قد تتساءل: هل يقوم صندوق التجميع بتوصيل الألواح الشمسية على التوالي أم بالتوازي؟ نعم، إنه يفعل ذلك. يعمل هذا الجهاز على دمج عدة سلاسل من الألواح في مخرج واحد متوازي للعاكس الخاص بك. وتساهم هذه المرونة في تحسين الجهد والتيار. بدون صندوق التجميع، ستواجه تركيبًا فوضويًّا وغير آمن للأسلاك. يوفر الصندوق الحماية، مما يجعل التوصيلات التسلسلية والتوازية آمنة. تعمل مصاهر الصندوق على حماية كل سلسلة من الألواح. يمكنك اختيار توصيل الألواح الشمسية بشكل تسلسلي للحصول على جهد كهربائي أعلى، أو توصيلها بشكل متوازٍ للحصول على تيار كهربائي أعلى. يتعامل الجهاز مع كلا التكوينين بكفاءة.
النقاط الرئيسية
يعمل صندوق التجميع على ربط عدة سلاسل متسلسلة من الألواح الشمسية في مخرج واحد متوازي للعاكس.
يؤدي التوصيل التسلسلي إلى زيادة الجهد، بينما يؤدي التوصيل المتوازي إلى زيادة التيار.
يوفر صندوق التجميع مستوى أساسيًّا من السلامة من خلال تزويد كل سلسلة بقاطع دارة كهربائية لمنع تدفق التيار العكسي والحرائق.
اختر التوصيل التسلسلي للمسافات الطويلة لتقليل خسائر الأسلاك واستخدام كابلات أرق.
اختر التوصيل المتوازي لأنظمة البطاريات ذات الجهد المنخفض للحفاظ على جهد آمن مع زيادة التيار.
احرص دائمًا على مطابقة خرج صندوق التجميع مع نطاق جهد MPPT الخاص بالمحول لتحقيق الأداء الأمثل.
استخدم صندوق التوصيل كلما قمت بتوصيل عدة سلاسل متسلسلة بالتوازي لضمان السلامة والامتثال للمعايير.
هل يقوم صندوق التجميع بتوصيل الألواح الشمسية على التوالي أم بالتوازي؟
الإجابة عن السؤال حول ما إذا كان صندوق التجميع يربط الألواح الشمسية على التوالي أم بالتوازي هي إجابة أكثر تعقيدًا من مجرد اختيار أحدهما دون الآخر. فصندوق التجميع لا يُجبرك على اتباع طريقة توصيل واحدة. بل يعمل كنقطة تقاطع مركزية تتلاقى فيها عدة سلاسل متصلة على التوالي لتشكل مخرجًا واحدًا متوازيًا. تقوم أنت بنفسك بإنشاء التوصيلات التسلسلية، من لوح إلى لوح، قبل أن تصل الأسلاك إلى الصندوق. ثم يقوم صندوق التجميع بتجميع تلك السلاسل المُعدة مسبقًا.
مفترق طرق مركزي من أجل السلامة والنظام
اعتبر صندوق التجميع بمثابة محور نظام الأسلاك الخاص بمجموعة الألواح الشمسية. فبدونه، ستواجه تشابكًا في الكابلات الممتدة من كل لوحة مباشرةً إلى المحول. وهذا النهج يؤدي إلى الفوضى، ويزيد التكاليف، ويشكل مخاطر غير ضرورية.
تجميع سلاسل متعددة في سلسلة واحدة
لنفترض وجود محطة طاقة شمسية مكونة من 100 لوحة، حيث تنتج كل لوحة 10 أمبير. إن توصيل كل لوحة على حدة بالمحول سيتطلب كمية هائلة من الكابلات، ومسارات توصيل معقدة، وجهدًا كبيرًا من العمالة. ويتمثل الحل في تجميع كل 20 لوحًا في صندوق تجميع واحد، بحيث يصبح المجموع خمسة صناديق. ويقوم كل صندوق بتجميع السلاسل المخصصة له في مغذي إخراج واحد. ويؤدي هذا التجميع إلى تقليل عدد مسارات الكابلات الطويلة بشكل كبير، كما يقلل من تكاليف المواد وفقدان الطاقة على طول المسار.
تقليل عدد الأسلاك وتحسين تنظيم النظام
لا تقتصر المزايا التنظيمية على مجرد تقليل عدد الكابلات. فصندوق التجميع يعمل على توحيد إدارة التيار في موقع واحد يسهل الوصول إليه. وبذلك تحصل على تخطيط محسّن للكابلات مع عدد أقل من الموصلات التي تمر عبر ممتلكاتك. يصبح التثبيت أبسط لأنك تقوم بتوصيل عدد أقل من الكابلات المباشرة إلى العاكس. كما يصبح التوسع أسهل؛ حيث يمكنك إضافة ألواح إلى سلسلة موجودة أو إدخال سلسلة جديدة دون إعادة توصيل الأسلاك في النظام بأكمله. على النقيض من ذلك، فإن الموصلات الفرعية لا تربط سوى عدد قليل من الأسلاك معًا. فهي لا توفر أي مركزية، ولا حماية، ولا تخفيضًا ملموسًا في طول الكابلات.
