يتمثل الغرض من العاكس في تحويل جهد موجة التيار المستمر إلى إشارة تيار متردد من أجل حقن الطاقة في الحمل (مثل شبكة الطاقة) بتردد معين وبزاوية طور صغيرة (φ ≈0). يوضح الشكل دائرة مبسطة لتعديل عرض النبضة أحادي الطور أحادي القطب (PWM).2 (يمكن تطبيق المخطط العام نفسه على نظام ثلاثي الأطوار). في هذا المخطط، يتم تحويل نظام الخلايا الكهروضوئية، الذي يعمل كمصدر جهد مستمر مع محاثة معينة، إلى إشارة تيار متردد عبر أربعة مفاتيح IGBT موصولة بالتوازي مع ثنائيات مانعة للتيار. يتم التحكم في هذه المفاتيح من خلال إشارة تعديل عرض النبضة (PWM)، وهي عادةً خرج دائرة متكاملة تقارن موجة حاملة (عادةً موجة جيبية بتردد الخرج المطلوب) وموجة مرجعية بتردد أعلى بكثير (عادةً موجة مثلثية بتردد 5-20 كيلوهرتز). يتم تحويل خرج IGBT إلى إشارة تيار متردد مناسبة للاستخدام أو حقنها في الشبكة الكهربائية من خلال تطبيق أنواع مختلفة من مرشحات LC.
تُعدّ العواكس جزءًا من مجموعة كبيرة من المحولات الثابتة، والتي تشمل العديد من الأجهزة الموجودة اليوم.'الأجهزة القادرة على"يتحول"المعايير الكهربائية في المدخلات، مثل الجهد والتردد، وذلك لإنتاج مخرجات متوافقة مع متطلبات الحمل.
بشكل عام، تُعدّ العواكس أجهزة قادرة على تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، وهي شائعة الاستخدام في تطبيقات الأتمتة الصناعية والمحركات الكهربائية. يختلف تصميم وبنية أنواع العواكس المختلفة تبعًا لكل تطبيق محدد، حتى وإن كان الهدف الأساسي منها واحدًا (تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد).
1. محولات التيار المستقلة والمتصلة بالشبكة
تنقسم أجهزة تحويل التيار المستخدمة في تطبيقات الطاقة الشمسية تاريخياً إلى فئتين رئيسيتين:
:محولات التيار المستقلة
:محولات متصلة بالشبكة
تُستخدم العواكس المستقلة في التطبيقات التي لا تكون فيها محطة الطاقة الشمسية متصلة بشبكة توزيع الطاقة الرئيسية. يستطيع العاكس تزويد الأحمال المتصلة بالطاقة الكهربائية، مما يضمن استقرار المعايير الكهربائية الرئيسية (الجهد والتردد). وهذا يحافظ عليها ضمن حدود محددة مسبقًا، مما يُمكّنها من تحمل حالات التحميل الزائد المؤقتة. في هذه الحالة، يُربط العاكس بنظام تخزين بطاريات لضمان إمداد مستمر بالطاقة.
أما العواكس المتصلة بالشبكة، من ناحية أخرى، فهي قادرة على التزامن مع الشبكة الكهربائية التي تتصل بها، لأنه في هذه الحالة، يكون الجهد والتردد"فرض"بواسطة الشبكة الرئيسية. يجب أن تكون هذه العواكس قادرة على الفصل في حالة تعطل الشبكة الرئيسية لتجنب أي تغذية عكسية محتملة للشبكة الرئيسية، والتي قد تشكل خطراً جسيماً.
- الشكل 1 - مثال على نظام مستقل ونظام متصل بالشبكة. الصورة مقدمة من Biblus.
2. ما هو دور مكثف ناقل البيانات؟
الشكل 2: تعديل عرض النبضة (PWM) أحادي الطورإعداد العاكس. تقوم مفاتيح IGBT، بالإضافة إلى مرشح خرج LC، بتشكيل إشارة دخل التيار المستمر إلى إشارة تيار متردد قابلة للاستخدام. وهذا يحفزتموجات جهد ضارة عبر أطراف الألواح الكهروضوئية. ناقل البياناتيتم تحديد حجم المكثف لتقليل هذا التموج.
