موضوع مقاله: میکرو-اینورتر خورشیدی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # میکرو-اینورتر خورشیدی | مقدمه: میکرو-اینورتر خورشیدی یا به اختصار میکرو-اینورتر، یک وسیله با کاربری آسان است که در صنعت خورشیدی (فتوولتاییک) استفاده می‌شود و وظیفه آن تبدیل جریان مستقیم (DC) تولید شده توسط یک ماژول خورشیدی به جریان متناوب (AC) است. | ## بخش 1: میکرو-اینورتر خورشیدی | میکرو-اینورترها در تقابل هستند با انواع رشته‌ای مرسوم و اینورترهای خورشیدی مرکزی که در آن‌ها، یک اینورتر به چندین پنل خورشیدی متصل شده‌است. خروجی چندین میکرو-اینورتر می‌توانند با هم ترکیب شوند و اغلب برای تغذیه به شبکه برق متصل گردد. مزیت اصلی آنها است که پنل‌ها را به صورت الکتریکی از هم ایزوله و مجزا می‌کنند؛ بنابراین وجود مقدار کمی سایه، گرد و خاک یا برف روی هر ماژول خورشیدی، یا حتی خرابی کامل آن، خروجی کل آرایه را یکباره و بدون تناسب کاهش نمی‌دهد. سادگی در طراحی سیستم، نیاز به سیم‌های با جریان پایین، مدیریت ساده و امنیت اضافه شده، دیگر مواردی می‌باشد که با ظهور میکرو-اینورترها بدست آمده‌است. عیب اساسی میکرو-اینورتر این است که نسبت به توان معادل یک اینورتر مرکزی، هزینه اولیه تجهیزات بالاتری دارد. دلیل این امر این است که هر اینورتر نیاز دارد که در همسایگی پنل نصب شود (معمولاً در سقف) که این امر نگهداری آنها را سخت‌تر کرده و جابجایی و برداشتن آنها را پرهزینه تر می‌کند. یک میکرو-اینورتر اغلب طول عمر بیشتری نسبت به اینورتر مرکزی دارد که نیاز به جایگزینی آن در طی طول عمر پنلهای خورشیدی وجود دارد؛ بنابراین عیب مالی در ابتدا، ممکن است در طول عمر بیشتر تبدیل به یک مزیت شود. بهینه‌ساز توان یک نوع تکنولوژی نزدیک به میکرو-اینورتر می‌باشد و همچنین عملیات ردیابی نقطه توان بیشینه را انجام می‌دهد ولی خروجی خود را به برق متناوب تبدیل نمی‌کند. شرح اینورتر رشته‌ای پنلهای خورشیدی در یک ولتاژ خاص که وابسته به طراحی ماژول و شرایط روشنایی می‌باشد، جریان مستقیم ایجاد می‌کنند. برای تبدیل به برق متناوب، پنلها ممکن است به صورت سری به هم متصل شوند تا آرایه ای را که به‌طور مؤثر مشابه یک پنل بزرگ با نرخ نامی ۳۰۰ تا ۶۰۰ ولت مستقیم است، ایجاد کنند. مشکل اصلی رویکرد اینورتر رشته‌ای این است که مجموعه رشته پنل‌ها، عملکردی برابر عملکرد ضعیف‌ترین بخش در هر رشته را خواهند داشت. برای مثال اگر یک پنل در رشته، ۵٪ مقاومت بیشتر ناشی از نقص تولید جزئی داشته باشد، کل رشته دارای ۵٪ تلفات عملکرد خواهد بود. اگر یک پنل در اثر یک سایه، افت خروجی چشمگیری را تجربه کند، روی خروجی کل رشته تأثیر می‌گذارد، حتی اگر دیگر پنلها سایه نشده باشند. اگر یکی از چراغ‌های درخت کریسمس با مشکل مواجه شود، به دلیل سری بودن چراغ‌های درخت کریسمس، کل درخت کریسمس خاموش می‌شود."Productive" , Enphase البته این تأثیر خیلی هم دقیق نیست و فعل و انفعالات بین نقطه ردیابی بیشترین توان اینورتر و دیودهای کنارگذر را نادیده می‌گیرد. مطالعات انجام شده توسط تولیدکنندگان میکرو-اینورتر شرکت‌های بهینهکننده DC در سایه، نشان