اختيار أجهزة الحماية من زيادة التيار لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية - تركيب أجهزة الحماية من زيادة التيار

1. العوامل المؤثرة على تركيب أجهزة الحماية من الصواعق

تنتج حالات زيادة الجهد في أنظمة الخلايا الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل بشكل أساسي عن الصواعق المباشرة (على المبنى أو بالقرب منه، أو على معدات الخلايا الكهروضوئية المزودة بأنظمة حماية من الصواعق)، أو الجهد المستحث الناتج عن تغيرات المجال الكهربائي المرتبطة بالصواعق، أو عمليات التبديل في شبكات توزيع الطاقة المترددة/المستمرة. ولتقييم الحاجة إلى الحماية من زيادة الجهد وتحديد استراتيجية الحماية المناسبة، يُنصح باستخدام جهد تحمل النبضة المقنن (Uw) للمعدات كمرجع. ما لم يُنص على خلاف ذلك في تقييم المخاطر، يجب تركيب أجهزة الحماية من زيادة الجهد على جانبي التيار المستمر والتيار المتردد لنظام الخلايا الكهروضوئية.

تشمل الأجهزة الموجودة داخل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتي قد تتطلب الحماية ما يلي:

العاكسات، بما في ذلك واجهات لكل من نظام التيار المتردد منخفض الجهد ونظام التيار المستمر، ومصفوفات الخلايا الكهروضوئية، والأسلاك الداخلية لنظام الخلايا الكهروضوئية، والمكونات المثبتة بين العاكس ومصفوفات الخلايا الكهروضوئية، مثل صناديق التجميع؛ والمعدات المستخدمة لمراقبة نظام الخلايا الكهروضوئية والتحكم فيه.

وفقًا للمعيار IEC 61643-12 والأقسام ذات الصلة من المعيار GB/T 21714، يعتمد اختيار وتركيب أجهزة الحماية من الصواعق لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على عوامل متعددة. تشمل هذه العوامل كثافة وميض الأرض (NG) [1/كم²·سنة] أو متوسط ​​عدد أيام العواصف الرعدية سنويًا (T)، وخصائص نظام إمداد الطاقة ذي الجهد المنخفض (مثل الخطوط الهوائية أو الكابلات الأرضية)، وطبيعة المعدات المراد حمايتها، وما إذا كان نظام حماية خارجي من الصواعق (LPS) مُثبّتًا لحماية نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية من الصواعق المباشرة.

في حالة وجود مصدر طاقة منخفض خارجي، تتأثر متطلبات الحماية من الصواعق بمستوى الحماية (الفئة) لمصدر الطاقة المنخفض وما إذا كانت مسافة الفصل المطلوبة (S) بين مصدر الطاقة المنخفض ونظام الخلايا الكهروضوئية يتم الحفاظ عليها (مصدر طاقة منخفض معزول مقابل مصدر طاقة منخفض غير معزول).

2. تأثير تكوينات أنظمة الحماية من الصواعق الخارجية المختلفة على الحماية من الصواعق لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تندرج عملية تركيب أجهزة الحماية من الصواعق لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل عمومًا ضمن ثلاث فئات، بناءً على وجود ونوع أجهزة الحماية من الصواعق الخارجية:

(1) أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بدون مصدر طاقة منخفض خارجي

كما هو موضح في الرسم التخطيطي (غير المرفق هنا)، إذا لم يكن المبنى مزودًا بنظام حماية خارجي من الصواعق، فيجب تركيب أجهزة الحماية من الصواعق بناءً على نتائج تقييم مخاطر الصواعق. يُوصى بتركيب أجهزة الحماية من الصواعق على جانبي التيار المتردد والتيار المستمر لحماية مكونات الألواح الكهروضوئية الحيوية.

