هل يمكن أن تؤدي موجات التيار الناتجة عن الصواعق إلى حرق المحولات والألواح الشمسية باهظة الثمن على الفور؟ نظرًا لأن الأنظمة الكهروضوئية تتعرض لظروف الطقس في الهواء الطلق لفترات طويلة، فإن كلا الجانبين — جانب التيار المستمر وجانب التيار المتردد — قد يكونان عرضة لضربات الصواعق وموجات التيار المستحثة. وبدون وجود جهاز حماية من التيار الزائد يعمل بالطاقة الشمسية, ، فقد تتراوح العواقب بين تلف المعدات وانقطاع توليد الطاقة وصولاً إلى مخاطر أمنية خطيرة وإصلاحات مكلفة. وهذا بالضبط هو السبب الذي يجعلك بحاجة إلى فهم أهمية الحماية من اندفاع التيار في أنظمة الطاقة الشمسية مسبقًا.
لماذا يحتاج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى حماية من ارتفاع التيار؟
تتعرض الألواح الشمسية المركبة على أسطح المباني أو على الأرض بطبيعة الحال للعوامل الخارجية، ولذلك فهي من بين أجزاء النظام الكهروضوئي الأكثر عرضة لضربات الصواعق. وحتى إذا لم تصيب الصاعقة منشأتك الشمسية مباشرةً، فإن وقوع ضربة صاعقة على بعد كيلومتر واحد يمكن أن يولد نبضات عابرة عالية الجهد من خلال الحث الكهرومغناطيسي، والتي يمكن أن تدخل كابلات التيار المستمر وتنتقل مباشرةً إلى العاكس.
قد لا تدرك ذلك، لكن العديد من ما يُسمى بـ“مشكلات جودة العاكس” تنجم في الواقع عن عدم كفاية الحماية من التيارات المفاجئة. علاوة على ذلك، غالبًا ما يتضمن الجانب الخاص بالتيار المستمر في النظام الكهروضوئي مسارات كبلات طويلة، حيث تشكل الألواح وصناديق التجميع والعاكس حلقات حثية طبيعية يمكن أن تزيد من التعرض للتيارات المفاجئة مقارنة بالدوائر الكهربائية المنزلية العادية.
البرق ليس هو الشاغل الوحيد. فعمليات التبديل في شبكة الكهرباء العامة والتغيرات المفاجئة في الأحمال يمكن أن تتسبب أيضًا في حدوث طفرات تيار تنتقل عائدة عبر جانب التيار المتردد. ولهذا السبب، فإن الحماية من طفرات التيار ليست ميزة اختيارية — بل هي عنصر أساسي يجب أخذه في الاعتبار منذ مرحلة تصميم النظام الكهروضوئي الشمسي.
ما هو واقي زيادة التيار الشمسي؟
جهاز الحماية من اندفاعات التيار في أنظمة الطاقة الشمسية هو في الأساس “صمام أمان” يتم تركيبه في الدائرة الكهربائية للطاقة الشمسية الكهروضوئية. وفي الظروف العادية، يظل الجهاز غير نشط تقريبًا طالما بقي جهد النظام ضمن نطاقه الطبيعي. وعندما يكتشف اندفاعًا غير طبيعي في الجهد، يستجيب في غضون وقت قصير للغاية عن طريق تحويل الطاقة الزائدة الناتجة عن الاندفاع بأمان إلى الأرض، وتثبيت الجهد عند مستوى أكثر أمانًا. وبمجرد انتهاء الارتفاع المفاجئ في الجهد، يعود الجهاز تلقائيًّا إلى وضع الاستعداد.
يمكنك اعتبار جهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية الشمسية بمثابة “صمام تنفيس الضغط” للدائرة الكهربائية. وقد صُمم خصيصًا للتعامل مع حالات الجهد الزائد المفاجئة والعابرة، والمساعدة في حماية المعدات الحساسة — مثل المحولات وصناديق التجميع — من الأضرار الناجمة عن الاندفاعات الكهربائية.
أين ينبغي تركيب أجهزة الحماية من الطفرات في التيار المستمر والتيار المتردد في نظام الطاقة الكهروضوئية؟
في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يمكن أن تتسرب موجات التيار الزائدة من جانب التيار المستمر أو جانب التيار المتردد، مما يجعل موقع تركيب جهاز الحماية من موجات التيار الزائدة (SPD) أمرًا بالغ الأهمية. وبشكل عام، ينبغي توفير الحماية من موجات التيار الزائدة في النقاط الثلاث الرئيسية التالية:
- المصفوفة الكهروضوئية وصندوق تجميع التيار المستمر: هذان من بين الأجزاء الأقرب إلى الوحدات الشمسية الخارجية، وهما معرضان لخطر الصواعق المباشرة والمستحثة. ويمكن أن يُشكل جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) للتيار المستمر خط الدفاع الأول من خلال تحويل التيارات المفاجئة الناشئة عن المصفوفة الكهروضوئية.
