كيفية اختيار التيار المقنن والجهد المقدر للصمامات المناسبة للأنظمة الكهروضوئية؟

مع تحرك الأنظمة الكهروضوئية (PV) نحو الفولتية الأعلى والسعة الأكبر، فإن الاختيار الصحيح للصمامات - وهو عنصر مهم في نظام حماية التيار المستمر - يؤثر بشكل مباشر على سلامة واستقرار وعمر الخدمة للنظام الكهروضوئي بأكمله. إذا كان التيار المقنن للمصهر منخفضًا جدًا، فقد ينفجر بشكل متكرر بسبب تيارات التشغيل العادية. على العكس من ذلك، إذا كان التيار المقنن مرتفعًا جدًا، فقد لا يتمكن المصهر من مقاطعة الدائرة في الوقت المناسب لحدوث الخلل، مما يتسبب في تلف المعدات أو حتى حوادث السلامة. ولذلك، فإن الاختيار الصحيح للتيار والجهد المقنن للصمامات الكهروضوئية يعد خطوة مهمة في تصميم الأنظمة الكهروضوئية.

لماذا تختار المصهر الكهروضوئي المناسب؟

تتكون أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل أساسي من التجميع الكهروضوئي وصناديق التجميع والعاكس وجهاز تخزين الطاقة وجهاز الحماية ذي الصلة. نظرًا لأن المصفوفات الكهروضوئية تنتج تيارًا مباشرًا (DC) - والذي، على عكس التيار المتردد، لا يتجاوز الصفر بشكل طبيعي - فمن الصعب إطفاء القوس في حالة حدوث ماس كهربائي أو خطأ التيار الزائد. لذلك، تتطلب الأنظمة الكهروضوئية صمامات DC PV مصممة خصيصًا بدلاً من صمامات التيار المتردد القياسية.
يمكن أن يؤدي اختيار الصمامات المناسب إلى تحقيق الأهداف التالية:
كسر سريع لعطل الدائرة القصيرة، وحماية الجمعية الكهروضوئية وكابلات الألياف الضوئية؛
منع تصاعد تيارات الأعطال وتقليل مخاطر الحريق.
تحسين الموثوقية التشغيلية للعاكسات ومعدات الدمج؛
تقليل تكاليف الصيانة وإطالة عمر الخدمة الإجمالي للنظام.

كيف يتم اختيار التصنيف الحالي؟

يعد التيار المقنن أحد أهم معلمات الصمامات الكهروضوئية. يجب أخذ تيار الدائرة القصيرة- ودرجة الحرارة المحيطة وظروف التشغيل المستمرة للتجميع الكهروضوئي في الاعتبار عند الاختيار.
بشكل عام، يجب أن يتجاوز التيار المقنن للمصهر الحد الأقصى لتيار التشغيل للوحدة الكهروضوئية مع الحفاظ على هامش أمان معين. تتبع الصناعة بشكل عام هذا المبدأ:
التيار المقنن للصمام أكبر من أو يساوي 1.25 × تيار الدائرة القصيرة للوحدة الكهروضوئية (Isc)
على سبيل المثال، إذا كانت الوحدة تحتوي على -تيار دائرة قصيرة يبلغ 13 أمبير، فإن قيمة الحساب هي:
13A × 1.25 = 16.25A
في هذه الحالة، عادةً ما يتم اختيار المصهر الكهروضوئي aa 20A بدلاً من طراز aa 15A لتجنب التعثر التخريبي أثناء التشغيل العادي. إذا تم تركيب النظام في بيئة ذات درجة حرارة عالية، فإن سعة الحمل الحالية للمصهر-ستنخفض مع زيادة درجة الحرارة؛ ولذلك، يلزم إجراء التعديلات على منحنى خفض درجة الحرارة الخاص بالشركة المصنعة. وهذا مهم بشكل خاص للمشاريع في مواقع مثل الصحاري أو الأسطح المعرضة لدرجات حرارة عالية.
بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للمصفوفات الكهروضوئية ذات السلاسل المتوازية المتعددة، يجب مراعاة التيار العكسي. إذا فشل أحد المقاطع، فقد يقوم مقطع موازي آخر بحقن كمية كبيرة من التيار العكسي في مقطع الخطأ؛ وبالتالي، يجب أن يكون المصهر قادرًا على التعامل مع تيارات التشغيل العادية أثناء النفخ بسرعة في حالة وجود تيار عطل عكسي.

كيفية اختيار الجهد المقنن؟

بالإضافة إلى المعلمات الحالية، فإن الجهد المقنن مهم بنفس القدر.
يجب أن يكون الجهد المقنن للمصهر الكهروضوئي مساوياً أو أكبر من الحد الأقصى لجهد التيار المستمر الذي قد يحدث في النظام. بخلاف ذلك، على الرغم من أن الصمامات قد تنفجر، إلا أنها قد لا تكون فعالة في إطفاء قوس التيار المستمر وتشكل خطرًا كبيرًا على السلامة.
تشمل مستويات الجهد الحالية المستخدمة بشكل شائع في الأنظمة الكهروضوئية ما يلي:
600 فولت تيار مستمر
1000 فولت تيار مستمر
1500 فولت تيار مستمر
في السنوات الأخيرة، تستخدم محطات الطاقة الأرضية الكبيرة- بشكل متزايد أنظمة تيار مستمر بقدرة 1500 فولت لتقليل فقد الخطوط وتكاليف الكابلات مع زيادة كفاءة توليد الطاقة. ولذلك، بالنسبة لأنظمة 1500 فولت، يجب اختيار مصهر كهروضوئي مخصص بتصنيف 1500 فولت تيار مستمر؛ لا يمكن استخدام منتجات 1000 فولت كبديل.
في الاختيار العملي، يجب حساب جهد الدائرة المفتوحة (Voc) للنظام، مع الأخذ في الاعتبار الحد الأدنى لدرجة الحرارة المحيطة المحلية. نظرًا لأن درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع جهد خرج الوحدة، يستخدم المصممون عادةً الحد الأقصى لجهود الدائرة المفتوحة - المعدلة لأدنى درجة حرارة محيطة - كأساس لاختيارهم لضمان عمل الصمامات بأمان في الظروف القاسية.

