إجابة سريعة: صندوق التجميع للتيار المتردد (AC) مقابل صندوق التجميع للتيار المستمر (DC)
أن صندوق تجميع التيار المتردد يقوم بتجميع مخرجات التيار المتردد من عدة محولات (Inverters) أو محولات دقيقة أو فروع محولات قبل تغذية لوحة توزيع التيار المتردد، أو لوحة المفاتيح، أو معدات التبديل، أو المحول، أو نقطة الربط بالشبكة.
A صندوق تجميع التيار المستمر يقوم بتجميع مخرجات التيار المستمر من سلاسل الألواح الكهروضوئية قبل المحول. وعادة ما يشتمل على مصهرات السلاسل أو قواطع التيار المستمر، وأجهزة حماية من زيادة التيار المستمر، وقضبان توصيل موجبة وسالبة، ومفاتيح عزل أو فصل للتيار المستمر، وأطراف تأريض، وأحياناً أنظمة مراقبة للسلاسل.
لا يقتصر الاختلاف على موقع الصندوق فحسب، بل يغير أيضاً تصميم الحماية:
يجب أن يتعامل صندوق التجميع للتيار المستمر مع جهد التيار المستمر للألواح الكهروضوئية، والقطبية، والتيار العكسي، وأقواس التيار المستمر المستمرة. بينما يجب أن يتعامل صندوق التجميع للتيار المتردد مع حماية فروع التيار المتردد، وتجميع مخرجات المحول، وتصنيف تيار القصر، وترتيب المحايد/الأرضي، ومتطلبات فصل التيار المتردد أو معدات التبديل.
الوجبات الرئيسية
- تُستخدم صناديق التجميع للتيار المستمر قبل المحول. تقوم بتجميع سلاسل الألواح الكهروضوئية على جانب التيار المستمر.
- تُستخدم صناديق تجميع التيار المتردد (AC) بعد العاكس. تقوم هذه الصناديق بتجميع مخرجات التيار المتردد من العواكس السلسلية، أو العواكس الدقيقة، أو مجموعات العواكس.
- حماية التيار المستمر (DC) تختلف عن حماية التيار المتردد (AC). يجب اختيار مصهرات التيار المستمر، وقواطع التيار المستمر، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) للتيار المستمر، وفواصل التيار المستمر بناءً على جهد وقطبية النظام الكهروضوئي.
- تُعد لوحات مفاتيح تجميع التيار المتردد شائعة في الأنظمة الأكبر حجماً. قد تغذي مخرجات العواكس المتعددة لوحات توزيع التيار المتردد، أو لوحات المفاتيح الكهربائية، أو لوحات إعادة التجميع.
- غالباً ما تستخدم أنظمة العواكس الدقيقة تقنية تجميع التيار المتردد. يقوم كل عاكس دقيق بتحويل التيار المستمر للوحدة إلى تيار متردد متوافق مع الشبكة، لذا يتم التجميع من جانب التيار المتردد.
- لا تعتمد على حجم الصندوق فقط عند الاختيار. تخطيط الكابلات، والجهد، والتيار، وتصنيف تيار القصر (SCCR)، ونوع جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD)، والتأريض، والوسم، والمعايير، كلها عوامل مهمة.
جدول مقارنة بين صندوق التجميع للتيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC).