- مدخل التيار المستمر (DC) للعاكس: غالبًا ما تكون كابلات التيار المستمر (DC) للأنظمة الكهروضوئية طويلة وتعمل بجهد كهربائي مرتفع نسبيًا. ويمكن لمقاوم الصواعق (SPD) للتيار المستمر أن يحدّ بشكل أكبر من الجهد المتبقي الناتج عن الصواعق ويقلل من خطر تلف المكونات الكهربائية الداخلية للمحول. يجب مراعاة أن مقاوم الصواعق على جانب التيار المستمر يجب أن يكون مصممًا خصيصًا لخصائص الأنظمة الكهروضوئية، ولا ينبغي استبداله ببساطة بمقاوم صواعق قياسي للتيار المتردد.
- خرج التيار المتردد (AC) من العاكس ولوحة التوزيع: قد يتأثر جانب التيار المتردد بفرط الجهد الناتج عن عمليات التبديل في شبكة الكهرباء العامة، وفرط الجهد المستحث بفعل الصواعق، وفرط الجهد العائد من الشبكة. ولذلك، ينبغي تركيب جهاز حماية من فرط الجهد (SPD) للتيار المتردد للمساعدة في حماية العاكس ومعدات التوزيع والأحمال المتصلة به.
إذا كانت مسافة كابلات التيار المستمر (DC) أو التيار المتردد (AC) طويلة، مثل ما يزيد عن 10 أمتار، فقد لا يوفر تركيب جهاز SPD في موقع واحد فقط الحماية المثلى. اعتمادًا على تكوين النظام، يمكن تركيب أجهزة SPD على طرفي مسار الكابل لإنشاء حماية متعددة المراحل قائمة على المناطق. وهذا يساعد على تقليل جهد الطاقة الزائدة وطاقتها تدريجيًا، مما يوفر حماية أكثر شمولاً لكل من جانبي التيار المستمر والتيار المتردد في النظام الكهروضوئي.
جهاز حماية من اندفاع التيار المستمر مقابل جهاز حماية من اندفاع التيار المتردد في نظام الطاقة الكهروضوئية
على الرغم من أن أجهزة الحماية من الاندفاعات الكهربائية (SPD) على جانبي التيار المستمر (DC) والتيار المتردد (AC) تُعد في جوهرها “أجهزة حماية من الاندفاعات الكهربائية”، إلا أن مبادئ تصميمها وتطبيقاتها تختلف اختلافًا كبيرًا. يمكنك فهم الاختلافات الرئيسية بسرعة بالرجوع إلى الجدول أدناه:
| مقارنة | DC SPD | AC SPD |
| موقع التثبيت | سلاسل الألواح الكهروضوئية، وصناديق التجميع، ومدخل التيار المستمر للمحول | مخرج التيار المتردد للعاكس ولوحات التوزيع |
| خصائص القوس الكهربائي | لا توجد نقطة تقاطع مع الصفر، مما يستلزم تصميمًا مخصصًا لإطفاء القوس الكهربائي | يحتوي على نقطة تقاطع الصفر، مما يجعل إطفاء القوس أسهل نسبيًا |
| المعيار المطبق | IEC/EN 61643-31 | IEC/EN 61643-11 |
| المصادر الرئيسية للمخاطر | الصواعق المباشرة، وارتفاعات الجهد الناتجة عن الصواعق، وارتفاعات الجهد من جانب النظام الكهروضوئي | الجهد الزائد الناتج عن تبديل التيار الكهربائي والاندفاعات الصواعقية الواردة من جانب الشبكة |
لا يمكن أن يحل أي من هذين النوعين من أجهزة الحماية من الجهد الزائد (SPD) محل الآخر. يجب أن يشتمل النظام الكهروضوئي الكامل على أجهزة الحماية من الجهد الزائد المناسبة المثبتة على جانبي التيار المستمر والتيار المتردد على حد سواء، وذلك لتحقيق حماية شاملة في جميع أنحاء النظام بأكمله.
ما هو نوع وحدة SPD المناسب لنظام الطاقة الكهروضوئية؟
يعتمد نوع جهاز الحماية من الصواعق (SPD) الذي تختاره في الواقع على مستوى خطر الصواعق الذي تتعرض له محطة الطاقة الشمسية الخاصة بك. فالأمر لا يتعلق باختيار الخيار الأغلى ثمناً، بل باختيار الخيار المناسب.
| سيناريو التطبيق | النوع الموصى به | السبب |
| نظام كهروضوئي قياسي مُركَّب على السطح أو على الأرض دون نظام مخصص للحماية من الصواعق | SPD من النوع 2 DC | يتحمل طفرات التيار الناتجة عن الصواعق والجهد الزائد الناتج عن عمليات التبديل، مما يلبي احتياجات معظم المنشآت التقليدية |
| محطة طاقة شمسية تقع في منطقة ذات كثافة عالية للصواعق أو مزودة بنظام خارجي للحماية من الصواعق | SPD من النوع 1+2 DC | يوفر حماية أكثر شمولاً من خلال التعامل مع جزء من التيار المباشر الناتج عن الصواعق، بالإضافة إلى الطفرات المستحثة |
يمكنك تقييم اختيارك بناءً على شدة الصواعق ومستوى الحماية من الصواعق في منطقتك. لا تنتظر حتى تتعرض معداتك للتلف لتندم على اختيار جهاز SPD متحفظ للغاية.
