اینورتر هیبریدی چیست؟ انواع، توابع و کاربردها

اینورتر هیبریدی یک دستگاه تبدیل توان است که برق را از منابع متعدد، معمولاً پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها و شبکه برق مدیریت می‌کند. این می تواند برق DC خورشیدی را برای بارهای الکتریکی به برق AC تبدیل کند، باتری را شارژ کند، برق را از شبکه تامین کند و در برخی از سیستم ها برق پشتیبان را در هنگام قطعی تامین کند.

بر خلاف یک اینورتر خورشیدی پایه، یک اینورتر هیبریدی برای هماهنگی تولید، ذخیره و مصرف برق طراحی شده است. این اجازه می دهد تا انرژی در زمان های مختلف به جای مصرف تنها زمانی که پنل های خورشیدی در حال تولید برق هستند، استفاده شود.

به عنوان مثال، انرژی خورشیدی می تواند بار را در روز تامین کند، باتری را با نیروی اضافی شارژ کند و در شب برق را تامین کند. بسته به طراحی سیستم، شبکه می تواند به عنوان یک منبع انرژی اضافی در مواقعی که انرژی خورشیدی و باتری کافی نیست، استفاده کند.

IFIND فراهم می کند راه حل های اینورتر هیبریدی برای کاربردهای مسکونی، تجاری، خارج از شبکه و مدیریت انرژی.

اینورتر هیبریدی چیست؟

یک اینورتر هیبریدی عملکردهای یک اینورتر خورشیدی، اینورتر باتری و کنترل کننده مدیریت انرژی را در یک سیستم ترکیب می کند.

هدف اصلی آن کنترل جهت و زمان انرژی الکتریکی است. تعیین می کند که آیا توان موجود باید باشد:

• مورد استفاده توسط بار متصل؛

• ذخیره شده در باتری؛

• عرضه شده به شبکه؛

• برگرفته از شبکه؛

• برای پشتیبان گیری یا عملکرد عادی از باتری گرفته شده است.

حالت های عملکرد دقیق به طراحی اینورتر، سازگاری باتری، مقررات شبکه و اولویت های برنامه ریزی شده بستگی دارد.

یک اینورتر هیبریدی صرفاً یک اینورتر خورشیدی با اتصال باتری نیست. همچنین باید محدودیت های شارژ و دشارژ، جریان برق، حفاظت از سیستم، همگام سازی شبکه و عملیات پشتیبان گیری را مدیریت کند.

اینورتر هیبریدی چگونه کار می کند؟

یک سیستم انرژی هیبریدی معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• پانل های فتوولتائیک خورشیدی؛

• یک اینورتر هیبریدی؛

• سیستم ذخیره انرژی باتری؛

• شبکه آب و برق؛

• بارهای الکتریکی اصلی و پشتیبان؛

• تجهیزات مانیتورینگ و ارتباطی.

تبدیل انرژی خورشیدی

پنل های خورشیدی برق DC تولید می کنند. اینورتر هیبریدی از یک مدار MPPT برای ردیابی نقطه عملیاتی استفاده می کند که در آن آرایه PV می تواند بالاترین توان موجود را تحت شرایط نور خورشید و دمای فعلی تولید کند.

سپس اینورتر برق DC را برای بارهای خانگی، تجاری یا صنعتی به برق AC تبدیل می کند.

شارژ باتری

هنگامی که تولید خورشیدی بیش از تقاضای بار فوری باشد، اینورتر هیبریدی می تواند انرژی اضافی را به باتری هدایت کند.

فرآیند شارژ باید از محدودیت های ولتاژ، جریان، دما و وضعیت شارژ سازنده باتری پیروی کند. ممکن است یک سیستم مدیریت باتری سازگار با اینورتر ارتباط برقرار کند تا عملکرد ایمن را هماهنگ کند.

تخلیه باتری

هنگامی که تولید خورشیدی کم است یا تقاضای بار بیشتر از خروجی PV موجود است، اینورتر هیبریدی می تواند انرژی را از باتری بگیرد.

