أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر والتيار المتردد لأنظمة الطاقة الشمسية والكهروضوئية

لقد رأيتُ العديد من مشاريع الطاقة الشمسية تفشل بعد عاصفة رعدية واحدة، لذلك أعتمد على جهاز الحماية من زيادة التيار لمنع حدوث الضرر قبل وصوله إلى الألواح والمحولات.

أ جهاز الحماية من زيادة التيار بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية والأنظمة الكهروضوئية، تحمي هذه الأنظمة دوائر التيار المستمر والتيار المتردد من الصواعق وارتفاعات الجهد الكهربائي عن طريق تحويل الجهد الزائد بأمان إلى الأرض، مما يمنع تعطل المعدات وتوقفها عن العمل.

إذا كنت ترغب في الحصول على إنتاج مستقر، وتكاليف صيانة يمكن التنبؤ بها، وعمر نظام طويل، فإن فهم كيفية عمل أجهزة الحماية من الصواعق DC و AC هو الخطوة المنطقية التالية.

ما هو جهاز حماية من زيادة التيار المستمر لأنظمة الطاقة الشمسية

كثيراً ما أقابل مشترين يستهينون بخطر ارتفاعات التيار المستمر المفاجئة، إلى أن يتسبب حدث واحد في تلف العاكس. لذلك أبدأ دائماً بحماية التيار المستمر أولاً.

يحد جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر في الأنظمة الشمسية من الجهد الزائد العابر على دوائر التيار المستمر عن طريق تثبيت الزيادات وتفريغها إلى الأرض، مما يحمي الألواح الكهروضوئية والكابلات والمحولات.

أصمم أنظمة الحماية من التيار المستمر بناءً على فكرة بسيطة: مصفوفات الخلايا الكهروضوئية عبارة عن موصلات طويلة مكشوفة. وهي تعمل كهوائيات أثناء حدوث البرق. حتى البرق غير المباشر يمكن أن يحث آلاف الفولتات في سلاسل التيار المستمر. جهاز الحماية من زيادة التيار يعمل جهاز الحماية المثبت بالقرب من مُجمِّع المصفوفة أو مدخل التيار المستمر للعكس كصمام أمان سريع الاستجابة. فهو لا يمنع الصواعق، ولكنه يُعيد توجيه طاقة الصواعق بعيدًا عن الأجهزة الإلكترونية الحساسة.

في المشاريع الحقيقية، أتحقق دائمًا من ثلاثة أمور أساسية. أولًا، أقصى جهد تيار مستمر للمصفوفة في ظروف البرودة. ثانيًا، جودة التأريض. ثالثًا، طول مسار الكابلات. تعمل أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المستمر بكفاءة فقط عندما تكون مقاومة التأريض منخفضة ومسارات الكابلات قصيرة. وهذا أمر بالغ الأهمية لحماية المصانع وأنظمة الأسطح الكبيرة من الصواعق حيث تكون مسارات الكابلات طويلة.

بحسب خبرتي، فإن العديد من الأعطال التي تُعزى إلى "ضعف جودة العاكس" هي في الواقع ناتجة عن عدم وجود أجهزة حماية من الصواعق للتيار المستمر أو عدم كفايتها. إن وجود جهاز حماية صناعي مناسب من الصواعق على جانب التيار المستمر يقلل بشكل كبير من تكاليف الاستبدال ووقت التوقف عن العمل.

أجهزة الحماية من ارتفاع التيار المستمر للطاقة الكهروضوئية والطاقة الشمسية

أقول عادةً لمديري المشتريات إن أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المستمر ليست ملحقات اختيارية، بل هي مكونات أساسية للحماية.

أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر لأنظمة الطاقة الكهروضوئية والشمسية حماية سلاسل التيار المستمر والمعدات من الارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق والتقلبات العابرة في التركيبات الخارجية.