كيف يؤثر نظام الحماية الخارجية من الصواعق على اختيار أجهزة الحماية من الصواعق (SPD)؟
إذا كانت محطة الطاقة الشمسية الخاصة بك مزودة بنظام خارجي للحماية من الصواعق، مثل مانع الصواعق المخصص أو موصل التوصيل الهوائي، فإن الوضع يختلف. قد يدخل جزء من تيار الصواعق المباشر إلى الدوائر الداخلية عبر التوصيل المتساوي الجهد. في هذه الحالة، قد لا تكون سعة التفريغ لمقوم التوتر الزائد (SPD) القياسي من النوع 2 للتيار المستمر كافية. يجب عليك اختيار مقوم توتر زائد (SPD) من النوع 1+2 للتيار المستمر قادر على التعامل مع جزء من تيار الصواعق، بدلاً من جهاز مصمم فقط لمواجهة الطفرات المستحثة.
من ناحية أخرى، إذا لم تكن محطة توليد الكهرباء مزودة بنظام خارجي للحماية من الصواعق، فإن احتمال تعرضها لضربة صاعقة مباشرة يكون أقل نسبيًا، وستلبي أجهزة الحماية من الصواعق (SPD) من النوع 2 عمومًا احتياجات الحماية الروتينية دون الحاجة إلى تصميم مفرط غير ضروري.
كيفية الاختيار بين النوع 2 والنوع 1+2
لتحديد نوع SPD الذي يجب اختياره، يمكنك أخذ عاملين رئيسيين في الاعتبار:
المخاطر البيئية:
- هل عدد أيام العواصف الرعدية في المنطقة مرتفع نسبيًا، مثل أكثر من 40 يومًا في السنة؟
- هل تقع محطة الطاقة الشمسية في منطقة مفتوحة، أم في منطقة جبلية، أم في منطقة ساحلية، أم في أي موقع آخر معرض لصواعق البرق؟
تكوين النظام:
- هل يحتوي النظام بالفعل على نظام خارجي للحماية من الصواعق أو نظام لتصريف الصواعق؟
- هل كابلات التيار المستمر طويلة بشكل خاص أم أنها مكشوفة بشكل كبير؟
كلما ارتفع مستوى الخطر المشترك الناجم عن هذين العاملين، زادت الحاجة إلى اختيار جهاز SPD من النوع 1+2 DC لتوفير هامش حماية أكبر للنظام.
كيفية اختيار المعلمات الكهربائية المناسبة؟
لا يقتصر اختيار جهاز الحماية من الصواعق (SPD) على مجرد اختيار النوع المناسب فحسب. فهناك العديد من المعلمات الكهربائية الأساسية التي تحدد في النهاية أداء الحماية الذي يقدمه، لذا يجب عليك مراجعة كل منها بالرجوع إلى الجدول أدناه:
| المعلمة | المعنى | ما يجب الانتباه إليه |
| Ucpv | أقصى جهد تشغيل مستمر | يجب أن يكون أعلى من جهد الدائرة المفتوحة لنظام الطاقة الكهروضوئية، مع هامش أمان كافٍ |
| أعلى | مستوى الحماية من الجهد (الجهد المتبقي) | كلما انخفضت القيمة، انخفض الجهد العابر الذي تتعرض له المعدات المحمية، وزادت درجة أمانها |
| في / Imax | تيار التفريغ الاسمي / الأقصى | يحدد مقدار طاقة الاندفاع التي يمكن لجهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية (SPD) تحملها دون أن يتعطل |
| Iimp | القدرة على تحمل تيار النبضات الناتجة عن الصواعق | يُستخدم لتقييم قدرة جهاز الحماية من الصواعق (SPD) على التعامل مع مكونات التيار المباشر الناتج عن الصواعق؛ وهو أمر ذو أهمية خاصة لتطبيقات النوعين 1 و2 |
لا توجد هذه المعلمات بمعزل عن بعضها البعض. عند اختيار جهاز SPD، يجب أخذها في الاعتبار جنبًا إلى جنب مع جهد النظام ومخاطر الصواعق لتجنب حدوث أي ثغرات في الحماية.
كيفية الاختيار بين قيم الجهد المستمر 600 فولت و1000 فولت و1500 فولت وما فوقها
بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية ذات القيم الاسمية المختلفة للجهد، يجب أيضًا تعديل قيمة Ucpv المحددة لجهاز SPD وفقًا لذلك. يمكنك الرجوع إلى الجدول أدناه لتحديد القيمة الاسمية المناسبة بسرعة:
| الجهد المقنن للنظام | تطبيق مشترك | توصية اختيار الحزب الاشتراكي الديمقراطي (SPD) |
| 600 فولت | أنظمة الطاقة الكهروضوئية السكنية القديمة أو الصغيرة | اختر وحدة SPD ذات جهد Ucpv أعلى قليلاً من جهد الدائرة المفتوحة للنظام |
| 1000 فولت | أنظمة الطاقة الكهروضوئية السكنية والتجارية الشائعة الاستخدام | وهو الأكثر استخدامًا حاليًا؛ تأكد من أن تصنيف SPD يتوافق مع جهد السلسلة للوحدات الكهروضوئية |
| 1500 فولت وما فوق | مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة المثبتة على الأرض، والأنظمة التجارية والصناعية عالية الجهد | اختر جهاز SPD مصممًا خصيصًا للتطبيقات عالية الجهد، حيث إن الطرز القياسية قد لا تستوفي متطلبات العزل وتحمل الجهد المطلوبة |
إذا اخترت جهاز SPD بقيمة جهد كهربائي منخفضة جدًّا، فقد يتعطل ويتلف قبل الأوان. لا تهمل في اختيار القيمة المناسبة.
