ترانسفورماتور برای سیستم انرژی خورشیدی چیست؟ (توضیحات دربارهٔ ۱۰ کیلوولت و ۳۵ کیلوولت)

ترانسفورماتور برای سیستم‌های انرژی خورشیدی دستگاه الکتریکی حیاتی‌ای است که امکان انتقال برق تولیدشده توسط نیروگاه‌های فتوولتائیک (PV) به شبکه برق عمومی را فراهم می‌کند. ازآنجاکه پنل‌های خورشیدی و اینورترها برق ولتاژ پایین تولید می‌کنند، معمولاً در سطح ۰٫۴ کیلوولت یا ۰٫۸ کیلوولت، این ولتاژ باید به سطوح ولتاژ متوسط یا بالا مانند ۱۰ کیلوولت، ۳۵ کیلوولت، ۱۱۰ کیلوولت یا بالاتر افزایش یابد تا بتوان آن را منتقل کرد.

بدون ترانسفورماتورها، انرژی خورشیدی نمی‌تواند به‌صورت کارآمد از فاصله‌های طولانی منتقل شود یا به‌طور ایمن در شبکه برق ادغام گردد.

در پروژه‌های نیروگاهی خورشیدی مدرن، به‌ویژه مزارع خورشیدی نصب‌شده روی زمین، رایج‌ترین پیکربندی‌ها عبارتند از:

ترانسفورماتورهای توزیع ۱۰ کیلوولت برای سیستم‌های متوسط‌مقیاس

ترانسفورماتورهای افزایشی ۳۵ کیلوولت برای نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ‌مقیاس.

ترانسفورماتورهای خورشیدی ۱۰ کیلوولت یا ۳۵ کیلوولت ساخت شرکت جیانگسو یونیتا الکتریک می‌توانند نیازهای پروژه شما را برآورده کنند و ظرفیت آن‌ها در دو سمت ولتاژ بالا و پایین قابل سفارشی‌سازی است.

۱. دلیل نیاز سیستم‌های انرژی خورشیدی به ترانسفورماتور

سیستم‌های انرژی خورشیدی برق را به‌صورت جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند که سپس توسط اینورترها به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌شود. با این حال، ولتاژ خروجی اینورترها نسبتاً پایین است و برای انتقال به شبکه مناسب نمی‌باشد.

برای این منظور از ترانسفورماتور استفاده می‌شود تا:

۱.۱ افزایش ولتاژ برای اتصال به شبکه

برای کاهش تلفات انرژی، برق باید در ولتاژهای بالاتر انتقال یابد. با افزایش ولتاژ، جریان کاهش یافته و این امر تلفات خطوط را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

این امر به‌ویژه در مزارع خورشیدی بزرگ که توان باید مسافت‌های طولانی را برای رسیدن به ایستگاه‌های تبدیل طی کند، اهمیت فراوانی دارد.

۱٫۲ بهبود بازده انتقال

سطح ولتاژ بالاتر باعث کاهش موارد زیر می‌شود:

• تلفات مقاومتی (تلفات I²R)
• گرم‌شدن کابل‌ها
• هدررفت انرژی در خطوط انتقال

۱٫۳ امکان‌پذیرکردن سازگاری با شبکه

ترانسفورماتورها اطمینان حاصل می‌کنند که نیروگاه‌های خورشیدی با این الزامات شبکه هماهنگ باشند.

۱٫۴ فراهم‌کردن جداسازی الکتریکی

ترانسفورماتورها همچنین نیروگاه خورشیدی را از شبکه جدا می‌کنند و ایمنی را افزایش داده و تجهیزات را در برابر خطاهای الکتریکی و نوسانات ولتاژ محافظت می‌کنند.

۲. ترانسفورماتور افزاینده در نیروگاه‌های خورشیدی چیست؟

ترانسفورماتور افزاینده دستگاهی الکتریکی است که ولتاژ را از سطح پایین‌تر به سطح بالاتر افزایش می‌دهد.

