ประเภทหลักและหลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลักๆ ได้แก่ อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ สตริง แบบกระจาย และไมโคร ระบบอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์มีกำลังไฟรวมขนาดใหญ่และส่วนใหญ่จะใช้ในโครงการขนาดใหญ่ เช่น สถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ภาคพื้นดินที่มีสภาพแสงที่ดี อินเวอร์เตอร์แบบกระจายสามารถแบ่งออกเป็นอินเวอร์เตอร์แบบสตริงและอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก ซึ่งโดยปกติจะใช้ในระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบอุตสาหกรรม เชิงพาณิชย์ และในครัวเรือนขนาดเล็กและขนาดกลาง ซึ่งประเภทสตริงเป็นประเภทผลิตภัณฑ์อินเวอร์เตอร์แบบกระจายหลัก อินเวอร์เตอร์แบบกระจายมีทั้งคุณลักษณะแบบรวมศูนย์และแบบสตริง และใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการต่างๆ เช่น นักวิ่งแนวหน้าบนภูเขา ไมโครอินเวอร์เตอร์จะติดตามค่าสูงสุดของพลังงานสูงสุดของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละโมดูลแยกจากกัน จากนั้นจึงรวมเข้ากับกริดไฟฟ้ากระแสสลับหลังจากการผกผัน ความจุหน่วยเดียวของไมโครอินเวอร์เตอร์โดยทั่วไปต่ำกว่า 1kW

จำนวนของสตริงกลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่เข้าถึงจากส่วนกลางมีจำนวนมาก และความจุเดี่ยวมักจะมากกว่า 500KW อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์เป็นอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ชนิดทั่วไปในท้องตลาด หลักการทำงานของมันคือการรวมกระแสไฟตรงที่สร้างขึ้นโดยโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์หลายโมดูลและติดตามค่าสูงสุดของกำลังไฟฟ้าสูงสุด (MPPT) จากนั้นอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จะแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับโดยตรงและเพิ่มแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้เกิดการผลิตไฟฟ้าแบบกริด MPPT หนึ่งเครื่องประกอบด้วยกลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ 2-12 กลุ่ม กำลังของ MPPT แต่ละอันสามารถเข้าถึง 125-1000kW และความจุของ MPPT แต่ละอันมักจะสูงกว่า 500KW ซึ่งมีข้อดีคือกำลังไฟสูงและความจุที่มาก

อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์สามารถลดจำนวนการใช้งาน ลดต้นทุนและการสูญเสียของระบบ และอำนวยความสะดวกในการจัดการแบบรวมศูนย์ เนื่องจากข้อได้เปรียบของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ที่มีความจุขนาดใหญ่ การใช้อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์สำหรับสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในระดับเดียวกันสามารถลดจำนวนอินเวอร์เตอร์ที่ใช้ลงได้อย่างมาก ลดการสูญเสียวงจรโดยรวมของระบบ และอำนวยความสะดวกในการติดตั้งและการจัดการแบบรวมศูนย์ ในขณะเดียวกัน อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์เองก็มีระดับสูงของการผสานรวม การควบคุมที่ง่าย เทคโนโลยีที่ค่อนข้างสมบูรณ์ และต้นทุนต่อหน่วยต่ำ การรวมกันของทั้งสองปัจจัยสามารถลดต้นทุนอุปกรณ์ของระบบสถานีไฟฟ้าได้อย่างมาก

การใช้อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์สามารถลดฮาร์มอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงคุณภาพการผลิตไฟฟ้าโดยรวมของระบบ เมื่อทำการสลายฟูริเยร์ของประจุที่ไม่ใช่ไซน์ เราจะได้ส่วนหนึ่งของประจุที่มากกว่าความถี่มูลฐาน นั่นคือ ฮาร์มอนิก ซึ่งโดยปกติความถี่จะเป็นจำนวนเต็มคูณของความถี่มูลฐาน ฮาร์มอนิกส์จะสร้างแรงดันฮาร์มอนิกตกที่อิมพีแดนซ์ลัดวงจรของกริดไฟฟ้า ซึ่งส่งผลต่อรูปคลื่นของแรงดัน มันง่ายที่จะทำให้เกิดเรโซแนนซ์แบบขนานเฉพาะที่ในระบบ ส่งผลให้อุปกรณ์เสียหาย จำนวนของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ที่ใช้มีขนาดเล็ก ซึ่งสามารถลดจำนวนของอนุกรมและขนาน และลดปริมาณฮาร์มอนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงมั่นใจได้ถึงสัดส่วนของคลื่นพื้นฐานในการผลิตไฟฟ้า และปรับปรุงคุณภาพการผลิตไฟฟ้าโดยรวม\

