تحليل معلمات الأداء الأساسية لمحولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية

عاكس الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو جهاز تنظيم طاقة مبني على أشباه الموصلات، وتتمثل وظيفته الأساسية في تحويل الطاقة الكهربائية من التيار المستمر إلى تيار متردد. يتكون هيكله النموذجي من جزأين: دائرة التعزيز ودائرة جسر العاكس. دائرة التعزيز مسؤولة عن رفع جهد التيار المستمر الذي تولده الخلية الشمسية إلى المستوى المطلوب للتحكم في خرج العاكس. أما دائرة جسر العاكس، فتحول جهد التيار المستمر المعزز إلى جهد تيار متردد يتوافق مع تردد مصدر الطاقة الرئيسي.

يُعرف هذا الجهاز أيضًا باسم مُنظِّم الطاقة. في أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، يُمكن تصنيفها إلى نوعين حسب الاستخدام: النوع غير المُتصل بالشبكة والنوع المُتصل بها. وفقًا لطريقة تعديل شكل الموجة، يشمل هذا النوع مُحوّلات الموجة المربعة، ومُحوّلات الموجة المُتدرجة، ومُحوّلات الموجة الجيبية، والمُحوّلات المُركّبة ثلاثية الطور. أما بالنسبة للمُحوّلات المُخصّصة للأنظمة المُتصلة بالشبكة، فيمكن تصنيفها إلى مُحوّلات مُزوّدة بمُحوّلات، ومُحوّلات بدون مُحوّلات، وذلك بناءً على ما إذا كانت مُزوّدة بمُحوّلات أم لا.

المعلمات الأساسية للأداء لمحولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي كما يلي:

1. جهد الخرج المقدر

ضمن نطاق التذبذب المسموح به لجهد التيار المستمر الداخل المحدد، يجب أن يكون العاكس الكهروضوئي قادرًا على إخراج قيمة الجهد المُصنّف. عادةً، يكون الخرج المُصنّف للطور الواحد ٢٢٠ فولت، وللثلاثي الأطوار ٣٨٠ فولت. يُحدَّد انحراف تذبذب الجهد كما يلي:

• أثناء التشغيل في الحالة المستقرة، لا يتجاوز انحراف تقلب الجهد عادةً ±5% من القيمة المقدرة.
• عند تغير الحمل فجأة، يجب ألا يتجاوز انحراف الجهد ±10% من القيمة المقدرة.

• في ظل ظروف العمل العادية، يجب أن تكون درجة عدم التوازن في خرج الجهد ثلاثي الطور بواسطة العاكس ≤8%.

• متطلبات التشوه لموجة جهد التيار المتردد الناتجة (الموجة الجيبية) هي كما يلي: خرج ثلاثي الطور ≤5%، خرج أحادي الطور ≤10%.

في ظروف التشغيل العادية، يجب أن يكون انحراف تردد جهد التيار المتردد الخارج من العاكس ≤1%. ووفقًا للمعيار الوطني GB/T 19064-2003، يتراوح نطاق تردد جهد الخرج بين 49 و51 هرتز.

2. عامل قدرة الحمل

يُميز هذا المُعامل قدرة العاكس على تشغيل الأحمال الحثية أو السعوية. عند إخراج موجة جيبية، يُضبط مُعامل قدرة الحمل عادةً بين 0.7 و0.9، وتكون القيمة المُصنّفة 0.9 عمومًا. بناءً على تحديد قدرة الحمل، إذا كان مُعامل قدرة العاكس منخفضًا، فيجب زيادة سعته، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة. في الوقت نفسه، مع زيادة القدرة الظاهرية لدائرة التيار المتردد للنظام وارتفاع تيار الدائرة، سيؤدي ذلك حتمًا إلى زيادة الخسائر وانخفاض الكفاءة الكلية للنظام.

3. تيار الإخراج المقدر وسعة الإخراج المقدرة

• يشير تيار الخرج المقدر إلى قيمة التيار المقدر التي يمكن للعاكس إخراجها ضمن نطاق عامل قدرة الحمل المحدد، حيث تكون الوحدة هي الأمبير (A).

• تشير سعة الإخراج المقدرة إلى حاصل ضرب جهد الإخراج المقدر والتيار المقدر للإخراج للعاكس عندما يكون عامل القدرة الناتجة 1 (أي بالنسبة للأحمال المقاومة البحتة)، بوحدات كيلو فولت أمبير (kVA) أو كيلووات (kW).