Arabic
تتعطل الأنظمة الكهروضوئية بطرق تبدو بسيطة كل على حدة، لكنها مكلفة مجتمعة. قوس كهربائي بالتيار المستمر لا ينطفئ أبدًا. مصهر ينفجر في صباح غائم. موجة تيار عالية تدخل عبر كابل النظام الكهروضوئي بدلاً من شبكة الكهرباء الرئيسية. تقع كل واحدة من هذه المشكلات في جانب التيار المستمر، وتعود كل منها إلى قرار متعلق بالحماية تم اتخاذه في مرحلة التصميم.
يغطي هذا الدليل التصميم الكامل لنظام حماية التيار المستمر في منشأة الطاقة الكهروضوئية — بدءًا من خرج المصفوفة مرورًا بصندوق التجميع، وصمامات الحماية للسلسلة، وتحويل التيار الزائد، وقاطع التيار الرئيسي، وصولاً إلى مدخل العاكس. وقد أُعد هذا الدليل للمهندسين والمسؤولين الفنيين عن المشتريات الذين يحتاجون إلى تحديد السلسلة بأكملها بشكل متسق، بدلاً من تجميعها من أجزاء يتم اختيارها بشكل منفصل.
يتم توفير الحماية لجانب التيار المستمر على شكل طبقات، وتتعامل كل طبقة مع نوع مختلف من الأعطال. ولا يمكن استبدال هذه الطبقات ببعضها البعض، كما أن وجود ثغرة في أحد المستويات لا يمكن تعويضه بجهاز أقوى في مستوى آخر.
أنواع الأعطال الثلاثة التي يجب أخذها في الاعتبار عند التصميم هي: التيار الزائد المستمر (تدهور العزل، اختلال توازن التيار الناجم عن التظليل، عطل أرضي)،, الجهد الزائد العابر (البرق، الاضطرابات العابرة في الدوائر الكهربائية، أحداث الشبكة)، و أعطال القوس الكهربائي, ، والتي تجمع بين الاثنين وتُعد الأكثر تدميرًا في أنظمة الطاقة الكهروضوئية لأن التيار المستمر لا ينطفئ تلقائيًا عند نقطة التقاطع مع الصفر.
في ظل هذه الخلفية، توجد خمس طبقات بين المصفوفة والمحول. وسيتم تناول كل طبقة أدناه بالترتيب الذي تظهر به فعليًّا في الدائرة.
يتم تزويد كل سلسلة كهروضوئية بفتيل خاص بها عند نقطة دخول السلسلة إلى صندوق التجميع. وتتمثل مهمته في وظيفة محدودة ومحددة: عزل السلسلة المعطلة بحيث تستمر السلاسل المتبقية في الإنتاج. وبدون هذا الفتيل، يمكن لخطأ أرضي واحد في سلسلة واحدة أن يتسبب في تعطل المجموعة بأكملها.
قاعدة تحديد الحجم راسخة تمامًا. اختر مصهرًا تبلغ سعته ما بين 1.25 و1.5 ضعف تيار الدائرة القصيرة للسلسلة (Isc), ، ثم تحقق من خلال منحنى التيار مقابل الزمن من أن التيار ينقطع في غضون أقصى مدة يمكن للموصل تحملها. يمنع الحد الأدنى الانفجار غير المرغوب فيه الناتج عن التيار الاندفاعي والتغيرات المؤقتة المعتدلة في الإشعاع؛ بينما يضمن الحد الأعلى حماية الموصل.
يجب أن تكون الصمامات الكهروضوئية نوع gPV، مطابق للمعيار IEC 60269-6. تم وضع هذا المعيار خصيصًا لسلاسل الخلايا الكهروضوئية، وهو يعالج مشكلة لا تحلها الصمامات العادية للتيار المستمر: فعندما يذوب عنصر الصمام داخل سلسلة التيار المستمر، تحافظ البلازما المحيطة على قوس كهربائي لا ينطفئ تلقائيًا عند وصول التيار إلى الصفر، لأن التيار المستمر لا يعبر نقطة الصفر. يتم اختبار مصاهر gPV لهذه المهمة — عند 1.35 ضعف التيار المقنن لاختبار التحمل الخاص بالخلايا الكهروضوئية، مع التحقق من سعة القطع المقننة عند الجهد الفعلي للنظام.