عندما أخطط لحماية النظام من ارتفاعات التيار المستمر، أنظر أولاً إلى تصميم النظام. تتصرف الألواح الشمسية المثبتة على أسطح المنازل، والمصفوفات الأرضية، ومحطات الطاقة واسعة النطاق بشكل مختلف أثناء حدوث ارتفاعات مفاجئة في التيار. جهاز الحماية من زيادة التيار يؤدي تركيبها في صندوق تجميع التيار المستمر إلى تقليل الضغط على الأجهزة الإلكترونية المتصلة بها. في الأنظمة الأكبر حجماً، أستخدم غالباً حماية منسقة مع أجهزة حماية من الصواعق عند المصفوفة والعاكس.

فيما يلي مقارنة عملية أستخدمها عند اختيار أجهزة الحماية من التيار المستمر (DC SPDs):

يُعدّ هذا النهج فعالاً في مشاريع الحماية من ارتفاع التيار الكهربائي الصناعية التي تُعتبر فيها مدة التشغيل عاملاً بالغ الأهمية. كما أنه يقلل من النزاعات المتعلقة بالضمانات، إذ يتم التخفيف بشكل واضح من أضرار ارتفاع التيار.

شرح تصنيفات الجهد لأجهزة الحماية من ارتفاع التيار المستمر

أذكّر المشترين دائمًا بأن أخطاء تصنيف الجهد هي واحدة من أكثر الأخطاء تكلفة في حماية التيار المستمر من الصواعق.

يجب أن تتجاوز تصنيفات جهد جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر الحد الأقصى لجهد الدائرة المفتوحة لنظام الخلايا الكهروضوئية لتجنب الفشل المبكر وفقدان الحماية.

عملياً، لا أختار أبداً جهاز حماية من الصواعق يعمل بالتيار المستمر بجهد اسمي. تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على جهد الألواح الشمسية. قد يؤدي الطقس البارد إلى رفع جهد السلسلة إلى ما هو أعلى بكثير من القيم المذكورة على لوحة البيانات. لذلك، أفضل هامش أمان لا يقل عن 20%.

إليك الطريقة التي أتبعها عادةً لمطابقة تصنيفات الجهد الكهربائي:

يُطيل استخدام التصنيف الصحيح عمر نظام SPD ويضمن أداءً متوقعًا. وهذا أمرٌ مهمٌ للمشترين مثل جيف، الذين يرغبون في جودة ثابتة وتكلفة إجمالية منخفضة للملكية.

حماية من ارتفاع التيار المستمر لألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية والعواكس

أركز بشكل كبير على العاكس لأنه المكون الأكثر تكلفة وحساسية.

تعمل حماية التيار المستمر من الصواعق بين الألواح الكهروضوئية والعواكس على الحد من الطاقة العابرة قبل دخولها إلى إلكترونيات العاكس، مما يمنع حدوث أضرار كارثية وإيقاف تشغيل النظام.

تشير البيانات الميدانية إلى أن معظم أعطال العاكس تحدث في مرحلة إدخال التيار المستمر. تجمع كابلات التيار المستمر الطويلة طاقة الاندفاع، وبدونها جهاز الحماية من زيادة التياريمتص العاكس الصدمة. أقوم دائمًا بتركيب أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المستمر بالقرب من أطراف العاكس قدر الإمكان.

في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحديثة التي تستخدم جهد 1000 فولت أو أعلى، تُعدّ الحماية المنسقة ضرورية. لا يكفي وجود جهاز حماية واحد ضد الصواعق عند المصفوفة. تعمل الحماية متعددة الطبقات على تقليل الجهد المتبقي وتحسين موثوقية النظام. يُستخدم هذا النهج على نطاق واسع في حماية المصانع من الصواعق حيث يكون توقف النظام غير مقبول.

تكوين أقطاب أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر

ألاحظ في كثير من الأحيان وجود لبس حول الأعمدة، وخاصة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة مقابل الأنظمة الأرضية.

