محاسبه تعداد پنل در هر استرینگ اینورتر و تنظیم محدوده ولتاژ MPPT

تطبیق دقیق پارامترهای DC کاتالوگ و محاسبه تعداد پنل در هر استرینگ اینورتر برای ایمنی و عملکرد بهینه نیروگاه خورشیدی حیاتی است. برای محاسبه تعداد پنل در استرینگ، ولتاژ مدار باز استرینگ در سردترین شرایط محیطی نباید از حداکثر ولتاژ DC اینورتر تجاوز کند و ولتاژ کاری استرینگ در گرم‌ترین روز تابستان باید بالاتر از حداقل ولتاژ MPPT قرار گیرد. رعایت محدوده ولتاژ استارت و جریان اتصال کوتاه (Isc) مانع از خاموشی سیستم در روزهای ابری یا سوختن ورودی‌های اینورتر می‌شود.

محدوده ولتاژ MPPT اینورتر خورشیدی چیست و چه تفاوتی با ولتاژ استارت دارد؟

محدوده ولتاژ MPPT به بازه‌ای از ولتاژ DC ورودی گفته می‌شود که اینورتر در آن قادر است نقطه حداکثر توان آرایه خورشیدی را ردیابی کرده و بیشترین انرژی ممکن را استخراج کند. ولتاژ استارت (Start-up Voltage) حداقل ولتاژ DC مورد نیاز برای شروع به کار و فعال‌سازی الگوریتم‌های پردازش داخلی اینورتر یا شارژکنترلر است. بنابراین، اگر ولتاژ تولیدی آرایه خورشیدی به ولتاژ استارت برسد، اینورتر روشن می‌شود، اما تنها زمانی می‌تواند در نقطه بهینه تولید کند که ولتاژ آرایه وارد محدوده کارکرد MPPT شود.

برای نمونه، در اینورتر RS Smart Solar ویکترون انرژی، حداکثر ولتاژ مدار باز ورودی 450 ولت DC، محدوده ولتاژ MPPT بین 80 تا 450 ولت DC و ولتاژ استارت 120 ولت DC تعیین شده است. این بدان معناست که سیستم برای روشن شدن به حداقل 120 ولت نیاز دارد، اما پس از استارت، می‌تواند تا ولتاژ 80 ولت نیز به ردیابی حداکثر توان ادامه دهد.

نحوه خواندن ولتاژ استارت اینورتر از روی دیتاشیت و جلوگیری از خطای عدم استارت در روزهای ابری

برای جلوگیری از خطای عدم استارت اینورتر در روزهای کم‌نور و ابری، ولتاژ کاری آرایه خورشیدی در شرایط تابش ضعیف باید همواره از ولتاژ استارت اینورتر بالاتر باشد. در روزهای ابری، با کاهش تابش خورشید، ولتاژ مدار باز پنل‌ها افت شدیدی نمی‌کند اما تحت بار قرار گرفتن سیستم می‌تواند ولتاژ را کاهش دهد. اگر تعداد پنل‌های متوالی در یک استرینگ کم انتخاب شود، ولتاژ کل استرینگ به زیر ولتاژ استارت سقوط کرده و اینورتر خاموش می‌ماند.

در جدول زیر، مهم‌ترین پارامترهای DC کاتالوگ اینورتر و نقش مهندسی هر یک در طراحی آرایه خورشیدی آورده شده است:

پارامتر DC در دیتاشیت	تعریف مهندسی	نقش در طراحی استرینگ خورشیدی
ولتاژ استارت (Start-up Voltage)	حداقل ولتاژ DC برای فعال‌سازی مدارات داخلی	تعیین حداقل ولتاژ لازم برای روشن شدن اینورتر
محدوده ولتاژ MPPT	بازه ولتاژ کارکرد بهینه ردیاب حداکثر توان	تعیین حد بالا و پایین ولتاژ کاری استرینگ در تابستان و زمستان
حداکثر ولتاژ ورودی (Max PV Voltage)	سقف ولتاژ قابل تحمل ورودی DC	تعیین حداکثر تعداد پنل در استرینگ بر اساس Voc در سرما
حداکثر جریان ورودی (Max PV Input Current / Isc)	سقف جریان مجاز ورودی MPPT	تعیین تعداد استرینگ‌های موازی و انتخاب نوع پنل

محاسبه ولتاژ مدار باز پنل در سردترین روز سال (Voc max) برای جلوگیری از سوختن اینورتر

با کاهش دمای محیط، ولتاژ مدار باز (Voc) پنل‌های خورشیدی افزایش می‌یابد. بنابراین، محاسبات حداکثر تعداد پنل در هر استرینگ باید بر اساس سردترین دمای تاریخی منطقه صورت گیرد. اگر ولتاژ کل استرینگ در دمای زیر صفر درجه سانتی‌گراد از حداکثر ولتاژ ورودی DC اینورتر تجاوز کند، خطر آسیب دائمی و سوختن بخش ورودی اینورتر وجود دارد.

