كيف تعمل محسنات الطاقة الكهروضوئية؟

في السنوات الأخيرة، برزت الطاقة الشمسية كـ مصدر رائد للطاقة المتجددةومع ذلك، غالبًا ما تعاني الألواح الشمسية من انخفاض الكفاءة بسبب التظليل أو المكونات غير المتطابقة. محسنات الطاقة الكهروضوئية يمكن أن يخفف هذه التحديات بشكل كبير. صُمم لزيادة إنتاج الطاقة حتى في الظروف الصعبة مثل التظليل، يضمن مُحسِّن الطاقة الشمسية من HIITIO ألواحك الشمسية تعمل بأفضل أداء. لنلقِ نظرة على كيفية عملها، وما إذا كانت تستحق استثمارك.

مصدر الصورة: مراجعات الطاقة الشمسية - دليل شامل لمُحسِّنات الطاقة

1. ما هي وظيفة المُحسِّن؟

مُحسِّنات الطاقة الكهروضوئية هي مُحوِّلات تيار مستمر-تيار مستمر ذكية تعمل على مستوى الوحدة، وهي مُصمَّمة لتعظيم حصاد الطاقة الشمسية وموثوقية النظام. تتمحور وظيفتها الأساسية حول الديناميكية الحد الأقصى لتتبع نقطة الطاقة (MPPT)باستخدام خوارزميات متقدمة مثل الاضطراب والمراقبة أو التوصيل التزايدي، تقوم المحسِّنات بمسح منحنى التدفق الرباعي لكل لوحة حتى 100 مرة في الثانية، مع ضبط الجهد والتيار للحفاظ على خرج طاقة مثالي حتى في ظل التظليل الجزئي، أو تقلبات درجات الحرارة، أو عدم تطابق المكونات.

اقرأ أيضا:

تُحسّن المُحسِّنات أيضًا من القدرة على التكيف مع البيئة. فهي تعمل في درجات حرارة قصوى (من -30 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية) وتضبط الجهد أو التيار ديناميكيًا (في نطاق 8-80 فولت) لتنسيق المخرجات غير المتوافقة، مما يجعلها متوافقة مع أنواع مختلفة من الألواح (أحادية البلورة، PERC) وقابلة للتحديث في الأنظمة القديمة. بتحويل التيارات المنخفضة إلى قيم أعلى للتوصيلات المتسلسلة، تُخفف هذه المُحسِّنات من خسائر "تأثير الدلو" الناتجة عن اختلافات التظليل أو الاتجاه.

2. كيف تعمل المحسِّنات؟

2.1 تحسين الطاقة

كل وحدة الطاقة الكهروضوئية (PV) تم تجهيز مع محسن الطاقةمما يسمح لها بالعمل كوحدة مستقلة ضمن مجموعة الخلايا الكهروضوئية. هذا يضمن عدم تأثر خرج أي وحدة بالوحدات الأخرى، مما يُمكّنها من توفير أقصى طاقة باستمرار في ظل الظروف البيئية السائدة.

في تكوينات السلسلة التقليدية، إذا تم تظليل وحدة واحدة، ينخفض ​​تيارها بينما يظل الجهد ثابتًا، مما يؤدي إلى انخفاض في تيار السلسلة بأكملها وناتج الطاقة الإجمالي.

2.2 العرض التوضيحي الوظيفي

تُعدّل دائرة DC-DC الداخلية لمُحسِّن الطاقة تيار وجهد خرج وحدة الطاقة الكهروضوئية، مما يُغيّر منحنى خصائص التيار المتردد (IV) الخاص بها بشكل فعال. يُحوّل هذا التعديل نقطة الطاقة القصوى للوحدة من نقطة ثابتة إلى نطاق ديناميكي، مما يسمح لكل وحدة بالعمل عند نقطة الطاقة المثلى لها، حتى لو اختلفت هذه النقاط بين الوحدات. تُحسّن هذه الإمكانية إجمالي توليد الطاقة من خلال ضمان مساهمة كل وحدة بأقصى طاقة ممكنة لها، بغض النظر عن عدم التطابق أو مشاكل التظليل.

