ما هو دور محولات الطاقة الكهروضوئية؟ دور المحول في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية

تعتمد تقنية توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية على تحويل الطاقة الضوئية مباشرةً إلى طاقة كهربائية، وذلك بالاستفادة من التأثير الكهروضوئي لأشباه الموصلات. وتُعدّ الخلية الشمسية المكوّن الأساسي لهذه التقنية. تُجمّع الخلايا الشمسية وتُحمى على التوالي لتشكيل وحدة كهروضوئية كبيرة المساحة، ثم تُدمج مع وحدة تحكم في الطاقة أو ما شابهها لتكوين جهاز توليد الطاقة الكهروضوئية. تُسمى هذه العملية برمتها نظام توليد الطاقة الكهروضوئية. يتكون هذا النظام من مصفوفات الخلايا الشمسية، وبطاريات، ووحدات تحكم في الشحن والتفريغ، ومحولات كهروضوئية شمسية، وصناديق تجميع، ومعدات أخرى.

لماذا يُستخدم العاكس في نظام توليد الطاقة الكهروضوئية الشمسية؟

العاكس هو جهاز يحول التيار المستمر إلى تيار متردد. تولد الخلايا الشمسية طاقة تيار مستمر عند تعرضها لأشعة الشمس، كما أن الطاقة المخزنة في البطارية هي أيضًا طاقة تيار مستمر. مع ذلك، يعاني نظام إمداد الطاقة بالتيار المستمر من قيود كبيرة. فالأجهزة الكهربائية التي تعمل بالتيار المتردد، مثل المصابيح الفلورية وأجهزة التلفاز والثلاجات والمراوح الكهربائية، لا يمكن تشغيلها بالتيار المستمر. لذا، يُعد استخدام العواكس القادرة على تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد أمرًا لا غنى عنه لكي يُستخدم توليد الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع في حياتنا اليومية.

يُعدّ العاكس الكهروضوئي جزءًا أساسيًا من عملية توليد الطاقة الكهروضوئية، حيث يُستخدم بشكل رئيسي لتحويل التيار المستمر الناتج عن الألواح الكهروضوئية إلى تيار متردد. ولا يقتصر دور العاكس على تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد فحسب، بل يشمل أيضًا تعظيم أداء الخلايا الشمسية وحماية النظام من الأعطال. فيما يلي شرح موجز لوظائف التشغيل والإيقاف التلقائي للعاكس الكهروضوئي، بالإضافة إلى وظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى.

1. وظيفة التحكم في تتبع الطاقة القصوى

يتغير خرج وحدة الخلايا الشمسية تبعًا لشدة الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الوحدة نفسها (درجة حرارة الشريحة). ونظرًا لأن جهد وحدة الخلايا الشمسية ينخفض ​​مع زيادة التيار، توجد نقطة تشغيل مثلى تُحقق أقصى قدرة. ومع تغير شدة الإشعاع الشمسي، تتغير نقطة التشغيل المثلى تبعًا لذلك. وبناءً على هذه التغيرات، تبقى نقطة تشغيل وحدة الخلايا الشمسية عند نقطة القدرة القصوى، ويحصل النظام دائمًا على أقصى خرج طاقة منها. يُعرف هذا النوع من التحكم باسم التحكم في تتبع نقطة القدرة القصوى. وتُعد خاصية تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) من أبرز ميزات محولات الطاقة الشمسية.

2. التشغيل التلقائي ووظيفة الإيقاف

بعد شروق الشمس صباحًا، تزداد شدة الإشعاع الشمسي تدريجيًا، ويزداد معها إنتاج الخلية الشمسية. وعندما تصل الطاقة الناتجة إلى المستوى المطلوب لتشغيل العاكس، يبدأ العاكس بالعمل تلقائيًا. بعد بدء التشغيل، يراقب العاكس إنتاج الخلية الشمسية باستمرار. طالما أن إنتاج الخلية الشمسية أكبر من الطاقة المطلوبة لتشغيل العاكس، يستمر العاكس في العمل، ويتوقف عند غروب الشمس، حتى في حال كان الجو غائمًا أو ممطرًا. وعندما ينخفض ​​إنتاج الخلية الشمسية ويقترب إنتاج العاكس من الصفر، يدخل العاكس في وضع الاستعداد.

إضافةً إلى الوظيفتين المذكورتين أعلاه، يتميز عاكس الطاقة الكهروضوئية بوظائف أخرى، منها منع التشغيل المستقل (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، وضبط الجهد تلقائيًا (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، وكشف التيار المستمر (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، وكشف تأريض التيار المستمر (للأنظمة المتصلة بالشبكة)، وغيرها. في أنظمة توليد الطاقة الشمسية، تُعد كفاءة العاكس عاملًا مهمًا يُحدد سعة الخلية الشمسية وسعة البطارية.