انتخاب پاور اینورتر خانگی

پاور اینورتر خانگی با هدف تامین برق بدون وقفه برای دستگاه‌های الکتریکی خانگی طراحی شده است. این اینورترها با ولتاژها و ظرفیت‌های بار متفاوتی در بازار عرضه می‌شوند. در طراحی اولیه‌ی اینورتر خانگی، یک منبع DC (باتری) از طریق اتصال مرکز سیم‌پیچ اولیه به یک ترانسفورماتور متصل می‌شود. یک سوییچ به سرعت به عقب و جلو حرکت می‌کند تا جریان را درون باتری جاری سازد و سپس آن را از یک سوی سیم‌پیچ اولیه به سوی دیگر عبور دهد.

تناوب مسیر جریان در سیم‌پیچ اولیه‌ی ترانسفورماتور در مدار ثانویه، یک جریان متناوب (AC) ایجاد می‌نماید. مقدار این جریان ۲۳۰/۱۱۰ ولت بوده و تمام دستگاه‌های الکتریکی را تغذیه می‌کند.

بازدهی پاور اینورتر خانگی

کیفیت شکل موج خروجی (۲۳۰ ولت AC) از اینورتر نشان دهنده‌ی بهره‌وری آن است. کیفیت شکل موج خروجی اینورتر با استفاده از داده آنالیز فوریه ارائه می‌شود تا اعوعاج هارمونیکی کل (THD) محاسبه گردد. THD جذر دوم مجموع جذرهای ولتاژ هارمونیک است که بر مقدار ولتاژ اولیه تقسیم می‌شود.

THD = √ V2 2 + V3 2 + V4 2…………. Vn 2 / V1

انواع پاور اینورترها

پاور اینورترها بر اساس شکل موج خروجی خود در سه دسته جای می‌گیرند. اینورترهای موج سینوسی، موج سینوسی اصلاح شده و موج مربعی.

پاور اینورتر موج سینوسی

جریان متناوب، ولتاژهای متغیری دارد که از مثبت تا منفی در گردش است. توان دریافتی از شبکه با دقت تنظیم می‌شود تا یک موج سینوسی خالص به دست بیاید و همچنین این موج سینوسی کمترین مقدار توان رادیویی را در طول انتقال از راه دور می‌تاباند. اما تولید موج سینوسی در اینورتر هزینه‌های فراوانی خواهد داشت. کیفیت آن فوق‌العاده است و تقریبا تمامی لوازم الکترونیکی به وسیله‌ی یک اینورتر موج سینوسی تغذیه خواهند شد.

موج سینوسی همان شکل موج AC است که از خطوط خانگی و ژنراتور دریافت می‌کنیم. مزیت اصلی اینورتر موج سینوسی این است که تمامی لوازم خانگی برای کار با موج سینوسی AC طراحی شده‌اند. یکی دیگر از مزیت‌های موج سینوسی این است که شکلی از یک ولتاژ بالای نرم گذراست و نوسان‌های هارمونیک ندارد که ممکن است موجب ایجاد نیروهای مخالف ناخواسته بر روی موتورها، تداخل در تجهیزات رادیویی و جریان ضربه‌ای بر روی کندانسور شود.

موج سینوسی اصلاح شده یا موج شبه سینوسی

موج سینوسی اصلاح شده به دلیل هزینه‌های فراوان تولید موج سینوسی، با هدف شبیه سازی یک موج سینوسی طراحی شده است. این شکل موج از یک سطح هموار از ولتاژ مثبت، کاهش ناگهانی به صفر برای یک مدت کوتاه، و کاهش دوباره به سطح هموار ولتاژ منفی تشکیل شده است. سپس دوباره به صفر برگشته و مثبت می‌شود. این وقفه‌ی کوتاه در ولتاژ صفر تا ۵۰ هرتز فرکانس اصلی AC ایجاد می‌کند که بیش‌تر از یک موج مربعی ساده است.

اینورترهایی که موج سینوسی ایجاد می‌کنند قادر به تغذیه‌ی بیش‌تر لوازم خانگی هستند. می‌توان گفت که بسیار مقرون به صرفه هستند اما مشکلاتی در برخی لوازم الکترونیکی از جمله مایکروویوها، پرینترهای لیزری، ساعت‌های دیجیتالی و برخی از سیستم‌های صوتی ایجاد می‌کنند. ۹۹% از لوازم الکترونیکی به خوبی با موج سینوسی اصلاح شده اجرا می‌شوند.

