כבקר המרכזי של המערכת הפוטו-וולטאית, המהפך ממלא תפקיד מפתח בתפעול ובתפוקה של המערכת כולה. כאשר למערכת יש בעיות כמו המתנה, כיבוי, אזעקה, תקלה, ייצור חשמל שלא עומד בציפיות, הפרעה בניטור נתונים וכו', אנשי התפעול והתחזוקה תמיד מתחילים באופן לא מודע מהמהפך כדי למצוא את הסיבה והפתרון. בתקשורת היומיומית, נמצא שלמרות שהפוטו-וולטאים המבוזרים מתפתחים במהירות במשך שנים רבות, עדיין קיימות מספר אי הבנות אופייניות לגבי ממירים. בואו נדבר על זה היום.
01 מתח מוצא מהפך?
ניתן למצוא בקלות את הפרמטר "מתח מוצא AC" בגיליון המפרט של כל מותג מהפך. זהו פרמטר מפתח להגדרת מאפייני הדרגה של מהפך. במילים פשוטות, נראה שמתח היציאה AC מתייחס לערך המתח שמוצא בצד AC של המהפך. למעשה, זו אי הבנה.
"מתח מוצא AC" אינו פלט המתח על ידי המהפך עצמו. המהפך הוא מכשיר חשמלי בעל תכונות מקור זרם. מכיוון שהוא צריך להיות מחובר לרשת החשמל (Utility) כדי להעביר או לאחסן בבטחה את האנרגיה החשמלית שנוצרת, הוא תמיד יזהה את המתח (V) והתדר (F) של הרשת שאליה הוא מחובר במהלך הפעולה. האם שני הפרמטרים הללו מסונכרנים/זהים עם הרשת קובעת אם תפוקת האנרגיה החשמלית על ידי המהפך יכולה להתקבל על ידי הרשת. על מנת להוציא את ערך ההספק המדורג שלו (P=UI), המהפך מחשב אם הוא יכול להמשיך להפיק וכמה להוציא על סמך מתח הרשת (נקודת חיבור לרשת) שזוהה בכל רגע. מה שבעצם יוצא לרשת כאן הוא זרם (I), וגודל הזרם מותאם לפי השינוי במתח.
אם ניקח את הצורך להמיר 10KW כדוגמה, אם מתח הרשת הוא 400V, הערך הנוכחי שנדרש ליציאה על ידי המהפך בשלב זה הוא: 10000÷400÷1.732≈14.5A; כאשר מתח הרשת משתנה ל-430V ברגע הבא, זרם המוצא הנדרש מותאם ל-13.4A; להיפך, כאשר מתח הרשת יורד, המהפך יגדיל את ערך זרם המוצא בהתאם. יש לשים לב לשתי נקודות: ① מתח הרשת אינו יכול להישאר על ערך קבוע, הוא תמיד משתנה; ② לכן, מתח הרשת שזוהה על ידי המהפך חייב להיות בעל טווח. אם המתח האמיתי של הרשת משתנה מחוץ לטווח זה, על המהפך לזהות אותו בזמן אמת ולדווח על התקלה ולהפסיק את הפלט עד להחזרת מתח הרשת. מטרת זאת היא להגן על בטיחותם של מכשירי חשמל ואנשי כוח באותו קו בתחנת המשנה.
במקרה זה, מדוע לא לשנות את השם של פרמטר זה? הסיבה העיקרית היא שהענף נוהג כבר שנים רבות - כולם קוראים לזה ככה; יחד עם זאת, על מנת לשמור על עקביות עם זרם המוצא, הוא נקרא כך.
02 האם המהפך חייב להיות מצויד בהגנה נגד איים?
התשובה היא כמובן כן, אין ספק. אפשר אפילו לומר שהסיבה שבגללה אפשר לקרוא למהפך אינוורטר היא בגלל שיש לו הגנה נגד איים. תארו לעצמכם: אם המהפך מאפשר לצד DC להיכנס ולצד AC לא יכול לצאת, לאן תלך כמות הטעינה הגדולה? המהפך עצמו אינו התקן אחסון ואינו יכול להחזיק כמות גדולה של טעינה, כך שהוא עדיין צריך פלט. כאשר האיים מתרחשים, זה כאשר העברת הכוח הרגילה והפצה של רשת החשמל נקטעות מסיבה כלשהי. ברגע שכמות גדולה של מטען נכנסת לקו רשת החשמל לאורך הנתיב המקורי, אם יש אנשי תחזוקת חשמל שעובדים עליו בשלב זה, ההשלכות יהיו הרות אסון. לכן, אם המערכת הפוטו-וולטאית צריכה להיות מסונכרנת תמיד עם רשת החשמל, עליה להיות מצוידת בפונקציית הגנה נגד איים (Anti-Islanding).
איך להשיג את זה? נקודת המפתח למניעת אפקט האי היא עדיין איתור הפסקות חשמל ברשת החשמל. בדרך כלל, נעשה שימוש בשתי שיטות זיהוי "אפקט אי", פסיביות או אקטיביות. ללא קשר לשיטת הזיהוי, לאחר אישור שרשת החשמל מנותקת, המהפך המחובר לרשת ינותק מהרשת והמהפך ייעצר תוך זמן התגובה שנקבע. ערך התגובה שנקבע כיום בתקנות הוא תוך 2 שניות.
03 האם ככל שמתח מיתר DC גבוה יותר, כך ייצור החשמל טוב יותר?
לא באמת. בטווח מתח ההפעלה MPPT של המהפך, קיים ערך מדורג של מתח הפעלה. כאשר ערך המתח של מחרוזת ה-DC נמצא בערך המתח הנקוב של המהפך או קרוב לו, כלומר בטווח מתח MPPT עומס מלא, המהפך יכול להוציא את ערך ההספק המדורג שלו. אם מתח המיתר גבוה מדי או נמוך מדי, מתח המיתר רחוק מערך/טווח המתח הנקוב שנקבע על ידי המהפך, ויעילות הפלט שלו מופחתת מאוד. ראשית, האפשרות של יציאת כוח מדורג אינה נכללת - זה לא רצוי; שנית, אם מתח המיתר נמוך מדי, יש לגייס את מעגל ה-Boost של המהפך לעיתים קרובות לעבודה רציפה, והחימום הרציף גורם למאוורר הפנימי לעבוד ברציפות, מה שבסופו של דבר מוביל לאובדן יעילות; אם מתח המיתר גבוה מדי, זה לא רק לא בטוח, אלא גם מגביל את עקומת הפלט IV של הרכיב, מה שהופך את הזרם לקטן יותר ואת תנודת ההספק לגדולה יותר. אם ניקח לדוגמה את מהפך ה-1100V, נקודת מתח ההפעלה המדורגת שלו היא בדרך כלל 600V, וטווח מתח MPPT בעומס מלא הוא בין 550V ל-850V. אם מתח הכניסה חורג מטווח זה, הביצועים של המהפך אינם אידיאליים.