از بهبود اندک ۲، ۵ و ۸ درصدی میکرو-اینورترها به ترتیب در شرایط کم سایه، سایه معمولی و سایه شدید نسبت به اینورتر رشته‌ای قدیمی دارد. علاوه بر این، بهره‌وری خروجی پنل به شدت از باری که روی اینورتر قرار دارد، تأثیر می‌پذیرد. به منظور حصول توان حداکثری، اینورترها از تکنیکی به نام MPPT برای تضمین انرژی تولیدی بهینه با تغییرات بار اعمال شده، استفاده می‌کنند. اگرچه همان مشکلاتی که باعث تغییرات خروجی از پنلی به پنل دیگر می‌شوند، روی بار مناسبی که سیستم MPPT باید اعمال کند، تأثیر می‌گذارد. اگر یک پنل در نقطه کار نامناسبی عمل کند، اینورتر رشته‌ای تنها می‌تواند تغییرات کلی را مشاهده کند و نقطه MPPT را به تطبیق حرکت دهد. مشکل دیگر هر چند که جزئی است این است که، اینورترهای رشته‌ای در مقادیر توان انتخابی محدودی در دسترس هستند. این بدان معناست که برای یک آرایه داده شده، معمولاً اینورتری با مقدار نامی بزرگتری را می‌طلبد. برای مثال، یک آرایه ۲۳۰۰ واتی متشکل از ۱۰ پنل، احتمالاً از اینورتر ۲۵۰۰ یا ۳۰۰۰ وات استفاده می‌کند. این معضل همچنین مانع از افزایش تعداد آرایه‌ها در طول زمان شده و گسترش توان سیستم را در هنگام وجود سرمایه با مشکل مواجه می‌کند. اگر مشتری در ابتدا برای پنلهای ۲۳۰۰ وات، اینورترهای ۲۵۰۰ وات خریداری نماید، دیگر حتی نمی‌تواند یک پنل را بدون اضافه بار اینورتر به سیستم اضافه کند. اگرچه، این افزایش ابعاد در صنعت امروزی کاری معمول در نظر گرفته می‌شود (گاهی ۲۰٪ بالاتر از مقدار نامی اینورتر)؛ به منظور در نظر گرفتن کاهش کارایی و افت ماژول، و همچنین عملکرد بهتر در هنگام ماه‌های زمستان. چالش‌های دیگری که مرتبط با اینورتر مرکزی است شامل فضای مورد نیاز برای قرار دادن وسیله، و الزامات خنک کاری آن است. فنهای خنک‌کننده ایجاد نویز می‌کنند، بنابراین مکان اینورتر متناسب با ناحیه استفاده باید در نظر گرفته شود. به دلیل اینکه فن‌های خنک‌کننده قسمت‌های متحرکی می‌باشند، گرد و خاک و رطوبت می‌تواند در طول زمان، تأثیرات منفی روی عملکرد آنها بگذارد. | ## بخش 2: میکرو-اینورتر خورشیدی | اینورترهای رشته‌ای صدای کمتری دارند ولی در بعدازظهرها که توان اینورتر پایین است ممکن است تولید نویز صوتی مانند ویز ویز داشته باشند. میکرو-اینورتر میکرو-اینورترها، اینورترهای کوچک با توان پایین هستند که برای کنترل و تنظیم خروجی یک پنل واحد استفاده می‌شوند. پنل‌های متصل به شبکه (grid-tie) مدرن معمولاً بین ۲۲۵ تا ۲۷۵ وات توان دارند، اما به ندرت این توان را در عمل تولید می‌کنند، بنابراین میکرو-اینورترها به‌طور معمول بین ۱۹۰ تا ۲۲۰ وات (گاهی اوقات ۱۰۰ وات) قرار می‌گیرند. به دلیل کار در توان پایین، بسیاری از مسائل مربوط به طراحیهای بزرگتر به سادگی از بین می‌روند؛ نیاز به یک ترانسفورماتور بزرگ به‌طور کلی حذف می‌شود، خازنهای الکترولیتی می‌توانند با خازن‌های لایه نازک قابل اطمینان تر جایگزین شوند، و بارهای خنک‌کنندگی نیز کاهش می‌یابند بنابراین دیگر هیچ نیازی به فن‌های خنک‌کننده نمی‌باشد. برای مثال در همان آرایش ۱۰ پنلی که برای نمونه در بالا استفاده شد، با استفاده