استرینگ اینورتر چیست و چگونه کار می‌کند

استرینگ اینورتر (String Inverter) نوعی اینورتر فتوولتائیک است که برق DC تولیدشده توسط یک یا چند رشته از پنل‌های خورشیدی را دریافت و به برق AC تبدیل می‌کند. هر استرینگ از تعدادی پنل تشکیل می‌شود که به‌صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند و خروجی آن‌ها به ورودی اینورتر می‌رسد. هنگام بررسی قیمت اینورتر خورشیدی نیز این ساختار اهمیت دارد؛ زیرا تعداد ورودی‌های استرینگ، تعداد MPPTها، محدوده ولتاژ و جریان قابل پذیرش در مدل‌های مختلف یکسان نیست.

نکته اصلی در این معماری، نحوه ارتباط رشته‌های پنل با ورودی‌های اینورتر و MPPTها است. به همین دلیل برای شناخت استرینگ اینورتر، فقط دانستن اینکه دستگاه DC را به AC تبدیل می‌کند کافی نیست و باید مسیر برق از پنل‌ها تا اینورتر را نیز شناخت.

استرینگ اینورتر چیست

واژه String در سیستم فتوولتائیک به مجموعه‌ای از پنل‌های خورشیدی گفته می‌شود که به‌صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند. در این آرایش، ولتاژ پنل‌ها با یکدیگر جمع می‌شود و یک رشته با ولتاژ مناسب برای اتصال به اینورتر شکل می‌گیرد.

خروجی این رشته وارد بخش DC استرینگ اینورتر می‌شود. اینورتر شرایط الکتریکی رشته را در محدوده طراحی‌شده کنترل می‌کند، نقطه کاری مناسب را از طریق MPPT دنبال می‌کند و سپس برق DC را به AC تبدیل می‌کند.

یک استرینگ اینورتر لزوماً فقط یک رشته پنل دریافت نمی‌کند. بسیاری از مدل‌ها دارای چند ورودی DC هستند و ممکن است چند رشته به یک یا چند MPPT متصل شوند. بنابراین استرینگ، ورودی DC و MPPT سه مفهوم مرتبط اما متفاوت‌اند.

برای درک دقیق‌تر اینکه اینورتر خورشیدی چیست، باید وظیفه عمومی اینورتر را از معماری استرینگ جدا کرد. تبدیل DC به AC وظیفه اصلی اینورتر است؛ اما در استرینگ اینورتر، نحوه اتصال و مدیریت رشته‌های پنل بخش مهمی از ساختار دستگاه را تشکیل می‌دهد.

استرینگ اینورتر چگونه کار می‌کند

عملکرد استرینگ اینورتر از پنل‌های خورشیدی آغاز می‌شود و تا خروجی AC ادامه دارد. این فرآیند را می‌توان در چند مرحله اصلی توضیح داد:

1. تشکیل استرینگ: تعدادی پنل با طراحی مشخص به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند.
2. تولید و انتقال برق DC: پنل‌ها در اثر تابش خورشید برق مستقیم تولید می‌کنند و خروجی رشته به ورودی DC اینورتر می‌رسد.
3. بررسی نقطه کاری رشته: MPPT نقطه کاری رشته متصل به خود را تنظیم و دنبال می‌کند تا توان قابل برداشت از آرایه در شرایط موجود بهینه شود.
4. تبدیل DC به AC: بخش قدرت اینورتر، برق مستقیم دریافتی را به برق متناوب تبدیل می‌کند.
5. تحویل خروجی AC: برق خروجی با مشخصات موردنیاز سمت AC سیستم هماهنگ می‌شود.

بنابراین رابطه پنل و استرینگ اینورتر یک مسیر ساده ورود برق و تبدیل آن نیست. شرایط الکتریکی رشته باید در محدوده‌ای قرار گیرد که ورودی اینورتر و MPPT بتوانند آن را به‌درستی مدیریت کنند.