توصيل سلاسل متسلسلة بالتوازي
والآن نصل إلى جوهر الموضوع. يعمل صندوق التجميع فقط كنقطة توصيل متوازية لعدة سلاسل. وهو لا يُنشئ توصيلات متسلسلة. فأنت تقوم بإجراء هذه التوصيلات في المرحلة السابقة عن طريق توصيل الأقطاب الموجبة والسالبة للألواح داخل كل سلسلة. ويقوم الصندوق ببساطة باستقبال تلك السلاسل المكتملة وربطها بشكل متوازٍ.
كيف يتعامل الصندوق مع الجهد الكهربائي الوارد من السلاسل المتصلة على التوالي
يتطلب فهم السلوك الكهربائي فهمًا واضحًا لما يحدث في كل تكوين. في سلسلة التوصيل التسلسلي، يتراكم الجهد بينما يظل التيار ثابتًا. وعندما تجمع عدة سلاسل معًا في صندوق التجميع، يتراكم التيار بينما يظل الجهد ثابتًا. لنفترض وجود مصفوفة 2S3P، أي لوحين متصلين تسلسليًّا في كل سلسلة و3 سلاسل متصلة بالتوازي. يقوم صندوق التجميع بدمج هذه السلاسل الثلاث. وينتج عن ذلك جهد يساوي ضعف جهد اللوحة الواحدة من الجزء المتسلسل، وتيار يساوي ثلاثة أضعاف تيار اللوحة الواحدة من مجموع التيارات المتوازية في الصندوق.
يعمل صندوق التجميع فقط كنقطة توصيل متوازية لعدة سلاسل؛ ولا يقوم بإنشاء توصيلات متسلسلة. يتم إجراء التوصيلات المتسلسلة عن طريق توصيل الأقطاب الموجبة (+) بالسلبية (–) داخل كل سلسلة قبل وصولها إلى صندوق التجميع.
في الدائرة التسلسلية، يتراكم الجهد بينما يظل التيار ثابتًا؛ أما في الدوائر المتوازية التي يتم دمجها في صندوق التجميع، فيتراكم التيار بينما يظل الجهد ثابتًا.
على سبيل المثال، في مصفوفة 2S3P (لوحتان متصلتان على التوالي في كل سلسلة، و3 سلاسل متصلة بالتوازي)، يقوم صندوق التجميع بدمج 3 سلاسل، مما ينتج عنه جهد يساوي ضعف جهد اللوحة الواحدة (من الجزء المتصل على التوالي) وتيار يساوي ثلاثة أضعاف تيار اللوحة الواحدة (من الجزء المتصل بالتوازي عند صندوق التجميع).
إذا قمت بالتوسع إلى نظام 3S3P، فإن الجهد يرتفع إلى ثلاثة أضعاف جهد اللوحة الواحدة (التوصيل التسلسلي)، في حين يظل التيار عند ثلاثة أضعاف تيار اللوحة الواحدة (التوصيل المتوازي عبر صندوق التجميع)، مما يدل على أن صندوق التجميع ييسر فقط جمع التيار المتوازي، في حين أن الزيادة في الجهد التسلسلي تحدث في المرحلة السابقة.
هذا التمييز مهم لأنه يفسر سبب إمكانية اختيار توصيل الألواح الشمسية على التوالي للحصول على جهد كهربائي مرتفع، أو توصيلها على التوازي للحصول على تيار كهربائي مرتفع. ويستوعب صندوق التوصيل كلا النهجين. ومع ذلك، فإن الحالة الاستخدامية النموذجية تتضمن توصيل سلاسل متتالية على التوازي. وتتيح لك استراتيجية التوصيل المتتالية-الموازية هذه تحقيق الجهد الذي يتطلبه العاكس الخاص بك، مع زيادة التيار لتلبية احتياجاتك من الطاقة.
توصيل كل سلك لمنع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس
يوفر صندوق التجميع وظيفة حاسمة أخرى تتجاوز مجرد التجميع البسيط. فكل سلسلة داخلة مزودة بصمام أمان أو قاطع دائرة خاص بها داخل الصندوق. وتمنع هذه الحماية من التيار الزائد تدفق التيار العكسي عبر السلسلة عند حدوث عطل. لنفترض أن لوحة واحدة في سلسلة ما تعرضت لقصير كهربائي. فبدون وجود مصهر، قد يتدفق التيار المجمع من السلاسل المتوازية الأخرى عكسيًا عبر تلك السلسلة التالفة، مما يؤدي إلى توليد الحرارة وربما نشوب حريق. يعمل المصهر على عزل السلسلة المعيبة بسرعة، مما يحمي كلًا من المعدات والممتلكات.
تمثل هذه الحماية ميزة أساسية مقارنة بموصلات الفروع. فهذه الأجهزة البسيطة لا تستطيع تلبية متطلبات الصمامات أو توفير الحماية من التيار العكسي التي يوفرها صندوق التجميع بأمان. وعند توصيل الألواح الشمسية بالتوازي، يجب توفير حماية لكل سلسلة على حدة. يوفر صندوق التجميع هذه الحماية في غلاف واحد منظم. يمنحك نهج التوصيل التسلسلي-الموازي هذا المرونة لتصميم مصفوفة تتوافق مع مواصفات مدخلات العاكس الخاص بك مع الحفاظ على معايير السلامة.
