การวิเคราะห์ความสามารถในการรับภาระเกินของอินเวอร์เตอร์ไฮบริด

ในระบบกริดพลังงานแสงอาทิตย์ (solar PV grid system) โมดูลแสงอาทิตย์ (solar module), อินเวอร์เตอร์ (inverter) และกริดพลังงาน (power grid) สามารถรวมกันเป็นระบบไฟฟ้า (electrical system) ได้ องค์ประกอบจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ตามการแผ่รังสีของแสงอาทิตย์ (solar radiation) และจากนั้นอินเวอร์เตอร์จะส่งออกพลังงานที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริด (hybrid inverter) จึงไม่มีความต้องการพิเศษในกรณีที่มีการโหลดเกิน (AC overload) เพราะโดยพื้นฐานแล้วพลังงานที่ส่งออกจากอินเวอร์เตอร์จะไม่เกินพลังงานขององค์ประกอบ ในระบบกริดพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด (solar PV off-grid system) องค์ประกอบ, แบตเตอรี่ (battery), อินเวอร์เตอร์ และโหลด (load) จะรวมกันเป็นระบบไฟฟ้า พลังงานที่ส่งออกจากอินเวอร์เตอร์จะถูกกำหนดโดยโหลด พลังงานเริ่มต้นของมอเตอร์ของอุปกรณ์ที่มีโหลดเหนี่ยวนำบางประเภท เช่น เครื่องปรับอากาศ (air conditioner) หรือปั๊มน้ำ (water pump) จะมีค่า 3-5 เท่าของพลังงานที่ระบุ (rated power) ดังนั้น อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดจึงมีความต้องการพิเศษในสถานการณ์ที่มีการโหลดเกิน (overload situation).

พลังงานสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ไฮบริดที่ใช้เทคโนโลยีการแยกความถี่สูงสามารถเป็น 2 เท่าของพลังงานที่ระบุ พลังงานสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ไฮบริดที่ใช้เทคโนโลยีการแยกพลังงานความถี่สามารถเป็น 3 เท่าของพลังงานที่ระบุ ชุดอินเวอร์เตอร์ไฮบริดความถี่สูง 3kW สามารถขับเครื่องปรับอากาศ 1P (พลังงานเริ่มต้นประมาณ 5.5kVA) อินเวอร์เตอร์ออฟกริดพลังงานความถี่ 12kW สามารถขับเครื่องปรับอากาศ 6P (พลังงานเริ่มต้นประมาณ 33kVA) พลังงานบางส่วนที่จัดหาโดยอินเวอร์เตอร์เพื่อขับโหลดมาจากแบตเตอรี่หรือโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ หากไม่เพียงพอ ส่วนเกินจะมาจากองค์ประกอบการจัดเก็บพลังงาน (ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ) ของอินเวอร์เตอร์.

วิเคราะห์ความสามารถในการรับภาระเกินของอินเวอร์เตอร์ไฮบริดจากวงจร

ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบที่ใช้เก็บพลังงานทั้งคู่ ความแตกต่างคือ ตัวเก็บประจุจะเก็บพลังงานในรูปแบบของสนามไฟฟ้า ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมากเท่าไหร่ พลังงานที่เก็บได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวเหนี่ยวนำจะเก็บพลังงานในรูปแบบของสนามแม่เหล็ก ยิ่งความสามารถในการเหนี่ยวนำของแกนตัวเหนี่ยวนำมากเท่าไหร่ ความเหนี่ยวนำและพลังงานที่เก็บได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น.

หลักการทำงานของตัวเก็บประจุสามารถค้นพบได้จากโครงสร้างของมัน ตามที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง ด้านสองข้างจะมีแผ่นโลหะแยกกันเพื่อนำออกซึ่งขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ในขณะเดียวกัน สถานที่กลางจะถูกแยกออกด้วยวัสดุฉนวน ในสถานการณ์ที่ไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอกถูกเพิ่มเข้าที่ขั้วของตัวเก็บประจุทั้ง 2 ตัว ประจุบวกและประจุลบบนแผ่นขั้วไฟฟ้าทั้งสองจะอยู่ในสถานะสมดุล.

