อินเวอร์เตอร์โซลาร์คืออะไรและมันทำงานอย่างไร

ถ้าคุณกำลังพิจารณาติดตั้งโซลาร์เซลล์ คุณน่าจะได้ยินเกี่ยวกับแผงโซลาร์เซลล์มากมาย ในความเป็นจริง ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ต้องพึ่งพาชิ้นส่วนสำคัญหลายอย่างเพื่อเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าที่ใช้งานได้ และในบรรดาชิ้นส่วนเหล่านี้ อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์มีบทบาทสำคัญ

คู่มือนี้จะพาคุณไปรู้จักทุกอย่างที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ ตั้งแต่กระบวนการแปลงพื้นฐาน จนถึงฟังก์ชันขั้นสูงที่ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์สมัยใหม่เป็นไปได้

อินเวอร์เตอร์คืออะไรและทำไมคุณจึงต้องใช้กับแผงโซลาร์เซลล์

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ แปลงกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) ฟังก์ชันหลักคือการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องจากระบบ DC (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโฟโตโวลตาอิก ระบบเก็บพลังงาน หรือแบตเตอรี่) ให้เป็นสัญญาณ AC ที่เครื่องใช้ไฟฟ้าสามารถใช้งานได้

เนื่องจากเครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวันต้องการไฟฟ้า AC ในการทำงาน อินเวอร์เตอร์จึงทำหน้าที่เป็นตัวแปลงสำคัญ เชื่อมช่องว่างระหว่างแผงโซลาร์เซลล์และเครื่องใช้ในบ้าน เมื่อแสงแดดตกกระทบแผง มันจะจับไฟฟ้า DC ดิบและแปลงเป็นไฟฟ้า AC ที่จำเป็นสำหรับบ้านของคุณ

อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์สมัยใหม่เกือบทั้งหมดเป็น Voltage Source Inverters (VSI) ที่ ทำให้แรงดัน DC คงที่ จากแผงโซลาร์เซลล์หรือแบตเตอรี่ที่อินพุตโดยใช้ตัวเก็บประจุ DC และ แปลงเป็นแรงดัน AC ที่ควบคุมได้ ที่เอาต์พุตโดยการสลับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อย่างรวดเร็วตามลำดับเฉพาะเพื่อสร้างรูปคลื่นสลับ

อินเวอร์เตอร์ทำหน้าที่อะไรในระบบโซลาร์เซลล์

แม้ว่าหน้าที่หลักจะเป็นการแปลงพลังงาน อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์สมัยใหม่ยัง ทำหน้าที่สำคัญ 5 อย่าง ที่ช่วยให้ระบบของคุณปลอดภัย เสถียร และมีประสิทธิภาพ

1. การปรับสภาพพลังงาน DC

แผงโซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้า DC แต่แรงดันและกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงตามความเข้มของแสงแดด อินเวอร์เตอร์จะใช้ โมดูล Maximum Power Point Tracking (MPPT) เพื่อปรับจุดการทำงานของแผงให้ทำงานที่กำลังไฟสูงสุดเสมอ

พลังงาน DC จะผ่านตัวเก็บประจุ DC-link ซึ่งช่วยลดการสั่นของแรงดันและทำให้บัส DC มีความเสถียร เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่คงที่สำหรับขั้นตอนการแปลงเป็น AC ต่อไป

2. การแปลงไฟ DC เป็น AC

แรงดัน DC ที่เสถียรจากตัวเก็บประจุ DC-link จะถูกป้อนเข้าสู่ขั้นตอนการสวิตช์ของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ วงจร H-bridge วงจร H-bridge ประกอบด้วยสวิตช์สี่ตัว (IGBTs หรือ MOSFETs) จัดเรียงในรูปตัว "H" อนุญาตให้แรงดัน DC ถูกสลับทิศทางข้ามเอาต์พุตได้ สร้างรูปคลื่น AC ที่เป็นจังหวะ