MPPT چه نقشی در عملکرد استرینگ اینورتر دارد

توان خروجی پنل‌های خورشیدی ثابت نیست و با عواملی مانند میزان تابش و دمای سلول تغییر می‌کند. MPPT یا Maximum Power Point Tracking نقطه کاری آرایه متصل به خود را دنبال می‌کند تا توان قابل برداشت از آن در شرایط موجود بهینه شود.

در استرینگ اینورترهای دارای چند MPPT، امکان مدیریت مستقل‌تر گروه‌های مختلف رشته‌ها وجود دارد. برای مثال، اگر دو بخش آرایه شرایط متفاوتی داشته باشند، در صورت تطابق با طراحی و مشخصات دستگاه می‌توان آن‌ها را به MPPTهای مستقل اختصاص داد.

این موضوع به معنای آن نیست که هر استرینگ الزاماً MPPT اختصاصی خود را دارد. در برخی مدل‌ها چند ورودی استرینگ می‌توانند به یک MPPT مرتبط باشند و در مدل‌های دیگر ساختار متفاوتی وجود دارد. راهنماهای سازندگان نیز نشان می‌دهند که ساختار ورودی و تعداد استرینگ برای هر MPPT به طراحی همان دستگاه وابسته است.

تفاوت استرینگ، ورودی DC و MPPT چیست

یکی از ابهام‌های رایج هنگام بررسی مشخصات String Inverter، یکسان فرض کردن این سه پارامتر است.

تفکیک این مفاهیم در خواندن دیتاشیت اینورتر خورشیدی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا تعداد کانکتورهای DC، تعداد MPPTها و تعداد استرینگ قابل اتصال به هر MPPT لزوماً با یکدیگر برابر نیستند.

برای مثال، ممکن است یک اینورتر چند ورودی DC داشته باشد، اما تعداد MPPTهای آن کمتر از تعداد این ورودی‌ها باشد. به همین دلیل، صرفاً شمردن ورودی‌های DC برای تشخیص تعداد MPPT کافی نیست.

همچنین باید محدوده ولتاژ MPPT، حداکثر ولتاژ DC و جریان مجاز ورودی نیز بررسی شود. این مقادیر مشخص می‌کنند هر استرینگ با چه شرایط الکتریکی می‌تواند به ورودی‌ها و MPPTهای اینورتر متصل شود.

تعداد پنل‌های یک استرینگ چه اثری بر اینورتر دارد

تعداد ماژول‌هایی که در یک رشته به‌صورت سری قرار می‌گیرند مستقیماً بر ولتاژ استرینگ اثر می‌گذارد. اگر تعداد پنل‌ها به‌درستی تعیین نشود، ولتاژ رشته ممکن است از محدوده کاری MPPT خارج شود یا در شرایط خاص از حداکثر ولتاژ مجاز اینورتر عبور کند.

به همین دلیل طراحی استرینگ باید با توجه به مشخصات الکتریکی پنل و محدودیت‌های ورودی همان مدل اینورتر انجام شود. یکی از نکات مهم، بررسی ولتاژ مدار باز رشته در شرایط دمایی پروژه است؛ زیرا ولتاژ پنل با تغییر دما ثابت باقی نمی‌ماند.

از سوی دیگر، جریان ورودی نیز باید در محدوده مجاز اینورتر و MPPT قرار گیرد. در صورت اتصال چند رشته به یک MPPT، محدودیت جریان آن بخش اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

اختلاف شرایط پنل‌ها چه اثری بر یک استرینگ دارد

چون پنل‌های یک استرینگ به‌صورت سری به یکدیگر متصل هستند، اختلاف محسوس میان شرایط عملکرد آن‌ها می‌تواند رفتار الکتریکی رشته را تغییر دهد. سایه موضعی، تفاوت جهت یا شیب، آلودگی یا اختلاف مشخصات پنل‌ها از عواملی هستند که باید در طراحی آرایه در نظر گرفته شوند.