همچنین بر اساس استانداردهای ایمنی برق خورشیدی، ولتاژ نامی کلید DC خورشیدی (DC Isolator / Circuit Breaker) باید از حداکثر ولتاژ مدار باز استرینگ‌ها در سردترین شرایط دمایی (Voc max) بالاتر باشد. رعایت این اصل، ایمنی قطعات و کلیدهای حفاظتی را در برابر قوس الکتریکی تضمین می‌کند.

بررسی جریان ورودی Max. PV Input Current و Isc در اینورتر خورشیدی

علاوه بر ولتاژ، تطبیق جریان آرایه خورشیدی با ورودی MPPT اینورتر اهمیت حیاتی دارد. جریان اتصال کوتاه (Isc) پنل‌های خورشیدی نباید از حداکثر جریان اتصال کوتاه مجاز ورودی اینورتر فراتر رود. اگر آرایه‌ای با جریان بالا یا چندین استرینگ موازی به یک ورودی MPPT متصل شوند، اینورتر جریان ورودی را در سقف مجاز کاری خود محدود می‌کند، اما اگر جریان اتصال کوتاه از حد نامی ورودی فراتر باشد، خطر خرابی ورودی‌های DC وجود خواهد داشت.

برای برآورد دقیق نیازمندی‌های بار و نحوه یکپارچه‌سازی سیستم، مطالعه مقاله محاسبه ظرفیت سیستم ذخیره‌سازی انرژی خانگی توصیه می‌شود.

مثال کاربردی محاسباتی: طراحی تعداد پنل و استرینگ‌بندی بر اساس پارامترهای کاتالوگ

از آنجا که مشخصات دقیق یک مدل پنل خورشیدی در کاتالوگ مرجع ثبت نشده است، محاسبات عددی زیر بر اساس پارامترهای ورودی اینورتر RS Smart Solar ویکترون (حداکثر ولتاژ ۴۵۰ ولت DC، محدوده MPPT بین ۸۰ تا ۴۵۰ ولت DC و ولتاژ استارت ۱۲۰ ولت DC) و فرضیات استاندارد یک پنل نمونه صورت گرفته است.

محاسبه خط به‌خط حداکثر و حداقل تعداد پنل در استرینگ:

خط ۱: حداکثر ولتاژ ورودی DC اینورتر ویکترون = 450 ولت خط ۲: ولتاژ استارت اینورتر ویکترون = 120 ولت خط ۳: حداقل ولتاژ کارکرد MPPT اینورتر ویکترون = 80 ولت خط ۴: ولتاژ مدار باز فرضی یک پنل نمونه در سرما (Voc max) = 45 ولت خط ۵: حداکثر تعداد مجاز پنل در هر استرینگ = 450 ÷ 45 = 10 پنل خط ۶: ولتاژ کاری فرضی هر پنل در گرمای تابستان (Vmpp) = 35 ولت خط ۷: حداقل تعداد پنل برای تامین ولتاژ استارت اینورتر = 120 ÷ 35 = 3.43 پنل (گرد شده به بالا برابر با 4 پنل)

همچنین برای آگاهی از مشخصات سمت باتری در سیستم‌های هیبرید و آف‌گرید، کاتالوگ یک اینورتر آف‌گرید 6 کیلووات Deye را بررسی می‌کنیم که محدوده ولتاژ باتری آن 40 تا 60 ولت و حداکثر جریان شارژ و دشارژ آن 135 آمپر است.

محاسبه خط به‌خط توان خروجی باتری در حداقل ولتاژ کاری:

خط ۱: حداقل ولتاژ کاری باتری = 40 ولت خط ۲: حداکثر جریان دشارژ باتری = 135 آمپر خط ۳: توان خروجی باتری در حداقل ولتاژ = 40 × 135 = 5400 وات = 5.4 کیلووات

بر اساس استانداردهای مهندسی، حداکثر افت ولتاژ مجاز در سمت DC سیستم‌های خورشیدی از پنل‌ها تا ورودی اینورتر بین 2 تا 3 درصد تعیین می‌شود. رعایت این محدوده افت ولتاژ ۲ تا ۳ درصد تضمین می‌کند که ولتاژ ورودی به MPPT افت نکرده و توان خروجی آرایه خورشیدی کاهش نیابد.

محاسبه تعداد پنل در هر استرینگ اینورتر هیبرید و آف‌گرید

طراحی مهندسی آرایه خورشیدی برای اینورترهای هیبرید و آف‌گرید مستلزم هماهنگی کامل بین مشخصات ولتاژ ورودی DC، جریان ورودی و توان بانک باتری است. انتخاب تعداد صحیح پنل‌ها در هر استرینگ با در نظر گرفتن نوسانات دمایی فصل‌های مختلف سال، علاوه بر جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکترونیکی، پایداری منبع تغذیه و طول عمر سیستم ذخیره‌سازی انرژی را تضمین می‌کند.