك اينورتر منبع ولتاژ مي باشد

· اينورترهاي تشديدي با مدار تشديد موازي: كه در اين انواع از يك سيستم رزونانسي موازي در خروجي اينورتر به همراه بار استفاده مي­گردد و وجود خازن موازي باعث پيوستگي در ولتاژ خروجي خواهد شد. لذا اين اينورتر بايستي از طريق يك منبع جريان تغذيه گردد يعني يك اينورتر منبع جريان مي باشد

2-اينورترهاي با لينك DC تشديدي: در اين سيستمها به ولتاژ DC ورودي به اينورتر اجازه داده مي­شود تا حول يك مقدار ثابت نوساناتي را داشته باشد ، معمولا بين صفر و يك مقدار مثبت، در اين حالت ولتاژ ورودي طي زمان محدودي صفر مي ماند و اجازه سويچينگ در اين لحظات به كليدهاي اينورتر داده مي­شود.