كل ما يجب أن تعرفه عن مُحسِّن الطاقة الشمسية
ما هو مُحسِّن الطاقة الشمسية؟
إن أجهزة تحسين الطاقة المستمرة عبارة عن أجهزة إلكترونية موضوعة في صناديق بلاستيكية صغيرة تقع أسفل كل لوحة شمسية في مجموعة. وهي تضمن أن كل لوحة شمسية في مجموعة تعمل بأقصى إمكاناتها لزيادة معدل التحويل وكفاءة الطاقة المستمرة إلى طاقة مستمرة.
تعمل أجهزة تحسين الطاقة بالاشتراك مع عاكس سلسلة مركزي، والذي يحول خرج الطاقة المستمر من الألواح الشمسية إلى طاقة مترددة يمكن استخدامها في منزلك. في مجموعة بدون أجهزة تحسين الطاقة، يمكن أن تعاني سلسلة من الألواح الشمسية من انخفاض خرج الطاقة عندما يتم تظليل لوحة واحدة فقط.
إذا كانت لديك ظروف مظللة جزئيًا أو كنت بحاجة إلى تركيب ألواح شمسية ذات اتجاهات متعددة نحو الشمس، فقد تكون أجهزة تحسين الطاقة خيارًا ذكيًا وقد تكون أكثر ملاءمة لاحتياجاتك من أجهزة العاكس الدقيقة. في حين تعالج أجهزة العاكس الدقيقة نفس تحديات التظليل واتجاه السقف مثل أجهزة تحسين الطاقة، إلا أن تركيبها أكثر تكلفة.
لماذا اخترت المحسن
عندما تتعرض الألواح الشمسية لأشعة الشمس، فإنها تولد طاقة تيار مستمر، والتي يتم إرسالها عادة إلى عاكس مركزي. ثم يقوم هذا العاكس بتحويل الكهرباء إلى طاقة تيار متردد للاستخدام المنزلي.
على الرغم من أن هذا الإعداد فعال بالنسبة لمعظم أنظمة الطاقة الشمسية، إلا أنه قد يؤدي إلى انخفاض إنتاج الطاقة في حالات التظليل الجزئي أو التوجهات المتعددة للألواح.
في مثل هذه السيناريوهات، تكون إنتاجية سلسلة الألواح بأكملها محدودة بأداء اللوحة الأقل فعالية. يمكن أن تتسبب مشكلات مثل التظليل من الأشجار والسحب والأوساخ وفضلات الطيور وفشل المكونات في انخفاض إنتاجية المجموعة بأكملها. قد تنتج الألواح المعيبة أو المظللة طاقة شمسية أقل بكثير، تصل إلى 50 بالمائة في بعض الحالات، مقارنة بالألواح الأخرى. من خلال استخدام المحسنات، يمكن إدارة كل لوحة على حدة، مما يضمن تعظيم إنتاجية كل لوحة شمسية.
في ظل ظروف تركيب الألواح الشمسية الصعبة، يختلف الحد الأقصى لإخراج الطاقة لكل لوحة بسبب عوامل مثل درجة الحرارة وأشعة الشمس وخصائص الحمل الكهربائي. وتختلف هذه العوامل عبر المجموعة عندما تواجه الألواح اتجاهات متعددة أو تكون مظللة. ويعالج محسنو الطاقة هذه المشكلة باستخدام تقنية تسمى تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT).
تجدر الإشارة إلى أن المحسنات تساهم أيضًا في السلامة الكهربائية. قدمت شركة HIITIO، الرائدة في سوق المحسنات، وظيفة الإغلاق السريع التي تقلل تلقائيًا من الجهد العالي المستمر للوحدات إلى مستوى آمن عند إيقاف تشغيل العاكس أو التيار الكهربائي الرئيسي، مما يضمن أقصى قدر من السلامة. تتيح المحسنات الكشف المبكر عن المشكلات والأعطال المحتملة في الألواح الشمسية.
ما هو MPPT؟
تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT)، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم تتبع نقطة القدرة (PPT)، هي تقنية تستخدم في إمدادات الطاقة المتغيرة لزيادة كمية الطاقة المستخرجة مع تغير الظروف، وهي الأكثر استخدامًا في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
تختلف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في علاقتها بنظام العاكس، والشبكة الخارجية، ومجموعة البطاريات، والأحمال الكهربائية الأخرى.
