"السحر" في تحسين وحدات التحسين في الأنظمة الكهروضوئية: من أين يأتي الطاقة الإضافية؟

في الطاقة الكهروضوئية النظام، الوحدات العاملة على التوالي تشبه سلسلة مترابطة، حلقة تلو الأخرى. إذا لم تؤدِ أي وحدة واحدة وظيفتها بشكل كافٍ، فقد تؤثر سلبًا على كفاءة النظام بأكمله. وهذا ما يُعرف في الصناعة الكهروضوئية بتأثير "الدلو" — حيث تُحدد قدرة توليد الطاقة للنظام بأكمله غالبًا من خلال الأداء الضعيف للوحدة الأقل كفاءة. إن الطاقة الكهروضوئية وحدة التحسين تم تصميمها لكسر هذا التقييد. دعونا نستخدم نموذجًا محددًا لتوضيح ذلك بالتفصيل.

السيناريو المثالي: تعمل الوحدات معًا بشكل متزامن لتحقيق أقصى كفاءة

تخيل سلسلة PV تتكون من 6 وحدات متصلة على التوالي. في بيئة مثالية تمامًا — بدون ظلال، وتقدم عمره موحد، وتطابق معايير الأداء — تعمل جميع الوحدات بكفاءة تحت نفس ظروف الإضاءة.

عند هذه النقطة، يُخرج كل وحدة تيارًا مستقرًا مقداره 10A (قد تختلف القيم الفعلية قليلاً حسب مواصفات الوحدة) وتعمل عند جهد 40V. باستخدام معادلة القدرة (القدرة = التيار × الجهد)، تكون القدرة الناتجة عن وحدة واحدة هي 10A × 40V = 400W. وبما أن الوحدات متصلة على التوالي، يظل التيار متسقًا عبر السلسلة بأكملها. وبالتالي، تكون القدرة الكلية للوحدات الستة هي 6 × 400W = 2400W — وهي أفضل أداء ممكن لهذه السلسلة في ظروف مثالية.

التحديات الواقعية: تصبح الظلال هي "الحلقة الأضعف"، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في الكفاءة

في الممارسة العملية، نادراً ما تبقى أنظمة الطاقة الشمسية في ظروف مثالية. يمكن أن تؤدي مشكلات مثل ظل الأشجار، وظلال المباني، وتراكم الغبار على الوحدات، أو الشيخوخة المحلية إلى تدهور أداء وحدة واحدة، مما يجعلها "حلقة ضعيفة" تُبطئ النظام بأكمله.

على سبيل المثال، إذا كانت إحدى الوحدات مظللة، ينخفض تيار إخراجها بسرعة إلى 5A. وبسبب طبيعة الدوائر المتسلسلة - حيث يكون التيار نفسه في كل مكان - فإن الوحدات الخمس الأخرى التي تعمل بشكل طبيعي تُجبر على العمل أيضًا عند 5A. ثم ينخفض قدرة كل وحدة إلى 5A × 40V = 200W، وتنخفض القدرة الكلية للسلسلة بأكملها إلى 6 × 200W = 1200W، أي نصف الإخراج المثالي.

للحد من ذلك، تكون وحدات الطاقة الشمسية عادةً مزودة بـ"دايودات تجاوز". عندما تتعطل وحدة ما، يقوم الدايود بـ"تجاوزها" (أي تخطي الوحدة)، مما يسمح للتيار بالتدفق مباشرة عبر الوحدات الأخرى. في هذه الحالة، تتوقف الوحدة التي تم تجاوزها عن إنتاج الطاقة، بينما يمكن للوحدات المتبقية وعددها 5 أن تستأنف العمل بشكل طبيعي عند 10 أمبير، مما يؤدي إلى إنتاج إجمالي للطاقة يبلغ 5 × 400 واط = 2000 واط. وعلى الرغم من كونه أفضل من السيناريو السابق، إلا أن طاقة الوحدة المعطوبة تضيع بالكامل، مما يترك مجالاً لتحسين كفاءة النظام.

حل التحسين: الطاقة الكهروضوئية المحسّنات تكسر القيود وتقلل من فقدان الطاقة

الوظيفة الأساسية لمحسّن SUNGO هي الطاقة الكهروضوئية تمكين كل وحدة من "تقديم أفضل ما لديها" دون السماح لمشكلات الوحدة الفردية بالتأثير على النظام بأكمله. حيث يقوم المحسّن بمراقبة الحالة التشغيلية لكل وحدة في الوقت الفعلي وضبط الجهد والتيار بدقة، مما يسمح للوحدات المعطوبة بالحفاظ على أكبر قدر ممكن من إنتاجها من الطاقة دون التأثير السلبي على باقي الوحدات.

دعونا نعد إلى السيناريو المظلل: الوحدة المظللة تُنتج في الأصل 5 أمبير عند 40 فولت، بإجمالي 200 واط. مع تركيب الطاقة الكهروضوئية جهاز الأمثل، يقوم الجهاز بخفض جهد الوحدة (من 40 فولت إلى 20 فولت) في حين يزيد من تيارها (من 5 أمبير إلى 10 أمبير)، مع الحفاظ على قدرتها الإجمالية عند 200 واط (10 أمبير × 20 فولت = 200 واط). تظل الوحدات الخمس العادية الأخرى دون تغيير، تعمل عند 10 أمبير و40 فولت للحفاظ على 400 واط لكل منها.

في النهاية، تكون القدرة الكلية للسلسلة 200 واط (الوحدة المظللة) + 5 × 400 واط (الوحدات العادية) = 2200 واط. وهذا يزيد بمقدار 200 واط عن حل الصمام الثنائي المُمرِّر، ويزيد بمقدار 1000 واط عن السيناريو غير الأمثل، مما يقلل بشكل كبير من الفقد في القدرة الناتج عن "الروابط الضعيفة".

من خلال هذه التعديلات المستهدفة، الطاقة الكهروضوئية تتمكن أجهزة الأمثل من التغلب بفعالية على "تأثير الدلو" في أنظمة الطاقة الشمسية، مما يمكّن كل وحدة من تحقيق أقصى قيمة لها تحت ظروف موقعها الخاص. وهي مناسبة بشكل خاص للسيناريوهات المعقدة والتي يسهل ظلها مثل الأسطح والمناطق الجبلية، حيث توفر دعماً قوياً لتشغيل الأنظمة بكفاءة واستقرار الطاقة الكهروضوئية أنظمة.