استراتژی تخلیه بستگی به حالت عملیاتی برنامه ریزی شده دارد. برخی از سیستم ها مصرف خود را در اولویت قرار می دهند، در حالی که برخی دیگر ظرفیت باتری را برای قطع برق یا دوره های اوج تقاضا ذخیره می کنند.

تعامل شبکه

اگر انرژی خورشیدی و باتری نتوانند بار را تامین کنند، اینورتر ممکن است برق را از شبکه بگیرد. در یک سیستم متصل به شبکه، ممکن است در صورت مجاز بودن مقررات محلی و توافقنامه اتصال برق، نیروی خورشیدی اضافی صادر کند.

اینورتر باید قبل از اتصال یا صادرات برق، ولتاژ و فرکانس شبکه را کنترل کند. همچنین برای جلوگیری از برق رسانی ناایمن یک خط برق قطع شده به حفاظت ضد جزیره ای نیاز دارد.

عملیات پشتیبان گیری

برخی از اینورترهای هیبریدی می توانند در صورت از کار افتادن شبکه، بارهای انتخابی را تامین کنند. در این حالت، اینورتر باید مدار پشتیبان را از شبکه برق جدا کرده و یک منبع AC محلی پایدار ایجاد کند.

هر اینورتر هیبریدی قدرت پشتیبان را تامین نمی کند. مدل باید به طور خاص از عملیات خارج از شبکه یا پشتیبان پشتیبانی کند و نصب الکتریکی باید شامل تجهیزات انتقال و حفاظت مناسب باشد.

وزارت انرژی ایالات متحده توضیح می‌دهد که سیستم‌های ذخیره‌سازی خورشیدی پلاس ممکن است در هنگام قطع برق، زمانی که اینورتر و سیستم برای آن عملکرد طراحی شده‌اند، برق را تامین کنند. اطلاعات بیشتر در راهنمای آن موجود است اینورترها و خدمات شبکه.

وظایف اصلی یک اینورتر هیبریدی

ردیابی خورشیدی MPPT

حداکثر ردیابی نقطه قدرت به اینورتر اجازه می دهد تا نقطه کار PV را به عنوان نور خورشید و تغییر دمای ماژول تنظیم کند.

این به سیستم کمک می کند تا انرژی خورشیدی موجود را به طور موثرتری نسبت به یک نقطه عملیاتی ثابت جذب کند. تعداد کانال های MPPT و محدوده ولتاژ و جریان آنها هنگام طراحی آرایه PV مهم است.

شارژ و دشارژ باتری

اینورتر هیبریدی زمان شارژ و تخلیه باتری را کنترل می کند. باید از شیمی باتری، روش ارتباط، جریان شارژ، جریان تخلیه و محدودیت های عملیاتی مورد نیاز سیستم ذخیره سازی پشتیبانی کند.

بسته به پیکربندی اینورتر و قوانین عملکرد محلی، شارژ باتری می‌تواند از طریق انرژی خورشیدی، شبکه یا هر دو انجام شود.

مدیریت اولویت انرژی

یک اینورتر هیبریدی را می‌توان طوری برنامه‌ریزی کرد که اولویت‌های توان متفاوتی را دنبال کند، مانند:

• اول انرژی خورشیدی؛

• انرژی خورشیدی برای بارها و انرژی اضافی برای شارژ باتری؛

• قدرت باتری در دوره های اوج قیمت؛

• برق شبکه در دوره های کم هزینه؛

• ذخیره باتری برای پشتیبان گیری اضطراری؛

• پشتیبانی از شبکه زمانی که انرژی خورشیدی و باتری کافی نیست.

بهترین حالت به تعرفه های برق، الگوهای بار، ظرفیت باتری، نیازهای پشتیبان و مقررات محلی بستگی دارد.

همگام سازی شبکه

در عملیات متصل به شبکه، اینورتر خروجی AC خود را با شبکه برق همگام می کند. باید ولتاژ، فرکانس، فاز و محدودیت های کیفیت توان مورد نیاز را رعایت کند.

اگر شبکه ناپایدار شود یا از کار بیفتد، ممکن است اینورتر از شبکه جدا شود. در صورتی که سیستم برای این حالت طراحی شده باشد، یک مدل با قابلیت پشتیبان می‌تواند یک گروه مجزا از بارها را تامین کند.

