دليل شامل لأجهزة الحماية من الصواعق لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية وحماية الطاقة الشمسية من الصواعق
أشعر بالتوتر غالباً عندما أرى مشاريع الطاقة الشمسية تتضرر بسبب ارتفاع مفاجئ في التيار الكهربائي، لذلك أعتمد على جهاز الحماية من زيادة التيار للحفاظ على استقرار كل نظام.
أ جهاز الحماية من زيادة التيار يحمي نظام الحماية من ارتفاعات الجهد الخطيرة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عن طريق تحويلها بعيدًا عن الألواح والمحولات والدوائر الكهربائية. ويقلل من وقت التوقف، ويمنع تعطل المعدات، ويضمن السلامة على المدى الطويل لكل من جانبي التيار المتردد والتيار المستمر في نظام الطاقة الشمسية.
في هذا الدليل، سأشرح لك كل جزء من أجزاء الحماية من ارتفاع التيار الشمسي حتى تتمكن من اتخاذ قرارات فنية واثقة لأي مشروع للطاقة الشمسية الكهروضوئية.
ما هو جهاز الحماية من الصواعق (SPD) ولماذا تحتاجه أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
كنت أرى أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تتعطل بسبب زيادة الجهد غير المتوقعة، لذلك الآن لا أصمم أي مشروع بدون التخطيط الصحيح. جهاز الحماية من زيادة التيار في مكانه.
يحمي جهاز الحماية من الصواعق (SPD) أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية عن طريق امتصاص أو تحويل الصواعق، والتقلبات العابرة في التيار الكهربائي، واضطرابات الشبكة الكهربائية قبل وصولها إلى المكونات الحساسة. ويساعد ذلك على منع تلف العاكس، ويقلل من تكاليف الصيانة، ويضمن استقرار تشغيل النظام.
تعمل أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الهواء الطلق، لذا فهي تواجه مخاطر كهربائية مستمرة من الصواعق وأعطال الشبكة وانقطاعات التيار. ولأن الألواح والمحولات تعتمد على أشباه الموصلات، فهي حساسة للغاية حتى لأقل زيادة في الجهد. من خلال عملي مع مختلف المصانع وشركات الهندسة والمشتريات والإنشاء، لاحظت أن الأعطال المبكرة غالباً ما تنتج عن التعرض لارتفاع مفاجئ في الجهد وليس عن التلف الطبيعي. لذلك، أعتبر الحماية من ارتفاع الجهد متطلباً أساسياً في التصميم، وليست مجرد إضافة اختيارية.
تعريف الحماية من الصواعق في الأنظمة الكهربائية والشمسية
جهاز الحماية من زيادة الجهد (SPD) هو جهاز يُعيد توجيه الجهد الزائد العابر إلى نظام التأريض. في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يحمي هذا الجهاز سلاسل التيار المستمر، والعواكس، وصناديق التجميع، وتوزيع التيار المتردد، وخطوط الاتصالات.
الأسباب الشائعة لارتفاعات الجهد في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
تواجه أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ارتفاعات مفاجئة ناتجة عن:
• البرق (مباشر أو مستحث)
• عمليات التبديل
• اضطرابات شبكة المرافق
• كابلات طويلة تعمل على تضخيم الفولتية العابرة
لماذا تعتبر الحماية من زيادة التيار الكهربائي أمراً بالغ الأهمية للألواح الشمسية والمحولات
تتعرض الألواح الشمسية والمحولات الكهربائية للتلف بسهولة بسبب الارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي. عند زيارتي للمصانع، ألاحظ وجود علامات واضحة للارتفاع المفاجئ في التيار على مرحلة الإدخال في معظم المحولات المتضررة. يقلل استخدام أجهزة الحماية من ارتفاع التيار المناسبة من هذا الخطر بشكل كبير.