لماذا يجب أن تتوافق معلمات SPD مع العاكس والمصفوفة الكهروضوئية؟
لا يمكن اختيار جهاز SPD لمجرد أن معلماته تستوفي المتطلبات الأساسية. بل يجب أن يكون متوافقًا بشكل صحيح مع العاكس ومجموعة الألواح الكهروضوئية الخاصة بك. على سبيل المثال، يجب أن تكون قيمة Ucpv أعلى من الجهد الأقصى للدائرة المفتوحة لسلسلة الألواح الكهروضوئية؛ وإلا فقد يتم تشغيل جهاز SPD دون داعٍ أو حتى يتعرض للتلف أثناء التشغيل العادي. كما يجب أن يكون الجهد المتبقي Up أقل من حد الجهد الذي يتحمله العاكس. وإلا، فقد يتعرض العاكس للتلف قبل أن يتم كبح الموجة الارتفاعية بالكامل.
إذا لم تكن المعلمات متوافقة بشكل صحيح، فقد ينتهي بك الأمر إلى إنفاق المال على جهاز SPD لا يوفر سوى القليل من الحماية الفعلية عندما تكون في أمس الحاجة إليها. ولهذا السبب، يجب عليك دائمًا التحقق من المعلمات الكهربائية الفعلية للنظام قبل اختيار جهاز SPD.
ما هي المعايير التي يجب أن تتوافق معها أجهزة الحماية من اندفاع التيار في أنظمة الطاقة الشمسية؟
فيما يتعلق بالمعايير، تُعدّ المواصفة القياسية IEC/EN 61643-31 إحدى المعايير الرئيسية لأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) الخاصة بالتيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية. وهي تغطي على وجه التحديد أجهزة الحماية من زيادة التيار الخاصة بجانب التيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية، بما في ذلك تعريفات المعلمات الكهربائية ومتطلبات الأداء وطرق الاختبار. وتُشكّل هذه المواصفة أساسًا مهمًا لتحديد ما إذا كانت أجهزة الحماية من زيادة التيار الخاصة بالأنظمة الكهروضوئية تستوفي المتطلبات المعمول بها.
يجب أن يخضع جهاز SPD الموثوق به لسلسلة من الاختبارات قبل خروجه من المصنع، بما في ذلك اختبارات تحمل التيار النبضي، والجهد المتبقي، وقوة العزل، لضمان أن المعلمات المعلنة عنه تعكس أداءه الفعلي بدقة، وليس مجرد أرقام تبدو جيدة على الورق.
بالنسبة لك كمشتري، يمكن أن تساعد الشهادات ووثائق الاختبار في تقليل مخاطر الشراء. فهي توفر دليلاً موضوعياً على جودة المنتج ويمكن أن تساعد في منع النزاعات بعد البيع الناجمة عن المواصفات غير الدقيقة أو المنتجات التي لا تفي بالمعايير. إذا كنت تقوم بشراء أجهزة حماية الجهد الزائد (SPD) للطاقة الكهروضوئية من الأسواق الدولية، فمن المستحسن التحقق من تقارير الاختبار وصحائف بيانات المنتج وإقرارات المطابقة لمعايير IEC/EN المعمول بها قبل استيراد المنتجات، لضمان أن أجهزة حماية الجهد الزائد التي تتسلمها متوافقة بالفعل مع المعايير المطلوبة.
كيفية اختيار جهاز حماية من زيادة التيار يعمل بالطاقة الشمسية لمختلف تطبيقات الألواح الكهروضوئية؟
تواجه الأنواع المختلفة من تطبيقات الطاقة الكهروضوئية اختلافات كبيرة من حيث مخاطر الصواعق، والجهد الكهربائي للنظام، وبيئة التركيب، لذا فإن معايير الاختيار تختلف بطبيعة الحال أيضًا. وفيما يلي، يمكنك مقارنة نوع مشروعك للعثور على حل الحماية من الارتفاعات المفاجئة في الجهد الذي يناسب تطبيقك على أفضل وجه.
أنظمة الطاقة الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل
عادةً ما تكون أنظمة الطاقة الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل صغيرة الحجم نسبيًّا، حيث تتراوح القيم المقننة لجهد النظام عادةً بين 600 فولت و1000 فولت. وللحماية الروتينية، يكفي عمومًا استخدام جهاز حماية من الصواعق (SPD) للتيار المستمر من النوع 2. ومع ذلك، يجب الانتباه إلى مدى تعرض السطح للعوامل الخارجية. فإذا كان المنزل يقع على أرض مرتفعة أو لم تكن هناك مبانٍ أعلى في الجوار لتوفير الحماية، فقد يكون خطر التعرض لصواعق البرق مرتفعًا نسبيًا في الواقع.