| البند | صندوق تجميع التيار المستمر | صندوق تجميع التيار المتردد |
|---|---|---|
| الموقع | بين سلاسل الألواح الشمسية (PV strings) ومدخل التيار المستمر للمحول (Inverter). | بين مخارج المحول وتوزيع التيار المتردد/الربط بالشبكة. |
| النوع الحالي | تيار مباشر | التيار المتردد |
| الغرض الرئيسي | تجميع دوائر التيار المستمر لسلاسل الألواح الشمسية. | تجميع دوائر مخرج التيار المتردد للمحول. |
| المدخل المشترك | سلاسل الألواح الكهروضوئية (PV strings) | العواكس السلسلية، العواكس الدقيقة، دوائر تفرع العاكس |
| المخرج المشترك | دخل التيار المستمر للعاكس | لوحة التيار المتردد، مفاتيح التوزيع الكهربائية (AC switchgear)، المحول، الربط مع الشبكة |
| أجهزة الحماية | صمامات gPV، قواطع التيار المستمر (MCB/MCCB)، عازل التيار المستمر، جهاز حماية التيار المستمر من الصواعق (DC SPD) | قواطع التيار المتردد، مفتاح التيار المتردد، جهاز حماية التيار المتردد من الصواعق (AC SPD)، أجهزة القياس، قضبان التوزيع (Busbar) |
| تخطيط قضيب التوصيل | القطب الموجب، القطب السالب، والأرضي الوقائي (PE) | قضيب التوصيل الطوري، المحايد عند الحاجة، التأريض/الوقاية (PE) |
| المخاطر التقنية الرئيسية | القوس الكهربائي للتيار المستمر، خطأ القطبية، التيار العكسي، الجهد الزائد للأنظمة الكهروضوئية | تيار العطل المتردد، التغذية الراجعة من العاكس، التنسيق، تصنيف مفاتيح الفصل |
| : الأحمال المقاومة البحتة (السخانات الكهربائية والإضاءة المتوهجة)، ومسارات الكابلات الطويلة حيث يكون تيار الخطأ محدودًا بشكل طبيعي بالممانعة. | مصفوفات العاكس السلسلي الكهروضوئية، سلاسل المرافق الكهروضوئية، تجميع التيار المستمر | العواكس الدقيقة، عواكس السلاسل المتعددة، أسطح المباني التجارية، مزارع الطاقة الشمسية |
| مصطلح بحث شائع | صندوق تجميع التيار المستمر، صندوق تجميع الطاقة الشمسية | صندوق تجميع التيار المتردد (AC)، لوحة تجميع التيار المتردد، مفاتيح تجميع التيار المتردد |
موقع كل صندوق في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية
يبدو نظام العاكس السلسلي (String Inverter) المبسط كما يلي:
وحدات كهروضوئية
يبدو نظام العاكس المصغر (Microinverter) مختلفاً:
وحدة كهروضوئية
لهذا السبب يرتبط صندوق تجميع التيار المستمر عادةً بهيكلية العاكس السلسلي، بينما يشيع استخدام صندوق تجميع التيار المتردد في أنظمة العاكس المصغر، والأنظمة التجارية متعددة العواكس، وتجميع مخرجات العواكس على مستوى المرافق العامة.
ما هو صندوق تجميع التيار المستمر (DC Combiner Box)؟
A صندوق تجميع التيار المستمر هو صندوق حماية وتجميع للطاقة الكهروضوئية يتم تركيبه في جانب التيار المستمر لنظام الطاقة الشمسية. يقوم بتجميع سلاسل كهروضوئية متعددة في دوائر خرج أقل قبل وصولها إلى العاكس (Inverter).
المكونات النموذجية تشمل:
- مصهرات سلاسل الطاقة الكهروضوئية أو قواطع التيار المستمر
- قضيب التوزيع الموجب
- قضيب التوزيع السالب
- جهاز حماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD)
- مفتاح عزل التيار المستمر أو فاصل التيار
- طرف التأريض أو طرف الحماية الأرضية (PE)
- وحدة مراقبة السلاسل عند الحاجة
- غدد الكابلات أو موصلات الطاقة الكهروضوئية
- صندوق خارجي
- ملصقات تحذيرية وملصقات القطبية
تُستخدم صناديق تجميع التيار المستمر (DC combiner boxes) غالباً عندما:
- يحتوي عاكس واحد على مداخل متعددة لسلاسل الألواح الشمسية
- يجب حماية السلاسل المتعددة بشكل فردي
- هناك حاجة لمراقبة السلاسل
- هناك حاجة لتجميع منظم لتمديدات كابلات التيار المستمر الطويلة
- هناك حاجة لحماية من زيادة التيار المستمر بالقرب من المصفوفة
- تحتاج فرق الصيانة إلى نقطة عزل تيار مستمر (DC) واضحة
للحصول على أساس أوسع، راجع VIOX دليل صندوق تجميع الطاقة الشمسية (PV combiner box).