يُعد استخدام مصهر تيار مستمر عام الغرض مصمم لتحمل نفس القيمة التيارية بديلاً شائعًا ومكلفًا. فقد يجتاز هذا المصهر اختبارًا معملياً عند 250 فولت تيار مستمر، ومع ذلك يفشل في قطع التيار كما هو متوقع عند 1000 فولت تيار مستمر.
GA&DA’s الصمامات وحوامل الصمامات تشمل المجموعة وصلات الصمامات gPV مثل سلسلتي GD-12PV وGD-13PV، مقترنة بقواعد الصمامات من سلسلة GDPV المخصصة للتركيب على سكة DIN أو على اللوحة داخل العلبة.
يعمل جهاز الحماية من الطفرات الكهربائية على تقييد الجهد الزائد العابر إلى مستوى يمكن للمعدات الموجودة بعده تحمله. وهو لا يمتص الجهد الزائد المستمر، ولا يقطع تيار العطل — فهذه هي مهمة المصهر والقاطع الكهربائي الموجودين خلفه. ويُعد هذا التقسيم في المهام أكثر النقاط التي يُساء فهمها في مجال حماية الأنظمة الكهروضوئية.
يُستخدم نوعان من الأجهزة في جانب التيار المستمر:
المعلمة المهمة في جانب التيار المستمر هي Uc, ، والذي يجب أن يساوي الجهد الأقصى للنظام أو يتجاوزه، إلى جانب إيماكس, ، والذي يجب أن يغطي تيار العطل المتاح حتى يمكن تنسيق الصمامات الاحتياطية بشكل صحيح. ومن الأخطاء الشائعة تحديد القيمة Imax عند مستوى أقل بكثير من تيار الدائرة القصيرة المتوقع، مما يجعل التنسيق الصحيح للصمامات أمراً مستحيلاً.
يتم توفير أجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية من النوع 1 والنوع 2 من GA&DA، بما في ذلك سلسلتي G2015PV-BC وG2040PV-BC، مع مراعاة التنسيق الاحتياطي للتيار المستمر.
صندوق التجميع هو المكان الذي تلتقي فيه الطبقتان 1 و2 فعليًّا، إلى جانب الحماية الرئيسية المجمعة. وتحتوي الوحدة المُصممة وفقًا للمواصفات الصحيحة على مصاهر سلسلة، وجهاز حماية من الجهد الزائد للتيار المستمر (SPD) مزود بحماية احتياطية، وقاطع دوائر تيار مستمر (MCB) أو قاطع دوائر تيار مستمر مع مفتاح (MCCB) على جانب الإخراج، وعازل قابل للقفل — كل ذلك في غلاف واحد ذي قيمة Uc محددة، وتصنيف تيار محدد، وتصنيف IP محدد.
يُعد تكوين كل من قاطع الدائرة الكهربائية (MCB) للتيار المستمر وجهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية (SPD) للتيار المستمر في نفس العلبة ممارسة معتادة في الأنظمة التجارية، حيث يؤدي كل منهما وظائف متميزة لا تتداخل مع بعضها. يعمل جهاز SPD على تثبيت التيار العابر؛ بينما يوفر قاطع الدائرة MCB الحماية من الحمل الزائد وقصر الدائرة للكابلات الموجودة في اتجاه التدفق ومدخل العاكس. ويؤدي اختيار جهاز SPD دون حماية احتياطية منسقة، أو قاطع دوائر دون تحويل للاندفاعات، إلى وجود ثغرة حقيقية.
يجب أن تتناسب العلبة نفسها مع البيئة المحيطة. تناسب العلب البلاستيكية ذات تصنيف IP65 معظم الاستخدامات السكنية والتجارية الداخلية؛ أما الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304 أو 316L فهو الخيار الصحيح للمواقع الساحلية والبحرية والصناعية حيث يُعد التآكل عاملاً حاسماً. انظر مجموعة صناديق تجميع الطاقة الشمسية من شركة GA&DA للاطلاع على التكوينات المتاحة.
يوفر قاطع التيار المستمر الرئيسي نقطة عزل مرئية وقابلة للقفل للمصفوفة بأكملها. ويجب أن يكون مصممًا للتيار المستمر بما يتناسب مع جهد النظام — ومن الأخطاء الشائعة تركيب مفتاح مصمم للتيار المتردد على جانب التيار المستمر، مما قد لا يؤدي إلى قطع القوس الكهربائي بشكل موثوق ويمنح المشغلين ثقة زائفة.