إذا كانت المنطقة السكنية تتعرض لعواصف رعدية متكررة أو كان السقف مزودًا بموصل مستقل للحماية من الصواعق، يُنصح بالترقية إلى جهاز SPD من النوع 1+2. لا تدع الحجم الصغير للنظام يمنحك شعورًا زائفًا بالأمان. بشكل عام، يكمن مفتاح اختيار جهاز SPD لنظام الطاقة الكهروضوئية السكني في اختيار الحماية المناسبة دون المبالغة في التصميم، مع عدم المساومة أبدًا على هامش الأمان.
الأنظمة الكهروضوئية التجارية والصناعية
تتميز الأنظمة الكهروضوئية التجارية والصناعية بحجمها الأكبر، وعادةً ما تتضمن مسارات كابلات أطول، مما يزيد من خطر حدوث موجات الجهد الزائدة. وعند اختيار جهاز حماية من موجات الجهد الزائدة (SPD)، يجب النظر إلى النظام بشكل أكثر شمولية:
خصائص النظام:
- تؤدي المسافات الطويلة لكابلات التيار المستمر إلى زيادة احتمالية حدوث طفرات جهد مستحثة.
- إن وجود عدد كبير من المحولات يعني تأثيرًا محتملًا أوسع نطاقًا في حالة تعطل المعدات، وخسائر أكبر ناجمة عن توقف النظام عن العمل.
توصيات الحماية:
- يجب تركيب أجهزة SPD للتيار المستمر (DC) في كل من صناديق تجميع السلاسل ومداخل التيار المستمر (DC) للمحولات لتجنب ثغرات الحماية الناتجة عن الاعتماد على نقطة حماية واحدة.
- قم بتركيب أجهزة حماية من زيادة التيار (SPD) للتيار المتردد في لوحات توزيع التيار المتردد أيضًا لإنشاء سلسلة حماية كاملة من زيادة التيار.
بالنسبة لهذه الأنظمة، غالبًا ما تتجاوز تكلفة الإصلاحات وفقدان توليد الطاقة الناجم عن فترات التعطل المرتبطة بالارتفاعات المفاجئة في الجهد تكلفة أجهزة الحماية من الارتفاعات المفاجئة (SPD) نفسها بكثير، مما يجعل الاستثمار الأولي الإضافي يستحق العناء.
محطات الطاقة الشمسية الكبيرة المثبتة على الأرض
غالبًا ما تُقام محطات الطاقة الشمسية الأرضية واسعة النطاق في مناطق مفتوحة لا توفر سوى القليل من الحماية من المباني المحيطة، مما يجعلها معرضة بشكل خاص لضربات الصواعق. بالإضافة إلى ذلك، تبلغ جهد النظام عادةً 1500 فولت أو أكثر، مما يفرض متطلبات أكثر صرامة على قدرات جهاز الحماية من الصواعق (SPD) في تحمل الجهد وتصريف التيار.
عند اختيار جهاز حماية من الصواعق (SPD)، لا ينبغي عليك الاكتفاء بنسخ الحلول المستخدمة في الأنظمة الكهروضوئية السكنية أو التجارية. بل عليك اختيار جهاز حماية من الصواعق مصمم خصيصًا لمحطات الطاقة الشمسية عالية الجهد وواسعة النطاق، وتحديد ما إذا كان جهاز الحماية من الصواعق من النوع 2 أو النوع 1+2 هو الأنسب، بناءً على ما إذا كانت محطة الطاقة مزودة بنظام خارجي للحماية من الصواعق أم لا.
كما أن طول مسارات الكابلات يعني أنه قد يكون من الضروري تركيب أجهزة حماية من زيادة التيار في نقاط متعددة. لا تترك أي جزء من شبكة الكابلات يمثل ثغرة محتملة في الحماية.
أنظمة الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة خارج الشبكة
غالبًا ما توجد أنظمة الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة غير المرتبطة بالشبكة في مناطق نائية حيث قد تكون الصيانة صعبة. وإذا تسببت حالات الارتفاع المفاجئ في التيار في تلف المعدات، فقد تستغرق الإصلاحات وقتًا أطول مما تستغرقه في الأنظمة المرتبطة بالشبكة، مما يؤدي إلى خسائر محتملة أكبر.
خصائص النظام:
- وعادةً ما تقع هذه المنشآت بعيدًا عن شبكة الكهرباء العامة، لذا فإن أوقات الاستجابة للصيانة تكون أطول، وقد تكون عواقب أعطال المعدات أكثر خطورة.
- تعتبر بطاريات تخزين الطاقة حساسة لتقلبات الجهد الكهربائي، وقد تؤثر الطفرات في الجهد على عمر البطارية وسلامتها.
توصيات الحماية:
- قم بتركيب أجهزة حماية من الطفرات (SPD) تعمل بالتيار المستمر بشكل منفصل على جانب النظام الكهروضوئي وجانب تخزين الطاقة لمنع دخول الطفرات إلى نظام البطارية عبر أي من المسارين.