จากภาพด้านบน สามารถพบได้ว่าเมื่อมีการเพิ่มสนามไฟฟ้าภายนอกที่ขั้วของตัวเก็บประจุ 2 ตัว ประจุบวกจะสะสมอยู่ที่แผ่นอิเล็กโทรดแผ่นหนึ่ง และประจุลบจะสะสมอยู่ที่แผ่นอิเล็กโทรดอีกแผ่นหนึ่ง เมื่อแรงดันที่ขั้วของตัวเก็บประจุ 2 ตัวเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและถึงแรงดันไฟฟ้าของพลังงาน ตัวเก็บประจุจะหยุดการชาร์จ ในสถานการณ์นี้ พลังงานของตัวเก็บประจุจะไม่หายไปแม้ว่าการเชื่อมต่อวงจรภายนอกจะถูกตัดออก สิ่งนี้ได้รับผลกระทบจากกฎที่ว่าประจุไฟฟ้าที่เหมือนกันจะผลักกันและประจุที่ไม่เหมือนกันจะดึงดูดกัน ประจุที่ขั้วทั้งสองดึงดูดกันเพื่อเก็บพลังงาน

หม้อแปลงไฟฟ้าความถี่พลังงานหมายถึงหม้อแปลงที่มีความถี่ 50Hz หม้อแปลงหลักและรองทั้งหมดมีตัวเหนี่ยวนำซึ่งสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าบางส่วนได้ เช่นเดียวกับตัวเหนี่ยวนำกรองของอินเวอร์เตอร์ไฮบริด เมื่อมีการไหลของกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำ กระแสจะมีสนามแม่เหล็ก เมื่อสนามแม่เหล็กของกระแสผ่านแกนแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสถานะสมดุลของโดเมนแม่เหล็กและขับเคลื่อนโดเมนแม่เหล็กไปในทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอก ดังนั้น แกนแม่เหล็กจะสร้างสนามแม่เหล็กภายนอก กระบวนการสร้างสนามแม่เหล็กภายนอกนั้นเป็นกระบวนการที่สนามแม่เหล็กถูกเก็บโดยตัวเหนี่ยวนำ.

ตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบที่ทำจากลวดเคลือบอีแนเมล และจะถูกเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างฉนวนหรือแกนแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด จะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบๆ มัน เมื่อกระแสที่ไหลผ่านมีลักษณะเป็น AC สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เส้นแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ขั้วของขดลวดทั้งสอง อย่างไรก็ตาม ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้จะตรงข้ามกับทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเดิม ซึ่งสามารถป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าได้.

สามารถสรุปได้ว่า ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้หลักเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น มันจะขัดขวางการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าและจะเก็บพลังงานบางส่วนผ่านสนามแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าลดลง มันจะขัดขวางการลดลงของกระแสไฟฟ้าในวงจรและจะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้บางส่วนเพื่อรักษากระแสไฟฟ้า เนื่องจากลักษณะการเก็บพลังงาน ตัวเหนี่ยวนำจึงสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกรองและฟังก์ชันการหน่วงเวลาได้

สรุป

ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกกำหนดโดยโหลด เมื่อมอเตอร์หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่มีโหลดเหนี่ยวนำเริ่มทำงาน จะต้องการกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ในระยะเวลาสั้น ๆ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ไม่สามารถให้พลังงานนี้ได้ นอกจากนี้ หากแบตเตอรี่ลิเธียมปล่อยพลังงานมากเกินไปในระยะเวลาสั้น ๆ อาจเกิดการระเบิดได้ อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และหม้อแปลงของอินเวอร์เตอร์ไฮบริดสามารถเก็บพลังงานได้และจะไม่เสียหายแม้ว่าจะขยายกำลังไฟฟ้าออกไปหลายเท่าในระยะเวลาสั้น ๆ ดังนั้น อินเวอร์เตอร์ไฮบริดจึงสามารถรับภาระเกินได้หลายครั้ง.