النظام الكهرضوئي : المعرجات 4/5

المعرجات Inverters:

بسبب كون التوتر المولد عن طريق الخلايا الكهرضوئية, كما هو الحال في المدخرات, توتر مستمر. وعلى الرغم من وجود بعض الأحمال التي تعمل مباشرة بالتوتر المستمر. إلا أنه في حالة الربط مع الشبكة العامة أو عند الحاجة لاستخدام الطاقة المولدة لتغذية أحمال متناوبة فإنه من الضروري إجراء تكييف لهذه الاستطاعة. يمكن تحويل التوتر المستمر إلى متناوب باستخدام المعرجات.

المعرجات ذات الموجة المربعة Square waves inverters:

يبين الشكل تصميماً مبسطاً لمثل هذا النوع من المعرجات, بإجراء عمليات فتح وإغلاق بالتناوب للقاطعين S₁,S₂ نحصل على موجة توتر مربعة في الخرج. يمكن الاستفادة من هذا النوع من المعرجات لتغذية بعض الأحمال الأومية كالمصابيح المتوهجة.

يمكن الاستعاضة عن ملفي الابتدائي بملف واحد في حال تم إضافة قاطعين آخرين كما في الشكل التالي:

في هذه الحالة يتم تشغيل كل قاطعين سوية , بينما يكون القاطعان الآخران متوقفين عن العمل. فعند تشغيل S₁,S₂ يكون S₃,S₄ متوقفين.

المعرجات ذات الموجة الجيبية Sine waves inverters:

تكمن الحاجة للحصول على موجة جيبية من المعرجات لكون التوتر المتناوب الجيبي هو السائد لدى معظم أحمال المستهلكين, وكذلك الأمر في الشبكة العامة. يمكن الحصول على الموجة الجيبية من المعرجات عن طريق إحدى الأنواع التالية:

المعرج مع مقطع خافض للتوتر Inverters with step- down converters:

يعتمد مبدأ هذا النوع من المعرجات على توليد موجة جيبية أحادية القطبية sine-shaped unipolar voltage في الطرف المستمر بمساعدة المقطع خافض التوتر كما يظهر الشكل:

يستخدم مبدأ تعديل عرض النبضة pulse width modulation (PWM) للتحكم بفترات عمل القواطع. بإجراء عمليات فتح وإغلاق بالتناوب للقاطعين S₁,S₂يمكن الحصول على الموجة الجيبية, حيث تتم عملية تبديل القطبية خلال كل نصف دور للموجة الجيبية.

المعرجات مع وحدة تحكم رقمية بالتوتر Inverters with digital voltage synthesis:

كما يوضح الشكل يتم ربط المولدات الكهرضوئية باستخدام قواطع الكترونية. يتم الحصول على التوتر المطلوب بإضافة أزواج من المولدات الكهرضوئية. بالاعتماد على عدد المولدات المضافة إلى بعضها يمكن الحصول على موجة توتر قريبة من الشكل الجيبي. يجب ألا يزيد معدل التوافقيات عن 5%. أحد أهم ميزات هذا النوع من المعرجات هو مردودها المرتفع وذلك بسبب عدم وجود عناصر محارضة. لكن التزاوج الكبير بين المولد الكهرضوئي والمعرج يعتبر أحد السلبيات.

المعرجات التي تستخدم تعديل عرض النبضة Inverters with pulse width-modulation:

يمكن باستخدام التشكيلة السابقة للمعرج الجسري الحصول على موجة جيبية لتوتر الخرج. تعمل القواطع S₁,S₂ و S₃,S₄ بشكل متزامن وبتردد أعلى بكثير من تردد التوتر المتناوب المطلوب (أو التوتر الأساسي).خلال الفترة الأولى من زمن نصف الموجة للتوتر الأساسي (10 ms for 50 Hz) تتغير وضعية عمل القواطع S₁,S₂ بشكل تبقى النسبة TonT مناسبة للحصول على التوتر الجيبي المطلوب. من أهم مميزات المعرج الجسري الموضح في الشكل السابق بساطة مكوناته وبالتالي سعره المنخفض. سيئة هذا النوع من المعرجات هي الحاجة إلى توتر مستمر بقيمة كبيرة للحصول على التوتر المتناوب المطلوب, فمثلاً للحصول على توتر متناوب 230V يكون التوتر المستمر المطلوب 358V, لكن وجود محولة بين خرج المعرج والحمل يسمح بالتغلب على هذه المشكلة. تسمح التركيبة السابقة للمعرج المبين في الشكل للاستطاعة بالجريان في الاتجاهين, كما في حالة كون الحمل ردياً أو عند الحاجة إلى طاقة إضافية لشحن المدخرات.

يمكن توسيع دارة المعرج الجسري أحادي الطور لتشكيل المعرج الجسري ثلاثي الطور والذي يوضحه الشكل التالي:

هذا النوع من المعرجات مناسب للتطبيقات التي تكون فيها الاستطاعة أكبر من .5Kw في حال كانت هناك حاجة لفصل الدخل عن الخرج و أيضاً لتجنب وضع محولة ال 50Hz لحجمها الكبير, عندها يتم استخدام محولة تردد عالي. هناك ثلاث طرق لاستخدام محولة التردد العالي:

الدارة الأولى:

محولة تردد عالي إضافة إلى معرج جسري يستخدم PWM.

الدارة الثانية:

محول تردد عالي إضافة لمعدل عرض النبضة ذو تردد عالي في طرف الدخل و معرج جسري ذو تردد منخفض في طرف الخرج.

الدارة الثالثة:

عن الكاتب

م.طارق الديري

مهندس طاقات كهربائية متجددة تخرج من جامعة دمشق عام 2010- حاز على جائزة أفضل خطة عمل من شركة شل- برنامج انطلاقة عن مشروع المضخات الكهرضوئية. يقوم بالبحث والاعداد لرسالة الماجستير في النظم الكرضوئية الحرارية- شارك في العديد من الندوات والمحاضرات حول أهمية الطاقات المتجددة والتنمية المستدامة. 

http://kawngroup.com/inverters/