تقنية الخلفية لمُحسِّن الجهد

غالبًا ما يكون إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الفردية غير كافٍ لتلبية الطلب الفعلي على الطاقة، لذا يجب تشكيل مصفوفة من وحدات الطاقة الشمسية على التوالي والتوازي لتلبية متطلبات التصميم. عند اختيار وحدات الطاقة الشمسية لتشكيل مصفوفة، يُلاحظ عادةً أن الطاقة الناتجة بعد التوصيل على التوالي والتوازي أقل من مجموع الطاقة الناتجة عن الوحدات الفردية، وذلك بسبب عدم اتساق المعايير الكهربائية للوحدات المتصلة على التوالي والتوازي، أو بسبب التظليل الجزئي أو المتقطع، أو بسبب تقادم مجموعة الوحدات. يُطلق على هذا المصطلح في المجال العلمي اسم "فقد عدم التوافق". مع ازدياد سنوات تشغيل محطة الطاقة الشمسية، سيؤثر ذلك على إنتاج الطاقة الفعلي للمحطة بأكملها بدرجات متفاوتة. يتسبب نظام توليد الطاقة الشمسية المركزي التقليدي في خسائر طاقة كبيرة في مصفوفة وحدات الطاقة الشمسية بسبب عوامل غير متوقعة مثل المباني المحيطة، ومواقع السحب، وحجم العوائق القريبة. لذا، أجرى باحثون محليون ودوليون في السنوات الأخيرة دراسات وأبحاثًا متنوعة حول نقطة القدرة القصوى العالمية لمشكلة تعدد ذروات قدرة مصفوفات الخلايا الكهروضوئية الناتجة عن الظلال المحلية، وحققوا نتائج ملحوظة، إلا أنه لا يزال من المستحيل تشغيل جميع وحدات الخلايا الكهروضوئية عند نقاط قدرتها القصوى، ولم تُحل مشكلة فقد الطاقة الكلي لمجموعة السلاسل الناتج عن التظليل المحلي بشكل كامل. بالنسبة لأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية المركزية، ونظرًا لوجود وصلة تحويل طاقة واحدة فقط من التيار المستمر إلى التيار المستمر، يجب أن يراعي نظام التحكم كلاً من تتبع نقطة القدرة القصوى للوحة الشمسية وضمان سعة وطور ودرجة جيبية جهد خرج الشبكة. يُعد نظام التحكم معقدًا نسبيًا، حيث يحتوي العاكس على مدخلات متعددة ويستخدم نفس تقنية تتبع نقطة القدرة القصوى. لا يمكن تحديد الفرق بين وحدات الخلايا الكهروضوئية في الفروع المتصلة على التوالي والتوازي، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة توليد الطاقة. لذلك، من الصعب معالجة فقد الطاقة الناتج عن اختلاف معلمات وحدات الخلايا الكهروضوئية أو اختلاف ظروف الإشعاع الشمسي. في الوقت نفسه، إذا لم يتطابق التيار في التوصيل التسلسلي، فسيؤدي ذلك إلى انحياز عكسي لبعض وحدات الخلايا الكهروضوئية في المصفوفة، مما يُسبب ارتفاعًا في درجة حرارتها عند تشغيل المصفوفة في حالة معينة. أما إذا لم يتطابق الجهد في التوصيل التوازي، فسيؤدي ذلك إلى تشغيل المصفوفة في حالة معينة. وتتسبب هذه الارتفاعات في درجة الحرارة والتيارات الدائرية في استهلاك الطاقة من قِبل المكونات الفردية في التوصيل التسلسلي-التوازي، مما قد يُقلل من عمرها الافتراضي. ويزداد فقدان الطاقة الناتج عن عدم تطابق التيار بشكل ملحوظ عندما لا تعمل مصفوفة الخلايا الكهروضوئية تحت إضاءة منتظمة. يمكن للمكون تجاوز سلسلة البطاريات غير الطبيعية عبر صمام التجاوز في صندوق التوصيل، مما يُقلل جزئيًا من فقد الطاقة الناتج عن عدم تطابق التيار بين البطاريات أو المكونات، ولكنه لا يُزيل مشكلة تطابق التيار الناتجة عن أي مكون بطارية منخفض التيار في مجموعة سلسلة البطاريات.

يرتبط تحسين توليد الطاقة باستخدام مُحسِّن الجهد ارتباطًا وثيقًا بالوضع الفعلي لمحطة الطاقة. فعلى سبيل المثال، تختلف نسب التحسين بين محطات الطاقة الكبيرة ومحطات الطاقة الكهروضوئية الموزعة على أرض مستوية خالية من العوائق. تختلف نسب تحسين أداء محطات الطاقة الكهروضوئية حديثة التشغيل عن تلك المتصلة بالشبكة منذ سنوات عند تركيب مُحسِّنات الجهد. لذا، من الضروري إجراء تجارب عملية وجمع بيانات لتحليل مجموعات السلاسل، مما يوفر مرجعًا مفيدًا لتحسين تشغيل المحطة. ويختلف معدل زيادة إنتاج الطاقة الكهروضوئية السنوي بعد إضافة المُحسِّن باختلاف شدة الإشعاع. ونظرًا لاختلاف خصائص وحدات الطاقة الكهروضوئية في المصفوفة، يسهل حدوث مشاكل عدم تطابق التيار، مما يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في كفاءة توليد الطاقة الإجمالية للنظام. ولحل هذه المشكلة، اقترحت الصناعة بنية مصفوفة لمُحسِّنات الجهد، توفر حلًا جديدًا لمشكلة عدم تطابق التيار في وحدات المصفوفة الكهروضوئية المتصلة على التوالي. ويمكن دمج مُحسِّن الجهد مباشرةً مع وحدة البطارية كمجموعة متكاملة من معدات الطاقة عند خروجها من المصنع، كما يمكن تركيبه بشكل منفصل على وحدة البطارية. بالنسبة للصناعة، يُعد استخدام مُحسِّن الجهد المُدمج مع مكونات البطارية في محطات الطاقة الكهروضوئية المُنشأة حديثًا أكثر فعالية من حيث التكلفة. أما بالنسبة لتحديث وتطوير محطات الطاقة الكهروضوئية القديمة القائمة، فمن الضروري تركيب مُحسِّنات جهد إضافية على المكونات الأصلية. وضع التشغيل الآمن أو تتبع نقطة الطاقة القصوى

يُعد وضع التشغيل أو وضع السكون مسألةً يجب أخذها في الاعتبار. سواءً كان الأمر يتعلق بالصيانة أو التشغيل الأولي أو التركيب، فمن الضروري التبديل بين وضع التشغيل العادي ووضع الأمان لضمان سلامة العمال أو المالكين.