يعتمد تكوين أقطاب جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر على تأريض النظام وترتيب الموصلات، مما يضمن الحماية الكاملة للمسارات الموجبة والسالبة والأرضية.

في معظم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تُستخدم أجهزة الحماية من الصواعق ثنائية القطب (2P DC SPDs) لحماية الخطوط الموجبة والسالبة من التلف. أما في الأنظمة الأكثر تعقيدًا، فقد يتطلب الأمر استخدام تكوينات ثلاثية القطب (3P). أحرص دائمًا على التحقق من توصيلات التأريض قبل اختيارها النهائي، لأن اختيار توصيلات غير مناسبة يقلل من فعالية الحماية ويزيد من احتمالية حدوث أعطال.

أجهزة الحماية من ارتفاع التيار الكهربائي يستخدم في أنظمة الطاقة الشمسية

أعتبر الحماية من التيار المتردد بمثابة خط الدفاع الثاني بعد الحماية من التيار المستمر.

تحمي أجهزة الحماية من زيادة التيار المتردد العواكس ولوحات التوزيع والأحمال من الزيادات التي تدخل من خلال المرافق أو أحداث التبديل الداخلية.

يتم اختيار أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المتردد بناءً على الجهد الكهربائي وتكوين الطور. غالبًا ما تستخدم الأنظمة السكنية أجهزة حماية من الصواعق بجهد 110 فولت أو 275 فولت، بينما تستخدم الأنظمة الصناعية أجهزة بجهد 385 فولت. بالنسبة للأنظمة ثلاثية الطور، توفر تكوينات 3P+NPE حماية متوازنة.

لا يحمي جهاز الحماية من الصواعق الصناعي الموجود على جانب التيار المتردد المعدات الشمسية فحسب، بل يحمي أيضًا الأحمال المتصلة بها.

كيفية اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار الأيمن للطاقة الشمسية

أبقي عملية الاختيار بسيطة لأن التعقيد الزائد يؤدي إلى الأخطاء.

إن اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار المناسب يعني مطابقة الجهد ونوع النظام وموقع التركيب ومستوى المخاطر للحصول على حماية موثوقة طويلة الأمد.

أوصي دائمًا باستخدام منتجات معتمدة ذات تصنيفات واضحة لمقاومة الصواعق وحماية حرارية. تجنب خلط أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المتردد والتيار المستمر بشكل خاطئ. فالعديد من الأعطال تنجم عن تركيب أجهزة الحماية من الصواعق للتيار المتردد على دوائر التيار المستمر. إن التعامل مع مورد يفهم سلوك مانعات الصواعق يُحدث فرقًا كبيرًا.

خاتمة

اختر الخيار الصحيح جهاز الحماية من زيادة التيار اليوم لحماية استثمارك في الطاقة الشمسية والحفاظ على تشغيل نظامك غدًا.

التعليمات

س1: هل تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية حقاً إلى حماية من زيادة التيار المستمر؟

نعم. تتعرض مصفوفات الخلايا الكهروضوئية لعوامل خطر كبيرة، وتُعد ارتفاعات التيار المستمر سببًا رئيسيًا لفشل العاكس.

س2: هل يمكن لجهاز الحماية من الصواعق (SPD) حماية كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر؟

لا. تتطلب دوائر التيار المتردد والتيار المستمر تصميمات وتصنيفات مختلفة لأجهزة الحماية من الصواعق.

س3: كم مرة يجب استبدال جهاز الحماية من زيادة التيار؟

يعتمد ذلك على التعرض للارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي، ولكن يوصى بإجراء فحص دوري كل عام.

س4: هل تصنيف kA الأعلى هو الأفضل دائمًا؟

ليس دائماً. يجب أن يتناسب ذلك مع مخاطر النظام وموقع التثبيت.

س5: هل يمكن أن يؤدي ضعف التأريض إلى تقليل أداء جهاز الحماية من الصواعق؟

نعم. جودة التأريض تؤثر بشكل مباشر على كفاءة تحويل التيار الزائد.