ما هو صندوق تجميع التيار المتردد (AC Combiner Box)؟
أن صندوق تجميع التيار المتردد يجمع دوائر خرج التيار المتردد من محولات متعددة أو فروع محولات دقيقة. يتم تركيبه بعد تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
المكونات النموذجية تشمل:
- قواطع التيار المتردد أو القواطع المقولبة (MCCBs)
- قضيب توزيع التيار المتردد (AC busbar)
- مفتاح فصل التيار المتردد الرئيسي
- AC SPD (جهاز الحماية من زيادة التيار المتردد)
- قضيب التوصيل المحايد (Neutral bar) عند الحاجة
- قضيب التأريض/الحماية (PE)
- جهاز قياس أو مراقبة
- كتل طرفية
- غدد الكابلات
- الضميمة
- ملصقات الدوائر الكهربائية
صناديق تجميع التيار المتردد (AC combiner boxes) شائعة في:
- أنظمة الطاقة الشمسية ذات العاكسات الدقيقة (microinverters)
- أنظمة الطاقة الكهروضوئية التجارية على الأسطح ذات العاكسات المتعددة
- محطات الطاقة الكهروضوئية الخدمية ذات مخرجات العاكسات المتعددة
- غرف العاكسات
- لوحات إعادة تجميع التيار المتردد (AC recombiner panels)
- لوحات تجميع التيار المتردد
- مفاتيح تجميع التيار المتردد
في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة، يُستخدم مصطلح مفاتيح تجميع التيار المتردد أو مُعيد تجميع التيار المتردد غالباً عندما تكون المعدات أكبر من مجرد صندوق صغير. قد تتضمن قواطع دوائر أكبر، وأجهزة قياس، ومرحلات حماية، وقضبان توزيع، ومحولات تيار، وتكاملاً مع مفاتيح الجهد المنخفض.
صندوق تجميع التيار المتردد مقابل مفاتيح تجميع التيار المتردد مقابل مُعيد تجميع التيار المتردد
هذه المصطلحات مترابطة، لكنها لا تشير دائماً إلى نفس حجم المعدات.
| مصطلح | المعنى العملي | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|
| صندوق تجميع التيار المتردد | حاوية أصغر لدمج مخرجات التيار المتردد للمحولات | الأنظمة السكنية والتجارية، وأنظمة العاكسات الدقيقة (Microinverter)، وأنظمة العاكسات المتعددة الصغيرة |
| لوحة تجميع التيار المتردد (AC combiner panel) | وحدة تجميع تيار متردد بنمط اللوحة مزودة بقواطع كهربائية | أنظمة الأسطح التجارية وأنظمة العاكسات الموزعة |
| لوحة مفاتيح تجميع التيار المتردد (AC combiner switchboard) | وحدة توزيع تيار متردد أكبر حجماً لتجميع مغذيات العاكسات | أنظمة الطاقة الكهروضوئية التجارية وعلى مستوى المرافق |
| مفاتيح تجميع التيار المتردد | تجميع وحماية تيار متردد أكثر قوة على مستوى لوحات المفاتيح الكهربائية (Switchgear) | غرف العاكسات الكبيرة، ومحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخدمية |
| مُعيد تجميع التيار المتردد | يجمع المخرجات من مجمعات التيار المتردد (AC combiners) أو وحدات العاكسات الموجودة في المراحل اللاحقة | محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكبيرة وأنظمة تجميع التيار المتردد متعددة المستويات |
استخدم المصطلح الذي يتناسب مع مستوى المعدات. لا ينبغي وصف مجمع تيار متردد صغير خاص بمحول دقيق (microinverter) بأنه لوحة مفاتيح كهربائية (switchgear). كما لا ينبغي اختزال لوحة مفاتيح التيار المتردد على مستوى المرافق الخدمية في مجرد صندوق تجميع بسيط.
