دور الميكروفينفيريين في تحسين كفاءة النظام

إن نظم الطاقة الشمسية مصدر للطاقة المتجددة يزداد شعبية بالنسبة للمنازل والأعمال التجارية، وفي حين أن الألواح والبطاريات الفوتوغرافية كثيرا ما تهيمن على المحادثة، فإن العنصر الحاسم الذي يمكن أن يجعل أداء النظام أو يكسره هو تحديداً، الميكروينفيرتر، فهم كيف يعمل الميكروينفيرتر، ولماذا يمكن أن يعزز الكفاءة بشكل كبير، هو أمر أساسي لأي شخص يصمم أو يزرع أو يطور صفيفة شمسية.

ما هي الميكروينفيرات؟

وجهاز ميكروينفير هو جهاز إلكتروني صغير يلحق بكل فريق شمسي في صفيفة، وتتمثل مهمته الرئيسية في تحويل الكهرباء الحالية المباشرة التي تولدها اللوحة إلى كهرباء جارية متناوبة يمكن أن تستخدمها أجهزة منزلية أو تغذيها في الشبكة الكهربائية، خلافاً لأجهزة الفرز التقليدية التي تربط العديد من الألواح في السلسلة بمنتجات مركزية واحدة تعمل بصورة مستقلة عن طريق تغيير هيكلي ذي نطاق فرعي.

كيف تنفر الميكروينفير من سترينج

ومن أجل تقدير المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة التي يقدمها الميكروينفيرتر، يساعد على فهم القيود التي تفرضها نظم اللافقاريات التقليدية، وفي تشكيلة نموذجية، يتم ربط الألواح في سلسلة، بحيث يكون تدفقها الحالي عبر السلسلة بأكملها محدوداً من خلال الفريق الأقل أداء، وإذا كان هناك فريق واحد مشتت بحجم مدخنة أو مشمول بالأوراق، فإن ناتج سلسلة الخيوط بأكملها، التي تسمى أحياناً " تأثير ضوء الكتلة " .

ويزيل الميكروينفيرز هذه المشكلة بإتاحة الفرصة لكل فريق للعمل في أقصى نقطة من نقاط القوة له بصورة مستقلة، وحتى إذا كان أحد الأفرقة ينتج قدرا أقل من الطاقة بسبب التظليل أو التراب أو التسامح في مجال التصنيع، فإن الأفرقة الأخرى تواصل إنتاج كامل قدرتها، وهذا التعظيم هو أساس التحسينات في كفاءة الميكروينفيرتر.

How Microinverters Improve System Efficiency

ويساهم الميكروينفيرون في كفاءة النظام من خلال عدة آليات متميزة، ويمكن فهم هذه الآليات أن يساعد مصممي النظم ومالكي المنازل على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن استثماراتهم الشمسية.

تحقيق الحد الأقصى لإنتاج الطاقة مع إنتاج الطاقة من الطاقة المتوسطة الأجل

(د) إن أقصى قدر من التتبع لمراكز الطاقة هو الخوارزمية التي تكفل تشغيل فريق شمسي في الفولط والحاضر الذي ينتج أعلى ناتج للطاقة، وفي نظام محفور، يجب أن تجد قناة واحدة من طراز MPPT حلا وسطا لجميع الأفرقة في هذا الخيط، وهو ما نادرا ما يكون مثاليا لأي فريق واحد.

تخفيض فقدان الطاقة من العاصمة

وفي نظم الخيوط التقليدية، تُرسل قوة العاصمة من جميع الألواح عبر كابل طويل نسبياً إلى منحرف مركزي، وتتكبد هذه الكابلات خسائر مقاومة تزيد من المسافة والحالية، وفي حين أن الكابلات النحاسية تُصقل إلى أدنى حد، فإن التسربات الفولطية من 1 إلى 3 في المائة شائعة، ويحول الموصلون إلى شركة AC الحق في اللوحة، وبالتالي فإن حجم الإنتاج يزيد (أقل من 240 VAC) ومن المسافة الحالية.

تعزيز رصد النظام وتشخيصه

ومن أهم سمات الميكروينفيرات الميكروبات، ما توفره من مجازير للرصد، حيث إنكم عادة ما ترىون إنتاج النظام الكلي، مما يجعل من الصعب تحديد أي فريق قد يكون ناقص الأداء، إذ أن الميكروينفيرترات تبلغ بيانات الإنتاج لكل فريق، وغالبا ما تكون من خلال بوابة قائمة على الغيوم أو تطبيق متنقل، مما يتيح الكشف السريع عن الأخطاء - إذا انخفضت مستويات كشف الأفرقة إلى أدنى من الناتج المتوقع، كما تعلمون بالضبط ما يبرر استرداد بعض القضايا قبل فترة العمر.