التوصيل التسلسلي للألواح الشمسية مقابل التوصيل المتوازي
تواجه خيارين أساسيين في توصيل الأسلاك عند تصميم مجموعتك الشمسية. ويؤدي كل تكوين إلى تغيير الخصائص الكهربائية لنظامك. إن فهم الأسباب التي تدفعك لاختيار أحدهما على الآخر يساعدك على مواءمة مجموعتك الشمسية مع متطلبات العاكس الخاص بك. ويستوعب صندوق التجميع كلا النهجين، لكن قرار توصيل الأسلاك يتم قبل دخولها إلى الصندوق. يؤثر اختيارك بشكل مباشر على الجهد الكهربائي، والتيار الكهربائي، وحجم الأسلاك، وسلامة النظام.
تؤدي الألواح الشمسية الموصلة على التوالي إلى زيادة الجهد الكهربائي
يربط التوصيل التسلسلي الطرف الموجب لأحد الألواح بالطرف السالب للوحة التالية. ويؤدي هذا التكوين التسلسلي إلى إنشاء مسار واحد لتدفق التيار. ويزداد الجهد الكهربائي مع كل لوحة تُضاف. ويظل التيار ثابتًا على طول السلسلة بأكملها. ويتمثل السبب الرئيسي لاختيار هذه الطريقة في الحصول على جهد كهربائي أعلى دون زيادة التيار.
عند زيادة الجهد، يظل التيار كما هو
يحكم هذا المبدأ كيفية تحديد حجم مجموعة الألواح الشمسية. لنفترض أن هناك لوحين تبلغ سعتاهما 40 فولت و5 أمبير. عند توصيلهما على التوالي، يولد النظام 80 فولت بتيار 5 أمبير. يتضاعف الجهد، لكن التيار لا يتغير.
القاعدة العامة: عندما يتم توصيل الألواح الشمسية على التوالي، يتجمع جهد الألواح معًا، لكن شدة التيار (التيار الكهربائي) تظل كما هي.
مثال ملموس: تنتج لوحان شمسيان تبلغ قدرة كل منهما 40 فولتًا و5 أمبير، عند توصيلهما على التوالي، جهدًا إجماليًّا يبلغ 80 فولتًا، بينما يظل التيار عند 5 أمبير.
يمكنك الحصول على جهد كهربائي أعلى دون الحاجة إلى زيادة قطر السلك. لماذا يُعد هذا الأمر مهمًا بالنسبة لتركيب صندوق التجميع الخاص بك؟ إن الجهد الكهربائي الأعلى يقلل من خسائر الطاقة أثناء النقل. وتوفر السلسلة الموصلة على التوالي طاقة أكبر بتيار أقل. وهذا يتيح استخدام سلك نحاسي أرق على المدى الطويل وصولاً إلى صندوق التجميع الخاص بك. وبذلك تتجنب التكلفة والحجم الكبير للكابلات ذات المقاسات الزائدة.
تقليل خسائر التوصيلات السلكية عبر المسافات الطويلة
تتعرض الكابلات الطويلة لخسائر مقاومية. حيث تتبدد الطاقة على شكل حرارة على طول الموصل. ويمكنك تقليل هذه الخسائر إلى الحد الأدنى عن طريق زيادة الجهد الكهربائي؛ فالجهد الأعلى ينقل نفس الطاقة بتيار أقل، والتيار الأقل يولد حرارة أقل في السلك. هذه العلاقة تجعل الألواح الشمسية الموصلة على التوالي هي الخيار المفضل للمصفوفات البعيدة عن العاكس. يمكنك توصيل زوج واحد من الأسلاك من السلسلة المتصلة إلى صندوق التجميع. ويؤدي أسلوب توصيل الألواح الشمسية بالتسلسل إلى خفض تكاليف النحاس بشكل كبير. ويعمل نظامك بكفاءة أكبر عندما تحافظ على انخفاض التيار عبر المسافات الطويلة.
يؤدي التوصيل المتوازي للألواح الشمسية إلى زيادة التيار
يؤدي التوصيل المتوازي إلى ربط جميع الأطراف الموجبة معًا وجميع الأطراف السالبة معًا. وهذا يخلق مسارات متعددة لتدفق التيار. ويزداد التيار مع كل لوحة تضيفها. ويظل الجهد ثابتًا عبر جميع الفروع. والسبب وراء اختيار التوصيل المتوازي هو الحفاظ على جهد ثابت مع زيادة التيار.
يتم إضافة التيار، بينما يظل الجهد كما هو
عند إجراء التوصيلات المتوازية، يتم جمع التيارات معًا. فعند توصيل لوحين بالطاقة بجهد 40 فولت وتيار 5 أمبير بشكل متوازٍ، ينتج عن ذلك جهد 40 فولت وتيار 10 أمبير. ويظل الجهد ثابتًا، بينما يتضاعف التيار. وبذلك تحصل على سعة تيار أكبر دون تغيير جهد النظام. ويُعد هذا التكوين مناسبًا للأنظمة التي تتطلب جهدًا محددًا. تعمل مجموعات البطاريات ذات الجهد المنخفض بجهد 12 فولت أو 24 فولت أو 48 فولت. تتيح لك الأسلاك المتوازية للألواح الشمسية إضافة المزيد من الألواح لزيادة تيار الشحن دون تجاوز الحد الأقصى للجهد المسموح به للبطارية. يزود كل فرع متوازي التيار بشكل مستقل. ولا تؤدي الألواح المظللة إلى انخفاض جهد المجموعة بأكملها.