وسایلی همچون SCR (یکسوساز کنترل شده‌ی سیلیکونی) در بخش منبع توان با موج سینوسی اصلاح شده عملکرد نامناسبی از خود نشان می‌دهند. SCR گوشه‌های تیز موج سینوسی را به عنوان یک ناخالصی شناسایی نموده و آن وسیله را مسدود می‌کند. بسیاری از پرینترهای لیزری بدین شکل عمل می‌کنند و به همین خاطر اینورترها و یو پی اس‌هایی که توان موج سینوسی ایجاد می‌کنند، قادر به تغذیه‌ی آن‌ها نخواهند بود. بیش‌تر انواع فن‌ها در هنگام استفاده از اینورترهای موج سینوسی، سر و صدای زیادی تولید می‌کنند.

اینورتر برق موج مربعی

این ساده‌ترین شکل موج خروجی موجود در ارزان‌ترین نوع اینورترهاست. آن‌ها بدون ایجاد هیچ مشکلی، تجهیزات کوچک را تغذیه می‌کنند. ولتاژ موج مربعی به سادگی با استفاده از یک نوسانگر ساده ایجاد می‌شود. با کمک یک ترانسفورماتور، ولتاژ موج مربعی تولید شده به مقدار ۲۳۰ ولت AC یا بالاتر تبدیل می‌شود.

اصطلاحات مربوط به اینورتر

وات (w)

وات مقیاس مقدار توان مصرفی یا تولیدی یک دستگاه روشن است. اگر یک دستگاه ۱۰۰ وات مصرف دارد، این مقدار با ضرب ولتاژ در آمپر (نرخ جریان) به دست خواهد آمد. در صورتی که یک دستگاه ۱۰ آمپر در ۱۲ ولت DC مصرف دارد، یعنی ۱۲۰ وات توان مصرف می‌کند. که به صورت 10A x 12 V = 120 W نشان می‌دهیم.

وات ساعت (WH)

وات ساعت (یا کیلو وات ساعت – kWh) مقدار وات یا ساعت‌های استفاده یک دستگاه را نشان می‌دهد. اگر یک دستگاه ۱۰۰ وات در ۱۰ ساعت مصرف دارد، یعنی مقدار مصرف توان این دستگاه ۱۰۰۰ وات یا ۱ kWh است. تعرفه‌ی برق بر اساس کیلو وات ساعت محاسبه می‌شود.

آمپر (A)

آمپر مقیاس جریان الکتریکی در لحظه است. آمپرها در تعیین اندازه‌ی سیم برای اتصال اینورتر به باتری از اهمیت بالایی برخوردار هستند. سیم‌های نازک‌تر داغ شده و در صورتی که جریان سنگین از باتری درون آن‌ها جریان یابد، خواهند سوخت.

آمپر ساعت (Ah)

آمپر ساعت معمولا به صورت اختصاری Ah یعنی آمپر ضربدر زمان نوشته می‌شود. Ah مقیاس ظرفیت باتری است که زمان پشتیبانی اینورتر را مشخص می‌کند.

ولت آمپر (VA)

ولت آمپر حداکثر ظرفیت بار اینورتر را نشان می‌دهد. اغلب اینورترها 500 VA, 800 VA, 1000 VA, 1500 VA هستند.

توان در اینورتر

حداکثر توان و توان متوسط یا معمولی

یک اینورتر به توان حداکثری یا توان ناگهانی و توان معمولی یا متوسط نیاز دارد. توان حداکثری، حداکثر توانی است که اینورتر می‌تواند برای مدت کوتاهی تامین کند. برخی از لوازم دارای جریان سنگین مثل موتور و یخچال برای استارت زدن به توان حداکثری بیشتری نسبت به زمان اجرا نیاز دارند. توان معمولی، توانی است که اینورتر بر مبنای ثابت تامین می‌کند. مقدار این توان اغلب از مقدار توان حداکثری کمتر است. کاربرد توان معمولی تخمین ظرفیت باتری است. به همین دلیل اینورترها می‌بایست برای بار حداکثری و توان مداوم معمولی «اندازه‌گیری» شوند.

