1.مخاطر خفية وراء ازدهار صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

شهد سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمي نموًا مذهلاً في السنوات الأخيرة، أشبه بنمو صاروخي. ما زلت أتذكر عندما حضرت معرض الطاقة الشمسية في ألمانيا قبل خمس سنوات، حيث كانت قدرة الوحدات الشمسية السائدة حوالي 300 واط. أما الآن، فليس من النادر رؤية وحدات ثنائية الوجه بقدرة 600 واط أو أكثر. ومع ذلك، وسط هذا الازدهار في تركيب هذه الوحدات، غالبًا ما يتم تجاهل قضية بالغة الأهمية، ألا وهي حماية النظام.

في العام الماضي، تعاملت شركتنا مع حالة من تركيا: محطة توليد طاقة أرضية بقدرة 5 ميغاواط. بعد ثلاثة أشهر من توصيلها بالشبكة، احترقت أربعة محولات كهربائية تباعًا. خلال التحقيق الميداني، تبيّن أن المالك قد وفّر التكاليف بإهمال تركيب أجهزة الحماية من زيادة التيار على جانب التيار المستمر. بلغت الخسارة النهائية أكثر من 200 ألف دولار أمريكي، وهو مبلغ كافٍ لشراء مئات من أجهزة الحماية المتطورة. ومثل هذه الدروس ليست نادرة في هذا القطاع.

2."قاتلو الجهد" الذين تواجههم الأنظمة الكهروضوئية

2.1الصاعقة: أخطر تهديد

اطلعتُ على مشروعٍ لتكامل الطاقة الإشعاعية مع طاقة مصايد الأسماك في هاينان. تشهد المنطقة أكثر من 90 يومًا من العواصف الرعدية سنويًا. أخبرني مشرف العمليات أنهم كانوا يعيشون في حالة تأهب قصوى طوال موسم العواصف الرعدية كل عام قبل تركيب أجهزة الحماية من الصواعق. وكان أخطر حادثةٍ وقعت هي أن صاعقةً مُستحثةً تسببت في تعطل جميع محولات التيار المتردد في المصفوفة بأكملها بشكلٍ جماعي.

من المثير للاهتمام أن الكثيرين يعتقدون أن الصواعق المباشرة فقط هي الخطيرة. في الواقع، تُظهر بياناتنا أن الصواعق التي تصيب ضمن دائرة نصف قطرها 3 كيلومترات يمكن أن تُولّد ارتفاعًا مفاجئًا في التيار الكهربائي قويًا بما يكفي لإتلاف المعدات. في إحدى المرات، حدث مشروع برازيلي حيث كانت نقطة الصاعقة في مزرعة مجاورة، ومع ذلك تسببت في تعطل جميع وحدات مراقبة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

2.2تقلبات الشبكة: القاتل الخفي

عندما شاركنا في تشغيل مشروع تركيب ألواح شمسية على أسطح المنازل في فيتنام العام الماضي، سجلنا بيانات مذهلة: فقد تجاوز تذبذب الجهد الكهربائي في شبكة الكهرباء المحلية خلال فترات ذروة استهلاك الكهرباء 15% في كثير من الأحيان. هذا التذبذب المستمر في الجهد الكهربائي أكثر ضرراً على عمر المعدات من الارتفاعات المفاجئة في الجهد.

المشكلة الأكثر إشكالية هي تيار الارتفاع المفاجئ الناتج عن نظام الخلايا الكهروضوئية نفسه. تذكر، عند اختبار نوع معين من العواكس، كان ارتفاع الجهد الناتج أثناء إيقاف التشغيل أربعة أضعاف الجهد المقنن! هذا النوع من تيار الارتفاع المفاجئ "المتولد والمستهلك ذاتيًا" هو أمر يغفل عنه العديد من مالكي العقارات.

3.كيف يحمي جهاز الحماية من الصواعق نظام الخلايا الكهروضوئية؟

3.1حماية متعددة الطبقات: ارتدِ "سترة واقية من الرصاص" للنظام

ينبغي أن يكون نظام الحماية الجيد كالبصلة، متعدد الطبقات الدفاعية. وننصح عملاءنا عادةً بتبني...استراتيجية حماية ثلاثية المستويات:

مستوى المصفوفة:قم بتركيب جهاز الحماية من الصواعق من النوع 2 في صندوق التجميع للحماية من معظم الصواعق المستحثة.

مستوى العاكس: استخدم جهاز حماية من الصواعق مخصص للخلايا الكهروضوئية على جانب إدخال التيار المستمر. انتبه جيدًا لاختيار جهد Uc.

نقطة اتصال الشبكة:قم بتركيب جهاز حماية من زيادة التيار (SPD) يتناسب مع خصائص الشبكة المحلية على جانب التيار المتردد.

3.2سوء فهم عملية الاختيار: كلما ارتفع مستوى المعامل، كان ذلك أفضل

يُلاحظ غالبًا أن العملاء يسعون وراء قيم Imax العالية دون تفكير. في الواقع، بالنسبة لمعظم المشاريع الموزعة، تكفي سعة تفريغ تبلغ 20 كيلو أمبير. يكمن السر في:

- إمكانية مطابقة الجهد (Uc ≥ 1.2 × أقصى جهد للنظام)

- مستوى الجهد المتبقي (هذا أمر بالغ الأهمية لأنه يحدد ما إذا كان من الممكن حماية المعدات حقًا)

- وظيفة مؤشر التدهور (وهذا أمر بالغ الأهمية لأنه يمكن أن يمنع "تعطل جهاز SPD").

أصرّ أحد العملاء الأستراليين على تركيب جهاز حماية من الصواعق بقدرة 40 كيلو أمبير. ومع ذلك، وبسبب اختيار جهد Uc منخفض للغاية، تعرّض جهاز الحماية من الصواعق للتقادم المبكر عندما كان النظام تحت حمل خفيف.

3.3لا تدع أوجه القصور في الحماية تؤثر سلباً على عوائد الاستثمار

لقد رأيتُ العديد من أصحاب المنازل المهووسين بالتفاصيل والذين ينفقون مبالغ طائلة على مكونات عالية الجودة، لكنهم يبالغون في الحذر بشأن حماية النظام. في الواقع، لا تتجاوز تكلفة جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) المصمم جيدًا عادةً 0.3% إلى 0.5% من إجمالي تكلفة المشروع، ومع ذلك، يمكنه منع أكثر من 80% من الأعطال الكهربائية.

يُقترح أن يأخذ الجميع في الاعتبار ما يلي خلال مرحلة التصميم:

- بيانات محلية عن أيام العواصف الرعدية (والتي يمكن الحصول عليها بسهولة من مكتب الأرصاد الجوية)

- تقارير جودة الشبكة

- معايير تحمل الارتفاع المفاجئ للتيار الكهربائي التي يحددها مصنعو المعدات

خاتمة

لكي يعمل نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بثبات لمدة 25 عامًا، يحتاج إلى حماية موثوقة ضد ارتفاع التيار المفاجئ. الأمر أشبه بالعمل في المرتفعات دون ارتداء حزام الأمان - قد تنجح في البقاء آمنًا في المرات الـ 99 الأولى، لكن المرة الـ 100 قد تكلفك غاليًا.