مزايا استخدام الميكروينفيرات

وبالإضافة إلى المكاسب الصافية في الكفاءة، يوفر الميكروينفيرت عدة مزايا عملية تحسن موثوقية النظام عموما، ومرونة التصميم، والسلامة.

زيادة الطاقة في العالم الحقيقي

Microinverters shine in installations where panels experience changing shading or have multiple roof planes. For example, a house with a south-facing and a west-facing roof can mixs with different orientations on the same array. Microinverters allow each panel to operate at its optimum regardless of solar exposure. Similarly, microinverters handle morning and afternoon shading from trees or neighboursing buildings far than string

تحسين موثوقية النظام واستعادة قدرته على الاستمرار

ونظراً لأن الميكروينفيريين يعملون بصورة مستقلة، فإن فشل الميكروينفير الوحيد لا يؤثر على بقية النظام، وعلى النقيض من ذلك، يمكن لغير الخيوط أن يقطع صفيفة كاملة إلى أن يتم إصلاحها أو استبدالها، وهذا التكرار يترجم إلى ارتفاع في الوقت المناسب وإلى إنتاج للطاقة يمكن التنبؤ به، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الميكروينفيرات تأتي عادة بأوراق أطول من 20 إلى 25 سنة، مع تخفيض تكاليف الصيانة الحيّة في فترات زمنية تتراوح بين 10 و12 سنة.

المرونة في تصميم النظام وتوسيعه

ويبسط الميكروينفيرون تصميم النظام لأنه لا حاجة إلى تطابق مواصفات الأفرقة بدقة مع تركيبة مركزية منحرفة والحدود الحالية، ويمكن إضافة أفرقة تدريجياً، حتى من مختلف المصنعين، طالما أن الميكروينفيرتر متوافق، وهذا مفيد بوجه خاص لملاك المنازل الذين يرغبون في البدء بنظام صغير ويتوسعون لاحقاً، فمع وجود متحولين في الخيوط، كثيراً ما يتطلب التوسع أيضاً تغييراً في المعالم أو أكثر تكلفة.

تعزيز إجراءات السلامة

(أ) إنَّ المُترجمات الإلكترونية تعمل بمستوى عال من المُنتجات الدقيقة (من 300 إلى 600 V) أحياناً يصل إلى 000 1 V) تعمل في كابلات سطحية، مما يشكل خطراً على محاربي الحرائق وموظفي الخدمات أثناء حالات الطوارئ، ويُستخدم المُعدَّات الصغيرة المُحوَّلة إلى شركة AC في اللوحة، وبالتالي فإنَّ التطوير على سطح السفينة يقتصر على وحدة مُغلقة كهربائية (240).

السحب والاعتبارات المحتملة

وفي حين أن الميكروينفيرات تقدم فوائد كبيرة، فإنها ليست حلا عالميا، وينبغي أن يقيّم مصممو النظم العوامل التالية قبل اتخاذ قرار بين الميكروينفيرات والتكنولوجيات الأخرى مثل المحاورين أو مصانع الكهرباء.

التكلفة الأولية

ويتحمل الميكروات الميكروات تكلفة أعلى من تكلفة الخندق الواحد مقارنة بلافتات الخيوط، ويمكن أن يكلف نظام الإقامة الاعتيادي مع الميكروينفيرتر 0.10 إلى 0.20 دولار للواتو الواحد أكثر من نظام المعكوس المكافئ، أما بالنسبة لنظام 6 كيلوواط، فيمكن أن يكون هذا الفرق هو 600 إلى 200 دولار، غير أن حصاد الطاقة المضافة على مدى 25 سنة كثيراً ما يزيد عن التعويض عن القسط الأولي، ولا سيما في المنشآت التي لها تحليل جزئي أو معقد.

مزيد من العناصر في الفشل

ويزداد العدد الإجمالي للعناصر في النظام من خلال الميكروينفيرتر، مما يزيد من احتمال حدوث فشل عشوائي في العناصر، غير أن الميكروينفيرات مصممة عملياً للموثوقية العالية وتدعمها عادة ضمانات طويلة، وعلاوة على ذلك، فإن فشل مصغر واحد لا يؤثر على المجموعة بأكملها، وبالتالي يظل النظام يعمل في الوقت الذي يحل فيه محل الوحدة المعطلة.