از میکرو-اینورترها هر پنلی که عملکرد ضعیفتری دارد، هیچ اثر گذاری روی پنل‌های اطرافش نخواهد داشت. در آن نمونه، آرایه در کل به میزان ۵ درصد توان بیشتری نسبت به حالتیکه به صورت رشته باشد، تولید می‌کند. در هنگامی که سایه افتاده‌است، این دستاوردها می‌توانند قابل توجه باشند، بطوریکه تولیدکنندگان ادعا می‌کنند که به‌طور کلی، حداقل ۵ درصد خروجی بهتر است و در بعضی موارد حتی ۲۵ درصد اشاره شده‌است. بنابراین یک مدل واحد را می‌توان با طیف گسترده‌ای از پنل‌ها استفاده کرد، پنل‌های جدید را می‌توان در هر زمان به آرایش اضافه کرد بدون آنکه نیاز باشد توان آن با پنل‌های موجود یکسان باشد. گاهی اوقات دو پنل خورشیدی به میکرو-اینورترها متصل می‌شوند (میکرو-اینورتر دوگانه). توانی که به میکرو-اینورتر وارد می‌شود بیشتر از ۶۰۰ وات و ۲۴ ولت می‌باشد (همان‌طور که گفته شد، دو پنل خورشیدی ۱۲ ولت می‌توانند باهم سری شوند). سپس میکرو-اینورتر این توان را که توسط آرایه (های) خورشیدی تأمین شده را به ولتاژ استاندارد متناوب که معمولاً ۲۳۰ ولت و ۵۰ هرتز یا ۲۴۰ ولت و ۶۰ هرتز می‌باشد تبدیل می‌نماید. همان‌طور که گفته شد، میکرو-اینورترها مستقیماً در پشت پنل، ولتاژ متناوبی (۲۲۰ ولت) که برای اتصال به شبکه لازم است را تولید می‌کنند. آرایه‌های پنل‌ها به صورت موازی به هم متصل شده و سپس به شبکه وصل می‌شوند که این مزیت بزرگ را فراهم می‌کند که در صورت خرابی یک پنل یا اینورتر، کل رشته از شبکه قطع نمی‌شود. در کنار توان پایینتر و بار گرمایی و بهبود زمان بین خرابی‌ها، برخی معتقدند که به‌طور کلی قابلیت اطمینان آرایهٔ یک سیستم مبتنی بر میکرو-اینورتر به‌طور قابل توجهی از نوع مبتنی بر اینورتر رشته‌ای بیشتر است. این ادعا توسط ضمانت‌های طولانی‌تر، به‌طور معمول ۱۵ تا ۲۵ سال، در مقایسه با ضمانت ۵ تا ۱۰ ساله که عمدتاً برای اینورترهای رشته‌ای استفاده می‌شود، پشتیبانی می‌شود. بعلاوه، زمانی که خطا رخ می‌دهد، به جای یک رشته کامل، همان نقطه که خطا رخ داده قابل شناسایی خواهد بود. این نه تنها باعث شناسایی و جداسازی راحتتر خطا می‌شود، بلکه مشکلات جزئی که در غیر اینصورت قابل مشاهده نبودند را نیز آشکار می‌کند – یک پنل تکی که عملکرد ضعیف تری دارد ممکن است در خروجی یک رشتهٔ طولانی تأثیر قابل توجهی نداشته باشد. از آنجا که هر کدام از میکرو-اینورترها پیچیدگی‌های یک اینورتر رشته‌ای را دارا می‌باشند اما توان خروجی آنها کمتر است، هزینه‌های آن برای وات مشخص بیشتر خواهد بود. از فوریه ۲۰۱۸، یک اینورتر مرکزی تقریباً هزینه ای معادل ۰٫۱۳ دلار بر وات دارد درحالیکه هزینهٔ یک میکرو-اینورتر حدود ۰٫۳۴ دلار بر وات می‌شود. اکثراً یک مدل را تولید می‌کنند که ممکن است برای پنلی که به آن وصل می‌شوند، از نظر توان کوچکتر یا بزرگتر باشند. در بسیاری از موارد بسته‌بندی کردن و یکپارچه نمودن می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر قیمت بگذارد. با یک اینورتر مرکزی شما ممکن است تنها یک مجموعه اتصالات برای ده‌ها پنل، یک خروجی متناوب و قسمتی به نام جعبه ترکیب کننده (Combiner Box) داشته باشید. نصب و