أكثر ملاءمة لأنظمة البطاريات ذات الجهد المنخفض
تتطلب الأنظمة التي تعتمد على البطاريات مطابقة دقيقة للجهد الكهربائي. فمجموعة البطاريات ذات الجهد 12 فولت تتطلب جهد شحن يتراوح بين 14 و15 فولت. وتضمن الألواح الشمسية الموصلة بالتوازي الحفاظ على هذا النطاق الآمن. أما التوصيل التسلسلي فسيؤدي إلى تجاوز هذا الحد بسرعة. تنتج ثلاث ألواح بجهد 12 فولت عند توصيلها بالتسلسل جهدًا يبلغ 36 فولت. وهذا الجهد يتجاوز بكثير ما يمكن للبطارية تحمله. ويحل التوصيل بالتوازي هذه المشكلة. حيث يمكنك الحفاظ على الجهد عند مستوى آمن مع زيادة تيار الشحن. وهذا يقلل من وقت الشحن دون المخاطرة بإتلاف البطارية.
تتضمن هذه المقايضة ارتفاع التيار في الأسلاك. فالوصلات المتوازية تنقل تيارًا أكبر. ولذلك، ستحتاج إلى موصلات نحاسية أكثر سمكًا وصمامات أمان أكبر حجمًا. يجب أن تأخذ هذه التكاليف في الاعتبار أثناء التخطيط. يتولى صندوق التجميع إدارة هذه التوصيلات المتوازية بأمان، حيث يحتوي على مصاهر لكل فرع ويمنع حدوث تيارات عكسية خطيرة. هذا المزيج بين التوصيلات التسلسلية للجهد والتوصيلات المتوازية للتيار يُشكل استراتيجية التوصيل التسلسلي-المتوازي التي تستخدمها معظم المصفوفات الكبيرة. وبذلك تحصل على مزايا كلتا الطريقتين مع الحفاظ على السلامة.
لماذا يُعد صندوق التجميع عنصراً مهماً للسلامة
عند توصيل سلاسل الألواح بالتوازي، فإنك تنشئ شبكة يمكن لكل سلسلة فيها تزويد سلسلة أخرى بالتيار. ويتطلب هذا الترتيب حماية لا يمكن لموصلات الفروع البسيطة توفيرها. ويوفر صندوق التجميع هذه الحماية من خلال ثلاث وظائف أمان أساسية: الحماية من التيار الزائد لكل سلسلة، ونقطة فصل واحدة، وإدارة اختلالات التوازن بين السلاسل.
الحماية من التيار الزائد لكل سلسلة
كل سلسلة من الأسلاك التي تدخل صندوق التوصيل تحتاج إلى مصهر أو قاطع دارة خاص بها. وهذا الشرط ليس اختياريًّا. فالقانون الوطني للكهرباء ينص عليه بموجب المادة 690.9 الخاصة بالأنظمة الكهروضوئية. وبدون هذه الحماية، يمكن أن يتفاقم عطل واحد ليتحول إلى عطل كارثي.
صمامات أو قواطع كهربائية لكل سلسلة
تحتاج إلى مصاهر تيار مستمر (DC) مصنفة وفقًا لمعيار gPV لحماية كل سلسلة على حدة. تختلف هذه الصمامات المتخصصة عن الصمامات القياسية في جوانب حاسمة. فهي تقطع أقواس التيار المستمر عالية الجهد عند تصنيفات 1000 فولت أو 1500 فولت. كما أنها تتعامل مع تيارات الأعطال المنخفضة التي تتميز بها الأنظمة الكهروضوئية. وتعمل بشكل موثوق في درجات حرارة محيطة تزيد عن 70 درجة مئوية. يضمن تصنيف gPV، المعتمد بموجب معايير IEC 60269-6 و UL 248-19، قطع التيار على النطاق الكامل. وهذا يعني أن المصهر يوفر الحماية من كل من الحمل الزائد والدوائر القصيرة. أما مصاهر aM القياسية فتقطع الدوائر القصيرة فقط، مما يجعلك عرضة للتلف البطيء الناتج عن التيار الزائد.
منع اندلاع حريق ناجم عن قصر كهربائي في لوحة واحدة
تخيل ما يحدث في حالة عدم وجود مصاهر لكل سلسلة. افترض أن هناك لوحة مصنفة بقدرة خرج قصوى تبلغ 6 أمبير. وقمت بتوصيل 10 لوحات من هذا النوع بالتوازي. ثم حدث قصر داخلي في إحدى اللوحات. فتقوم اللوحات التسع الأخرى بتغذية التيار عكسيًّا إلى تلك السلسلة المعطلة. ويصل تيار العطل المتاح إلى 54 أمبير، وهو ما يتجاوز بكثير السعة المحددة لأسلاك اللوحة. تتراكم الحرارة بسرعة. ويصبح اندلاع حريق احتمالاً حقيقياً. يقوم المصهر الموجود في صندوق التجميع بقطع مسار التيار العكسي هذا قبل أن ترتفع درجة حرارة اللوحة أو أسلاكها بشكل مفرط. ينفتح المصهر، مما يعزل السلسلة المعطلة بينما تستمر بقية المجموعة في العمل.