قدرت پشتیبان

یک اینورتر هیبریدی ممکن است برق پشتیبان را برای مدارهای انتخابی در هنگام قطعی فراهم کند. این مدارها اغلب بارهای بحرانی نامیده می شوند و ممکن است شامل روشنایی، تجهیزات ارتباطی، تبرید، پمپ ها یا سیستم های کنترل باشند.

خروجی پشتیبان باید بر اساس بار مداوم و تقاضای شروع اندازه گیری شود. موتورها، کمپرسورها، پمپ‌ها و سایر بارهای القایی ممکن است در هنگام راه‌اندازی به قدرت بیشتری نیاز داشته باشند.

نظارت و ارتباطات

بسیاری از اینورترهای هیبریدی نظارت بر داده ها را از طریق نمایشگر، اتصال RS485، اترنت، Wi-Fi یا یک برنامه تلفن همراه ارائه می کنند.

داده های نظارتی معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• برق PV؛

• قدرت بار؛

• وضعیت شارژ باتری؛

• واردات و صادرات شبکه;

• ولتاژ و فرکانس خروجی؛

• سوابق خطا؛

• تولید روزانه و تاریخی انرژی.

مانیتورینگ برای شناسایی جریان‌های غیرعادی برق، مشکلات شارژ باتری، خرابی‌های ارتباطی و شرایط اضافه بار مکرر مفید است.

انواع اینورترهای هیبریدی

اصطلاح 'اینورتر هیبریدی' برای چندین معماری مختلف سیستم استفاده می شود. مدار برق واقعی و حالت های عملکرد باید همیشه در مستندات محصول بررسی شود.

اینورتر هیبریدی جفت شده DC

در یک سیستم DC-coupled، آرایه خورشیدی و باتری در سمت DC سیستم متصل می شوند. یک اینورتر مشترک، تبدیل انرژی خورشیدی و باتری را به برق AC مدیریت می کند.

این پیکربندی می تواند تعداد مراحل تبدیل بین تولید خورشیدی و شارژ باتری را کاهش دهد. معمولاً برای تأسیسات جدید ذخیره‌سازی خورشیدی به علاوه که آرایه PV و باتری با هم طراحی شده‌اند در نظر گرفته می‌شود.

سیستم هیبریدی AC-Coupled

در یک سیستم کوپل شده AC، آرایه خورشیدی از یک اینورتر خورشیدی متصل به شبکه جداگانه استفاده می کند، در حالی که باتری از طریق اینورتر دو طرفه دیگر متصل می شود.

یک سیستم مدیریت انرژی این دو دستگاه را هماهنگ می کند. کوپلینگ AC می تواند هنگام افزودن ذخیره باتری به یک تاسیسات خورشیدی موجود مفید باشد، اگرچه این سیستم ممکن است شامل اجزای بیشتر و هماهنگی کنترل باشد.

اینورتر هیبریدی همه در یک

یک اینورتر هیبریدی همه کاره ممکن است چندین عملکرد را در یک محفظه ترکیب کند، مانند:

• شارژ خورشیدی MPPT؛

• شارژ باتری؛

• تبدیل DC به AC؛

• ورودی شبکه؛

• خروجی پشتیبان؛

• نظارت؛

• توابع حفاظتی

این طرح می تواند سیم کشی و نصب را ساده کند، اما محدوده ورودی PV موجود، سازگاری باتری، ظرفیت خروجی و عملکردهای پشتیبان هنوز باید به دقت بررسی شود.

پیکربندی هیبریدی بدون باتری

برخی از محصولاتی که به عنوان اینورتر هیبریدی به بازار عرضه می شوند می توانند در حالت مستقیم خورشیدی یا بدون باتری کار کنند. آنها ممکن است از برق خورشیدی و برق شبکه بدون نیاز به باتری در هر شرایط کاری استفاده کنند.

این بدان معنا نیست که هر اینورتر هیبریدی می تواند بدون باتری کار کند. محصول باید به طور خاص از عملکرد بدون باتری پشتیبانی کند، و زمانی که نور خورشید تغییر می‌کند یا شبکه در دسترس نیست، ممکن است قدرت دسترسی به سیستم محدود باشد.

