دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة (الدرس الخامس ) : انفرتر الطاقة الشمسية و أنواعه و كيفية اختياره

ما هو انفرتر الطاقة الشمسية و ما الفرق بينه و بين الانفرتر الشاحن و الانفرتر الهجين

انفرتر الطاقة الشمسية

انفرتر الطاقة الشمسية أو محول الطاقة كما يسميه البعض هو العنصر المسؤول عن تحويل الكهرباء من كهرباء مستمر إلى تيار متررد. وهو عنصر ضروري في كل انواع الانظمة الشمسية للمنازل لأن اغلب الأجهزة المنزلية تعمل بالتيار المتردد. و التيار الذي تنتجه الالواح الشمسية هو تيار مستمر. لمن لا يعرف الفرق بين الكهرباء المستمر DC و المتردد AC شاهد المنحنين التالين لتعرف الفرق بينهما. 

الانفرتر الشاحن INVERTER/CHARGER

كما يبين اسمه فإن للانفرتر الشاحن وظيفتان رئيسيان:

-الوظيفة الاولى تحدثنا عنها في الفقرة الأولى مع انفرتر الطاقة الشمسية و هي تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.

-الوظيفة الثانية هي شحن بطاريات الطاقة الشمسية باستعمال مولد للكهرباء المتردد. ففي بعض الحالات في الشتاء مثلا قد لا تكفي الطاقة الشمسية لشحن البطاريات الموصولة في نظام الطاقة الشمسية. لذلك نلجأ الى استعمال مولد للكهرباء المتردد للمساعدة في شحن البطاريات عن طريق الانفرتر الشاحن.

هناك من يعتقد أن استعمال الانفرتر الشاحن يؤدي إلى ضرورة الاستغناء عن منظم الشحن. لكن هذا الامر ليس بالضرورة. فالانفرتر الشاحن يستعمل الكهرباء المتردد لشحن البطاريات أما منظم الشحن فيستعمل الكهرباء المستمر المتأتي من الألواح الشمسية لشحنها. فكل شاحن مستقل عن الآخر. بالاضافة الى اننا سنخسر العديد من مميزات منظم الشحن في تحسين كفاءة النظام ان استغنينا عنه.لكن يجب التثبت من نوعية الدخل الخاص بشحن البطاريات للانفرتر الشاحن(حسب تعريف الصانع). وهو عادة كما قلنا دخل متردد. لكن هذا لا يمنع وجود بعض الانفرترات الشاحنة التي تدمج داخلها منظم شحن شمسي مثل STUDER COMPACT XPC 2200. و في هذه الحالة لا ضرورة لاستعمال منظم شحن.

اذن باختصار الانفرتر الشاحن هو محول ذو اتجاهين. يقوم بتحويل التيار المتأتي من الالواح الشمسية او من البطاريات من تيار مستمر الى متردد. و في الآن ذاته يقوم بتحويل التيار المتأتي من مولد الكهرباء من تيار متررد الى مستمر لشحن البطاريات.

الانفرتر الشاحن الهجين

الانفرتر الشاحن الهجين يعمل بنفس مبدأ الانفرتر الشاحن العادي, إلا أنه لا يعتمل على مولد الكهرباء بمفرده كمدخل للكهرباء المتردد بل يستعمل كذلك كهرباء التيار العمومي لشحن البطاريات. لكن استعماله مرتبط بقوانين كل بلد. فعلى حد علمي عادة لايسمح بتركيب البطاريات في نظام متصل بالكهرباء العمومي و الله أعلم.

الانفرتر ام الميكروانفرتر MICROINVERTER ؟

في أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية نجد انفرتر واحد كبير في كل النظام.لكن مع الوقت ظهر تصميم جديد يسمى تصميم ميكروانفرتر. و هو ببساطة تغيير الانفرتر الوحيد ذو القدرة الكبيرة بعدة انفرترات او ميكروانفرترات ذو قدرة اصغر و تكون مركبة بالتوازي. وفي هذا التصميم الجديد عادة ما يكون كل لوح شمسي متصلا بميكروانفرتر خاص به. سنرى كيفية توصيل كل تصميم في فقرة قادمة.

اذن السؤال الذي يطرح نفسه الآن ايهما أفضل تصميم الانفرتر الواحد ام الميكرو انفرترات. لنجيب على هذا السؤال سنذكر محاسن و عيوب الميكرو انفرتر و لكم حرية الاختيار.

محاسن الميكرو انفرتر:

-يستعمل تقنية MPPT, لاستغلال الطاقة القصوى للالواح (Maximum Power Point Tracking)

-زيادة إتاحية النظام. أي أن عدم عمل لوح واحد بشكل جيد لن يؤثر على كامل النظام, لان كل لوح له انفرتر خاص به.

-التيار المستمر المستعمل منخفض لاننا لن نضطر لجمع تيار كل الالواح في نقطة واحدة. و هذا يوفر أكثر أمانا للانسان.

-يزيد مرونة اختيار اتجاه الالواح.

-امكانية استعمال الواح شمسية مختلفة في نظام واحد.