كيف تعمل تقنية MOV داخل أجهزة الحماية من زيادة التيار
أتذكر أول مرة فتحت فيها جهاز SPD معطلاً؛ لقد كشفت كتلة MOV القصة الكاملة لكيفية مواجهة النظام لزيادة هائلة في الطلب.
تتيح تقنية MOV جهاز الحماية من زيادة التيار يقوم هذا الجهاز بتثبيت الجهد العالي عن طريق الانتقال من مقاومة عالية إلى مقاومة منخفضة في غضون أجزاء من الثانية. كما يمتص الطاقة الزائدة ويرسلها بأمان إلى الأرض قبل أن تتضرر المعدات.
يُعدّ مُقاوم أكسيد المعدن (MOV) العنصر الأساسي في معظم تصميمات أجهزة الحماية من الصواعق الصناعية. وكثيراً ما أشرح لفرق المشتريات أن جودة مُقاوم أكسيد المعدن تُحدد استقرار الجهاز على المدى الطويل. فضعف مُقاوم أكسيد المعدن يعني تدهوراً مبكراً ومستويات حماية غير متوقعة. ولذلك، فإن المصانع التي تتطلب أجهزة حماية موثوقة حماية المصانع من زيادة التيار اختبر دائمًا سلوك MOV تحت دورات إجهاد متكررة قبل الموافقة على المورد.
ما هو MOV وكيف يعمل؟
يعمل مُقاوِم أكسيد المعدن (MOV) كمقاومة تعتمد على الجهد. عندما يكون الجهد طبيعيًا، فإنه يمنع مرور التيار. وعندما يرتفع الجهد فوق عتبة معينة، فإنه يُوصل الزيادة المفاجئة إلى الأرض فورًا.
سلوك MOV أثناء ارتفاعات الجهد
أثناء ارتفاع التيار المفاجئ، تنخفض مقاومة MOV بشكل حاد، مما يخلق مسارًا آمنًا لتيار الاندفاع. بعد التثبيت، تعود المقاومة إلى قيمتها العالية.
أنماط فشل صمامات MOV واعتبارات السلامة
تشمل أسباب فشل المقاومات المعدنية المؤكسدة الشائعة ارتفاع درجة الحرارة، والتآكل، والهروب الحراري. لذلك أوصي دائمًا باستخدام وحدات الفصل الحراري لأنظمة الحماية من الصواعق الكهروضوئية.
أنواع أجهزة الحماية من زيادة التيار المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية
بعد سنوات من التعامل مع عمليات تدقيق المصانع ومشاريع الطاقة الشمسية، تعلمت أن اختيار نوع جهاز الحماية من الصواعق الصحيح يحدد ما إذا كان نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية سيصمد أمام موسم الصواعق.
النوع 1، النوع 2توفر أجهزة الحماية من الصواعق من النوع الأول والثالث مستويات مختلفة من الحماية ضد الصواعق وارتفاعات التيار الكهربائي الناتجة عن عمليات التبديل. يتعامل النوع الأول مع الصواعق المباشرة، ويتعامل النوع الثاني مع الجهد الزائد، بينما يحمي النوع الثالث الأجهزة الطرفية والإلكترونيات الحساسة.
تركز العديد من فرق المشتريات على فروقات الأسعار بين أنواع أجهزة الحماية من الصواعق، لكنني أوضح دائمًا أن لكل نوع دورًا مختلفًا. يعمل النظام بكفاءة عالية عند تنسيق جميع الأنواع كسلسلة حماية متكاملة. غالبًا ما تواجه شركات الهندسة والمشتريات والإنشاءات للطاقة الشمسية التي تتجاهل نوعًا واحدًا من هذه الأجهزة أعطالًا متكررة في العاكسات أثناء العواصف. فيما يلي مقارنة سريعة:
الجدول 1 - أنواع SPD ووظائفها
| نوع SPD | الحماية الرئيسية | الموقع النموذجي | مستوى الارتفاع المفاجئ |
|---|---|---|---|
| النوع 1 | تيار البرق | لوحة التحكم الرئيسية للتيار المتردد | مرتفع جداً |
| النوع 2 | زيادة الجهد | مدخلات العاكس DC/AC | واسطة |
| النوع 3 | أجهزة طرفية | لوحات التحكم | قليل |
جهاز حماية من الصواعق من النوع 1
تُستخدم عند مداخل الخدمة لتفريغ تيارات البرق الكبيرة.