اینورتر هیبریدی در مقابل سایر انواع اینورتر

این تمایز مهم است زیرا یک اینورتر خورشیدی متصل به شبکه نمی تواند به طور خودکار برق را در طول قطع شبکه تامین کند. معمولاً برای مطابقت با الزامات ضد جزیره ای از شبکه جدا می شود.

یک اینورتر هیبریدی تنها زمانی می تواند از عملیات پشتیبان گیری پشتیبانی کند که شامل عملکردهای کنترلی لازم، روش جداسازی و خروجی پشتیبان باشد.

IFIND راهنمای اینورتر خورشیدی این اصول را با جزئیات بیشتری توضیح می دهد.

کاربردهای اینورترهای هیبریدی

سیستم های خورشیدی و پشتیبان مسکونی

در سیستم های مسکونی، یک اینورتر هیبریدی می تواند تولید خورشیدی، مصرف خانگی، ذخیره سازی باتری و برق شبکه را هماهنگ کند.

در طول روز، انرژی خورشیدی ممکن است بارهای خانگی را تامین کند و باتری را شارژ کند. در شب، انرژی ذخیره شده می تواند بارها را تحمل کند. در طول قطع شبکه، مدارهای انتخاب شده می توانند برق باقی بمانند اگر سیستم دارای طراحی پشتیبان مناسب باشد.

ساختمان های تجاری و صنعتی کوچک

ساختمان‌های تجاری اغلب مصرف برق در روز بالایی دارند و ممکن است هزینه‌های تقاضا یا قیمت‌گذاری زمان استفاده را تجربه کنند.

یک اینورتر هیبریدی می تواند به هماهنگ کردن تولید خورشیدی و تخلیه باتری با توجه به مشخصات بار ساختمان کمک کند. ممکن است مصرف شبکه را در دوره های گران قیمت کاهش دهد و انرژی خورشیدی را ذخیره کند که در غیر این صورت محدود می شود.

سیستم های برق از راه دور و خارج از شبکه

در مکان‌های دور، یک اینورتر هیبریدی می‌تواند انرژی خورشیدی، باتری‌ها و یک ژنراتور کمکی یا سایر منابع انرژی را با هم ترکیب کند.

اینورتر توان موجود را با توجه به تقاضای بار و وضعیت باتری مدیریت می کند. این می تواند زمان کار ژنراتور را کاهش دهد و در عین حال یک منبع پایدار برای تجهیزات ضروری حفظ کند.

ریزشبکه ها

اینورترهای هیبریدی همچنین در ریزشبکه‌های کوچکی که انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره‌سازی، تامین شبکه و تولید پشتیبان را ترکیب می‌کنند، استفاده می‌شوند.

اینورتر ممکن است در حالت پیروی از شبکه در زمانی که ابزار در دسترس باشد کار کند و زمانی که سیستم ایزوله است به حالت شبکه محلی تبدیل شود، مشروط بر اینکه مدل از این عملکرد پشتیبانی کند.

پمپ خورشیدی و سیستم های کشاورزی

برخی از پیکربندی های اینورتر هیبریدی از پمپاژ انرژی خورشیدی همراه با شبکه یا برق کمکی پشتیبانی می کنند. این می تواند زمانی مفید باشد که پمپاژ باید در هوای ابری، در شب یا در دوره های تقاضای آب زیاد ادامه یابد.

سیستم همچنان باید با موتور پمپ، جریان مورد نیاز، کل هد، آرایه PV و منبع پشتیبان موجود مطابقت داشته باشد.

نحوه انتخاب یک اینورتر هیبریدی

توان مورد نیاز را تعیین کنید

با محاسبه تقاضای برق پیوسته بارهای متصل شروع کنید. سپس تجهیزات با جریان راه اندازی بالا مانند پمپ ها، کمپرسورها، یخچال ها و موتورها را شناسایی کنید.

اینورتر باید با توجه به توان خروجی پیوسته، ظرفیت موج کوتاه مدت، فاز خروجی و نوع بار مورد نیاز انتخاب شود.

محدوده ورودی PV را بررسی کنید

آرایه PV باید در محدوده ولتاژ و جریان مجاز اینورتر باقی بماند.

