محولات الطاقة الصغيرة تُحدث نقلة نوعية في مجال الطاقة الشمسية
محول الطاقة الصغير هو جهاز يستخدم مع المصفوفات الشمسية لتحويل الطاقة المتولدة (تيار مباشر) إلى كهرباء قابلة للاستخدام للمنزل (تيار متردد). منذ دخولها سوق الطاقة الشمسية منذ أقل من عقد من الزمان، فقد تم الترحيب بمحولات الطاقة الصغيرة التي تحول التيار المستمر من الوحدات الكهروضوئية الفردية إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام للمنزل والأعمال بحماس من قبل مصممي ومنشئي الأنظمة. إنها تظهر في منشآت الطاقة الشمسية الأكبر والأكثر تطوراً كل يوم، وهو اتجاه لن يتغير في أي وقت قريب. إن الطلب المتزايد على الطاقة النظيفة هو أحد المحركات الرئيسية لنمو سوق الطاقة الشمسية. وبالتالي، تقوم العديد من الشركات بتطوير محولات طاقة شمسية صغيرة. توفر محولات الطاقة الصغيرة العديد من المزايا؛ فهي تدوم لفترة أطول لأنها لا تتعرض لأحمال الحرارة والطاقة العالية. علاوة على ذلك، في حالة محولات الطاقة الصغيرة، لا توجد نقطة فشل واحدة، مما يعني أن النظام بأكمله يظل غير متأثر حتى إذا كان هناك عطل في إحدى اللوحات. بدأت العديد من الشركات في بناء محولات طاقة صغيرة ذكية، وهي عبارة عن محولات طاقة متصلة بالشبكة بالكامل ومحددة بالبرامج، وقد تم تطويرها بوظيفة شبكة متقدمة.
يوجد طلب كبير على محولات الطاقة الصغيرة خارج الولايات المتحدة حيث تتسارع الأسواق الجديدة للاستفادة من هذه الأجهزة. يقوم علماء الهند بتصميم ودمج الأنظمة القائمة على محولات الطاقة الصغيرة في الهند. دخلت العديد من الشركات الجديدة إلى السوق وأصدرت منتجاتها، بما في ذلك أكبر شركتين مصنعتين لمحولات الطاقة الكهروضوئية، SMA و Power-One. وفقًا للتقرير الذي نشرته UnivDatos Market Insights، بلغت قيمة سوق محولات الطاقة الشمسية الصغيرة العالمي 977.5 مليون دولار أمريكي في عام 2018 ومن المتوقع أن يصل إلى 5,604.6 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2025، مما يعرض معدل نمو سنوي مركب متفجر قدره 28.4٪ خلال الفترة المتوقعة 2019-2025.
الفكرة وراء محولات الطاقة الصغيرة
تتكون أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية من محول طاقة واحد فقط. وبالتالي، في حالة فشل محول الطاقة، لا يوجد نقل بديل للطاقة. لحل هذه المشكلة، تم اقتراح وتنفيذ فكرة محول الطاقة المتسلسل. حتى مع محولات الطاقة المتسلسلة، لم يكن نظام الطاقة الكهروضوئية مناسبًا كجهاز توصيل وتشغيل للتطبيقات المنزلية. لذلك، من المستحسن تصميم أنظمة تحتوي على محولات طاقة داخل الوحدات الكهروضوئية، مما يضمن التشغيل المستقر وتتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) لكل وحدة.
مزايا وعيوب محول الطاقة الصغير مقارنة بمحولات الطاقة المتسلسلة أو المركزية
مزايا محولات الطاقة الصغيرة
- مقاومة الظل نظرًا لأن كل لوحة شمسية تنتج بشكل مستقل عن اللوحات الأخرى؛ فإن أداء اللوحة الشمسية لا يؤثر على اللوحة الشمسية المجاورة لها. لذلك، فإن اللوحة الشمسية المظللة لن تقلل بالضرورة من أداء اللوحات الشمسية الأخرى لأنها تعمل بشكل مستقل. هذا ليس هو الحال مع محولات الطاقة المتسلسلة
- لا حاجة لتبريد الهواء محولات الطاقة الصغيرة هي محولات طاقة صغيرة جدًا ويمكن أن تتناسب مع الجزء الخلفي من اللوحة الشمسية. نظرًا لصغر حجمها، لا يحتاج المرء إلى تبريد منفصل مثل محولات الطاقة المركزية. لذلك، هناك خسارة أقل في شكل حرارة
- فعالة من حيث التكلفة تعتبر محولات الطاقة الصغيرة بشكل فردي أقل تكلفة من محول الطاقة التقليدي. عندما يفشل محول الطاقة التقليدي، يكون استبداله مكلفًا ولكن في حالة محولات الطاقة الصغيرة، فمن غير المرجح أن تفشل بسبب الكمية الصغيرة من الكهرباء التي يجب عليها معالجتها مقارنة بمحول الطاقة التقليدي
- سهولة التركيب تركيب الألواح الشمسية بمحولات طاقة صغيرة أسهل وأسرع بكثير مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التركيب مقارنة بمحولات الطاقة التقليدية
- المرونة إحدى المزايا الرئيسية لمحولات الطاقة الصغيرة هي مرونتها وقابليتها للتطوير. يمكن للمرء أن يبدأ بمجموعة صغيرة من الوحدات الشمسية ويضيف وحدات مع نمو الاحتياجات والميزانيات دون الحاجة إلى استبدال محول طاقة مركزي كبير
عيوب محول الطاقة الصغير
- تكلفة أولية أعلى أحد العيوب الرئيسية لمحولات الطاقة الصغيرة هو تكلفتها الأولية العالية. ومع ذلك، يمكن تبرير تكلفتها في الحالات التي توجد فيها تحديات فنية في تركيب مصفوفة شمسية (سلسلة من الألواح الشمسية) أو مشاكل تظليل قد تتسبب في ضعف أداء النظام بأكمله
- مطلوب جهاز مراقبة إضافي: نظرًا لأن كل محول طاقة يقع بشكل مستقل أسفل لوحة شمسية، يلزم وجود ناقل اتصال ونظام مراقبة مشترك حيث لا يوجد نظام عرض مدمج كما هو الحال في محولات الطاقة المتسلسلة
الخلاصة
أصبحت محولات الطاقة الصغيرة شائعة حيث تكون أحجام المصفوفات صغيرة وتعظيم الأداء من كل لوحة هو مصدر قلق. حققت محولات الطاقة الصغيرة أكبر نجاح في السوق السكنية، حيث تحد المساحة المحدودة للألواح من حجم المصفوفة وغالبًا ما يكون التظليل من الأشجار القريبة أو الأشياء الأخرى مشكلة. تتمتع الأنظمة الشمسية بكفاءة منخفضة وتستخدم بالاشتراك مع نظام يعتمد على إلكترونيات الطاقة لحصاد الطاقة بكفاءة. تعتبر تقنية محولات الطاقة الصغيرة مجالًا قادمًا وتوفر مجالًا جيدًا للبحث الجديد.