การเชื่อมต่อกับอินพุต DC หลายชุด ช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT แบบรวมศูนย์จะแคบ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าโดยรวม จำนวนสตริง PV ที่เชื่อมต่อกับ MPPT เดียวของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์มีจำนวนมาก และไม่สามารถควบคุมสตริง PV แต่ละกลุ่มได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงไม่สามารถรับประกันได้ว่าแต่ละสตริงจะอยู่ในจุดทำงานที่ดีที่สุด ซึ่งจะเป็นการลดต้นทุนโดยรวมของระบบ . ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT แบบรวมศูนย์โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 500-850V เนื่องจากช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT ที่แคบ ความสามารถในการปรับค่าของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จึงไม่ดี ภายใต้สภาพแสงที่ไม่น่าพอใจ เช่น ฝนมีเมฆมาก แรงดันไฟฟ้าของระบบจะต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำของอินเวอร์เตอร์ MPPT และไม่สามารถดำเนินการผลิตไฟฟ้าตามปกติได้ ซึ่งส่งผลต่อเวลาในการผลิตไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน เนื่องจากคุณลักษณะของการเข้าถึงอินพุต DC หลายชุด ระบบเซลล์แสงอาทิตย์จึงต้องการประสิทธิภาพการปรับตัวที่ดีระหว่างส่วนประกอบต่างๆ เมื่อส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งล้มเหลว จะส่งผลต่อการผลิตไฟฟ้าโดยรวมและประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบ

อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์มีขนาดใหญ่และจำเป็นต้องวางไว้ในห้องคอมพิวเตอร์เฉพาะ ซึ่งเพิ่มความยุ่งยากในการติดตั้ง เนื่องจากความจุขนาดใหญ่ของยูนิตเดียว ปริมาตรและน้ำหนักของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จึงมีจำนวนมาก และจำเป็นต้องสร้างห้องอุปกรณ์พิเศษไว้กลางแจ้งเพื่อจัดวาง ห้องคอมพิวเตอร์เฉพาะมีพื้นที่ขนาดใหญ่ ซึ่งเพิ่มความยากในการติดตั้งในขณะที่เพิ่มต้นทุนที่ดินโดยรวมของระบบ นอกจากนี้ เนื่องจากห้องอุปกรณ์มีความแน่นหนา การวางอินเวอร์เตอร์ไว้ในห้องอุปกรณ์จะทำให้การระบายอากาศไม่ดีภายในห้องอุปกรณ์ ส่งผลให้เกิดปัญหาด้านความร้อน

สตริงอินเวอร์เตอร์ใช้การออกแบบโมดูลาร์ ซึ่งสามารถตระหนักถึงการเพิ่มประสิทธิภาพ MPPT แบบกระจายอำนาจ ระบบสถานีไฟฟ้าที่ใช้อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบสตริงมักจะแปลงกระแส DC ที่สร้างโดยโมดูลก่อนผ่านอินเวอร์เตอร์ จากนั้นจึงรวมเข้ากับกริดไฟฟ้ากระแสสลับหลังจากการบรรจบกัน การแปลงแบบเพิ่มขั้น และการจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ สตริงอินเวอร์เตอร์ใช้การออกแบบโมดูลาร์และมี MPPT หลายตัว จำนวนโมดูล PV ที่เชื่อมต่อกับ MPPT แต่ละตัวมีน้อยกว่า โดยปกติจะเป็น 1-4 กลุ่ม ซึ่งสามารถรับ MPPT แบบกระจายได้ ค้นหาสิ่งที่ดีที่สุด เนื่องจากมีเทอร์มินัลการเข้าถึงน้อย เมื่อส่วนประกอบเดียวล้มเหลว จะส่งผลต่อการผลิตไฟฟ้าของโมดูลที่สอดคล้องกับส่วนประกอบเท่านั้น ทำให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยรวมจะไม่ได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียว และแก้ปัญหา ปัญหาความไม่ลงตัวของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์

สตริง MPPT มีช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง ซึ่งสามารถปรับปรุงเวลาในการผลิตไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้าของระบบ ช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT ของสตริงอินเวอร์เตอร์กว้าง โดยปกติจะเป็น 200V-1000V และสามารถปรับค่าได้ดี ในกรณีที่แสงไม่เพียงพอหรือสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวยต่อการผลิตไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าโดยรวมของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะต่ำ ช่วงแรงดันไฟฟ้า MPPT ที่กว้างขึ้นสามารถครอบคลุมแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่ำได้ จึงมั่นใจได้ถึงเวลาในการผลิตไฟฟ้าของระบบและปรับปรุงการผลิตไฟฟ้าโดยรวม