يُحدث تشغيل ترانزستورات IGBT تموجًا في الجهد على أطراف مصفوفة الخلايا الكهروضوئية. يُعد هذا التموج ضارًا بأداء النظام الكهروضوئي، إذ يجب تثبيت الجهد الاسمي المطبق على الأطراف عند نقطة القدرة القصوى (MPP) لمنحنى التيار-الجهد لاستخلاص أكبر قدر من الطاقة. سيؤدي تموج الجهد على أطراف الخلايا الكهروضوئية إلى تذبذب الطاقة المستخلصة من النظام، مما ينتج عنه
انخفاض متوسط القدرة الخارجة (الشكل 3). تمت إضافة مكثف إلى ناقل البيانات لتنعيم تموج الجهد.
الشكل 3: يؤدي تموج الجهد المُدخل على أطراف الخلايا الكهروضوئية بواسطة نظام عاكس PWM إلى إزاحة الجهد المُطبق عن نقطة القدرة القصوى (MPP) لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية. وهذا يُحدث تموجًا في خرج الطاقة للمصفوفة بحيث يكون متوسط خرج الطاقة أقل من نقطة القدرة القصوى الاسمية.
يتم تحديد سعة تموج الجهد (من الذروة إلى الذروة) بواسطة تردد التبديل، وجهد الخلايا الكهروضوئية، وسعة ناقل البيانات، وحث المرشح وفقًا لما يلي:
أين:
VPV هو جهد التيار المستمر للوحة الشمسية،
Cbus هي سعة مكثف ناقل البيانات،
L هي محاثة ملفات المرشح،
fPWM هو تردد التبديل.
تنطبق المعادلة (1) على مكثف مثالي يمنع تدفق الشحنة عبره أثناء الشحن، ثم يفرغ الطاقة المخزنة في المجال الكهربائي دون أي مقاومة. في الواقع، لا يوجد مكثف مثالي (الشكل 4)، بل يتكون من عناصر متعددة. فبالإضافة إلى السعة المثالية، لا تكون المادة العازلة مقاومة تمامًا، ويتدفق تيار تسريب صغير من المصعد إلى المهبط عبر مقاومة تحويلية محدودة (Rsh)، متجاوزًا سعة المادة العازلة (C). وعندما يمر التيار عبر المكثف، لا تكون الأطراف والرقائق والمادة العازلة موصلة تمامًا، وتوجد مقاومة متسلسلة مكافئة (ESR) متصلة على التوالي مع السعة. وأخيرًا، يخزن المكثف بعض الطاقة في المجال المغناطيسي، لذا توجد محاثة متسلسلة مكافئة (ESL) متصلة على التوالي مع السعة والمقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR).
الشكل 4: الدائرة المكافئة لمكثف عام. المكثف هويتكون من العديد من العناصر غير المثالية، بما في ذلك السعة العازلة (C)، ومقاومة تحويل غير لانهائية عبر العازل تتجاوز المكثف، ومقاومة السلسلة (ESR)، وحث السلسلة (ESL).
حتى في مكون بسيط ظاهريًا كالمكثف، توجد عناصر متعددة قد تتعطل أو تتدهور. يؤثر كل عنصر من هذه العناصر على أداء العاكس، سواءً في جانب التيار المتردد أو التيار المستمر. ولتحديد تأثير تدهور مكونات المكثف غير المثالية على تموج الجهد الناتج عبر أطراف الخلايا الكهروضوئية، تمت محاكاة عاكس جسر H أحادي القطب بتقنية تعديل عرض النبضة (الشكل 2) باستخدام برنامج SPICE. تم ضبط سعة مكثفات الترشيح والمحاثات على 250 ميكروفاراد و20 ملي هنري على التوالي. استُمدت نماذج SPICE لترانزستورات IGBT من عمل بيتري وآخرون. يتم تحديد إشارة تعديل عرض النبضة، التي تتحكم في مفاتيح IGBT، بواسطة دائرة مقارنة ودائرة مقارنة عاكسة لمفاتيح IGBT في الجانبين العالي والمنخفض على التوالي. مدخلات التحكم بتقنية تعديل عرض النبضة هي موجة حاملة جيبية بتردد 60 هرتز وجهد 9.5 فولت، وموجة مثلثية بتردد 10 كيلوهرتز وجهد 10 فولت.
- حلول العقارات التجارية
شركة CRE هي شركة ذات تقنية عالية متخصصة في إنتاج المكثفات الفيلمية، وتركز على تطبيق إلكترونيات الطاقة.
تقدم شركة CRE الحل الأمثل لسلسلة مكثفات الأفلام لعواكس الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتي تشمل وصلة التيار المستمر، ومرشح التيار المتردد، ودائرة التخميد.
تاريخ النشر: 1 ديسمبر 2023