بالنسبة لجانب التيار المستمر، يجب تركيب جهاز حماية من الصواعق من النوع الثاني (يُشار إليه بـ DC1) بالقرب من صندوق تجميع الألواح الكهروضوئية أو مصفوفة الألواح الكهروضوئية (في حال عدم استخدام صندوق تجميع). يحمي هذا الجهاز المبنى من الصواعق الخارجية المنتقلة عبر كابلات الألواح الكهروضوئية، ويُركّب عادةً مباشرةً بعد دخول هذه الكابلات إلى المبنى. كما يجب تركيب جهاز حماية آخر من النوع الثاني (يُشار إليه بـ DC2) بالقرب من مدخل التيار المستمر للعكس. إذا كان طول الكابل بين DC1 والعكس أقل من 10 أمتار، فيمكن الاستغناء عن DC1.

بالنسبة لجانب التيار المتردد، يُوصى بتركيب جهاز حماية من الصواعق من النوع الثاني (يُشار إليه بـ AC1) عند مدخل التيار المتردد الرئيسي، والذي يُوضع عادةً في لوحة التوزيع الرئيسية. يحمي هذا الجهاز من ارتفاعات التيار القادمة من شبكة الكهرباء. يعتمد تحديد الحاجة إلى AC1 في نظام لا يحتوي على حماية خارجية من الصواعق على نتائج تقييم مخاطر الصواعق. لحماية العاكس، وهو جهاز باهظ الثمن، يُركّب عادةً جهاز حماية من الصواعق من النوع الثاني (يُشار إليه بـ AC2) بالقرب من مخرج التيار المتردد للعاكس. إذا كان طول الكابل بين AC1 و AC2 أقل من 10 أمتار، فيمكن الاستغناء عن AC2. يُرجى الرجوع إلى جدول التكوين للحصول على إرشادات تفصيلية.

(2) أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات مصدر الطاقة المنخفض الخارجي التي تستوفي مسافة الفصل المطلوبة (مصدر الطاقة المنخفض المعزول)

كما هو موضح في الرسم التخطيطي، عندما يكون للمبنى نظام حماية خارجي من الصواعق (مثل قضبان أو أشرطة التوصيل الهوائي) وتكون منظومة الألواح الكهروضوئية على السطح محمية بهذا النظام مع الحفاظ على مسافة فصل مناسبة، يُعتبر نظام الألواح الكهروضوئية مزودًا بنظام حماية من الصواعق معزول. وحتى في هذه الحالة، يظل تركيب أجهزة الحماية من الصواعق ضروريًا.

بالنسبة للأنظمة المزودة بمصدر طاقة منخفض الجهد معزول، يكون إعداد جهاز الحماية من الصواعق مماثلاً للأنظمة التي لا تحتوي على أي حماية خارجية من الصواعق. يجب تركيب جهاز حماية من الصواعق من النوع 2 للتيار المستمر بالقرب من صندوق التجميع، أو بالقرب من مصفوفة الألواح الكهروضوئية في حال عدم استخدام صندوق تجميع. كما يجب وضع جهاز حماية آخر من النوع 2 للتيار المستمر بالقرب من جانب التيار المستمر للعكس، وجهاز حماية من النوع 2 للتيار المتردد بالقرب من جانب التيار المتردد للعكس. مع ذلك، ولأن نظام الألواح الكهروضوئية يتصل بالمبنى من الداخل والخارج، يلزم أيضاً تركيب جهاز حماية من الصواعق من النوع 1 للتيار المتردد عند لوحة توزيع التيار المتردد الرئيسية حيث تدخل الطاقة الكهربائية إلى المبنى. راجع جدول التكوين للحصول على إرشادات تفصيلية حول التخطيط.