نقطة فصل واحدة
كما يُعد صندوق التوصيل الخاص بك نقطة الإيقاف المخصصة لمجموعة الألواح الشمسية الخاصة بك. وتوفر هذه الوظيفة الحماية لك أثناء أعمال الصيانة وحالات الطوارئ. كما أنها تفي بمتطلبات اللوائح التنظيمية التي تضمن بقاء نظامك متوافقًا مع القوانين وقابلًا للتأمين.
الإغلاق الطارئ وسلامة الصيانة
تنص المواصفة NEC 690.15 على أن يكون مخرج التيار المستمر (DC) للمجمعات المثبتة على السقف مزودًا بقاطع تحميل داخلي أو على مسافة لا تزيد عن 6 أقدام من المجمع. ويجب أن يكون هذا القاطع قابلاً للتشغيل يدويًّا. تحتاج إلى هذه الميزة عند صيانة العاكس أو العمل على المصفوفة. يمكنك عزل النظام بأكمله من موقع واحد يسهل الوصول إليه. وبدون قاطع التيار هذا، ستواجه موصلات مشحونة بالكهرباء كلما قمت بأعمال الصيانة. وهذا الخطر غير مقبول لأي مالك للنظام.
الامتثال لمتطلبات الإغلاق السريع الخاصة بـ NEC
يتناول «القانون الوطني للكهرباء» (NEC) أيضًا الحماية من أعطال القوس الكهربائي في البند 690.11. وتتطلب أي دائرة تيار مستمر (DC) للطاقة الكهروضوئية تعمل بجهد 80 فولت أو أعلى توفير حماية من أعطال القوس الكهربائي. يوفر صندوق التجميع نقطة الكشف المثلى بالقرب من المصفوفة. يضيق هذا الموقع نطاق تحديد موقع العطل، ويقلل من وقت استكشاف الأعطال وإصلاحها، ويمنع الانقطاع غير المرغوب فيه الناجم عن مصادر داخلية. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب البند 690.13 من قانون الكهرباء الوطني (NEC) وجود قاطع تيار واحد يسهل الوصول إليه ومُعلَّم بشكل دائم بجهد النظام وتياره ووظيفته. يجب أن يكون القاطع الخاص بك ذو تصنيف جهد يساوي الجهد الأقصى للنظام وتصنيف تيار مستمر لا يقل عن 125% من التيار الأقصى للدائرة. توجد هذه المتطلبات لحمايتك وحماية أي من أفراد الطوارئ الذين قد يحتاجون إلى إيقاف تشغيل نظامك بسرعة.
التعامل مع اختلال توازن الأوتار
نادرًا ما تعمل الألواح الشمسية بنفس الأداء. فالظل، والتلوث، واختلافات درجات الحرارة، والتفاوتات التصنيعية تؤدي إلى حدوث تباينات بين المجموعات. وقد تتسبب هذه الاختلالات في حدوث تيارات عكسية خطيرة تهدد معداتك.
كيف تعمل الثنائيات الجانبية وصندوق المجمّع معًا
تعمل الثنائيات الجانبية الموجودة داخل كل لوحة على التخفيف من آثار التظليل الجزئي. فعندما تتعرض مجموعة من الخلايا للتظليل، توفر الثنائية مسارًا بديلاً للتيار. وهذا يمنع الخلايا المظللة من أن تصبح حملًا مقاومًا يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، فإن الثنائيات الجانبية لها حدودها. فهي لا تستطيع الحماية من التيار العكسي القادم من السلاسل المتوازية. وتأتي هذه الحماية من الصمامات الموجودة في صندوق التجميع. ويعمل النظامان معًا: حيث تتولى الثنائيات الجانبية معالجة المشكلات الداخلية للوحة، بينما تتولى صمامات السلاسل معالجة مخاطر التغذية العكسية الخارجية.
التعامل مع التيار العكسي الناتج عن سلاسل الألواح المظللة أو غير المتطابقة
يحدث التيار العكسي عند حدوث أعطال تؤدي إلى انقطاع الجهد. وتؤدي الوحدات المفقودة، والثنائيات المقصورة، والسلاسل الفرعية المفتوحة، وأعطال التأريض، والقطبية العكسية، إلى حدوث هذه الحالة. ولا يتسبب التظليل العادي وحده في حدوث التيار العكسي. ويبلغ مقدار التيار العكسي المتدفق إلى السلسلة المعطلة ما يقارب (عدد السلاسل المتوازية − 1) × تيار الدائرة القصيرة × 1.25. بالنسبة لمجمع مكون من 8 سلاسل مع وحدات تبلغ 13.9 أمبير، يصل هذا إلى حوالي 122 أمبير مقابل تصنيف تحمل الوحدة البالغ 25 أمبير. يجب أن يزيل المصهر هذا العطل بسرعة. ومع ذلك، قد يفشل مصهر السلسلة في إزالة العطل إذا كان تيار التغذية العكسية المتاح أعلى بقليل فقط من تصنيف المصهر. في هذه الحالة، يدخل المصهر منطقة عدم القطع ويستمر في التسخين إلى ما لا نهاية دون أن ينفتح. يجب تحديد حجم الحماية مع أخذ انخفاض السعة بسبب الحرارة في الاعتبار، والذي غالبًا ما يتراوح بين 0.7 و0.8 عند درجات حرارة داخلية تتراوح بين 60 و75 درجة مئوية. تحقق من حساباتك حسابيًا، وليس فقط عن طريق وضع رمز المصهر على المخطط. يجب استبدال أي وحدة تعرضت لتيار عكسي حقيقي. يمثل الحد الأقصى لتصنيف المصهر التسلسلي عتبة النجاة من الحريق، وليس حدًا للأداء.
