اینورترهای آب PV در روزهای ابری چگونه کار می کنند؟​

چگونه اینورترهای آب PV در روزهای ابری کار می کنند؟​
اینورترهای آب فتوولتائیک (PV)، اجزای حیاتی در سیستم های تصفیه و پمپاژ آب با انرژی خورشیدی، در زمانی که نور خورشید توسط ابرها پوشانده می شود، با چالش های منحصر به فردی روبرو هستند. برخلاف شرایط آسمان صاف که در آن تابش خورشیدی نسبتاً ثابت می ماند، روزهای ابری باعث نوسان شدت نور، کاهش شار فوتون و تابش پراکنده می شوند - عواملی که مستقیماً بر خروجی پنل PV تأثیر می گذارند. با این حال، اینورترهای آب PV مدرن با فناوری های تطبیقی ​​مهندسی شده اند تا تداوم عملیاتی و راندمان را حتی در چنین نورپردازی های نامناسبی حفظ کنند.​
چالش اساسی شرایط ابری در افت چشمگیر خروجی ماژول PV نهفته است. پنل های PV مبتنی بر سیلیکون استاندارد معمولاً به حداقل تابش 100 تا 200 وات بر متر مربع نیاز دارند تا ولتاژ قابل استفاده تولید کنند، اما آسمان های ابری اغلب 50 تا 300 وات بر متر مربع را ارائه می دهند، با افت های مکرر زیر آستانه. برای رسیدگی به این موضوع، اینورترهای آب PV مدارهای راه اندازی با ولتاژ پایین را ادغام می کنند که حداقل ولتاژ ورودی مورد نیاز برای فعال سازی را کاهش می دهد. این مدارها از سوئیچ های MOSFET (ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز) با حساسیت بالا برای تشخیص و تقویت سیگنال های الکتریکی ضعیف از پنل های PV استفاده می کنند و اینورتر را قادر می سازند تا حتی زمانی که خروجی پنل 30 تا 40 درصد زیر سطح اسمی است، عملیات را آغاز کند.​
یکی دیگر از سازگاری های کلیدی، الگوریتم های پیشرفته ردیابی حداکثر توان (MPPT) است که برای شرایط نور پویا طراحی شده اند. سیستم های MPPT سنتی که برای تابش ثابت طراحی شده اند، با نوسانات سریع آسمان های ابری دست و پنجه نرم می کنند و منجر به برداشت ناکارآمد انرژی می شوند. در مقابل، اینورترهای آب PV مدرن از الگوریتم های اختلال و مشاهده (P&O) با اندازه گام های تطبیقی ​​یا روش های هدایت افزایشی استفاده می کنند که فرکانس ردیابی را در زمان واقعی تنظیم می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که تابش بیش از 5 درصد در ثانیه تغییر می کند - یک اتفاق رایج در روزهای ابری - سیستم MPPT به یک نرخ نمونه برداری سریعتر (تا 100 بار در ثانیه) تغییر می کند تا به نقطه حداکثر توان (MPP) جدید قفل شود. این تضمین می کند که اینورتر حداکثر توان موجود را از آرایه PV استخراج می کند، حتی زمانی که شدت نور متفاوت است.​
ادغام ذخیره انرژی، قابلیت اطمینان را در روزهای ابری بیشتر می کند. بسیاری از سیستم های اینورتر آب PV با باتری ها یا ابرخازن ها جفت می شوند تا انرژی اضافی تولید شده در دوره های کوتاه نفوذ نور خورشید را ذخیره کنند. ماژول کنترل توان دو جهته اینورتر، جریان بین آرایه PV، واحد ذخیره سازی و سیستم پمپ/غشای آب را مدیریت می کند: هنگامی که خروجی PV ناکافی است، انرژی ذخیره شده را برای حفظ نرخ های ثابت تصفیه یا پمپاژ آب می گیرد. هنگامی که تابش به طور موقت افزایش می یابد، توان اضافی را برای شارژ مجدد ذخیره سازی منحرف می کند. این اثر بافر از خاموش شدن های مکرر جلوگیری می کند و تضمین می کند که سیستم نیازهای اساسی آب را برآورده می کند (به عنوان مثال، 5 تا 10 متر مکعب در ساعت برای سیستم های کوچک مقیاس) حتی در دوره های طولانی ابری.​
مدیریت حرارتی نیز در حفظ عملکرد نقش دارد. آسمان های ابری اغلب با دمای محیط پایین تر همبستگی دارند، که می تواند راندمان پنل PV را بهبود بخشد (پنل های سیلیکونی ~0.4 تا 0.5٪ راندمان در هر درجه سانتیگراد کاهش می یابد) اما خطر تراکم روی اجزای اینورتر را دارد. اینورترهای آب PV این مشکل را با محفظه های مهر و موم شده با درجه IP65 که از نفوذ رطوبت جلوگیری می کنند و سینک های حرارتی یکپارچه که گرما را از قطعات الکترونیکی قدرت دفع می کنند، برطرف می کنند. برخی از مدل ها حتی شامل بخاری های کم مصرف هستند که زمانی که دمای داخلی به زیر 5 درجه سانتیگراد می رسد فعال می شوند و اطمینان حاصل می کنند که خازن ها و نیمه هادی ها در محدوده دمای بهینه خود کار می کنند.​
در کاربرد عملی، این سازگاری ها به نتایج عملیاتی ملموس تبدیل می شوند. یک مطالعه میدانی در سال 2023 از سیستم های اسمز معکوس با انرژی PV در جوامع ساحلی نشان داد که اینورترها با راه اندازی کم نور و MPPT تطبیقی ​​60 تا 70 درصد از تولید آب اسمی را در روزهای ابری حفظ می کنند، در مقایسه با 30 تا 40 درصد برای مدل های اینورتر قدیمی تر. برای سیستم های آبیاری کشاورزی، این به معنای تامین آب ثابت برای محصولات در طول دوره های ابری است که استرس محصول و از دست دادن عملکرد را کاهش می دهد.​
در حالی که شرایط ابری ذاتاً خروجی سیستم PV را محدود می کند، اینورترهای آب PV مدرن این محدودیت ها را از طریق ترکیبی از فعال سازی ولتاژ پایین، ردیابی توان پویا، ادغام ذخیره انرژی و طراحی حرارتی قوی کاهش می دهند. از آنجایی که فناوری های آب خورشیدی به تکامل خود ادامه می دهند - با نوآوری های نوظهور مانند پنل های PV پرووسکایت (ارائه راندمان بالاتر در نور کم) و سیستم های MPPT مبتنی بر هوش مصنوعی - قابلیت اطمینان آنها در روزهای ابری تنها بهبود می یابد و امکان سنجی راه حل های آب با انرژی خورشیدی را در مناطقی با الگوهای آب و هوایی متغیر گسترش می دهد.