(3) أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات مصدر الطاقة المنخفض الخارجي التي لا تفي بمسافة الفصل المطلوبة (مصدر الطاقة المنخفض غير المعزول)

في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على أسطح المباني، حيث تكون الألواح قريبة جدًا من نظام الحماية من الصواعق الخارجي (LPS) ولا تستوفي مسافة الأمان المطلوبة، يجب توصيل جميع الأجزاء المعدنية للنظام بنظام الحماية من الصواعق لضمان التوصيل المتساوي الجهد المناسب. هذا هو النهج الشائع لحماية أسطح المباني من الصواعق. في هذا النظام، تُعامل كابلات التيار المتردد والتيار المستمر كموصلات متوازية، مما يعني أنها قد تتأثر مباشرةً بتيار الصاعقة. لذلك، توصي اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) باستخدام أجهزة الحماية من الصواعق من النوع الأول (SPDs) - عادةً مع أجهزة الحماية من الصواعق من النوع الثاني - في نقاط رئيسية في النظام: عند دخول كابلات الطاقة الشمسية إلى المبنى، وعلى جانبي التيار المتردد والتيار المستمر للأجهزة المهمة مثل العاكس.

كما هو موضح في الرسم التخطيطي، يجب تركيب DC1 بالقرب من صندوق التجميع قدر الإمكان، أو بالقرب من مصفوفة الألواح الكهروضوئية في حال عدم وجود صندوق تجميع. يجب وضع DC2 وAC2 بالقرب من العاكس لتوفير حماية أفضل له. في معظم الحالات، يلزم وجود كل من AC1 (عند اللوحة الرئيسية) وAC2 (بالقرب من العاكس). ولكن إذا كان العاكس مثبتًا داخل اللوحة الرئيسية ويشتركان في نفس التأريض، مع أطوال كابلات لا تتجاوز 0.5 متر، فقد لا يكون AC2 ضروريًا. يمكنك مراجعة الجدول للاطلاع على إرشادات التركيب التفصيلية.

1: يمكن حذف DC1 في الحالات التالية: إذا كان طول الكابل بين DC1 والعاكس أقل من 10 أمتار، وكان مستوى حماية الجهد (Up) لـ AC2 أقل من أو يساوي 0.8 من جهد تحمل النبض المقنن لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية (Uw)؛ أو إذا كان Up لـ AC2 أقل من أو يساوي 0.5 من Uw وتم توجيه موصل PE (التأريض الوقائي) بالقرب من كابلات DC.

2: يمكن حذف AC2 في الحالات التالية: إذا كان طول الكابل بين AC1 و AC2 أقل من 10 أمتار؛ أو إذا كان العاكس ولوحة التوزيع الرئيسية يشتركان في نفس قطب التأريض، ولم يتجاوز طول كابلات توصيل SPD 0.5 متر - على سبيل المثال، إذا تم تركيب العاكس داخل اللوحة الرئيسية.

3: الحد الأدنى لمساحة المقطع العرضي لموصلات التأريض لأجهزة الحماية من الصواعق: بالنسبة لأجهزة الحماية من الصواعق من النوع 2، يجب ألا يقل موصل التأريض النحاسي عن 6 مم²؛ بالنسبة لأجهزة الحماية من الصواعق من النوع 1، يجب ألا يقل عن 16 مم².

يعتمد اختيار أجهزة الحماية من الصواعق (SPDs) على جانب التيار المستمر في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأسطح بشكل أساسي على كيفية حماية المبنى من الصواعق وكيفية توصيل النظام. وفقًا لجدول التكوين ومعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، يجب دائمًا وجود جهاز حماية من الصواعق على جانب التيار المستمر للعكس. ولكن لا يلزم وجود أجهزة حماية إضافية بالقرب من صندوق التجميع - أو بالقرب من الألواح الكهروضوئية في حال عدم وجود صندوق تجميع - إلا إذا كان طول الكابل بين الألواح والعكس يزيد عن 10 أمتار.

مع ذلك، لا تُطبّق هذه الطريقة في كل مكان. ففي بعض الدول، كألمانيا مثلاً، تكون القواعد معاكسة تماماً. هناك، يُركّب جهاز الحماية من ارتفاع التيار المستمر بجوار الألواح الكهروضوئية مباشرةً، ولا يلزم إضافة جهاز حماية بالقرب من العاكس إلا إذا تجاوز طول الكابل 10 أمتار.