يعمل صندوق التجميع على تحويل الترتيب المتوازي الخطير إلى نظام خاضع للرقابة ومحمي. وهو يوفر وظائف الحماية من الانصهار، وفصل التيار، وإدارة عدم التوازن التي تتطلبها مجموعتك الشمسية من أجل التشغيل الآمن.
العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار نظام الأسلاك الكهربائية
يعتمد قرارك بتوصيل الألواح الشمسية على التوالي أو بالتوازي على عدة قيود عملية. يتوافق صندوق التجميع مع كلا النهجين، لكن المحوّل وظروف الموقع وتكلفة الكابلات هي التي تحدد في النهاية التكوين الأمثل. إن فهم هذه العوامل يمنع الحاجة إلى إعادة تصميم مكلفة ويضمن تشغيل نظامك ضمن معايير آمنة.
حدود جهد الدخل للمحول
يحدد نطاق MPPT الخاص بالمحول الخاص بك نطاق الجهد الذي يجب أن توفره مجموعة الألواح الشمسية الخاصة بك. ويجب أن يقع جهد خرج صندوق التجميع ضمن هذا النطاق لتحقيق الاستفادة المثلى من الطاقة. ولا يمكنك الاكتفاء بمجرد مطابقة الجهد الاسمي فحسب؛ بل يجب أن تأخذ في الاعتبار تأثيرات درجة الحرارة التي تؤدي إلى تغير جهد الألواح على مدار اليوم.
نوع النظام السكني | نطاق جهد وصلة التيار المستمر النموذجي |
|---|---|
أحادي الطور | 300 فولت – 600 فولت |
ثلاثي الأطوار | 1100 فولت |
مواءمة خرج جهاز الدمج مع نطاق MPPT
يتم تحديد حجم سلاسل الخلايا بناءً على الحد الأقصى المتوقع لجهد الخلايا الكهروضوئية (PV)، وليس على جهد التشغيل العادي. ويشمل هذا الحساب تصحيح درجة الحرارة المنخفضة، لأن الألواح الباردة تنتج جهدًا أعلى. على سبيل المثال، تنتج الوحدة التي لها جهد Voc معين وطول سلسلة معين، بعد تطبيق معامل درجة الحرارة المنخفضة، جهدًا يجب أن يظل أقل من القيم المقدرة لجهد كل من صندوق التجميع والمحول.
يجب أن يقع جهد خرج صندوق التجميع ضمن نطاق جهد MPPT الخاص بالمحول لتحقيق الأداء الأمثل.
يجب ألا يتم أبدًا دمج السلاسل المخصصة لقنوات MPPT مختلفة في مخرج واحد؛ لذا، تحقق من بنية نظام MPPT قبل الانتهاء من تهيئة صندوق الدمج.
يجب أن يكون الجهد المقنن لصندوق التجميع مناسبًا للجهد الأقصى للنظام.
لماذا يُستخدم التوصيل التسلسلي غالبًا في محولات السلسلة ذات الجهد العالي؟
تُفضل محولات السلسلة ذات الجهد العالي تركيب الألواح الشمسية على التوالي لأنك تحقق الجهد الداخلي المطلوب بعدد أقل من الوصلات المتوازية. فالمحول أحادي الطور الذي يتطلب جهدًا يتراوح بين 300 و600 فولت يحتاج إلى عدد كبير من الوصلات المتتالية للوصول إلى هذا النطاق. أما الأنظمة ثلاثية الأطوار فتصل إلى جهد أعلى يصل إلى 1100 فولت. تعمل التوصيلات المتسلسلة على مضاعفة الجهد بكفاءة دون مضاعفة التيار. ويقلل هذا النهج من عدد التوصيلات المتوازية التي يجب أن يديرها صندوق التجميع الخاص بك، كما يبسط بنية المصفوفة بشكل عام.
خسائر التظليل وعدم التطابق
يمثل التظليل تحديًا مختلفًا قد يؤدي أحيانًا إلى عكس تفضيلاتك في توصيل الألواح. فعندما تتعرض إحدى الألواح في سلسلة متصلة للتظليل، فإن ذلك يحد من التيار في السلسلة بأكملها. أما التوصيل المتوازي للألواح الشمسية فيعزل مساهمة كل لوحة على حدة، مما يمنع وحدة واحدة مظللة من إضعاف أداء المجموعة بأكملها.