الشواغل المتعلقة بالنفايات والتركيب

وتُعد الميكروينفيرات على السطح أسفل الألواح، حيث تتعرض لدرجات حرارة عالية، وفي حين تُقيَّم الميكروينات الحديثة للاستخدام في الهواء الطلق ويمكن أن تعمل في درجات حرارة كمينية تصل إلى 65 درجة مئوية (149 درجة ف)، فإن الحرارة المفرطة يمكن أن تتدهور الأداء ومتوسط العمر، وغالبا ما يكون التركيب السليم مع وجود فجوة جوية كافية بين اللوحة والسقف أمرا أساسيا.

مقارنة الميكروينفيرات بأجهزة التشغيل الآلي

وتعتمد أجهزة اختصار الطاقة على فئة أخرى من أجهزة توليد الطاقة على مستوى الوحدات، توفر بعض الفوائد نفسها التي يحصل عليها الميكروينفيرتر - كل واحد من المواد الكيميائية المحتوية على مقياس متعدد الكلور، وتعتمد على استخدامات مركزية ذات كفاءة في تحويلها من DC إلىAC، وتعتمد على أفضليات الميكروفينفيرتات على ما هو أكثر من الميكروينفيرترات، ولكنها لا تزال تُحدِّد على نحو طفيف في الكفاءة.

بيانات الأداء الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وقد حددت عدة دراسات ميدانية كميا المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة في الميكروينفيرات، فعلى سبيل المثال، أُجريت دراسة متعددة السنوات من جانب مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) ) رصدت النظم السكنية في مختلف المناخات، وخلصت إلى أن نظم الميكروينفيرتر تنتج طاقة تزيد بنسبة تتراوح بين 5 و15 في المائة عن نظم المحارم المكافئة في المنشآت التي ترتفع فيها معدلات الارتحال إلى حد أدنى.

كما أن الدراسات الإفرادية الفردية تبين المزايا، حيث قام مالك منزل في سياتل، مع سقف جنوب شرق وجنوب غربي، بتركيب نظام للميكروينفيرتر وتعقب الإنتاج، وعلى الرغم من الظل الصباحي من شجرة كبيرة، حقق النظام ناتجا شبه واق من أجل الألواح غير المهددة، في حين كان من الممكن أن يسحب متعهد الخيوط من المجموعة بأكملها، وعلى مدى سنة، أبلغ صاحب المنزل عن إنتاجه بنسبة ١٨ في المائة من حيث التقديرات.

الاتجاهات المستقبلية: المنحرفون الذكاء وخدمات المحاجر

ومع ازدياد التغلغل الشمسي، فإن مشغلي الشبكات يطالبون بمزيد من التطوير الوظيفي من المتحولين، مثل تنظيم الفولط، والاستجابة للتواتر، ومراقبة الطاقة الاستباقية، والميكروفينفيرات الحديثة هي بالفعل " متحولون ذكوريون " يمكن أن يتصلوا بالشبكة وأن يعدلوا ناتجها في الوقت الحقيقي، وقد أصبحت هذه القدرة شرطا في العديد من الولايات وأقاليم المرافق.

وما زال المصانعون يدفعون الابتكار: فالمتحولون المصغرون الذين يزيدون من ارتفاع مستوى الوتاج يقدمون الدعم الآن إلى أفرقة أكبر (حتى 500 و+)، ويمتد تحسين الإدارة الحرارية مدى الحياة، كما أن وحدات الاتصالات المتكاملة (مثل زيغبي وواي فاي وخط توليد الكهرباء) تبسط جمع البيانات، ويتوافق الاتجاه نحو اللامركزية، على مستوى الأفرقة، مع هيكل الميكروينفيرتر، مما يوحي بأن نصيبهم من السوق سيستمر في النمو.

جعل الخيار الصحيح لنظامك الشمسي

والاختيار بين الميكروينفيرات، وأجهزة الفرز، وأجهزة اختصار الطاقة يتوقف على احتياجاتكم المحددة، فبالنسبة لسقف بسيط غير مظل، يمكن فيه تطابق الألواح تماماً، قد يكون من أكثر الخيارات فعالية من حيث التكلفة، ولكن إذا كان لسطحكم توجهات متعددة، أو كان لديه أي تعثر، أو إذا أردت أفضل رصد ومرونة في المستقبل، فإن الميكروفينترات توفر أعلى قدر من الاستثمار.

خاتمة

وقد حول الميكروفينفيرات صناعة الطاقة الشمسية من خلال تمكينها من تحقيق الاستخدام الأمثل، والرصد المفصل، والأداء القوي في الظروف الحقيقية، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة النظام من خلال زيادة حصاد الطاقة إلى أقصى حد، وتقليل الخسائر في الكابلات، والسماح للصفائف بأداء أداء جيد حتى مع سوء الطمع أو التوجيه، وموثوقيتها، ومزايا الأمان، وسهولة التوسع، يجعلها أفضل بين أصحابها ومتعهديها على حد سواء.