بررسی کنید:

• حداکثر ولتاژ ورودی PV؛

• محدوده ولتاژ MPPT؛

• حداکثر جریان ورودی؛

• تعداد کانال های MPPT؛

• قدرت آرایه PV توصیه شده؛

• پیکربندی رشته

ولتاژ مدار باز آرایه PV در هوای سرد باید زیر حداکثر حد ورودی اینورتر باقی بماند.

با سیستم باتری مطابقت دهید

سازگاری باتری باید قبل از نصب تایید شود. شیمی باتری پشتیبانی شده، جریان شارژ و دشارژ، پروتکل ارتباطی، محدودیت‌های وضعیت شارژ، و الزامات سیستم مدیریت باتری را بررسی کنید.

رتبه انرژی و ظرفیت انرژی باتری اهداف متفاوتی را دنبال می کند. توان تعیین می کند که چه مقدار بار می تواند در یک زمان تامین شود، در حالی که ظرفیت انرژی بر مدت زمانی که سیستم می تواند کار کند تاثیر می گذارد.

حالت عملیاتی را تعریف کنید

تصمیم بگیرید که آیا سیستم برای موارد زیر در نظر گرفته شده است:

• خود مصرفی خورشیدی;

• مدیریت پیک بار؛

• قدرت پشتیبان؛

• عملیات خارج از شبکه؛

• صادرات شبکه؛

• عملکرد خورشیدی بدون باتری؛

• یکپارچه سازی ژنراتور

یک اینورتر هیبریدی ممکن است از هر حالت پشتیبانی نکند.

Grid و Backup Requirements را در نظر بگیرید

برای سیستم‌های متصل به شبکه، کدهای شبکه قابل اجرا، الزامات ضد جزیره‌ای، محدودیت‌های صادرات، و رویه‌های تأیید تاسیسات را بررسی کنید.

برای سیستم های پشتیبان، زمان انتقال، رتبه خروجی پشتیبان، پیکربندی خنثی، ظرفیت اتصال کوتاه و اینکه آیا اینورتر می تواند بارهای موتور را پشتیبانی کند را بررسی کنید.

بررسی ارتباطات و نظارت

اگر اینورتر در یک سیستم مدیریت ساختمان، کنترل کننده ریزشبکه یا پلت فرم نظارت از راه دور ادغام می شود، رابط های ارتباطی و نقاط داده موجود را تأیید کنید.

ملاحظات نصب و ایمنی

نصب اینورتر هیبریدی باید توسط پرسنل مجرب و آشنا با هر دو سیستم الکتریکی AC و DC انجام شود.

ملاحظات مهم عبارتند از:

• از قطع کننده های DC و AC مناسب استفاده کنید.

• در جاهایی که لازم است، محافظ اضافه جریان و ولتاژ نصب کنید.

• دستورالعمل های اتصال زمین سازنده را دنبال کنید.

• PV، باتری، AC و کابل های ارتباطی را به درستی در مسیر قرار دهید.

• تهویه و فضای خالی مناسب را فراهم کنید.

• باتری ها را در محل مناسب نصب کنید.

• قبل از برق رسانی به اتصالات DC، قطبیت صحیح را تأیید کنید.

• عملکردهای جداسازی و انتقال پشتیبان را آزمایش کنید.

• از کدهای برق محلی و الزامات اتصال به شبکه پیروی کنید.

سیستم‌های باتری می‌توانند مقدار قابل توجهی انرژی را ذخیره کنند حتی زمانی که آرایه خورشیدی برق تولید نمی‌کند. بنابراین، روش‌های نگهداری و سرویس باید هم منابع PV و هم منابع باتری را در نظر بگیرند.

سوالات متداول

هدف اصلی اینورتر هیبریدی چیست؟

اینورتر هیبریدی برق را از پنل های خورشیدی، باتری ها، شبکه برق شهری و بارهای متصل مدیریت می کند. زمان استفاده، ذخیره، واردات یا صادرات انرژی را کنترل می کند.