در سیستم‌های انرژی خورشیدی، معمولاً بین موارد زیر نصب می‌شود:
خروجی اینورتر → ترانسفورماتور → تجهیزات قطع و وصل → اتصال به شبکه

وظایف اصلی:

• افزایش ولتاژ (برای مثال، ۰٫۸ کیلوولت → ۱۰ کیلوولت یا ۳۵ کیلوولت)
• پایدارسازی سیستم در شرایط تولید متغیر انرژی خورشیدی
• انطباق با شبکه و همگام‌سازی
• پشتیبانی از کاهش هارمونیک‌ها در برخی طراحی‌ها

انواع رایج استفاده‌شده در نیروگاه‌های خورشیدی:

• ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن (پرکاربردترین نوع برای مزارع فتوولتائیک بیرونی)
• ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پاد (نصب‌های فشرده)
• زیرمرکزهای جعبه‌ای (ترانسفورماتور یکپارچه + تجهیزات قطع و وصل + سیستم حفاظتی)

شرکت جیانگسو یونیتا الکتریک می‌تواند تمام محصولات فوق را برای سیستم انرژی خورشیدی شما تأمین کند و همه آنها را می‌توان بر اساس نیاز شما سفارشی‌سازی کرد.

ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن به دلیل موارد زیر در پروژه‌های بزرگ‌مقیاس برق‌رسانی غالب هستند:

• کارایی بالا
• پراکندگی حرارت قوی ：طبیعت روغنی طبیعت هوایی
• عمر طولانی : عمر مفید ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن شرکت جیانگسو یونیتا بیش از ۲۵ سال است
• قابلیت عالی تحمل بار اضافی

۳. ولتاژ ۱۰ کیلوولت در مقابل ۳۵ کیلوولت در نیروگاه‌های خورشیدی

یکی از مهم‌ترین تصمیمات طراحی در یک پروژه خورشیدی، انتخاب سطح ولتاژ مناسب برای سیستم‌های جمع‌آوری و افزایش ولتاژ است.

۳.۱ سیستم‌های ترانسفورماتور خورشیدی ۱۰ کیلوولت

سیستم‌های ۱۰ کیلوولت معمولاً در موارد زیر استفاده می‌شوند:

• نیروگاه‌های خورشیدی کوچک تا متوسط
• پروژه‌های فوتوفولتائیک توزیع‌شده
• سیستم‌های انرژی صنعتی یا منطقه‌ای

ویژگی‌های معمول:

• محدوده ظرفیت: ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر تا ۲۵۰۰ کیلوولت‌آمپر
• هزینه نصب پایین‌تر
• اتصال ساده‌تر به شبکه
• مناسب برای انتقال توان در فواصل کوتاه

مزایا:

• سرمایه‌گذاری اولیه کمتر
• نگهداری ساده‌تر
• نصب انعطاف‌پذیر در مزارع خورشیدی ماژولار

محدودیت‌ها:

• تلفات انتقال بالاتر نسبت به سیستم‌های ۳۵ کیلوولت
• ظرفیت محدود برای مزارع خورشیدی بزرگ‌مقیاس

سیستم‌های ترانسفورماتور خورشیدی ۳۵ کیلوولت، بخش ۳٫۲

سیستم‌های ۳۵ کیلوولت به‌طور گسترده در نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ‌مقیاس استفاده می‌شوند.

این سیستم‌ها معمولاً در موارد زیر یافت می‌شوند:

• مزارع خورشیدی بزرگ روی زمین
• ایستگاه‌های انرژی تجدیدپذیر متصل به شبکه ملی
• نیروگاه‌های فتوولتائیک متمرکز

ویژگی‌های معمول:

• بازدهی بالاتر در انتقال انرژی
• برای سیستم‌های جمع‌آوری (تجمیع چندین اینورتر) استفاده می‌شود
• افزایش ولتاژ تا پست‌های شبکه ۱۱۰ کیلوولت یا ۲۲۰ کیلوولت

مزایا:

• کاهش تلفات توان در فواصل طولانی
• مناسب‌تر برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ
• تعداد کمتری ترانسفورماتور به ازای هر مگاوات مورد نیاز است

محدودیت‌ها:

• هزینه تجهیزات بالاتر است
• نیازمندی‌های پیچیده‌تری در زمینه حفاظت و طراحی دارد

۳٫۳ تفاوت‌های کلیدی بین سیستم‌های ۱۰ کیلوولت و ۳۵ کیلوولت

ویژگی	سیستم ۱۰ کیلوولت	سیستم ۳۵ کیلوولت
مقیاس کاربرد	نیروگاه‌های فتوولتائیک کوچک و متوسط	مزارع خورشیدی در مقیاس خدماتی
بازده انتقال	متوسط	بالا
هزینه سرمایه گذاری	پایین تر	بالاتر
سطح ادغام در شبکه	توزیع محلی	انتقال ولتاژ بالا
پیچیدگی سیستم	ساده	پیشرفته

۴. معماری فتوولتائیک خورشیدی متمرکز در مقابل توزیع‌شده

سیستم‌های انرژی خورشیدی عموماً به دو نوع اصلی معماری تقسیم می‌شوند.

۴.۱ سیستم‌های انرژی خورشیدی توزیع‌شده

سیستم‌های توزیع‌شده معمولاً روی موارد زیر نصب می‌شوند:

• سقف‌ها
• تأسیسات صنعتی
• نیروگاه‌های کوچک مستقر بر زمین

ویژگی‌ها:

• فاصله کوتاه انتقال توان
• سطح ولتاژ پایین‌تر (اغلب ۱۰ کیلوولت یا کمتر)
• مصرف محلی یا تزریق برق به شبکه‌های کوچک

کاربرد ترانسفورماتور:

• ترانسفورماتورهای توزیع کوچک‌تر
• اغلب در پست‌های فشرده ادغام می‌شوند

۴٫۲ سیستم‌های تولید انرژی خورشیدی متمرکز

سیستم‌های متمرکز به مزارع خورشیدی بزرگ‌مقیاس اشاره دارند که در مناطق باز مانند صحرایی یا دشتی قرار دارند.

ویژگی‌ها:

• توان خروجی بالا (ده‌ها تا صدها مگاوات)
• انتقال برق به فاصله‌های طولانی به پست‌های برق
• استفاده از سیستم‌های جمع‌آوری ۳۵ کیلوولتی

کاربرد ترانسفورماتور:

• ترانسفورماتورهای افزایش‌دهنده با ظرفیت بالا
• چندین اینورتر که در یک واحد ترانسفورماتور مجتمع شده‌اند
• اتصال به شبکه فشار قوی (۱۱۰ کیلوولت‍/۲۲۰ کیلوولت)

۵. عملکردهای کلیدی ترانسفورماتورهای نیروی خورشیدی

ترانسفورماتورهای خورشیدی تنها دستگاه‌های تبدیل ولتاژ نیستند؛ بلکه نقش‌های حیاتی متعددی در سیستم‌های فتوولتائیک ایفا می‌کنند.

۵.۱ تبدیل ولتاژ

عملکرد اصلی: افزایش ولتاژ خروجی اینورتر تا سطوح ولتاژ سازگون با شبکه.

۵.۲ حفاظت از سیستم

آن‌ها تجهیزات را در برابر موارد زیر محافظت می‌کنند:

• شرایط بار اضافی
• اتصال کوتاه
• ضربه‌های ولتاژ

۵.۳ جداسازی الکتریکی

آن‌ها جداسازی ایمن بین موارد زیر را تضمین می‌کنند:

• سیستم تولید انرژی خورشیدی
• شبکه برق شهری

۵.۴ مدیریت حرارتی

طراحی‌های غوطه‌ور در روغن به‌طور مؤثر گرما را پراکنده می‌کنند و عملکرد پایدار را در محیط‌های با دمای بالا مانند بیابان‌ها تضمین می‌کنند.