-مرونة في امكانية زيادة ألواح شمسية عند الحاجة لاننا لا نحتاج لعمل حسابات للانفرتر كما في حال الانفرتر الواحد.

مساوئ الميكرو انفرتر :

-تكلفة الميكرو انفرترات تكون أكثر من الانفرتر الواحد عادة.

-كثرة خيوط التوصيل و تعقيدها بسبب كثرة الميكرو انفرترات.

-زيادة تكلفة الصيانة نظرا لزيادة عدد الانفرترات.

-نظرا لمكان تواجدها في نظام الطاقة الشمسية (محاذيا للالواح الشمسية) قد تتسبب الحرارة الشديدة مشاكل لبعض انواع الميكرو انفرتر.

مميزات الانفرتر و كيف نختار الانفرتر المناسب

قمة القدرة الكهربائية PEACK POWER

قمة القدرة الكهربائية أو اندفاع التيار Surge هو من أهم مميزات الانفرتر التي نستعملها لاختياره عند إرادة اقتناء واحد. و هذه الميزة تعبر عن القدرة القصوى التي يمكن للانفرتر تحملها في وقت محدد يتراوح عادة بين بضع ثوان و يصل الى 15 دقيقة. فلنطبق ذلك على مثال لنفهم اكثر هذه الميزة.

فلنفرض مثلا انك تستعمل محركا في منزلك لضخ الماء. المعروف عن المحركات أنها تستعمل قدرة كهربائية كبيرة عند انطلاقها. لذلك ان كنت ستقوم بتوصيل انفرتر لتشغيل هذا المحرك فيجب أن يتمتع هذا الانفرتر بقمة قدرة Surge مساوية او اكبر من القدرة التي يستحقها المحرك عند انطلاقه. وكذلك يجب ان تكون مدة قمة القدرة عند الانفرتر أطول من مدة القدرة القصوى للمحرك عند الانطلاقة. ثم بعد الانطلاقة اي وقت الاستعمال العادي للمحرك سنستعمل خاصية أخرى للانفرتر سنراها في الفقرة التالية.

القدرة الكهربائية النموذجية TYPICAL POWER

الميزة التالية من مميزات الانفرتر هي القدرة الكهربائية النموذجية. و هذه الميزة مهمة كذلك من اجل اختيار الانفرتر. وهي تمثل متوسط القدرة الكهربائية اثناء الاستعمال العادي و المتواصل للاجهزة المستهلكة للكهرباء المتردد. و إذا طبقنا ذلك على مثال مضخة الماء. فإن قيمة القدرة النموذجية للانفرتر يجب أن تكون مساوية أو أكبر مع قدة محرك المضخة أثناء الاستعمال المتواصل. (و ليس اثناء الإنطلاقة).

القدرة الكهربائية المتوسطة AVERAGE POWER

متوسط القدرة الكهربائية للانفرتر هي متوسط قدرته مقارنة بالوقت الذي يستعمل فيه. اي أن هذه القيمة لها علاقة بالوقت الذي تعمل فيه الأجهزة المستهلكة.كلما زادت مدة الاستعمل زادت القدرة الكهربائية المتوسطة اللازمة.إلا أن هذه الميزة لا تستعمل من أجل اختيار الانفرتر المناسب. لكن تستعمل الخاصيتين السابقتين فقط من أجل الإختيار.

الجهد المستمر  الأقصى

وهو يمثل الجهد الداخل المستمر الأقصى الذي يمكن للانفرتر تحمله. ففي حالة نظام الطاقة الشمسية المتصل بالكهرباء العمومي لا يجب أن يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة الإجمالي قيمة الجهد المستمر الأقصى للانفرتر.أما في حالة النظام المستقل فلا يجب أن يتجاوز جهد البطاريات الإجمالي هذه القيمة. في صورة التالية بعض مميزات 3 انفرترات لنظام متصل بشبكة الكهرباء مأخوذة من موقع بيع صيني.

نوعية التيار المتردد الخارج من الانفرتر

هناك العديد من أنواع التيار المترددة كما توضح الصور التالية. و من أبرز أنواع التيارات المترددة نذكر موجة ساين النقية Pure sine wave و موجة ساين معدلة Modified sine wave و الموجة المربعة Square wave. لذلك عند اقتناء انفرتر للطاقة الشمسية يجب التثبت من نوع الكهرباء المتردد الخارج. و الكهرباء المستعمل في المنازل هو من نوع موجة ساين النقية.

هذه الصورة الأولى هي عبارة عن منحنى للتيار من نوع موجة ساين المعدلة Modified sine wave

الصورة الثانية تمثل منحنى تيار موجة ساين النقية Pure sine wave و هو نوع الكهرباء الذي يستعمل في المنازل و نفس التيار المتأتي من الكهرباء العمومي.و قيمة تردده عادة بين 50 و 60 هرتز. أي من المفترض أن كل الأجهزة المنزلية تعمل عليه بدون مشاكل.

الصورة الثالثة و الأخيرة هي لمنحنى التيار المتردد المربع Square wave.