جهاز حماية من الجهد الزائد من النوع 2
تم تركيبها بالقرب من العاكسات للحماية من التبديل والارتفاعات المفاجئة الناتجة.
النوع 3 من أجهزة الحماية الطرفية
يستخدم داخل دوائر التحكم الحساسة.
اختيار جهاز الحماية من الصواعق المناسب لتطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية
أقوم دائمًا بمطابقة نوع جهاز الحماية من الصواعق مع مستوى الصواعق، وجهد التركيب، وحساسية المعدات، وظروف التأريض.
دليل تركيب أجهزة الحماية من الصواعق لألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية والمحولات
لقد رأيت العديد من المشاريع تفشل لمجرد أن جهاز الحماية من الصواعق تم تركيبه في المكان الخطأ، حتى لو كان الجهاز نفسه عالي الجودة.
يجب تركيب أجهزة الحماية من الصواعق بالقرب من المعدات المحمية، مع كابلات قصيرة، وقطبية صحيحة، وتأريض مناسب، ونوع جهاز الحماية من الصواعق المناسب على جانبي التيار المتردد والتيار المستمر لنظام الخلايا الكهروضوئية.
التركيب الصحيح أهم من العلامة التجارية. حتى أفضل أجهزة الحماية من الصواعق الصناعية تفقد فعاليتها إذا كان طول الكابل زائداً. كثيراً ما أُري الفنيين كيف أن زيادة طول الكابل بمقدار 20 سم يمكن أن تُضاعف الجهد المتبقي، مما قد يُتلف لوحة إدخال العاكس.
أين يتم تركيب جهاز الحماية من الصواعق في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟
يجب وضع أجهزة الحماية من السرقة في صناديق تجميع التيار المستمر، مدخلات التيار المستمر للعكس، ومخرجات التيار المتردد للعكس، وتوزيع التيار المتردد الرئيسي.
خطوات تركيب جهاز الحماية من الصواعق (SPD) على جانب التيار المستمر
• قم بالتوصيل بكل مدخل سلسلة نصية
• التأكد من تطابق القطبية
• حافظ على طول الكابل أقل من 0.5 متر
خطوات تركيب جهاز الحماية من الصواعق (SPD) على جانب التيار المتردد
• قم بالتركيب بالقرب من أطراف خرج العاكس
• الاتصال بالأرضي PE
• اتبع قواعد توصيل الأسلاك في نظام TN/TT
أخطاء شائعة في التثبيت يجب تجنبها
تشمل أكبر الأخطاء الأسلاك الطويلة، وعدم وجود تأريض، ونوع جهاز الحماية من الصواعق الخاطئ، وتصنيف الجهد غير الصحيح.
متطلبات الحماية من ارتفاع التيار المستمر والتيار المتردد لأنظمة الطاقة الشمسية
أقوم غالبًا بفحص مواقع الطاقة الشمسية الكهروضوئية حيث لا يتطابق تصنيف جهاز الحماية من الصواعق مع جهد الدائرة المفتوحة للمصفوفة، مما يخلق خطرًا خفيًا على النظام بأكمله.
يجب أن تتوافق أجهزة الحماية من الصواعق الكهروضوئية مع تصنيف جهد التيار المستمر، وتصنيف شبكة التيار المتردد، ونظام التأريض، وقواعد التنسيق، وفئة التركيب لضمان حماية مستقرة عبر نظام الطاقة الكهروضوئية بأكمله.