راه اندازی میکرو-اینورترها برای بیش از ۱۵ پنل ممکن است نیازمند یک جعبه ترکیب کننده بر روی سقف باشد. به منظور کاهش هزینه‌ها برخی مدل‌ها دو یا سه پنل را با یک اینورتر کنترل می‌کنند که باعث می‌شود بسته‌بندی و هزینه‌های مربوط به آن کاهش یابد. بعضی از سیستم‌ها دو میکرو-اینورتر کامل را در یک جعبه قرار می‌دهند، درحالیکه دیگران فقط بخش «رهگیری نقطه حداکثر بازدهی» (MPPT) را از سیستم تکرار می‌کنند و برای کاهش بیشتر هزینه‌ها، از یک قسمت DC به AC استفاده می‌کنند. برای مطابقت هرچه بیشتر و نزدیکتر با خروجی ماژول خورشیدی، هزینه، کمتر یک مشکل (و مانع برای استفاده از میکرو-اینورترها) محسوب می‌شود. استفاده از میکرو-اینورترها در جاهایی که اندازه آرایه کوچک بوده و حداکثر نمودن کارایی هرکدام از پنلها بسیار با اهمیت است، متداول شده‌است. در این موارد اختلاف میزان قیمت به ازای یک وات، به دلیل تعداد کم پنل‌ها، به حداقل می‌رسد و اثر کمی در هزینهٔ کلی سیستم دارد. | ## بخش 3: میکرو-اینورتر خورشیدی | بهبود در میزان انرژی حاصل شده از یک آرایه با اندازه معین، می‌تواند این تفاوت هزینه را جبران کند. به همین دلیل میکرو-اینورترها در بازار مسکونی بسیار موفق بوده‌اند، جاییکه فضای محدود برای پنل‌ها، اندازه آرایه را کوچک می‌کند و سایه درختان یا دیگر اشیای مجاور اغلب یک مشکل به‌شمار می‌رود. با اینکه تکنولوژی در طول سالها بهبود یافته، واقعیت این است که دستگاه‌ها در نهایت خراب یا فرسوده می‌شوند. نصب کننده می‌بایست میان هزینه‌های جایگزینی (حدود ۴۰۰ دلار برای هر دور کار غلتک)، افزایش خطرات ایمنی پرسنل و تجهیزات و ماژول‌ها، و میزان سود برای نصب و راه اندازی تعادل برقرار سازد. برای صاحبان خانه فرسودگی احتمالی یا خرابی‌های زودرس دستگاه، باعث آسیب احتمالی به کاشی‌ها یا توفال‌های سقف، خسارت به دارایی و دیگر مشکلات و ناراحتی‌ها می‌شود. مزایا درحالیکه میکرو-اینورترها معمولاً بازدهی کمتری از اینورترهای رشته‌ای دارند، به علت اینکه هر واحد اینورتر-پنل عملکرد مستقلی دارد، بازدهی مجموعه آنها افزایش می‌یابد. در یک پیکربندی رشته‌ای از اینورترها، اگر یک پنل ضعیف عمل کند، بر روی عملکرد مناسب کل رشته اثر خواهد داشت زیرا نتیجه عملکرد ضعیف‌ترین پنل، تعیین‌کننده است.[15]این مشکل در میکرو-اینورترها وجود ندارد. در پیکربندی رشته‌ای این مسئله تضعیف شده‌است اما همچنان در میکرو-اینورترها وجود دارد. نظارت و نگهداری هم راحت تر است؛ بطوری که بعضی از تولیدکنندگان میکرو-اینورتر، برنامه‌ها و سایت‌هایی برای نظارت بر توان خروجی میکرو-اینورتر خود ارائه داده‌اند. میکرو-اینورترهای سه فاز برای تبدیل به صرفه توان مستقیم به توان متناوب ، اینورتر باید انرژی پنل را هنگامی که ولتاژ شبکه کاهش یافته و نزدیک به صفر است ذخیره کرده و وقتی دوباره افزایش یافت، آن انرژی را رها سازد. مقرون به صرفه‌ترین گزینه برای این حجم از ذخیره‌سازی، خازن‌های الکترولیتی هستند، اما آنها معمولاً عمر کوتاهی در حد سال دارند، به خصوص اگر در جاهای گرمی مثل پنل‌های خورشیدی در سقف خانه‌ها استفاده شوند که عمرشان از این هم