تطبيق عملي لاختيار انفرتر الطاقة الشمسية:

حسنا ماذا لو طبقنا كيفية اختيار الانفرتر على مثال المنزل الذي بدأناه في الدروس السابقة. وقد قلنا في درس حساب الالواح الشمسية أن المنزل يستعمل 5 فوانيس ذات قدرة 60 واط و غسالة بقدرة 2000 واط و ثلاجة بقدرة 200 واط.

1-في حالة استعمال نظام طاقة شمسية منفصل عن الكهرباء العمومي:

إذا فرضنا أن جميع هذه الأجهزة ذات قدرة متواصلة غير متغيرة ابتداءا من انطلاقها الى إطفائها. (و هذا حال أغلب الأجهزة المنزلية العادية كالفوانيس و الحواسيب). في هذه الحالة فإن ميزة متوسط القدرة الكهربائية تكفي لاختيار انفرتر مناسب. لنفرض أن جميع اجهزة هذا المنزل تعمل مع بعضها في وقت واحد. هذا يعني أن متوسط القدرة المستهلكة يساوي 60*5 +2000+ 200= 2500 واط. اي أن متوسط القدرة الكهربائية للانفرتر المناسب للمنزل يجب أن تكون أكبر من 2500 واط.

ملاحظة:

من أجل القيام بحسابات اكثر دقة و أكثر أمانا يجب معرفة قمة القدرة Surge لجميع الاجهزة و جمعها مع بعضها هي الأخرى لمعرفة قيمة القدرة المناسبة للانفرتر.

2-في حالة استعمال النظام المتصل بخط الكهرباء العمومي:

في حالة تركيب نظام الطاقة الشمسية المتصل بالكهرباء العمومي يكفي أن نعرف بأن متوسط القدرة الكهربائية للانفرتر يجب أن تكون مساوي أو أقل قليلا لقدرة اللوحات الشمسية. و هذه القيمة كما حسبناها في الدرس الثاني مساوي ل 1800 واط. حيث استعملنا 12 لوح ذو قدرة 150 واط. و ينصح كثير من صانعي الانفرتر بأن لا تتجاوز قدرة الالواح الشمسة 125% من متوسط قدرة الانفرتر. اي لا ينصح أن تتجاوز قدرة الالواح (1.25  * متوسط قدرة الانفرتر).

توصيل الانفرتر و الميكروانفرتر

توصيل الانفرتر الوحيد في النظام المتصل بالكهرباء العمومي

في هذه الحالة الانفرتر لديه مدخل تيار مستمر واحد وهو الألواح الشمسية. و لديه مخرج تيار متردد واحد يتجه إلى علبة قاطع الدائرة Disjoncteur. و تقوم علبة قاطع الدائرة أو علبة الحماية بدورها بتوصيل المنزل و الكهرباء العمومي بالتيار المتردد. سنرى في الدرس القادم إن شاء الله كيفية عمل حسابات مكونات الحماية في أنظمة الطاقة الشمسية.

توصيل الانفرتر الوحيد في النظام المستقل

في النظام المستقل يكون التيار المستمر DC الداخل الى الانفرتر إما متأتيا من البطاريات و هي الحالة الأكثر شيوعا. و إما يكون التيار المستمر متأتيا من مخرج التيار المستمر لمنظم الشحن كما في الصورة الثانية من هذه الفقرة. طريقة التوصيل الأولى هي الأكثر استعمالا لأن مخرج DC في منظم الشحن مخصص عادة للأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر.

توصيل الميكروانفرتر في النظام أحادي الطور (1 فاز)

لكل ميكروانفتر مدخل تيار مستمر يأتي يتصل بلوح شمسي أو مجموعة من الالواح الشمسية. و له مخرج تيار متردد يقع أيصاله بالتوازي مع بقية مخارج المييكروانفرترات الأخرى كما توضح الصورة التالية.

توصيل الميكروانفرتر في النظام ثلاثي الاظوار (3 فاز)

من اجل استعمال الميكروانفرتر في توليد كهرباء ثلاثي الأطوار يكفي ربط النيوترالات الخارجة من الميكروانفرترات ببعضها. و استعمال ثلاث فازات المتبقية لتكوين المتبقية لتكوين نظلم ثلاثي الأطوار كما في الصور التالية.

في المثال التالي كل ميكروانفرتر متصل باربع ألواح شمسية و ليس بلوح واحد.

فيديو تركيب انفرتر الطاقة الشمسية في النظام المتصل بالكهرباء العمومي

ليكون هذا الدرس تطبيقيا أكثر إخترت لكم هذا الفيديو من يوتوب. الفيديو لشخص يقوم بتركيب انفرتر الطاقة الشمسية لنظام متصل بالكهرباء العمومي. فرجة ممتعة.

و في الختام آمل أن يكون هذا الدرس من دورة الطاقة الشمسية واضحا. و آمل أن تفيدونا بتعليقاتكم و استفساراتكم و إضافاتكم في التعليقات أسفل هذه التدوينة.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

دورة تعلم تركيب الطاقة الشمسية بنفسك خطوة بخطوة اعداد  المهندس صابر سعيد 

الدرس الاول  //  الدرس الثاني   //   الدرس الثالث   //    الدرس الرابع  //   الدرس الخامس   //   الدرس السادس 

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