آیا اینورتر هیبریدی می تواند بدون باتری کار کند؟

برخی از اینورترهای هیبریدی از عملکرد بدون باتری یا مستقیم خورشیدی پشتیبانی می کنند، اما این بستگی به مدل دارد. یک باتری معمولاً برای ذخیره انرژی و عملیات پشتیبان مورد نیاز است.

آیا اینورتر هیبریدی در هنگام قطع برق کار می کند؟

فقط یک اینورتر هیبریدی با عملکرد پشتیبان یا خارج از شبکه اختصاصی می‌تواند به تامین برق در طول قطعی شبکه ادامه دهد. سیستم همچنین باید دارای سیم کشی مناسب، ایزوله و بارهای پشتیبان با اندازه مناسب باشد.

تفاوت بین اینورتر هیبریدی و اینورتر خورشیدی چیست؟

یک اینورتر خورشیدی استاندارد عمدتاً برق DC PV را به برق AC تبدیل می کند. یک اینورتر هیبریدی همچنین می تواند شارژ و دشارژ باتری، تعامل شبکه، توان پشتیبان و اولویت های انرژی را مدیریت کند.

یک اینورتر هیبریدی تا چه مدت می تواند قدرت پشتیبان را تامین کند؟

مدت زمان پشتیبان گیری به ظرفیت انرژی باتری، توان خروجی اینورتر، بار متصل، تنظیمات ذخیره باتری و کارایی سیستم بستگی دارد.

یک اینورتر بزرگ‌تر می‌تواند انرژی لحظه‌ای بیشتری را تامین کند، اما لزوماً زمان پشتیبان‌گیری طولانی‌تری را فراهم نمی‌کند، مگر اینکه باتری نیز ظرفیت انرژی کافی داشته باشد.

آیا یک اینورتر هیبریدی می تواند برق را به شبکه صادر کند؟

برخی از مدل‌ها از صادرات شبکه پشتیبانی می‌کنند، اما صادرات باید توسط پیکربندی اینورتر، مقررات محلی و الزامات اتصال برق شهری مجاز باشد.

چگونه یک اینورتر هیبریدی را اندازه کنم؟

بار پیوسته، جریان شروع، اوج بار، آرایه PV، توان باتری، ظرفیت انرژی باتری، مدت زمان پشتیبان گیری، فاز خروجی و حالت های عملیاتی مورد نیاز را در نظر بگیرید.

اندازه اینورتر باید برای سیستم واقعی باشد نه اینکه فقط با توجه به ظرفیت پانل PV انتخاب شود.

نتیجه گیری

یک اینورتر هیبریدی برای هماهنگ کردن انرژی خورشیدی، ذخیره باتری، برق شبکه و بارهای الکتریکی در یک سیستم مدیریت انرژی طراحی شده است. عملکردهای آن ممکن است شامل ردیابی MPPT، شارژ و دشارژ باتری، همگام سازی شبکه، برق پشتیبان، مدیریت بار و نظارت از راه دور باشد.

پیکربندی مناسب به حالت عملیاتی مورد نظر بستگی دارد. یک سیستم پشتیبان مسکونی، پروژه تجاری پیک تراشیدن، ریزشبکه راه دور و سیستم پمپاژ خورشیدی ممکن است به قابلیت های اینورتر متفاوتی نیاز داشته باشند.

قبل از انتخاب یک اینورتر هیبریدی، محدوده ورودی PV، سازگاری باتری، خروجی پیوسته و نوسان، عملکرد پشتیبان، الزامات شبکه، رابط های ارتباطی و محیط نصب را تأیید کنید. هنگامی که این عوامل به درستی تطبیق داده شوند، یک اینورتر هیبریدی می تواند استفاده از انرژی خورشیدی را بهبود بخشد و مدیریت انرژی انعطاف پذیرتری را ارائه دهد.

برای انتخاب اینورتر هیبریدی به کمک نیاز دارید؟

ظرفیت PV، نیازهای بار، طرح باتری، شرایط شبکه و انتظارات پشتیبان را با تیم IFIND به اشتراک بگذارید. ما می توانیم به ارزیابی پیکربندی اینورتر هیبریدی مناسب برای برنامه شما کمک کنیم.

در مورد کاربرد اینورتر هیبریدی خود بحث کنید