• อินเวอร์เตอร์เฟสเดียว: H-bridge หนึ่งชุดที่มีสวิตช์สี่ตัวผลิตเอาต์พุต AC เดียว
• อินเวอร์เตอร์สปลิตเฟส: สอง H-bridge สร้างเอาต์พุต AC สองสายที่มีความต่างเฟส 180° ใช้กันทั่วไปใน ระบบ 120/240V ในอเมริกาเหนือ
• อินเวอร์เตอร์สามเฟส: แต่ละเฟสมี H-bridge ของตัวเอง โดยมีสวิตช์สองตัวต่อเฟส ผลิตเอาต์พุต AC สามสาย (220V~415V หรือ 208V) ที่แยกกันด้วยเฟส 120°

3. การกรองและควบคุมรูปคลื่น

รูปคลื่น AC ที่เกิดจากการสวิตช์ความถี่สูงในตอนแรกจะคล้ายคลื่นสี่เหลี่ยม ซึ่งหยาบและไม่เหมาะกับเครื่องใช้ส่วนใหญ่ อินเวอร์เตอร์ราคาต่ำบางรุ่นจะส่งออกคลื่นไซน์แบบดัดแปลง ซึ่งเป็นเวอร์ชันขั้นบันไดที่เรียบขึ้นแต่ยังไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อสัญญาณ

ดังนั้น อินเวอร์เตอร์จึงใช้ การควบคุมมอดูเลชันและตัวกรอง LC ซึ่งเป็นการรวมกันของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำจะบล็อกริปเปิลความถี่สูง ขณะที่ตัวเก็บประจุจะดูดซับความผันผวนของแรงดันในรูปคลื่น AC ทั้งสองร่วมกันช่วยปรับเอาต์พุตที่หยาบให้เรียบเป็น คลื่นไซน์บริสุทธิ์ ที่เหมาะสำหรับเครื่องใช้ในบ้านหรือการเชื่อมต่อกับกริด

4. การควบคุมแรงดัน ความถี่ และเฟส

หลังจากที่รูปคลื่น AC ถูกปรับให้เรียบโดยตัวกรอง LC อินเวอร์เตอร์จะตรวจสอบเอาต์พุตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันเสถียร ความถี่ถูกต้อง และเฟสเหมาะสมสำหรับแต่ละสายเฟส

อินเวอร์เตอร์วัดแรงดันและรูปคลื่นทันทีของแต่ละเฟสและเปรียบเทียบกับสัญญาณอ้างอิง จากนั้นจะปรับ จังหวะการสวิตช์ของ IGBTs หรือ MOSFETs โดยใช้ PWM เพื่อแก้ไขการเบี่ยงเบนเฟสใดๆ รักษาความถี่ที่ต้องการ และรับประกันความเสถียรของแรงดันตามความต้องการโหลดของผู้ใช้

5. การโต้ตอบกับกริด (ขึ้นอยู่กับรุ่น)

อินเวอร์เตอร์ใช้ วงจร Phase-Locked Loop (PLL) เพื่อตรวจสอบแรงดัน ความถี่ และเฟสของกริดอย่างต่อเนื่อง PLL จะบังคับให้คลื่นไซน์เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ล็อกและตรงกับรูปคลื่นของกริดแบบเรียลไทม์อย่างสมบูรณ์

เพื่อส่งออกพลังงาน วงจรควบคุมของอินเวอร์เตอร์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ากริดเล็กน้อย ทำให้มีกระแสไหลออกไป

สำหรับการป้องกันการแยกตัวออกจากกริด มันจะตรวจสอบการอ้างอิงกริดที่เสถียรอย่างต่อเนื่อง หากกริดล้มเหลว การอ้างอิงนี้จะหายไป ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนแรงดันหรือความถี่อย่างรวดเร็วซึ่งตัวควบคุมของอินเวอร์เตอร์ตรวจจับได้ และจะทำการปิดเครื่องในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที

ฟังก์ชันอื่นๆ ของอินเวอร์เตอร์โซลาร์ขึ้นอยู่กับประเภท

นอกจากฟังก์ชันหลักที่กล่าวมาแล้ว อินเวอร์เตอร์โซลาร์ประเภทต่างๆ ยังมีความสามารถเพิ่มเติมที่มาจากการออกแบบทางกายภาพหรือสถาปัตยกรรมของระบบ

