מהפכים מחוברים לרשת פוטו-וולטאית הם מרכיבי מפתח חיוניים במערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות, המשמשים בעיקר כמקורות חשמל ייעודיים של אינוורטר בתחום ייצור חשמל פוטו-וולטאי סולארי. ממירים המחוברים לרשת ממירים את כוח ה-AC שנוצר על ידי פאנלים סולאריים לכוח AC שניתן לחבר ישירות לרשת החשמל באמצעות טכנולוגיית המרה אלקטרונית. בואו ללמוד על עקרון העבודה של ממירים מחוברים לרשת פוטו-וולטאית ותפקידם במערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות.
1 עקרון עבודה של מהפך מחובר לרשת פוטו-וולטאית
כאשר רשת החשמל הציבורית מנותקת, צד הרשת שווה ערך למצב קצר חשמלי, והמהפך המחובר לרשת יגן על עצמו באופן אוטומטי עקב עומס יתר. כאשר המיקרו-מעבד מזהה עומס יתר, בנוסף לחסימת אות SPWM, הוא גם ינתק את המפסק המחובר לרשת. בשלב זה, אם למערך התאים הסולאריים יש תפוקת אנרגיה, המהפך יפעל במצב הפעלה נפרד. כאשר פועלים לבד, הבקרה פשוטה יחסית, שהיא מצב המשוב השלילי של מתח ה-AC. המיקרו-מעבד מזהה את מתח המוצא של המהפך ומשווה אותו למתח הייחוס (בדרך כלל 220V), ולאחר מכן שולט במחזור העבודה של פלט PWM כדי להשיג פעולת מהפך וויסות מתח.
כמובן, התנאי המקדים לפעולה עצמאית הוא שמערך התאים הסולאריים יכול לספק כוח מספיק באותו זמן. אם העומס גדול מדי או תנאי אור השמש גרועים, המהפך אינו יכול להפיק מספיק כוח, ומתח הטרמינל של מערך התאים הסולאריים יירד, וכתוצאה מכך יורד מתח ה-AC במוצא וכניסה למצב הגנה על מתח נמוך. כאשר רשת החשמל תחדש את האספקה, היא תעבור אוטומטית למצב המשוב.
2 תפקידם של ממירים מחוברים לרשת פוטו-וולטאית
לממירים יש לא רק את הפונקציה של המרה ישירה לזרם חילופין, אלא יש להם גם את הפונקציה של מקסום הביצועים של תאים סולאריים והגנה מפני תקלות במערכת. לסיכום, קיימות פונקציות הפעלה וכיבוי אוטומטיות, פונקציית בקרת מעקב הספק מרבי, פונקציית פעולה אנטי מבודדת (עבור מערכות מחוברות לרשת), פונקציית כוונון מתח אוטומטי (עבור מערכות מחוברות לרשת), פונקציית זיהוי DC (עבור מערכות מחוברות לרשת), ו פונקציית זיהוי הארקה DC (עבור מערכות מחוברות לרשת).
1. תפעול וכיבוי אוטומטי
לאחר הזריחה בבוקר, עוצמת קרינת השמש עולה בהדרגה, וגם תפוקת התא הסולארי עולה בהתאם. כאשר הספק המוצא הנדרש על מנת שהמהפך יעבוד מגיע, המהפך מתחיל לפעול באופן אוטומטי. לאחר הכניסה לפעולה, המהפך עוקב ללא הרף אחר תפוקת מודולי התא הסולאריים. כל עוד הספק המוצא של מודולי התא הסולארי גדול מהספק המוצא הנדרש כדי שהמהפך יפעל, המהפך ימשיך לפעול; עד השקיעה, המהפך עדיין יכול לפעול גם בימים גשומים. כאשר הפלט של מודול התא הסולארי פוחת והפלט של המהפך מתקרב לאפס, המהפך נכנס למצב המתנה.
2. פונקציית בקרת מעקב הספק מרבי
התפוקה של מודולים של תאים סולאריים משתנה עם עוצמת קרינת השמש והטמפרטורה של מודול התא הסולארי עצמו (טמפרטורת השבב). בנוסף, בשל המאפיין של ירידת המתח עם הגדלת הזרם במודולים של תאים סולאריים, קיימת נקודת הפעלה אופטימלית שיכולה להשיג הספק מרבי. עוצמת קרינת השמש משתנה כל הזמן, וברור שגם נקודת הפעולה האופטימלית משתנה. בהשוואה לשינויים אלו, שמירה על נקודת הפעולה של מודול התא הסולארי בנקודת ההספק המקסימלית, המערכת תמיד משיגה את תפוקת ההספק המקסימלית ממודול התא הסולארי, ובקרה זו נקראת בקרת מעקב הספק מקסימלית. המאפיין הגדול ביותר של ממירים המשמשים במערכות ייצור חשמל סולארי הוא הכללת פונקציית מעקב נקודת כוח מקסימלית (MPPT).
3. זיהוי רשת ופונקציית חיבור לרשת
לפני ייצור חשמל מחובר לרשת, המהפך המחובר לרשת צריך לקחת חשמל מהרשת, לזהות את המתח, התדר, רצף הפאזות ופרמטרים אחרים של שידור החשמל של הרשת, ולאחר מכן להתאים את הפרמטרים של ייצור החשמל שלו כך שיהיו עקביים עם פרמטרים חשמליים של רשת. לאחר מכן, ניתן להשלים ייצור חשמל מחובר לרשת.
4. פונקציית נסיעה במתח אפס (נמוך).
כאשר תאונות או הפרעות במערכת החשמל גורמות לנפילת מתח זמנית בנקודת החיבור לרשת של תחנת כוח פוטו-וולטאית, תחנת הכוח הפוטו-וולטאית יכולה להבטיח פעולה רציפה ללא ניתוק בתוך טווח ומרווח זמן מסוימים של נפילת מתח.
5. איתור ובקרה של אפקט האי
במהלך ייצור חשמל רגיל, מערכת ייצור החשמל המחוברת לרשת הפוטו-וולטאית מחוברת לרשת החשמל ומספקת חשמל פעיל לרשת. עם זאת, כאשר הרשת מאבדת חשמל, מערכת ייצור החשמל המחוברת לרשת הפוטו-וולטאית עשויה להמשיך לעבוד ולפעול באופן עצמאי מעומסים מקומיים, תופעה המכונה אפקט אי. כאשר מתרחשת אי-אי בממירים, היא מהווה סכנה בטיחותית גדולה לבטיחות האישית, להפעלת הרשת ולמהפך עצמו. לכן, תקן חיבור רשת לממירים קובע כי מממירים המחוברים לרשת פוטו-וולטאית חייבים להיות בעלי פונקציות זיהוי ובקרה של איים.