في المنشآت الكبيرة، يُستخدم هنا قاطع دوائر تيار مستمر (MCCB) بدلاً من قاطع التوصيل، مما يوفر عزلًا وحماية من التيار الزائد في آن واحد. وتغطي سلسلة قواطع التيار المستمر (MCCB) من GA&DA، بما في ذلك وحدات GDDC(M)1 المصنفة حتى 1000 فولت، هذا الغرض.
عادةً ما تحدد الشركة المصنعة للمحول مواصفات حماية مدخلات المحول، ولكن لا يتم تحديد مواصفات الجانب الخاص بالتيار المستمر من الكابل الممتد بين صندوق التجميع والمحول. ويحتاج هذا الكابل إلى حماية خاصة به من التيار الزائد لمواجهة حالات التيار الزائد التي تنشأ بين الجهازين.
ما يجب التحقق منه في هذه الواجهة هو أقصى جهد دخل تيار مستمر للمحول مقابل القيمة المحسوبة لـ Voc للمصفوفة، بعد تعديلها. ويُعد عدم التوافق في هذه الحالة أحد الأسباب الرئيسية لتلف المحول ونزاعات الضمان، وهو مسألة تتعلق بالتوثيق بقدر ما تتعلق بالجانب التقني.
يحدد جهد النظام القيم الاسمية لكل جهاز في سلسلة التيار المستمر، لذا يتم تحديده قبل تحديد أي من هذه الأجهزة. ويكون الاختيار بين 1000 فولت و1500 فولت تيار مستمر، ورغم أن هذا الأمر يُنظر إليه أحيانًا على أنه قرار يتعلق بالتكلفة فقط، إلا أن آثاره تمتد لتشمل التصميم بأكمله.
بالنسبة لأي سعة مركبة معينة، يؤدي مضاعفة جهد النظام إلى خفض التيار إلى النصف. وهذا يقلل من المقطع العرضي للموصلات في الجانب الخاص بالتيار المستمر، ويقلل من المقطع العرضي للقضبان الموصلة ومسارات التيار داخل العلبة، ويسمح باستخدام مصاهر ذات قيم تصنيفية أصغر لنفس الطاقة. وفي المنشآت الكبيرة، تكون هذه الوفورات كبيرة، لأن كابلات التيار المستمر عادةً ما تكون الجزء الأغلى في المنشأة.
ويتمثل الثمن في نطاق أضيق من الأجهزة. فليس كل مصهر أو جهاز حماية من الجهد الزائد (SPD) أو عازل أو قاطع تيار متاحًا بجهد 1500 فولت، كما أن المكونات المتوفرة تكون أعلى سعرًا. قد تختلف تصنيفات العلب أيضًا — فسلسلة GA&DA GDS-PV البلاستيكية مصنفة حتى 500 فولت تيار مستمر، بينما تتحمل السلسلة المعدنية GDT-PV 1000 فولت.
هناك ثلاثة قيود تحدد هذا القرار:
النتيجة العملية: جهد النظام ليس متغيرًا حرًّا. فهو ينبع من اختيار العاكس، وبالتالي يجب التحقق من توافق كل جهاز يعمل بالتيار المستمر معه. وهذا هو السيناريو الأكثر شيوعًا لظهور نظام الجهد المختلط — على سبيل المثال، عند استبدال أحد العواكس دون إعادة تهيئة المصفوفة، مما يترك بعض أجهزة التيار المستمر تعمل بجهد أقل من جهد التشغيل الجديد.
لا يمكن استبدال أجهزة الحماية من الاندفاعات الكهربائية للتيار المستمر (DC) بتلك الخاصة بالتيار المتردد (AC)، والفرق بينهما يمثل قرارًا تصميميًا له عواقب حقيقية. تعتمد أجهزة الحماية من الاندفاعات الكهربائية للتيار المتردد (AC SPD) على مرور الجهد عبر نقطة الصفر مرتين في كل دورة، مما يساعد على إطفاء القوس الكهربائي بعد توصيل موف (MOVs). أما أجهزة الحماية من الاندفاعات الكهربائية للتيار المستمر (DC SPD) فلا يمكنها الاعتماد على ذلك، ولهذا السبب يتم تصنيع أجهزة التيار المستمر بطريقة مختلفة وتتمتع بمواصفات تصنيفية مختلفة.