2.3 دراسة حالة المُحسِّن

2.3.1 تأثير التظليل بدون مُحسِّن

• تظليل:لوحة واحدة في سلسلة مكونة من 20 لوحة (50 فولت/8.4 أمبير لكل لوحة، إجمالي الطاقة: 8,400 وات) مظللة جزئيًا، مما يتسبب في انخفاض التيار من 8.4 أمبير إلى 3.2 أمبير (يظل الجهد عند 50 فولت).
• تخفيض تيار السلسلة:بسبب التوصيل المتسلسل في الأنظمة التقليدية، يتم إجبار تيار السلسلة بالكامل على مطابقة اللوحة الأضعف (3.2 أمبير).
• إجمالي فقدان الطاقة: 3.2 أمبير × 50 فولت × 20 = 3,200 واط (خسارة 62%)

2.3.2 تحسين الطاقة باستخدام المُحسِّن

• تدخل المُحسِّن:يتم توصيل اللوحة المظللة بمحسن الطاقة، والذي يضبط خرجها عبر دائرة DC-DC.
• المطابقة الحالية:المُحسِّن boostيتغير تيار اللوحة المظللة من 3.2 أمبير إلى 8.4 أمبير (متزامن مع الألواح غير المظللة).
• تعديل الجهد:يتم تخفيض الجهد من 50 فولت إلى 15 فولت (عبر تحويل باك).
• تعويضات الطاقة:يتم تعديل خرج اللوحة المظللة إلى: 8.4A×15V=126W (مقابل 3.2A×50V=160W بدون مُحسِّن).
• أداء اللوحة العادي:تعمل الألواح الـ 19 المتبقية عند 8.4 أمبير/50 فولت، مما يساهم في: 8.4 أمبير×50 فولت×19=7,980 واط.
• حساب الطاقة الكلية: 7,980 واط + 126 واط = 8,106 واط (خسارة 3.5%)

3. هل المحسنات مفيدة للألواح الشمسية؟

مقارنة اقتصادية: مع مُحسِّنات الطاقة الكهروضوئية مقابل بدونها (محسوبة بسعر كهرباء 0.15 دولار لكل كيلوواط/ساعة)

يستفيد محسنو الطاقة الكهروضوئية (PV) من التحكم في إلكترونيات الطاقة على مستوى الوحدة من أجل:

1. تقليل خسائر الطاقة الناتجة عن التظليل الجزئي من 62% إلى 3.5%.
2. زيادة الإيرادات السنوية بنسبة 153%.

لذلك، فإن تركيب محسنات لألواح الطاقة الشمسية الخاصة بك يعد استثمارًا يستحق العناء.

4. كيفية اختيار المُحسِّن؟

4.1 ملاحظات المصطلحات

• أقصى جهد لنقطة القدرة (فولت متر):الجهد الذي توفر به الوحدة الكهروضوئية (PV) أقصى قدر من الطاقة الناتجة.
• أقصى تيار لنقطة القدرة (Im):التيار الذي تقوم عنده وحدة الطاقة الكهروضوئية بتوصيل أقصى قدر من الطاقة الناتجة.
• جهد الدائرة المفتوحة (Voc):الجهد عبر أطراف وحدة الطاقة الكهروضوئية عندما لا يتم توصيل أي حمل، ويمثل أقصى جهد يمكن أن تنتجه الوحدة في ظل ظروف الاختبار القياسية.
• تيار الدائرة القصيرة (Isc):التيار الذي يتدفق عندما يتم اختصار أطراف وحدة الطاقة الكهروضوئية، مما يشير إلى الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن تنتجه الوحدة في ظل ظروف الاختبار القياسية.
• كفاءة الوحدة:نسبة الطاقة الكهربائية الناتجة إلى الطاقة الشمسية المدخلة في ظل ظروف الاختبار القياسية، ويتم التعبير عنها عادةً كنسبة مئوية.

4.2 حساب المعلمات الحرجة

• أقصى تيار لنقطة القدرة (Im)
• استخدم الصيغة: مثال: بالنسبة للوحة 590 واط مع Vm = 50V، Im = 590 واط / 50V = 11.8A.
  • هامش الأمان: اضرب Im في 1.25 لضمان المتانة في مواجهة الظروف العابرة.
    11.8 أمبير × 1.25 = 14.75 أمبير (يجب أن يدعم المُحسِّن ≥14.75 أمبير)
• تيار الدائرة القصيرة (Isc)
• تأكد من أن الحد الأقصى لتيار الإدخال للمحسن يتجاوز Isc الخاص باللوحة (على سبيل المثال، 15A للوحة ذات Isc=13A).

4.3 مطابقة مواصفات المُحسِّن مع معلمات المكونات

• الطاقة الاسمية:يجب أن تتجاوز الطاقة المقدرة للمحسِّن الحد الأقصى للطاقة الموجودة في اللوحة (Pm).
• على سبيل المثال: بالنسبة للوحة 590 وات، اختر مُحسِّنًا بسعة ≥600 وات.
• مساهمة الجهد:يجب أن يغطي الحد الأقصى لجهد الإدخال للمُحسِّن جهد الدائرة المفتوحة للوحة (Voc) في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
• مثال: إذا كانت Voc=50V، فحدد مُحسِّنًا بقدرة إدخال ≥60V.
• التسامح الحالي:تأكد من أن حد تيار الإدخال للمحسن يتجاوز Isc، وأن تيار الإخراج يتوافق مع تيار الإدخال لكل MPPT الخاص بالعاكس.