درجه‌بندی توان اینورتر

اینورترها در اندازه‌های مختلف از 50VA تا 50000VA موجود هستند. اینورترهای بزرگ‌تر از  11000VA به ندرت در مصارف خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اولین نکته‌ای که در مورد سیستم‌های اینورتر می‌بایست در نظر داشته باشید، توان حداکثری و منبع جریان یکنواخت است. درجه‌بندی برق معمولا به مقدار وات بسیار زیاد در چندین ثانیه انجام می‌گیرد. این یعنی اینورتر قادر است در مدت زمان کوتاهی، بار اضافی آن مقدار وات را مدیریت کند. این «ظرفیت برق» به‌طرز چشمگیری میان اینورترها و حتی در یک برند نیز نسبتا متغیر است. به‌طور کلی نرخ برق ۳ تا ۱۵ ثانیه‌ای برای تغذیه‌ی ۹۹% از لوازم الکترونیکی کافی خواهد بود.

مصرف جریان

مصرف جریان اینورتر، با توجه به مقدار وات مصرفی لوازم الکترونیکی، با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود.

W/V = I که در این فرمول I مقدار جریان به آمپر است، W مقدار وات مصرفی لوازم الکترونیکی و V هم ۱۲ ولت (ولتاژ باتری).

وات

مقدار وات مصرفی یک وسیله با استفاده از فرمول محاسبه می‌گردد.

V x I = W که در اینجا V همان ۲۳۰ ولت AC است و I مقدار مصرف جریان می‌باشد. مقدار وات مصرفی معمولا در پشت وسیله‌ی الکترونیکی و در کنار سیم برق ثبت می‌شود.

V A

نشان‌دهنده‌ی اندازه (ظرفیت) اینورتر است. برای انتخاب اینورتر در اندازه‌ی مناسب، می‌توانید از این فرمول استفاده کنید.

x W = VA هدررفت اینورتر. مقدار هدررفت اینورتر معمولا حدود ۱.۱۵ است. در صورتی که مقدار کل بار متصل به اینورتر ۴۰۰ وات باشد، حداقل اندازه‌ی اینورتر می‌بایست 400×1.15 شود. یعنی 400VA. پس 500VA برای بار مناسب خواهد بود.

آمپر ساعت (Ah)

ظرفیت باتری به صورت Ah نمایش داده می‌شود. این مقدار جریانی است که یک باتری می‌تواند در طول یک ساعت چرخه‌ی شارژ/ تخلیه‌ی شارژ تامین کند. باتری‌های با ظرفیت بالا (100 Ah, 150 Ah) در پاور اینورترها برای دستیابی به زمان پشتیبانی کافی مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرمول انتخاب توان باتری (Ah) مقدار بار به وات/ولتاژ باتری x ساعت پشتیبان.

مثلا اگر قصد دارید که یک بار ۴۰۰ واتی را با یک باتری ۱ ولتی و برای ۳ ساعت به کار بیاندازید، ظرفیت باتری باید حداقل ۱۰۰Ah باشد. در صورتی که بار افزایش یابد (در ظرفیت اینورتر)، زمان پشتیبانی کاهش خواهد یافت.

انتخاب بهترین پاور اینورتر خانگی

پیش از انتخاب یک اینورتر، لازم است که توان مصرفی لوازم الکترونیکی متصل به اینورتر را محاسبه کنید.

باید توجه داشته باشید که مصرف توان (تخلیه‌ی جریان) هنگام کاهش ولتاژ، افزایش می‌یابد. زمانی که ولتاژ ورودی در خطوط منبع خانگی از ۲۳۰VAC به ۲۰۰VAC کاهش می‌یابد، مقدار مصرف جریان لوازم الکترونیکی افزایش می‌یابد. مثلا یک بار ۳۰۰ واتی (مثل یخچال) که با ۲۳۰ ولت کار می‌کند، ۱.۴ آمپر در ساعت مصرف خواهد داشت. اگر ولتاژ خط در طول ساعات اوج مصرف (۱۸ تا ۲۱) به ۲۰۰ ولت کاهش یابد، همین بار ۱.۵ آمپر مصرف می‌کند. پس توصیه می‌شود که در زمان اوج مصرف برق، دستگاه‌های پر مصرف را خاموش کنید.