فيما يلي جدول مقارنة التصنيفات الذي تجده العديد من فرق المشتريات مفيداً:
الجدول 2 - متطلبات تصنيف الحماية من الأحمال الزائدة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
| المعلمة | جانب العاصمة | جانب التيار المتردد |
|---|---|---|
| تصنيف الجهد | Voc × 1.2 | نموذجي 230/400 فولت |
| التصنيف الحالي | 20-40 كيلو أمبير | 20-65 كيلو أمبير |
| يكتب | النوع 2 | النوع 1/2 |
تصنيفات الجهد والتيار لأجهزة الحماية من الصواعق الكهروضوئية
قم دائمًا بمطابقة قيمة Ucpv الخاصة بجهاز SPD مع أقصى قيمة Voc للمصفوفة في درجات الحرارة المنخفضة.
متطلبات التأريض والتوصيل بالأرض
يُقلل التأريض الجيد من طاقة التيار الزائد بشكل كبير. أتحقق دائمًا من مقاومة التأريض قبل تركيب جهاز الحماية من التيار الزائد.
تنسيق SPD بين جانبي التيار المتردد والتيار المستمر
استخدم النوع 1 في لوحة التيار المتردد الرئيسية والنوع 2 بالقرب من العاكس لتحقيق التنسيق الفعال.
مقارنة بين جهاز الحماية من الصواعق ومانع الصواعق: الاختلافات الرئيسية لحماية الألواح الكهروضوئية
يسألني العديد من المشترين عما إذا كان ينبغي عليهم استخدام جهاز حماية من الصواعق أو مانع الصواعق، وإجابتي دائماً هي: إنهما يؤديان أدواراً مختلفة.
يتولى مانع الصواعق التعامل مع الصواعق الخارجية الكبيرة، بينما يحمي جهاز الحماية من الصواعق المعدات من الجهد الزائد الخارجي والداخلي. وتستفيد معظم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من استخدام كليهما.
الجدول 3 - جهاز الحماية من الصواعق مقابل مانع الصواعق
| ميزة | SPD | مانع الصواعق |
|---|---|---|
| حماية | تقلبات داخلية وخارجية | البرق بشكل رئيسي |
| سرعة | أسرع | أبطأ |
| استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية | محولات التيار المستمر، سلاسل التيار المستمر | مدخل الخدمة |
كيف تعمل مانعات الصواعق مقابل أجهزة الحماية من الصواعق
تقوم مانعات الصواعق بتفريغ طاقة الصواعق الكبيرة ولكنها تستجيب بشكل أبطأ من أجهزة الحماية من الصواعق.
أيهما أفضل لحماية الألواح الشمسية من الصواعق؟
توفر أجهزة الحماية من الصواعق حماية أفضل للأجهزة الإلكترونية الحساسة، بينما تحمي مانعات الصواعق هيكل المبنى.
متى يُستخدم كل منهما في تركيب الطاقة الشمسية
أستخدم كليهما دائمًا في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق أو عالية المخاطر.
خاتمة
استخدم جودة عالية جهاز الحماية من زيادة التيار للحفاظ على كل نظام كهروضوئي شمسي آمنًا ومستقرًا وجاهزًا للتشغيل على المدى الطويل.
الأسئلة الشائعة حول أجهزة الحماية من الصواعق، وأجهزة الحماية من التيار الزائد، والحماية من الصواعق لأنظمة الطاقة الشمسية
هل يمكنني استخدام جهازي SPD متصلين على التوالي؟
نعم، طالما يتم اتباع قواعد التنسيق.
هل تحتاج الألواح الشمسية إلى جهاز حماية من التيار المتردد أم التيار المستمر؟
كلا جانبي التيار المتردد والتيار المستمر يحتاجان إلى الحماية.
كم تدوم حالة اضطراب المعالجة الحسية؟
عادةً ما تتراوح المدة بين 5 و 10 سنوات حسب التعرض للموجات المفاجئة.
ماذا يحدث عند تعطل جهاز SPD؟
ينفصل الجهاز داخلياً لتجنب خطر الحريق.