يتناول Mppt القضية المركزية المتمثلة في أن كفاءة نقل الطاقة للخلية الشمسية تعتمد على كمية ضوء الشمس المتاح، والتظليل، ودرجة حرارة اللوحة الشمسية، والخصائص الكهربائية للحمل.
مع تغير هذه الظروف تتغير أيضًا خصائص (الممانعة) الحمل الذي يوفر أعلى نقل للطاقة. ومع تغير خصائص الحمل، يتم تحسين النظام للحفاظ على أعلى كفاءة لنقل الطاقة. يشار إلى خاصية الحمل المثلى هذه باسم نقطة القدرة القصوى (MPP). نقطة القدرة القصوى هي عملية ضبط خصائص الحمل استجابةً للظروف المتغيرة.
تراقب تقنية MPPT باستمرار خرج الألواح الشمسية وتضبط ظروف التشغيل للحفاظ على الألواح عند أقصى نقطة طاقة لها. من خلال ضبط الجهد والتيار بشكل ديناميكي لمطابقة نقطة التشغيل المثلى، تعمل تقنية MPPT على تعظيم خرج الطاقة للألواح الشمسية، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة وتحسين كفاءة النظام بشكل عام.
في الأساس، تضمن تقنية MPPT أن الألواح الشمسية تعمل دائمًا بأعلى أداء لها، مما يسمح باستخراج أقصى قدر من الطاقة من ضوء الشمس المتاح.
متى أحتاج إلى المُحسِّن؟
تعتبر محسنات الطاقة الشمسية مفيدة في العديد من السيناريوهات، بما في ذلك:
1. التظليل الجزئي:
في التركيبات التي تتعرض فيها الألواح الشمسية للتظليل الجزئي من الأشجار أو المباني أو العوائق الأخرى، يمكن لمحسنات الطاقة الشمسية المساعدة في تخفيف تأثير التظليل من خلال السماح لكل لوحة بالعمل بشكل مستقل عند نقطة طاقتها القصوى.
2. التوجهات المتعددة:
إذا تم تركيب الألواح الشمسية باتجاهات مختلفة، مثل مواجهة اتجاهات مختلفة، يمكن لمحسنات الطاقة الشمسية تحسين أداء كل لوحة على حدة، مما يضمن أقصى إنتاج للطاقة.
3. عدم تطابق اللوحة:
في الأنظمة التي تحتوي على ألواح من ماركات أو نماذج أو أعمار مختلفة، يمكن لمحسنات الطاقة الشمسية المساعدة في التغلب على مشكلات عدم التطابق من خلال إدارة ناتج كل لوحة بشكل فردي.
4. المراقبة والصيانة:
توفر أجهزة تحسين الطاقة الشمسية قدرات مراقبة متقدمة، مما يسمح بالكشف المبكر عن المشكلات والأعطال المحتملة في الألواح الشمسية. ويمكن أن يساعد هذا في الصيانة الاستباقية وضمان الأداء الطويل الأجل للنظام.
5. السلامة:
تعمل بعض محسنات الطاقة الشمسية، مثل تلك التي تحتوي على وظيفة الإغلاق السريع، على تعزيز السلامة الكهربائية عن طريق تقليل الجهد العالي المستمر للوحدات تلقائيًا إلى مستوى آمن عند إيقاف تشغيل العاكس أو الطاقة الرئيسية.
ما هو الفرق بين الميكروإنفرتر ومحسن الطاقة؟
التشابه:
يبلغ قطر كلاً من مايكرو إينفيرتر وتتيح أجهزة تحسين الطاقة مراقبة وحدات الطاقة الشمسية الفردية، مما يوفر رؤى حول أداء كل وحدة ضمن مجموعة الطاقة الشمسية.
يعمل كل من المحولات الدقيقة ومحسنات الطاقة على معالجة التحديات المتعلقة بظروف الإضاءة غير المثالية، مثل التظليل أو ضوء الشمس غير المباشر، من خلال تعظيم إنتاج التيار المستمر من الألواح الكهروضوئية لتعزيز الإنتاج الإجمالي للطاقة.