ميزة التوصيل المتوازي في حالات التظليل الجزئي
تتمتع بالمرونة بفضل التوصيلات المتوازية في ظروف التظليل الجزئي. تعمل كل لوحة بشكل مستقل، لذا فإن اللوحة المظللة لا تؤدي إلا إلى انخفاض إنتاجها هي فقط. أما اللوحات المتبقية فتستمر في الإنتاج بكامل طاقتها. وتكتسب هذه الميزة أهمية خاصة بالنسبة لأسطح المنازل السكنية التي تلقي عليها المداخن أو الأشجار أو المباني المجاورة ظلالاً متقطعة. ومع ذلك، يجب عليك الموازنة بين هذه الميزة وبين الحاجة إلى تيار كهربائي أعلى وأسلاك أكثر سمكًا، وهو ما تتطلبه التوصيلات المتوازية للألواح الشمسية.
كيف تتفاعل المحولات الصغيرة أو المُحسِّنات مع جهاز التجميع
تتطلب الأجهزة الإلكترونية على مستوى الوحدات، مثل المحولات الصغيرة ومحسّنات الطاقة، متطلبات توصيل كهربائي خاصة بها تؤثر على الحاجة إلى صندوق تجميع.
مقاس الأسلاك وقيود المسافة
تؤثر المسافة بين المصفوفة الخاصة بك والعاكس على استراتيجية التوصيلات الكهربائية من خلال اعتبارات التكلفة الاقتصادية للنحاس. فالمسافات الأطول تتيح استخدام جهد كهربائي أعلى، حيث يمكنك استخدام موصلات أرق.
تقليل سعة التيار في السلاسل المتسلسلة ذات الجهد العالي
يؤدي التوصيل التسلسلي إلى خفض التيار عند مستوى طاقة معين. وانخفاض التيار يعني انخفاض متطلبات سعة التيار. يمكنك استخدام أسلاك ذات قطر أصغر من سلسلة الخلايا إلى صندوق التجميع دون حدوث انخفاض مفرط في الجهد. وتتضاعف هذه الوفورات عبر المسافات الطويلة. فالنظام الذي يولد 5 كيلوواط عند جهد 400 فولت يحمل تيارًا يبلغ 12.5 أمبير تقريبًا، بينما تتطلب نفس الطاقة عند جهد 100 فولت تيارًا يبلغ 50 أمبير، مما يستلزم استخدام أسلاك نحاسية أكثر سمكًا بشكل كبير. وبالتالي ترتفع تكاليف المواد وفقًا لذلك.
عندما تظل الأسلاك المتوازية هي الخيار الأفضل للمسافات القصيرة
المسافات القصيرة تغير المعادلة. عندما يكون صندوق التجميع قريبًا من المحول، يصبح انخفاض الجهد ضئيلًا للغاية حتى عند التيارات العالية. وبذلك يصبح التوصيل المتوازي للألواح الشمسية ممكنًا دون تكلفة كبيرة للكابلات. وغالبًا ما تستفيد أنظمة البطاريات ذات الجهد المنخفض من هذا الترتيب. يمكنك الحفاظ على الجهد ضمن حدود التسامح المسموح بها للبطارية مع إضافة تيار الشحن عبر توصيلات متوازية إضافية. يدير صندوق التجميع هذه التوصيلات المتوازية بأمان، حيث يوفر صمامات أمان لكل سلسلة ونقطة فصل واحدة بغض النظر عن خيار التوصيل الذي تختاره.
مثال عملي: توصيل سلاسل متتالية بالتوازي
لنفترض وجود مصفوفة من النوع 2S3P، حيث تتكون كل سلسلة من لوحين متصلين على التوالي، ويتم توصيل ثلاث سلاسل من هذا النوع بالتوازي في صندوق التجميع. لنفترض أن الجهد المقنن لكل لوح يبلغ 40 فولت والتيار المقنن يبلغ 5 أمبير. في السلسلة المتصلة على التوالي، تتجمع الفولتية: فلوحان ينتجان 80 فولتًا عند 5 أمبير. ويقوم صندوق التجميع بتوصيل ثلاث سلاسل بالتوازي، لذا تتجمع التيارات: فيصبح الناتج المجمع 80 فولتًا عند 15 أمبير. ويحقق هذا التكوين الجمع بين التوصيل المتسلسل والتوازي.
يجب حماية كل سلسلة واردة بواسطة مصهر تيار مستمر مصنف وفقًا لمعيار gPV داخل صندوق التجميع، وفقًا لما تنص عليه المادة 690.9 من معيار NEC. في حالة حدوث عطل في إحدى السلاسل، تقوم السلسلتان الأخريان بتغذية التيار عكسيًّا إلى السلسلة المعطلة. على سبيل المثال، مع الألواح ذات السعة 5 أمبير، يبلغ تيار العطل المتاح من السلسلتين 10 أمبير. يجب أن يقطع المصهر هذا التيار العكسي لمنع ارتفاع درجة الحرارة واندلاع الحريق.
كما يوفر صندوق التجميع نقطة فصل واحدة للمصفوفة، وفقًا للمعيار NEC 690.15. ويجب أن يكون مخرج التيار المستمر مزودًا بمفصل قطع الحمل على مرمى البصر من الصندوق. وهذا يضمن إجراء الصيانة بأمان.