مكونات صندوق تجميع التيار المستمر (DC Combiner Box)
| المكوّن | الوظيفة | ملاحظة الاختيار |
|---|---|---|
| صمام gPV أو قاطع دائرة التيار المستمر | يحمي دوائر سلاسل الألواح الكهروضوئية | يجب أن تتوافق مع جهد وتيار الألواح الشمسية |
| قضيب التوزيع الموجب | يجمع موصلات السلاسل الموجبة | تحقق من التصنيف الحالي والمسافات البينية |
| قضيب التوزيع السالب | يجمع موصلات السلاسل السالبة | تحقق من القطبية والعزل |
| DC SPD | يحد من الجهد الزائد العابر في جانب التيار المستمر للألواح الشمسية | استخدم جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) مخصص للتيار المستمر/الأنظمة الكهروضوئية |
| عازل تيار مستمر | يوفر خاصية الفصل المحلي للتيار المستمر | يجب أن يكون مصنفاً للتيار المستمر وفقاً لجهد النظام |
| مراقبة السلاسل (String monitoring) | يقيس تيار السلسلة أو حالتها | مفيد في محطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة |
| الضميمة | يحمي المكونات في الأماكن الخارجية | تصنيف الحماية (IP)، مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، الحرارة، والتكثيف |
| مداخل الكابلات | إحكام غلق كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية داخل الصندوق | مطابقة قطر الكابل مع وسيلة الإحكام الخارجية |
نصيحة هندسية: تحديد حجم مصهرات (فيوزات) سلاسل الألواح الكهروضوئية. في التصاميم المعتمدة على الكود الكهربائي الوطني (NEC) في أمريكا الشمالية، يُعامل تيار دائرة مصدر الطاقة الكهروضوئية عادةً كتيار مستمر مشتق من تيار القصر (Short-circuit current) للوحدة. نقطة البداية العملية هي:
الحد الأدنى لتصنيف تيار مصهر الطاقة الكهروضوئية >= 1.56 × تيار القصر (Isc) للسلسلة
يأتي معامل 1.56 من تطبيق نسبة 125% على تيار القصر الكهروضوئي ونسبة 125% أخرى لتحديد حجم الحماية من التيار الزائد للخدمة المستمرة. يعتمد الاختيار النهائي على ورقة بيانات الوحدة، والحد الأقصى لتصنيف مصهر السلسلة، ودرجة الحرارة المحيطة، والتجميع، وتصنيف حامل المصهر، والكود المحلي، وقواعد تصميم الشركة المصنعة للمحول (Inverter).
بالنسبة لمشاريع اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، لا تقم بنسخ أرقام الكود الأمريكي (NEC) بشكل أعمى. تحقق من فئة وصلة المصهر، وتصنيف الجهد، وتيار السلسلة، وحالة التيار العكسي، وتنسيق مصهر (gPV) وفقاً لمعايير المشروع وأوراق بيانات المكونات.
للحماية من زيادة التيار في جانب التيار المستمر، انظر أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (DC) لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وشحن المركبات الكهربائية، وأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS)، والأنظمة الصناعية.
مكونات صندوق تجميع التيار المتردد
| المكوّن | الوظيفة | ملاحظة الاختيار |
|---|---|---|
| قاطع التيار المتردد | يحمي فرع خرج العاكس | طابق تيار خرج العاكس وتصنيف الأعطال |
| مفتاح التيار المتردد الرئيسي | يوفر العزل أو فصل الحمل | تحقق من تصنيف فصل الحمل |
| قضيب توزيع التيار المتردد (AC busbar) | يجمع مخارج التيار المتردد للعاكس | تحقق من التيار، وارتفاع درجة الحرارة، وتصنيف قصر الدائرة |
| AC SPD (جهاز الحماية من زيادة التيار المتردد) | يحد من الجهد الزائد العابر في جانب التيار المتردد | طابق جهد نظام التيار المتردد ونظام التأريض |
| شريط محايد | يُستخدم حيثما يلزم وجود خط محايد | يعتمد على نوع النظام |
| قضيب التأريض/الحماية (PE) | الربط الوقائي | يجب أن يتبع تصميم التأريض |
| القياس | يقيس تيارات الخرج أو تيارات الفروع | شائع في لوحات تجميع التيار المتردد الكبيرة |
| الضميمة | يحمي مكونات التيار المتردد (AC) | داخلي/خارجي، تصنيف IP/NEMA، مقاومة التآكل |
للاطلاع على الاختلافات العامة في توزيع التيار المتردد/المستمر، راجع دليل VIOX لـ صندوق توزيع التيار المتردد مقابل صندوق توزيع التيار المستمر.