- أعطِ الأولوية لأجهزة SPD ذات المقاومة العالية للعوامل الجوية، بحيث تتحمل التقلبات في درجات الحرارة والرطوبة والظروف البيئية التي تشيع في المناطق النائية.
بالنسبة لهذه الأنظمة، تكتسب الوقاية أهمية خاصة لأن حل المشكلات قد يكون صعبًا بمجرد حدوثها.
أنظمة الطاقة الكهروضوئية في المناطق المعرضة لخطر البرق الشديد
إذا كانت محطة الطاقة الشمسية الخاصة بك تقع في منطقة ساحلية، أو منطقة جبلية، أو سهل مفتوح، أو أي منطقة أخرى تتكرر فيها العواصف الرعدية، فلا ينبغي تهيئة الحماية من الطفرات الكهربائية وفقًا للمتطلبات القياسية وحدها. في هذه المناطق عالية المخاطر، يُنصح بإعطاء الأولوية لأجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية (SPD) من النوع 1+2 للتيار المستمر لتوفير الحماية ضد كل من مكونات تيار الصواعق المباشر والطفرات المستحثة.
في حالة الكابلات الطويلة، يجب أيضًا التفكير في تركيب أجهزة SPD في نقاط متعددة بدلاً من الاعتماد على جهاز SPD واحد في بداية الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، تزداد احتمالية تعرض أجهزة SPD في المناطق المعرضة لخطر الصواعق الشديد للتقادم والتآكل، لذا يُنصح بتقصير فترات الفحص، وتحديد الوحدات المعطلة على الفور، واستبدالها عند الضرورة لتجنب حدوث ثغرات في الحماية.
كيفية اختيار حل الحماية المناسب بناءً على جهد النظام وبيئة التركيب
في النهاية، لا توجد إجابة واحدة تناسب جميع الحالات عند اختيار جهاز SPD. عليك أن تأخذ في الاعتبار جميع العوامل التالية: جهد النظام، ومخاطر الصواعق، وطول الكابل، وما إذا كان هناك نظام خارجي للحماية من الصواعق مُركَّب أم لا.
يحدد جهد النظام المتطلبات الدنيا لقيمة Ucpv والعزل، بينما تساعد بيئة التركيب في تحديد ما إذا كان النوع 2 أو النوع 1+2 هو الأنسب. أما طول الكابل، فيؤثر على الحاجة إلى الحماية متعددة النقاط من زيادة التيار. ومن خلال تقييم جميع هذه العوامل، يمكنك اختيار حل SPD يناسب محطة الطاقة الشمسية الخاصة بك بشكل حقيقي، بدلاً من مجرد تقليد تكوين محطة شخص آخر.
كيف ينبغي تركيب جهاز الحماية من زيادة التيار في أنظمة الطاقة الكهروضوئية؟
إن التثبيت الصحيح لجهاز SPD هو العامل الذي يحدد بشكل مباشر ما إذا كان بإمكانه فعليًّا أداء وظيفته الوقائية في اللحظات الحاسمة. يمكنك اتباع الخطوات التالية:
- تأكد من موقع التثبيت: أعطِ الأولوية للمواقع القريبة من المعدات المحمية، مثل صندوق التجميع ومدخل التيار المستمر للمحول، لتقصير مسار الحماية.
- احرص على أن تكون أسلاك التوصيل قصيرة: احرص على أن يظل الطول الإجمالي للأسلاك الواردة والصادرة في حدود 0.5 متر كلما أمكن ذلك. فكلما زاد طول الأسلاك، زاد الجهد المتبقي الإضافي بشكل ملحوظ، مما قد يقلل من كفاءة الحماية.
- ضمان التأريض السليم: يجب أن تستوفي مقاومة التأريض المتطلبات المعمول بها، كما يجب أن يكون موصل التأريض أقصر وأثخن قدر الإمكان لضمان تصريف طاقة الاندفاع بسرعة إلى الأرض.
- تحقق من القطبية والمعلمات: انتبه إلى القطبية الموجبة والسالبة لأجهزة SPD التي تعمل بالتيار المستمر، وتأكد من توافق قيمتي Ucpv وUp مع النظام قبل التركيب.
- الحفاظ على ظهور مؤشر الحالة: فهذا يسهل التحقق مما إذا كان جهاز SPD قد تعطل أم لا خلال عمليات الفحص الروتينية، واستبداله على الفور عند الضرورة.
قد تبدو عملية التركيب بسيطة، لكن أي خطأ أو إغفال قد يمنع جهاز SPD من العمل بشكل سليم عندما تكون في أمس الحاجة إليه.
كيفية صيانة وفحص جهاز الحماية من الطفرات الكهربائية بالطاقة الشمسية في نظام الطاقة الكهروضوئية
جهاز SPD ليس شيئًا يمكنك تركيبه ثم نسيانه. فالصيانة الدورية السليمة تساعد على ضمان بقاء الجهاز جاهزًا لتوفير الحماية عند الحاجة:
- تحقق من مؤشر الحالة بانتظام: تحتوي معظم أجهزة SPD على مؤشرات حالة باللونين الأخضر والأحمر. وعادةً ما يعني المؤشر الأحمر أن جهاز SPD قد تعطل ويجب استبداله على الفور.