۵٫۵ پشتیبانی از پایداری شبکه

ترانسفورماتورها در موارد زیر به حفظ پایداری ولتاژ کمک می‌کنند:

• نوسانات شدت تابش خورشیدی
• تغییرات بار
• اختلالات شبکه

۶. نحوه انتخاب ترانسفورماتور مناسب برای پروژه نیروگاه خورشیدی

انتخاب صحیح ترانسفورماتور برای عملکرد سیستم و قابلیت اطمینان بلندمدت آن امری حیاتی است.

عوامل کلیدی انتخاب عبارتند از:

۶٫۱ ظرفیت سیستم (kVA / MVA)

اندازه ترانسفورماتور باید با خروجی اینورتر و ظرفیت کل نیروگاه مطابقت داشته باشد.

سطح ولتاژ ۶٫۲

• ۱۰ کیلوولت برای سیستم‌های توزیع‌شده کوچک‌تر
• ۳۵ کیلوولت برای مزارع خورشیدی بزرگ‌مقیاس

شرایط محیطی ۶٫۳

برای نیروگاه‌های فتوولتائیک در فضای باز مهم است:

• منطقه‌های با دمای بالا
• محیط‌های بیابانی
• مناطق ساحلی مستعد خوردگی
• نصب‌های در ارتفاعات زیاد

۷. پرسش‌های متداول – ترانسفورماتورهای انرژی خورشیدی

ولتاژ ترانسفورماتور انرژی خورشیدی چقدر است؟

بیشتر ترانسفورماتورهای خورشیدی در سطوح ولتاژ متوسط مانند ۱۰ کیلوولت یا ۳۵ کیلوولت کار می‌کنند، که این مقدار بستگی به اندازه نیروگاه دارد.

چرا مزارع خورشیدی از ترانسفورماتورهای ۳۵ کیلوولت استفاده می‌کنند؟

زیرا ولتاژ بالاتر اتلاف‌های انتقال را کاهش داده و بازدهی را در مزارع خورشیدی مقیاس بزرگ بهبود می‌بخشد.

آیا می‌توان از ترانسفورماتورهای ۱۰ کیلوولت در نیروگاه‌های خورشیدی استفاده کرد؟

بله، اما عمدتاً در پروژه‌های خورشیدی توزیع‌شده کوچک تا متوسط.

از چه نوع ترانسفورماتوری در سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی استفاده می‌شود؟

ترانسفورماتورهای افزاینده غوطه‌ور در روغن رایج‌ترین نوع ترانسفورماتور در مزارع خورشیدی صنعتی هستند.

طول عمر ترانسفورماتور خورشیدی چقدر است؟

معمولاً طول عمر آن بیش از ۲۰ سال است. می‌توانید محصولات جیانگسو یونیتا را انتخاب کنید که طول عمر آن‌ها بیش از ۲۵ سال است.

آیا ولتاژ ترانسفورماتور قابل سفارشی‌سازی است؟

بله، قطعاً. ولتاژ را می‌توان برای تطبیق با پروژه شما سفارشی‌سازی کرد.

نتیجه‌گیری

ترانسفورماتورها اجزای ضروری در هر سیستم انرژی خورشیدی هستند و امکان تبدیل کارآمد ولتاژ، اتصال به شبکه و پایداری سیستم را فراهم می‌کنند.

انتخاب بین سیستم‌های ۱۰ کیلوولت و ۳۵ کیلوولت به مقیاس پروژه بستگی دارد:

• ۱۰ کیلوولت برای پروژه‌های خورشیدی پراکنده و متوسط‌مقیاس
• ۳۵ کیلوولت برای مزارع خورشیدی بزرگ مقیاس شبکه

درک اصول انتخاب ترانسفورماتور برای پیمانکاران EPC، توسعه‌دهندگان پروژه و شرکت‌های برق بسیار حیاتی است تا عملکرد بهینه شده و هزینه‌های بلندمدت کاهش یابد.