ما هي المعلمات التقنية الأخرى التي تتطلب الاهتمام؟

بالإضافة إلى التيار المقنن والجهد المقنن، ينبغي أن تؤخذ العوامل التالية في الاعتبار:
القدرة المكسورة
قدرة قطع الاتصال هي الحد الأقصى لتيار العطل الذي يمكن للمصهر أن يقطعه بأمان. تميل محطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة إلى مواجهة تيارات دائرة قصيرة-كبيرة، ولذلك يجب اختيار المنتجات ذات قدرة التجزئة الكافية لضمان انقطاعات موثوقة أثناء الأعطال.
الوقت-الخصائص الحالية
عادةً ما تتمتع الصمامات الخاصة بالخلايا الكهروضوئية بخصائص وقائية محسنة للأنظمة الكهروضوئية؛ وهي مصممة لتحمل تقلبات التيار العادية الناجمة عن بدء تشغيل الوحدة والتغيرات البيئية، بينما تعمل أيضًا بسرعة في حالة الفشل. شهادة المنتج
عادةً ما تتوافق الصمامات الكهروضوئية-عالية الجودة مع المعايير الدولية مثل IEC 60269-6 وUL 248-19 كما أنها معتمدة كـ TÜV وCE. تثبت هذه الشهادات أن المنتج قد تم اختباره بدقة لضمان قدر أكبر من السلامة والموثوقية والاتساق.
القدرة على التكيف البيئي
تتعرض المشاريع الكهروضوئية الخارجية لدرجات حرارة عالية ودرجات حرارة منخفضة والأشعة فوق البنفسجية ودرجات الحرارة المرتفعة والرطوبة والضباب الملحي والغبار وغيرها من البيئات القاسية. لذلك، يجب أن يتمتع المصهر بمقاومة ممتازة للتآكل، ومقاومة للعوامل الجوية، وثبات طويل الأمد-.

مطبات الاختيار المشتركة
أثناء تنفيذ المشروع، غالبًا ما يرتكب المستخدمون الأخطاء التالية:
استخدم صمامات التيار المتردد القياسية بدلاً من صمامات التيار المستمر الخاصة بأنظمة الطاقة الكهروضوئية؛
حدد المصهر فقط وفقًا للطاقة المقدرة للجهاز وتجاهل -تيار الدائرة القصيرة للوحدة.
حدد الجهد المقنن أقل من الحد الأقصى لجهد التيار المستمر للنظام؛
تجاهل انخفاض قدرة الناقل بسبب درجة الحرارة المحيطة؛
لا يؤخذ في الاعتبار تأثير التيار العكسي على تكوين الأوتار المتوازية.
يمكن أن تؤثر هذه المشكلات على فعالية الحماية بل وتؤدي إلى فشل الحماية أثناء الفشل. ولذلك، يجب مراعاة معلمات النظام والمعايير ذات الصلة بدقة في عملية الحساب والاختيار في مرحلة التصميم.

خاتمة:

في حين أن الصمامات الكهروضوئية هي عناصر وقائية صغيرة، إلا أنها تلعب دورًا حاسمًا في ضمان التشغيل الآمن للنظام الكهروضوئي بأكمله. لا يؤدي الاختيار الصحيح للتيار والجهد المقنن إلى حماية المكونات الكهروضوئية والعاكسات والكابلات بشكل فعال فحسب، بل يقلل أيضًا من معدل فشل النظام ويحسن كفاءة تشغيل المحطة. مع تزايد شعبية الأنظمة الكهروضوئية ذات الجهد العالي-1500 فولت ومشاريع تخزين الطاقة واسعة النطاق-، سيركز اختيار الصمامات بشكل متزايد على قدرة التجزئة العالية والموثوقية العالية والاستقرار-على المدى الطويل. يجب على المصممين إجراء تقييم شامل استنادًا إلى المعلمات الكهربائية للنظام وبيئة التشغيل والمعايير الدولية لضمان التشغيل طويل الأمد والآمن والفعال لمحطات الطاقة الكهروضوئية.

الأسئلة المتداولة

1. هل يمكن استخدام صمامات التيار المتردد القياسية بدلاً من الصمامات الكهروضوئية؟
لا، تفتقر صمامات التيار المتردد إلى القدرة على إطفاء القوس ولا يمكنها تلبية متطلبات حماية التيار المستمر للأنظمة الكهروضوئية.

2. هل التيار الأعلى تصنيفًا للمصهر الكهروضوئي أكثر أمانًا؟
لا. التيار المقنن الزائد يقلل من حساسية الحماية من التيار الزائد وقد يمنع فصل الدائرة في الوقت المناسب للفشل. لذلك، يجب تحديد التيار المقنن بشكل مناسب وفقًا لتيار الدائرة القصيرة - للوحدة ومواصفات التصميم.

3. لماذا يجب أن تستخدم الأنظمة الكهروضوئية 1500 فولت صمامات 1500 فولت؟
نظرًا لأن الجهد المقنن للمصهر يجب ألا يكون أقل من الحد الأقصى لجهد التشغيل للنظام، وإلا فقد يفشل المصهر في إطفاء قوس التيار المستمر بشكل فعال بعد التفجير، مما يعرض سلامة المعدات والأفراد للخطر.