يوضح هذا المثال المبدأ التالي: يقوم صندوق التجميع بجمع التيار بشكل متوازٍ مع الحفاظ على جهد السلسلة المتسلسلة. وتضمن الصمامات الموجودة في كل سلسلة وقاطع التيار الفردي سلامة هذا الترتيب.
يعمل صندوق التجميع على توصيل الألواح الشمسية تسلسليًّا أو متوازيًا لدمج عدة سلاسل تسلسلية بأمان في مخرج متوازي واحد. تتيح لك هذه المرونة تلبية متطلبات الجهد والتيار لنظامك بدقة. ولا يقتصر دور الصندوق على كونه وسيلة مريحة فحسب، بل إنه عنصر أساسي للسلامة. فهو يوفر صمامات أمان لكل سلسلة، وحماية من التيار العكسي، ونقطة فصل واحدة لمجموعة الألواح الشمسية بأكملها.
قبل اختيار طريقة التوصيل، تحقق من مواصفات مدخلات العاكس. احرص دائمًا على استخدام صندوق تجميع عند توصيل سلاسل الألواح بالتوازي. تعتمد ألواحك على هذه الحماية.
الخلاصة
A صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية لا يُحدد هذا الأمر عادةً ما إذا كانت الألواح الشمسية متصلة على التوالي أم بالتوازي. بل إن الألواح الشمسية تُربط عادةً على التوالي لتشكيل سلاسل كهروضوئية، مما يزيد من جهد السلسلة، في حين يعمل صندوق تجميع الألواح الكهروضوئية على دمج عدة سلاسل بالتوازي لزيادة التيار المتاح وتبسيط التوصيل بالعاكس.
في LSP, ، نقوم بتصنيع صناديق تجميع الألواح الكهروضوئية المصممة للاستخدامات الشمسية السكنية والتجارية والصناعية. ويمكن تجهيز صناديق تجميع الألواح الكهروضوئية الخاصة بنا بأجهزة حماية من اندفاع التيار المستمر، وصمامات التيار المستمر، وقواطع الدائرة، ومفاتيح العزل لتوفير حماية شاملة ضد التيار الزائد، وقصر الدائرة، والجهد الزائد العابر.
هل تبحث عن مصنع موثوق لصناديق تجميع الألواح الكهروضوئية لمشروعك للطاقة الشمسية؟ اتصل بشركة LSP اليوم لمناقشة جهد نظامك، وعدد سلاسل الألواح الكهروضوئية، ومتطلبات الحماية، والحل المخصص لصناديق التجميع.
الأسئلة الشائعة
لماذا يتطلب كل سلسلة من الأسلاك وجود مصهر خاص بها داخل صندوق التجميع؟
في حالة عدم وجود مصاهر لكل سلسلة، تتحول السلسلة المعطوبة إلى مسار تيار عكسي. وتقوم السلاسل الأخرى المتوازية بتوصيل التيار عكسيًّا عبر تلك الدائرة التالفة. مما يؤدي إلى ارتفاع سريع في درجة الحرارة. ويقوم المصهر بقطع هذا التدفق، مما يعزل المشكلة قبل اندلاع الحريق. وتستوفي هذه الحماية متطلبات المادة 690.9 من معايير NEC الخاصة بالأنظمة الكهروضوئية.
لماذا يُفضل استخدام التوصيل التسلسلي في حالة الكابلات الطويلة المتصلة بصندوق التجميع؟
يؤدي التوصيل التسلسلي إلى رفع الجهد مع الحفاظ على ثبات التيار. ويسمح الجهد الأعلى بنقل نفس الطاقة بتيار أقل. كما أن انخفاض التيار يقلل من الحرارة المتولدة في الموصلات. ويمكنك استخدام أسلاك نحاسية أرق دون حدوث انخفاض مفرط في الجهد. ويؤدي هذا النهج إلى خفض تكاليف المواد بشكل كبير عندما تكون المجموعة الشمسية بعيدة عن العاكس.
لماذا يتم استخدام التوصيلات المتوازية في صندوق التجميع لأنظمة البطاريات؟
تتطلب مجموعات البطاريات ذات الجهد المنخفض مطابقة دقيقة للجهد. ويحافظ التوصيل المتوازي على جهد ثابت مع زيادة التيار. ويقبل النظام ذو الجهد المنخفض عدة سلاسل بنفس الجهد الاسمي. وتؤدي كل سلسلة إضافية إلى زيادة تيار الشحن دون تجاوز حدود تحمل البطارية. ويقوم صندوق التجميع بإدارة هذه الفروع المتوازية بأمان باستخدام مصاهر فردية.
لماذا تؤثر ظروف التظليل على قرارك بين التوصيل التسلسلي والتوصيل المتوازي؟
يؤدي التظليل الذي يصيب لوحة واحدة في سلسلة من الألواح إلى الحد من التيار في السلسلة بأكملها. أما التوصيل بالتوازي فيعزل مساهمة كل لوحة على حدة. فاللوحة المظللة تقلل فقط من إنتاجها الخاص، بينما تستمر الألواح الأخرى في إنتاج الطاقة بكامل طاقتها. وتعد هذه المرونة مهمة للأسطح التي توجد بها مداخن أو أشجار تلقي بظلال متقطعة على المصفوفة الشمسية.