لماذا تتطلب صناديق تجميع التيار المستمر اهتماماً خاصاً
صناديق تجميع التيار المستمر متطلبة تقنياً لأن التيار المستمر الكهروضوئي يتصرف بشكل مختلف عن التيار المتردد.
تشمل مخاطر التيار المستمر الرئيسية ما يلي:
- عدم وجود نقطة عبور طبيعية للتيار عند الصفر
- أقواس التيار المستمر المستمرة
- الجهد العالي للدائرة المفتوحة في الظروف الباردة
- التيار العكسي بين السلاسل
- أخطاء القطبية
- أعطال العزل
- الأشعة فوق البنفسجية والتعرض للعوامل الجوية الخارجية
- التكثيف داخل الحاويات
- فشل إحكام غلق جلبة الكابلات
إن أخطر خطأ في التصميم هو التعامل مع صندوق تجميع التيار المستمر (PV DC combiner) كصندوق توزيع عادي. فقد لا يتمكن قاطع التيار المتردد القياسي، أو جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) المخصص للتيار المتردد، أو مفتاح الفصل العام من قطع دائرة التيار المستمر الكهروضوئية أو تحملها بأمان.
اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD): النوع 1+2 مقابل النوع 2 في صناديق تجميع الطاقة الكهروضوئية.
الحماية من زيادة التيار ليست مجرد إجراء روتيني. في تصميم صناديق تجميع الطاقة الكهروضوئية، يجب أن يتوافق نوع جهاز الحماية (SPD) مع مستوى التعرض للصواعق، ونظام التأريض، ومسارات الكابلات، ومنطقة الحماية.
| اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) | الاستخدام النموذجي في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية | ملاحظة تصميم عملية |
|---|---|---|
| جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) للتيار المستمر من النوع 2 | معظم مصفوفات الطاقة الكهروضوئية التي لا تحتوي على نظام حماية مباشر من الصواعق | خيار شائع للتعامل مع الارتفاعات المفاجئة المستحثة وعابرات التبديل في جانب التيار المستمر |
| جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) للتيار المستمر من النوع 1+2 | مصفوفات الخلايا الكهروضوئية على المباني المزودة بحماية خارجية من الصواعق، أو الأسطح المكشوفة، أو المواقع ذات مخاطر الصواعق العالية | يُستخدم في الحالات التي قد تتطلب تفريغ جزء من تيار الصاعقة عند حدود النظام الكهروضوئي |
| جهاز حماية من زيادة التيار (SPD) للتيار المتردد من النوع 2 | لوحات تجميع التيار المتردد وتوزيع مخرج العاكس | مطابقة جهد التيار المتردد، ونظام التأريض، وتنسيق جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) في المنبع والمصب |
| مانع الصواعق AC من النوع 1+2 | مدخل الخدمة، أو لوحات مفاتيح التيار المتردد الرئيسية، أو التركيبات المعرضة للصواعق | غالباً ما يتم تنسيقه مع أجهزة الحماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 2 في المصب |
بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية التجارية على الأسطح المزودة بنظام حماية خارجي من الصواعق، غالباً ما يتم تقييم جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 1+2 للتيار المستمر بالقرب من صندوق تجميع المصفوفة جنباً إلى جنب مع تنسيق جهاز الحماية من اندفاع التيار في جانب التيار المتردد عند مخرج العاكس ولوحة التوزيع الرئيسية. بالنسبة للأسطح التجارية العادية ذات التعرض المنخفض، قد تكون أجهزة الحماية من النوع 2 كافية، ولكن القرار يعود لتصميم الحماية من الاندفاعات الخاص بالمشروع، وليس لقائمة المواد العامة.