- أدرج فحوصات SPD في الصيانة الروتينية: افحص حالة SPD كل ثلاثة أشهر أو خلال كل عملية فحص مجدولة للنظام للتأكد من عدم إغفال هذا العنصر.
- قم بإجراء فحص شامل قبل بدء موسم العواصف الرعدية: قبل دخول الموسم الذي تتكرر فيه العواصف الرعدية، تأكد من أن جميع أجهزة الحماية من الجهد الزائد (SPD) تعمل بشكل سليم، وحدد أي مشكلات محتملة مسبقًا.
- افحص أسلاك التوصيل والتأريض: تأكد من أن أسلاك التوصيل ليست مفكوكة أو تالفة، وأن مقاومة التأريض لا تزال ضمن النطاق المطلوب.
- احتفظ بسجلات تواريخ الاستبدال: تتمتع أجهزة SPD بعمر خدمة محدد وقد تتآكل بسرعة أكبر في المناطق التي تكثر فيها الصواعق. يُوصى بالاحتفاظ بسجلات الصيانة وتتبع تواريخ الاستبدال.
قد تبدو الصيانة مهمة ثانوية، لكنها في نهاية المطاف توفر عليك التكاليف ووقت التعطل المرتبطين بالأعطال غير المتوقعة التي تحدث أثناء الأحوال الجوية القاسية.
الخلاصة
بدءًا من فهم كيفية حدوث موجات الصواعق وأماكن تركيب أجهزة الحماية من موجات الصواعق (SPD)، وصولاً إلى اختيار النوع المناسب من أجهزة SPD والمعلمات الكهربائية، فضلاً عن الامتثال للمعايير المعمول بها واختيار الحلول المناسبة لمختلف تطبيقات الطاقة الكهروضوئية، تُعد الحماية من موجات الصواعق في أنظمة الطاقة الشمسية مسألة هندسية منهجية — وليست أمرًا يمكن حله بمجرد تركيب أي جهاز SPD. فلا يمكنك حماية معداتك بشكل فعال من مخاطر الاندفاعات الكهربائية وتجنب الإصلاحات المكلفة وخسائر توليد الطاقة إلا من خلال اختيار موقع التركيب المناسب ونوع جهاز SPD والمعلمات الكهربائية الصحيحة.
إذا كنت تبحث عن جهاز موثوق لحماية الأجهزة من اندفاعات التيار الناتجة عن الطاقة الشمسية،, LSP’تم تصميم وتصنيع سلسلة أجهزة الحماية من اندفاعات التيار الكهربائي للطاقة الشمسية (FLP-PV / SLP-PV) وفقًا للمعيار IEC/EN 61643-31. وهي تغطي نطاقات متعددة من الجهد الكهربائي المستمر وأنواعًا متنوعة من أجهزة الحماية من اندفاعات التيار الكهربائي (SPD) لتلبية احتياجات الحماية من اندفاعات التيار في المنشآت السكنية والتجارية والصناعية ومحطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق. بدءًا من مطابقة المعلمات وصولًا إلى مراقبة الجودة، توفر LSP دعمًا موثوقًا لمشاريعك في مجال الطاقة الكهروضوئية.
الأسئلة المتكررة
هل تحتاج جميع أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى حماية من زيادة التيار؟
نعم، يُعد تركيب جهاز حماية من الصواعق للطاقة الشمسية أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية. عادةً ما تُركَّب الألواح الشمسية في مناطق مكشوفة، مما يجعلها عرضة لصدمات البرق وارتفاعات الجهد الكهربائي. ويمكن أن تؤدي هذه الارتفاعات المفاجئة في الجهد إلى تدمير المحولات باهظة الثمن والأجهزة الإلكترونية الحساسة. ويضمن الالتزام بمعايير مثل IEC 60364-7-712 موثوقية التشغيل، ويحمي استثمارك، ويمنع مخاطر الحرائق الخطيرة.
هل يمكن لجهاز الحماية من الصواعق الذي يعمل بالطاقة الشمسية أن يمنع الأضرار الناجمة عن الصواعق المباشرة؟
نعم، فقد صُممت أجهزة الحماية من الصواعق الشمسية من النوع 1 على وجه التحديد للتعامل مع الطاقة العالية الناتجة عن الصواعق المباشرة. فهي تقوم بتصريف جزء من تيارات الصواعق إلى الأرض، مما يحمي العاكس والأجهزة الإلكترونية الداخلية. ومع ذلك، لضمان السلامة الكاملة في حالة تعرض المبنى لصاعقة مباشرة، يجب أن تكون هذه الأجهزة جزءًا من نظام شامل للحماية من الصواعق (LPS) يشمل قضبان الصواعق والتأريض.