الاختلافات:
تكون تكاليف تركيب المحولات الدقيقة أعلى عادةً من تكاليف تركيب أجهزة تحسين الطاقة بسبب الدوائر الكهربائية الأكثر تعقيدًا في المحولات الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، تكون المحولات الدقيقة أكبر حجمًا وتتعرض لخطر أكبر للصواعق مقارنة بأجهزة تحسين الطاقة.
من حيث الوظائف، تقوم المحولات الدقيقة بتحويل الطاقة المستمرة إلى طاقة مترددة، في حين تعمل محسنات الطاقة فقط على معالجة الطاقة المستمرة قبل نقلها إلى عاكس الطاقة الشمسية.
تختلف قابلية التوسعة بين الأنظمة التي تحتوي على محولات دقيقة وتلك التي تحتوي على محسنات. تواجه الأنظمة التي تحتوي على محسنات للطاقة قيودًا في قابلية التوسعة بسبب اعتمادها على محول مركزي، والذي يخضع لقيود على كمية الطاقة التي يمكنه التعامل معها.
تتطلب المحولات الدقيقة عمومًا صيانة أكثر من المحولات المحسّنة للطاقة. وفي حين أن عمر المحولات الدقيقة قد يتراوح من 5 إلى 12 عامًا، فإن المحولات المحسّنة للطاقة قد تدوم لمدة 25 عامًا تقريبًا، أي ضعف عمر المحولات الدقيقة.
ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن المحولات الدقيقة أقل عرضة للتأثير على الأداء العام للنظام مقارنة بالمحسنات. وذلك لأن نظام المحسن يعتمد على محول مركزي، وإذا فشل المحسن، فمن المرجح أن يؤثر ذلك على المحول، وبالتالي على النظام بأكمله.
كيفية اختيار مُحسِّن الطاقة؟
1. سعة العاكس الحالية:
بالنسبة لأولئك الذين لديهم نظام طاقة شمسية قائم، من المهم مراعاة الكمية والقوة الكهربائية للمحسنات المطلوبة. تم تصميم العاكسات للحد من مستوى تحويل الطاقة المترددة. إذا تم تعزيز الطاقة المستمرة باستخدام المحسنات، فقد تتجاوز قدرة العاكس على تحويل الطاقة المترددة. وبينما لا يزال العاكس قادرًا على العمل بحمولة أعلى، إلا أن الكهرباء الزائدة يمكن أن تقصر من عمره الافتراضي.
2. كفاءة العاكس:
على غرار الألواح الشمسية، تختلف أنظمة تحسين الطاقة من حيث الكفاءة. تقيس الكفاءة الطاقة المفقودة على شكل حرارة أثناء التحويل من كهرباء تيار مستمر إلى كهرباء متردد. يساهم العاكس الشمسي المدمج مع النظام أيضًا في كفاءة النظام الإجمالية وإنتاج الكهرباء الشمسية، سواء تم استخدام محسنات الطاقة أم لا.
3. حجم مُحسِّن الطاقة:
تتوفر أجهزة تحسين الطاقة بأحجام مختلفة للتعامل مع الفولتية القصوى المتفاوتة، بما يتماشى مع تصنيف القدرة الكهربائية للوحدات. على سبيل المثال، تستخدم لوحة بقوة 300 واط جهاز تحسين طاقة بقوة 320 واط. من الضروري إقران عاكس بحجم مطابق مع جهاز تحسين الطاقة المحدد. تحدد سعة جهاز التحسين سعة العاكس المطلوبة. ومع ذلك، من المهم تجنب اختيار عاكس أو جهاز تحسين أصغر من الحجم المناسب للنظام، حيث تتأثر أحجامهما بمخرجات الطاقة من الألواح الشمسية.
4. اعتبارات الميزانية:
في التركيبات السكنية التي تحتوي على نظام مُحسَّن، يلزم وجود مُحسِّن طاقة واحد لكل لوحة شمسية، بينما قد تحتوي التركيبات التجارية على مُحسِّن واحد لكل لوحين. وتتأثر التكلفة بعدد المُحسِّنات وفترات الضمان التي تقدمها العلامات التجارية المختلفة. وعادةً ما يرتبط الضمان الأطول بسعر أعلى.