การวางอินเวอร์เตอร์หลายตัวแบบขนานกันจะเพิ่มการสูญเสียของสายไฟและมีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาเรโซแนนซ์ เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ ความจุแต่ละตัวของสตริงอินเวอร์เตอร์จะมีขนาดเล็กกว่า โดยปกติจะอยู่ที่ 100KW หรือน้อยกว่า สำหรับสถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่มีขนาดเท่ากัน การเลือกใช้อินเวอร์เตอร์แบบสตริงจะช่วยเพิ่มจำนวนอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์สตริงหลายตัวจะเชื่อมต่อแบบขนาน และการสูญเสียของสายไฟจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนของอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน การเชื่อมต่อแบบขนานของอินเวอร์เตอร์หลายตัวจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของฮาร์มอนิกทั้งหมด ความยากลำบากในการปราบปรามจะเพิ่มขึ้น ปัญหาเรโซแนนซ์จะรุนแรงมากขึ้น และจะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าขัดข้องและลุกไหม้ได้ง่าย

อินเวอร์เตอร์แบบกระจายเป็นอินเวอร์เตอร์ชนิดใหม่ที่รวมข้อดีของแบบรวมศูนย์และแบบสตริงเข้าด้วยกัน อินเวอร์เตอร์แบบกระจายเป็นอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งมีลักษณะของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์และอินเวอร์เตอร์แบบสตริง อินเวอร์เตอร์แบบกระจายสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์และการเพิ่มประสิทธิภาพแบบกระจายอำนาจ ขั้นแรก การติดตามค่าสูงสุดของกำลังไฟฟ้าสูงสุด (MPPT) จะดำเนินการแยกจากกันผ่านอินเวอร์เตอร์แบบสตริงหลายตัว จากนั้นอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จะถูกแปลงเป็นกริดไฟฟ้ากระแสสลับหลังจากการบรรจบกัน เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์แล้ว อินเวอร์เตอร์แบบกระจายมีข้อดีในด้านประสิทธิภาพการทำงานอิสระที่ยอดเยี่ยม การผลิตไฟฟ้าที่สูง และความเสถียรของระบบโดยรวม เมื่อเทียบกับสตริงอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์แบบกระจายจะใช้การเพิ่มประสิทธิภาพแบบกระจายอำนาจ อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์แบบรวมศูนย์ช่วยลดต้นทุนอุปกรณ์ของระบบได้อย่างมาก ปัจจุบัน ส่วนใหญ่ใช้ในโครงการฐานสาธิตชั้นนำบางแห่งในจีน เนื่องจากการพัฒนาโซลูชันอินเวอร์เตอร์แบบกระจายที่ล่าช้า ประสบการณ์โครงการยังไม่เพียงพอ และยังไม่มีการสร้างแอปพลิเคชันขนาดใหญ่ ในเวลาเดียวกัน ด้วยวิธีอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ โซลูชันนี้จำเป็นต้องใช้ห้องคอมพิวเตอร์เฉพาะเพื่อกระจายความร้อนจากอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ เพื่อเพิ่มพื้นที่ใช้งานที่ระบบครอบครอง

ไมโครอินเวอร์เตอร์สามารถควบคุม MPPT ของส่วนประกอบแต่ละชิ้นได้ และประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าและระดับการผลิตไฟฟ้าอยู่ในระดับสูง แตกต่างจากอินเวอร์เตอร์อื่นๆ ไมโครอินเวอร์เตอร์รวมเข้ากับโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละโมดูล และสามารถควบคุมการติดตามค่าสูงสุดของกำลังไฟฟ้าสูงสุด (MPPT) ในโมดูลเดียว จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าโดยรวมและการผลิตไฟฟ้าของระบบอย่างมาก ในขณะเดียวกัน ไมโครอินเวอร์เตอร์มีลักษณะที่เล็กและน้ำหนักเบา และไม่ต้องการพื้นที่จัดเก็บเพิ่มเติม ซึ่งช่วยเพิ่มความสะดวกในการติดตั้งอย่างมาก เหมาะสำหรับโครงการโรงไฟฟ้าขนาดเล็กและขนาดกลางเป็นหลัก เช่น ครัวเรือน สำหรับโรงไฟฟ้าที่มีขนาดเท่ากัน การใช้ไมโครอินเวอร์เตอร์จะต้องใช้อุปกรณ์มากขึ้น และค่าใช้จ่ายโดยรวมของระบบจะสูงกว่าระบบที่ใช้โซลูชันอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์หรือแบบสตริงอย่างมาก