کمتر خواهد بود. همین مسئله باعث شده‌است تلاش‌های قابل توجهی در بخشی از تولیدکنندگان میکرو-اینورتر که انواع گوناگونی از طراحی‌های تبدیل انرژی با ظرفیت‌های ذخیره کمتر معرفی کرده‌اند انجام شود؛ که موجب استفاده از خازن‌های لایه نازک که قابلیت کمتر اما در عوض عمر به مراتب بیشتری دارند را در مواردی که امکان دارد، شده‌است. در یک مدار سه فاز، توان بین مقادیر مثبت و منفی تغییر نمی‌کند (مثلاً بین -۱۲۰ و ۱۲۰) بلکه بین مقادیر مثبت یا منفی (۶۰ تا ۱۲۰ یا -۶۰ تا -۱۲۰) متغیر است؛ و همچنین بازه تغییرات هم بسیار کوتاه‌تر است. اینورترهایی که برای استفاده در سیستم‌های سه فاز طراحی شده‌اند قدرت ذخیره‌سازی به مراتب کمتری نیاز دارند. یک میکرو-اینورتر سه فاز با روش کلیدزنی نرم می‌تواند تراکم مداری بیشتر و همراه با قطعات ارزان‌تر ارائه کند؛ در عین اینکه بازدهی تبدیل خود را تا ۹۸٪ ارتقا دهد، حتی بیشتر از مقدار مشابه برای اینورترهای تک فاز که ۹۶٪ است. مقدار جذب انرژی برای میکرو-اینورترهای سه فاز علی‌رغم هرگونه برتری نظری، بنظر می‌رسد کم باشد. حفاظت معمولاً انواع حفاظت برای میکرو-اینورترها موارد مقابل را شامل می‌شود: انفصال از دیگر اینورترها یا شبکه (جزیره ای شدن)، اتصال کوتاه، پلاریته معکوس، کاهش ولتاژ و اضافه ولتاژ. موارد استفاده قابل حمل پنلهای خورشیدی قابل انعطاف اگر با میکرو-اینورترها همراه شوند می‌توانند برای شارژ لپ تاپها و دیگر وسایل الکتریکی استفاده شوند. هزینه‌های ثابت در ساخت مثل هزینه ترانس یا محفظه بندی، با افزایش حجم تولید و توان، سرشکن شده و مطلوب است و بدین معنی است که وسایل بزرگتر دارای قیمت ارزان تری به ازای وات مشخصی هستند. اینورترهای کوچک از شرکت‌های معدودی قابل دسترسی بودند ولی در واقع آنها مدل‌های کوچکتری از طراحی‌های بزرگتر بودند که در زمینه بهره‌وری قیمت ضعیف بودند. طراحی آن بر پایه رگولاتورهای خطی استوار بود که بازدهی بخصوصی نداشتند و گرمای قابل توجهی تلف می‌کردند. 4 طراحی اینورترهایی که امروزه از آنها به میکرو-اینورترهای «واقعی» یاد می‌شود به تلاش‌های ورنر کلنکف در اواخر دهه ۱۹۸۰ در مؤسسه ISET برمی گردد. این مدل طراحی شده بود تا مستقیماً به پشت پنل خورشیدی وصل شود درحالیکه هر دو بخش AC و DC را با اتصالات فشرده به هم متصل می‌کرد. 9 یک شرکت موفق بعد از عواقب اتفاق تلکام که در سال ۲۰۰۱ رخ داد، مارتین فورنج از انجمن Cerent به دنبال یک پروژه جدید بود. وقتی که او کارایی پایین اینورترهای رشته‌ای در مزرعه اش را دید، پروژه ای را که می‌خواست پیدا کرد. با پشتوانه مالی ۱۰۰ میلیون دلاری در بخش خصوصی، شرکت توانست ۱۳٪ بازار را تا میانه دهه ۲۰۱۰ بدست گیرد و هدف خود را ۲۰٪ تا پایان آن قرار داد. دیگر رقبای عمده موفقیت شرکت بدون توجه رها نشد و از سال ۲۰۱۰ تعدادی از رقبا روی کار آمده و کنار رفتند. تعداد سازندگان به تدریج در طی سال‌ها کم شد؛ به دو دلیل کاهش کارایی و ادغام و مجتمع شدن. | ## جمع‌بندی | در شروع این دوره قیمت گذاری برای خرید عمده پنلها حدود تا ۲ تا ۲٫۵ دلار بر هر وات بود و برای اینورترها حدود ۵۰ تا ۶۰ سنت بر وات.