به همین دلیل معمولاً رشته‌هایی که به یک MPPT متصل می‌شوند باید از نظر آرایش و شرایط بهره‌برداری با طراحی آن ورودی سازگار باشند. حتی سازندگان اینورتر در دستورالعمل‌های اتصال DC درباره هماهنگی نوع پنل، تعداد ماژول‌ها و شرایط آرایه الزامات مشخصی ارائه می‌کنند.

در اینجا نقش MPPT نیز مشخص‌تر می‌شود: وجود چند MPPT می‌تواند امکان تفکیک بخش‌هایی از آرایه با شرایط متفاوت را افزایش دهد، اما طراحی نامناسب رشته‌ها را به‌صورت خودکار اصلاح نمی‌کند.

مزایا و محدودیت‌های معماری استرینگ اینورتر

ویژگی‌های این معماری مستقیماً از نحوه تقسیم پنل‌ها به رشته‌ها و اتصال آن‌ها به اینورتر ناشی می‌شود.

بنابراین مزیت اصلی String Inverter را نباید فقط در تعداد MPPT یا تعداد ورودی خلاصه کرد. انعطاف در تقسیم آرایه خورشیدی به رشته‌های قابل مدیریت یکی از ویژگی‌های اصلی این معماری است.

چه مشخصاتی در یک استرینگ اینورتر اهمیت بیشتری دارند

برای شناخت ساختار یک String Inverter، چند مشخصه مستقیماً به طراحی رشته‌ها مربوط هستند:

• حداکثر ولتاژ DC: بیشترین ولتاژی که ورودی دستگاه می‌تواند تحمل کند.
• محدوده MPPT: محدوده ولتاژی که MPPT در آن قادر به ردیابی نقطه کاری است.
• تعداد MPPT: تعداد ردیاب‌های مستقل موجود در دستگاه.
• تعداد ورودی‌های استرینگ: تعداد مسیرهای قابل اتصال برای رشته‌ها.
• حداکثر جریان ورودی: محدودیت جریان ورودی هر بخش طبق مشخصات سازنده.
• تعداد استرینگ قابل اتصال به هر MPPT: پارامتری که به طراحی داخلی دستگاه وابسته است.

این مشخصات باید به‌صورت یک مجموعه دیده شوند؛ برای مثال زیاد بودن تعداد ورودی‌ها به‌تنهایی نشان نمی‌دهد اینورتر چند MPPT مستقل دارد.

در بهره‌برداری نیز برخی هشدارها می‌توانند به شرایط سمت DC یا استرینگ مربوط باشند. بررسی خطاهای اینورتر خورشیدی باید بر اساس کد خطا و مستندات همان سازنده انجام شود و صرف مشاهده افت تولید برای تشخیص علت کافی نیست.

از طراحی استرینگ تا عملکرد واقعی اینورتر

عملکرد یک String Inverter فقط به توان نامی یا تعداد MPPTهای درج‌شده در دیتاشیت وابسته نیست. عملکرد واقعی String Inverter به هماهنگی طراحی آرایه با محدودیت‌ها و ساختار ورودی دستگاه وابسته است؛ بنابراین مشخصات اینورتر و نحوه طراحی استرینگ ها باید به‌صورت یک مجموعه بررسی شوند. در چنین شرایطی است که معماری استرینگ می‌تواند مطابق طراحی اولیه عمل کند.

حامی انرژی آسیا در بررسی پروژه‌های خورشیدی، انتخاب اینورتر را در ارتباط مستقیم با آرایش پنل‌ها و طراحی رشته‌ها انجام می‌دهد؛ زیرا مشخصات این دو بخش را نمی‌توان مستقل از یکدیگر تعیین کرد. در خدمات طراحی و اجرای نیروگاه خورشیدی حامی انرژی، تعداد پنل در هر استرینگ، توزیع رشته‌ها میان ورودی‌ها و MPPTها و حدود مجاز ولتاژ و جریان بر اساس مشخصات تجهیزات و شرایط واقعی پروژه بررسی می‌شود تا طراحی سمت DC با اینورتر انتخاب‌شده هماهنگ باشد.