كم مرة يجب فحص أو استبدال جهاز الحماية من الصواعق الخاص بالأنظمة الكهروضوئية؟
تتطلب أجهزة الحماية من اندفاعات التيار في الأنظمة الشمسية إجراء فحوصات سنوية وفحوصات فورية بعد العواصف الرعدية. وتتميز معظم الطرز بنافذة عرض؛ فإذا تغير لون المؤشر من الأخضر إلى الأحمر، فهذا يعني أن الوحدة قد استنفدت سعتها ويجب استبدالها على الفور. وتضمن المراقبة المنتظمة الحماية المستمرة لنظامك الكهروضوئي، حيث إن الاندفاعات المتكررة للتيار يمكن أن تؤدي إلى تدهور تدريجي في أداء مكونات الحماية بمرور الوقت.
هل يمكن أن يعمل جهاز SPD بشكل سليم بدون نظام تأريض جيد؟
لا، لا يمكن لجهاز حماية الطاقة الشمسية من الاندفاعات الكهربائية أن يعمل بفعالية دون وجود نظام تأريض مناسب. ويتمثل دوره الأساسي في تحويل الطاقة الزائدة الناتجة عن الاندفاعات الكهربائية إلى الأرض. وبدون مسار ذي مقاومة منخفضة، تبقى الطاقة داخل الدائرة، مما يجعل جهاز حماية الطاقة الشمسية من الاندفاعات الكهربائية عديم الفائدة ويؤدي إلى خطر نشوب حريق أو تعطل المعدات. ويُعد التأريض المناسب شرطًا إلزاميًا لأي جهاز حماية من الاندفاعات الكهربائية لتوفير حماية موثوقة لمنشأتك.
هل يؤثر تركيب جهاز SPD على عملية توليد الطاقة العادية للألواح الشمسية؟
لا، لا يؤثر تركيب جهاز حماية من الاندفاعات الكهربائية يعمل بالطاقة الشمسية سلبًا على توليد الطاقة. أثناء التشغيل العادي، يظل جهاز حماية الاندفاعات الكهربائية (SPD) في حالة مقاومة عالية، حيث يستهلك تيارًا ضئيلًا للغاية ولا يتسبب في أي تداخل مع كفاءة النظام الكهروضوئي. ويكون وجوده “غير مرئي” بالنسبة للتدفق الكهربائي إلى أن تحدث اندفاعة كهربائية، مما يضمن بقاء النظام منتجًا ومحميًّا دون أي فقدان للطاقة.
ماذا يحدث عندما يصل جهاز SPD الشمسي إلى نهاية عمره التشغيلي؟
عندما يصل جهاز الحماية من اندفاع التيار الشمسي إلى نهاية عمره التشغيلي، ينشط قاطع التيار الحراري الداخلي فيه لفصل الوحدة بأمان، مما يمنع مخاطر نشوب حريق. وعادةً ما يتغير لون المؤشر البصري من الأخضر إلى الأحمر، في إشارة إلى أن الحماية لم تعد سارية. ورغم أن النظام الكهروضوئي قد يستمر في العمل، إلا أنه يظل عرضة لاندفاعات التيار حتى يتم استبدال الوحدة القابلة للتوصيل على الفور.
هل يمكن لوحدة توزيع كهربائية واحدة (SPD) حماية نظام كهروضوئي شمسي بأكمله؟
لا، لا يمكن لجهاز SPD واحد حماية نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بأكمله. تتطلب الحماية الشاملة تركيب أجهزة على جانب التيار المستمر (بالقرب من الألواح والمحول) وعلى جانب التيار المتردد (عند مخرج المحول). وإذا تجاوزت مسافة الكابل بين الألواح والمحول 10 أمتار، فسيكون من الضروري تركيب عدة أجهزة SPD في كلا الطرفين للتخفيف الفعال من ارتفاعات الجهد وضمان السلامة الكاملة للنظام.
هل يحتاج نظام تخزين الطاقة بالبطاريات إلى جهاز حماية منفصل من التيار الزائد؟
نعم، تتطلب أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) حماية مخصصة ضد الارتفاعات المفاجئة في الجهد الكهربائي. فالبطاريات وأنظمة إدارة البطاريات (BMS) شديدة الحساسية تجاه التقلبات المؤقتة في الجهد الكهربائي سواء من الشبكة أو من الألواح الشمسية. ويؤدي تركيب جهاز حماية من الارتفاعات المفاجئة في الجهد الكهربائي مخصص لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) إلى منع الأضرار المكلفة التي تلحق بخلايا البطاريات والمكونات الإلكترونية، مما يضمن الموثوقية على المدى الطويل ويمنع مخاطر نشوب الحرائق أثناء حدوث الارتفاعات المفاجئة في الجهد الكهربائي.
كيف يمكنك التأكد من أن جهاز SPD الخاص بالمنظومة الكهروضوئية قد تم تركيبه بشكل صحيح؟
يجب أن يكون جهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية الشمسي المركب بشكل صحيح مزودًا بأسلاك قصيرة ومستقيمة (أقل من 0.5 متر) لتقليل انخفاضات الجهد إلى أدنى حد. تأكد من أن الجهد المقنن (Ucpv) يتطابق مع الجهد الأقصى للنظام الكهروضوئي. يجب أن يكون التوصيل الأرضي متينًا ومنخفض المقاومة. وأخيرًا، تحقق من أن المؤشر البصري يظهر باللون الأخضر وأن الجهاز مثبت بإحكام على سكة DIN داخل العلبة المحمية.