4.4 التحقق من توافق العاكس

• الحد الحالي للإخراج:يجب أن يكون الحد الأقصى لتيار خرج المحسِّن ≤ تيار الإدخال لكل MPPT الخاص بالعاكس.
• الحساب: إذا كان الحد الأقصى لتيار دخل العاكس ٢٠ أمبير ويدعم مرحلتين MPPT، فإن حد تيار كل مرحل هو ٢٠ أمبير/٢ = ١٠ أمبير. يجب ألا يتجاوز تيار خرج المُحسِّن ١٠ أمبير.
• بروتوكولات الاتصال:تأكد من التوافق مع معايير اتصال العاكس (على سبيل المثال، PLC، ZigBee).

جدول ملخص: معايير الاختيار الرئيسية

5. أمثلة على سيناريوهات تثبيت المُحسِّن

5.1 تركيب الوحدة الانتقائية

عندما تُظهر وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية عدم توافق كبير - نتيجةً لعوامل مثل التظليل أو انحرافات الاتجاه التي تؤدي إلى انخفاض الإشعاع الفعال - فإن تركيب مُحسِّنات الطاقة على هذه الوحدات تحديدًا يُمكن أن يُحسّن الأداء العام للنظام. كما هو موضح أدناه، ثبّت مشبك المُحسِّن على إطار الوحدة التي تحتاج إلى تحسين.

5.1.1 تكوين الأسلاك لتثبيت المُحسِّن الانتقائي

يرجى الرجوع إلى الرسم البياني أدناه لمعرفة طرق الاتصال الصحيحة:

• قم بتوصيل الطرف الموجب لإدخال المحسِّن (IN) بالطرف الموجب للوحدة، والطرف السالب لإدخال المحسِّن (IN) بالطرف السالب للوحدة.
• لتوصيلات المخرجات: وصّل الطرف الموجب لخرج المُحسِّن (OUT) بالطرف السالب للوحدة (أو المُحسِّن) التالية، والطرف السالب لخرج المُحسِّن (OUT) بالطرف الموجب للوحدة (أو المُحسِّن) السابقة. يُنشئ هذا التكوين اتصالاً تسلسلياً بين الوحدات.
• قم بتوصيل الأطراف الموجبة والسالبة في كلا طرفي السلسلة بصندوق العاكس أو المجمع التالي.
• بعد التحقق من جميع توصيلات النظام، قم بتشغيل العاكس.

5.2 سيناريو تثبيت المُحسِّن الكامل

في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، حيث يُدير منفذ واحد لتتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) عدة سلاسل، قد تحدث حالات عدم تطابق في التوصيلات التسلسلية والمتوازية. الحل الأكثر فعالية للحد من هذه الحالات هو تركيب مُحسِّنات على جميع الوحدات. يُحسّن هذا النهج من استعادة الطاقة المفقودة بسبب عدم التطابق.

5.2.2 تكوين الأسلاك لتثبيت المُحسِّن الكامل في سلسلة واحدة

كما هو موضح أدناه:

• اتصال إدخال المُحسِّن:قم بتوصيل الطرف الموجب لإدخال المُحسِّن (IN) بالطرف الموجب للوحدة، والطرف السالب لإدخال المُحسِّن (IN) بالطرف السالب للوحدة.
• اتصال إخراج المُحسِّن: وصِّل الطرف الموجب لمخرج المُحسِّن (OUT) بالطرف السالب للمُحسِّن التالي، والطرف السالب لمخرج المُحسِّن (OUT) بالطرف الموجب للمُحسِّن السابق. وصِّل مخرجات المُحسِّن لتكوين سلسلة متصلة.
• توصيل السلسلة إلى صندوق العاكس أو المجمع:قم بتوصيل الأطراف الموجبة والسالبة في كلا طرفي السلسلة بصندوق العاكس أو المجمع التالي.

هل تتطلع إلى رفع أنظمة الطاقة الشمسية الخاصة بك إلى المستوى التالي؟ مُحسِّنات الطاقة الكهروضوئية المتطورة من HIITIO نوفر كفاءة وموثوقية لا مثيل لها. حسّن إنتاجك من الطاقة، وقلل من خسائرها، وزد إيراداتك السنوية مع حلول HIITIO المتطورة. استثمر في مستقبل الطاقة الشمسية اليوم وجرب الفرق مع HIITIO - شريكك الموثوق به في تحسين الطاقة الشمسية!