ตัวแปลงสตริง

อินเวอร์เตอร์แบบสาย เป็นตัวเลือกแบบดั้งเดิมที่จัดการแผงหลายแผงที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม พวกมันทำหน้าที่หลักทั้งห้าข้างต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยฟีเจอร์ควบคุมแบบรวมศูนย์ การแปลงพลังงานและการเชื่อมต่อกับกริดทั้งหมดเกิดขึ้นในที่เดียว ทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษาและวินิจฉัยระบบ

ไมโครอินเวอร์เตอร์

สถาปัตยกรรมนี้ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กครบชุดบนแผงแต่ละแผง "ปัญญาแบบกระจาย" นี้ช่วยให้การตรวจสอบแบบละเอียดและแยกตามแผง:

เนื่องจากไมโครอินเวอร์เตอร์แต่ละตัวมีโมดูล MPPT ของตัวเอง จึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานของแต่ละแผงได้และมีฟังก์ชันเฉพาะในการตรวจสอบประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์และประวัติของแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผง ทำให้ง่ายต่อการระบุและวินิจฉัยแผงที่ทำงานต่ำกว่ามาตรฐานจากระยะไกล

อินเวอร์เตอร์ไฮบริด

อินเวอร์เตอร์ ไฮบริด เป็นอินเวอร์เตอร์กลางขั้นสูงที่สร้างขึ้นด้วยส่วนประกอบและซอฟต์แวร์เพิ่มเติมเพื่อวัตถุประสงค์หลักหนึ่งอย่างคือการจัดการแบตเตอรี่

• การจัดการพลังงานสองทิศทาง: อินเวอร์เตอร์ไฮบริดไม่เพียงแค่แปลงกระแส DC จากแผงโซลาร์/แบตเตอรี่เป็น AC สำหรับบ้านเท่านั้น แต่ยังสามารถแปลง AC จากกริดกลับเป็น DC เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ได้ด้วย
• โหมดพลังงานสำรอง: ฟังก์ชันที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือความสามารถในการสร้างฟองพลังงานอิสระในช่วงไฟฟ้าดับ เมื่อระบบตรวจพบไฟดับ จะตัดการเชื่อมต่อจากกริดและสร้าง "เกาะ" พลังงานที่มั่นคงและเป็นอิสระสำหรับบ้านของคุณ โดยดึงพลังงานจากแผงโซลาร์และแบตเตอรี่
• โหมดการทำงานที่ตั้งโปรแกรมได้: อินเวอร์เตอร์ไฮบริดมีฟังก์ชันซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้เจ้าของบ้านควบคุมวิธีและเวลาการใช้พลังงาน เช่น โหมดการใช้พลังงานเองและการซื้อขายไฟฟ้าตามช่วงเวลา (Time-of-Use, TOU)

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์โซลาร์

ความแตกต่างระหว่างอินเวอร์เตอร์กับตัวแปลงไฟฟ้าคืออะไร?

อินเวอร์เตอร์แปลงกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) ในขณะที่ตัวแปลงไฟฟ้าจะให้กระแส DC การจ่ายไฟให้เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านและการเชื่อมต่อกับกริดเป็นหน้าที่ของอินเวอร์เตอร์ ส่วนตัวแปลงไฟฟ้าจะเปลี่ยนระดับแรงดันของไฟ DC หรือแปลง DC เป็น AC แม้ว่าทั้งสองอุปกรณ์จะจัดการการแปลงไฟฟ้า แต่บทบาทของพวกเขาในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แตกต่างกัน

แผงโซลาร์เซลล์ทำงานได้ในช่วงไฟฟ้าดับหรือไม่?

โดยทั่วไปไม่ใช่ โปรโตคอลความปลอดภัยของอินเวอร์เตอร์รวมถึงการป้องกันการแยกตัว (anti-islanding) ซึ่งจะปิดอินเวอร์เตอร์ในระหว่างที่ไฟฟ้าดับเว้นแต่จะใช้แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ไฮบริดเป็นระบบสำรอง

อะไรเป็นสาเหตุของ "การตัดกำลังของอินเวอร์เตอร์"?

การตัดกำลังของอินเวอร์เตอร์เกิดขึ้นเมื่อแผงโซลาร์เซลล์ผลิตพลังงานมากกว่ากำลังไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ การออกแบบนี้ตั้งใจเพื่อให้เกิดการป้องกันและประสิทธิภาพที่เหมาะสม