به این ترتیب در کنار صرفه جویی در مصرف برق، هزینه‌های قبض برق را نیز کاهش می‌دهید. اگر بارهای سنگین به اینورتر متصل باشند، ولتاژ باتری در مدت زمان کوتاهی از ۱۳.۵ به ۱۲ ولت کاهش می‌یابد. به این ترتیب زمان پشتیبانی نیز کمتر خواهد شد. پس بهتر است که تنها بارهای سبک‌تر مثل پنکه، چراغ‌ها و تلویزیون را به خطوط اینورتر وصل کنید.

مصرف جریان در لوازم الکترونیکی خانگی

جدول زیر مقدار مصرف توان لوازم الکترونیکی خانگی معمولی را نشان می‌دهد.

محاسبه‌ی توان

پیش از خرید اینورتر لازم است که میزان توان مورد نیاز بارهایی که به آن متصل خواهند شد را محاسبه کنید. اینورتر متوسط (500VA تا 800VA) برق بیشتر لوازم خانگی سبک را تامین خواهد نمود.

در صورتی که دو پنکه، دو لامپ مهتابی و یک تلویزیون داشته باشید، مصرف توان کل شما در حدود ۳۸۰ وات خواهد بود. هدر رفت توان در اینورتر حدود ۱.۱۵ خواهد بود. پس ظرفیت اینورتر باید حداقل 380x 1.15 باشد. که می‌شود 437VA. اندازه‌ی مناسب 500VA خواهد بود. مقدار مصرف اینورتر معمولا به VA (ولت آمپر) نشان داده می‌شود.

زمان پشتیبانی اینورتر با توجه به نوع و ظرفیت باتری آن متغیر است. ظرفیت باتری به صورت Ah (آمپر ساعت) نشان داده می‌شود. برای تغذیه‌ی کل خانه (مثلا ۳۰۰۰ وات)، به برنامه‌ریزی دقیق‌تری نیاز خواهید داشت. یک اینورتر ۵ کاوا در این شرایط ضروری خواهد بود. اما واضح است که تمامی لوازم به‌طور همزمان روشن نخواهند بود. پس یک اینورتر با ظرفیت بالا گزینه‌ی خوبی است، زیرا در صورتی که بار بالاتر از ظرفیت اینورتر شود، نتایج وحشتناکی به دنبال خواهد داشت.

اگر یک اینورتر ۴ ولتی با باتری ۲۴ ولتی استفاده می‌کنید، زمان پشتیبانی دو برابر خواهد شد. اما هزینه‌ی اینورتر و باتری در مقایسه با اینورتر و باتری ۱۲ ولتی بیشتر خواهد بود.

هدر رفت توان در اینورتر و مصرف جریان در طول شارژ شدن

هیچ یک از پاور اینورترها به تنهایی عملکرد بی نقصی نخواهند داشت. کارکرد هر اینورتر به عوامل بسیاری از جمله بار مصرفی، بهره‌وری باتری و دوام آن بستگی دارد. اینورتر در زمانی کارکرد خود داغ شده و ترانسفورماتور گرما را پراکنده می‌سازد. پس مقداری از انرژی هدر رفته و سبب کاهش بهره‌وری می‌شود. شارژ مناسب باتری و کارآیی آن در نگهداری شارژ دو عامل بسیار کلیدی هستند. ولتاژ ورودی از خطوط AC برای شارژ مناسب باتری می‌بایست نزدیک به ۲۳۰ ولت باشد. این مقدار برای باتری‌هایی که به طور کامل شارژ شده باشند، ۱۳.۸ ولت خواهد بود.

اینورتر باید به محض کاهش ولتاژ باتری به ۱۲ ولت، روی حالت شارژ کردن قرار گیرد. شارژ کردن جریان به مدت زمانی که برای کامل کردن روند شارژ صرف می‌شود و البته «شرایط شارژ» باتری بستگی دارد. اگر شارژ یک باتری تا ۸۰% تخلیه شود، به ۵ تا ۷ آمپر جریان برای شارژ کردن آن در چند ساعت اول نیاز داریم. سپس جریان به ۵۰۰ میلی آمپر یا کمتر کاهش می‌یابد. یک باتری با شارژ کامل هر جریانی را قبول نمی‌کند. بیش‌تر اینورترها دو حالت charging-boost و trickle charging دارند. در طول boost charging حدود ۵ تا ۷ میلی آمپر از جریان و در طول trickle charging تنها ۲۵ تا ۵۰ میلی آمپر جریان استفاده می‌شود.

ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: electroschematics
منبع تصاویر: aimscorp, cansoft