تتمثل الممارسة المتبعة في التركيب في أن الحماية من التيار المستمر تتم في صندوق التجميع ومرة أخرى عند مدخل العاكس، بينما تتم الحماية من التيار المتردد في لوحة التوزيع الرئيسية وفي لوحة التوزيع الفرعية النهائية، وفقًا للمعيار IEC 60364-5-534. إن تركيب جهاز مصمم للتيار المستمر على جانب التيار المتردد يؤدي إلى إهدار الجهاز؛ أما تركيب جهاز مصمم للتيار المتردد على جانب التيار المستمر فهو غير آمن.
لا تعمل الحماية كسلسلة إلا إذا كانت خاصية التصفية لكل جهاز متوافقة مع الجهاز التالي. والعلاقات الحاسمة هي:
عندما يتم التحقق من هذه العلاقات في مرحلة التصميم، فإن الأمر يكون روتينيًا. أما عندما يتم التحقق منها بعد الشراء، فإنها تؤدي إلى نشوب نزاعات.
أصبحت الحماية من أعطال القوس الكهربائي في التيار المستمر جزءًا مهمًا من التصميم الحديث للأنظمة الكهروضوئية، ويستحق تفاعلها مع بقية سلسلة الحماية أن يتم تناوله بشكل منفصل.
والسبب في أهمية ذلك يقتصر على التيار المستمر (DC). ففي نظام التيار المتردد (AC)، من المرجح أن يستمد عطل القوس الكهربائي الذي يتطور إلى عطل بين الخط والأرض تيارًا كافيًا لتشغيل جهاز حماية من التيار الزائد أو مصهر. أما في جانب التيار المستمر (DC)، فقد يظل التيار المطلوب للحفاظ على القوس الكهربائي أقل من عتبة التيار الزائد — فيستمر القوس في التوصيل دون سحب تيار كافٍ لتشغيل أي جهاز حماية، ويستمر في إتلاف الموصلات حتى يتحول إلى حريق.
تعالج أجهزة الكشف عن التيار المتبقي للتيار المستمر (DC) هذه المشكلة من خلال رصد الفرق بين التيار الصادر والتيار العائد في موصلات التيار المستمر، وهو ما يحدث عندما يسلك التيار مسارًا غير مقصود بدلاً من العودة عبر الدائرة المقصودة. وعند تركيبها، يتم وضعها على جانب التيار المستمر، عادةً عند العاكس أو عند نقطة تجميع دوائر التيار المستمر، ويتم اختيار عتبة تشغيلها بحيث تكتشف تيار التسرب الناتج عن قوس كهربائي ناشئ بدلاً من الظروف المزعجة.
هناك ثلاث نقاط تنسيق مهمة. أولاً، يجب التحقق من وقت استجابة جهاز RCD للتيار المستمر (DC RCD) وحساسيته مقارنةً بسلوك العاكس عند انقطاع مدخلات التيار المستمر — حيث يجب أن يتوقف العاكس بشكل سليم بدلاً من الاستمرار في محاولة سحب التيار. ثانياً، لا يحل جهاز RCD للتيار المستمر محل الصمامات؛ بل يكمل الطبقات من 1 إلى 5 من خلال الكشف عن نوع من الأعطال لا تستطيع تلك الطبقات اكتشافه. ثالثاً، يجب أن يكون الجهاز مصنّفاً لجهد نظام التيار المستمر وتيار النظام، وهي فئة أضيق نطاقاً من نظيرتها في نظام التيار المتردد.
تحدد القوانين الكهربائية المحلية ما إذا كانت الحماية من أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر إلزامية أم موصى بها أم اختيارية، ويختلف ذلك باختلاف الولاية القضائية. وفي الحالات التي لا تفرض فيها القوانين ذلك، تظل هذه الحماية ذات أهمية في المنشآت الكبيرة، حيث تفوق تكلفة أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر التي لم يتم اكتشافها تكلفة الجهاز نفسه.
بالنسبة لأي تصميم لحماية التيار المستمر (DC) في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، يجب التأكد مما يلي قبل الشراء:
توفر شركة GA&DA سلسلة الحماية الكاملة التي تعمل بالتيار المستمر للأنظمة الكهروضوئية — صناديق تجميع الطاقة الشمسية في علب بلاستيكية وعلب من الفولاذ المقاوم للصدأ 304/316،, أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 1 والنوع 2 بما في ذلك النماذج الخاصة بـ PV، وgPV وصلات الصمامات وحواملها, ، وعلبة مصغرة من DC وعلبة مقولبة قواطع الدائرة الكهربائية. يمكن تحديد المكونات كوحدة تجميعية متناسقة واحدة، أو توريدها بشكل فردي وفقًا لمواصفات اللوحة الخاصة بكم.