الإدارة الحرارية والتحكم في التكثيف
تتعرض صناديق التجميع الخارجية للأعطال بسبب الحرارة والرطوبة بقدر تعرضها للأعطال الناتجة عن التوصيلات غير الصحيحة. يمكن أن ترتفع درجة حرارة صندوق تجميع التيار المستمر المعرض للشمس بشكل أكبر بكثير من درجة حرارة الهواء المحيط، خاصة عندما تكون حوامل المصهرات وقضبان التوزيع وأطراف الكابلات متراصة بإحكام داخل حاوية صغيرة.
تحقق من هذه النقاط قبل الموافقة على تصميم الحاوية:
- ارتفاع درجة حرارة حامل المصهر: تبدد حوامل مصهرات gPV الحرارة تحت الحمل؛ قد يلزم خفض التصنيف في المناخات الحارة أو التصاميم المكتظة.
- مساحة ثني الكابلات: تؤدي ثنيات الكابلات الضيقة إلى إجهاد ميكانيكي وتجعل الصيانة أكثر صعوبة.
- التهوية أو موازنة الضغط: قد تحتاج الصناديق الخارجية إلى صمامات تنفس أو غدد تهوية لتقليل التكثيف ودورات الضغط مع الحفاظ على تصنيف الحماية (IP) المطلوب.
- مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والتآكل: يجب أن تتحمل المواد البلاستيكية، والأختام، وغدد الكابلات، والملصقات التعرض للعوامل الخارجية.
- سهولة الوصول للصيانة: يحتاج الفنيون إلى مساحة لاختبار جهد السلسلة، واستبدال الصمامات، وفحص الأطراف، والتحقق من مؤشرات أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD).
قاعدة المراجعة الميدانية: إذا كان المخطط الكهربائي يبدو صحيحاً ولكن تصميم الصندوق يفرض وضع كل كابل وحامل صمامات وجهاز حماية من زيادة التيار في منطقة ضيقة وساخنة، فإن التصميم لم يكتمل بعد.
متى يتم استخدام صندوق تجميع التيار المستمر (DC Combiner Box)
استخدم صندوق تجميع التيار المستمر (DC combiner box) في الحالات التالية:
- عند الحاجة إلى تجميع سلاسل متعددة من الألواح الكهروضوئية قبل مدخل العاكس (Inverter)
- عند الحاجة إلى حماية منصهرة (Fusing) على مستوى السلسلة
- عند الحاجة إلى حماية من زيادة التيار المستمر بالقرب من مصفوفة الألواح
- عند الحاجة إلى مراقبة السلاسل
- عند الحاجة إلى تجميع منظم لكابلات التيار المستمر
- عند الحاجة إلى عزل محلي للتيار المستمر لتحسين أعمال الصيانة
- عندما يكون عدد مداخل تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) في العاكس أقل من عدد السلاسل
عادة ما يكون صندوق تجميع التيار المستمر (DC combiner) غير ضروري عندما يحتوي العاكس الصغير بالفعل على مداخل سلاسل محمية كافية، أو عندما يستخدم النظام محولات دقيقة (microinverters) وتتم عملية التجميع في جانب التيار المتردد.
متى يتم استخدام صندوق تجميع التيار المتردد (AC Combiner Box)
استخدم صندوق تجميع التيار المتردد في الحالات التالية:
- الحاجة إلى تجميع مخرجات التيار المتردد لعدة عواكس
- وجود عدة دوائر فرعية للتيار المتردد في نظام المحولات الدقيقة
- وجود عواكس موزعة في أنظمة الأسطح التجارية
- الحاجة إلى فصل محلي للتيار المتردد لمخرجات العاكس
- الحاجة إلى حماية من اندفاع التيار المتردد قبل لوحة التوزيع الرئيسية
- يلزم إجراء القياس أو المراقبة عند مستوى مخرج العاكس
- يحتاج المشروع إلى مرحلة تجميع تيار متردد (AC recombiner) قبل لوحة المفاتيح الكهربائية
تزداد أهمية تجميع التيار المتردد مع زيادة عدد العواكس. في الأنظمة الأكبر، قد ينتقل التصميم من صندوق تجميع تيار متردد صغير إلى لوحة مفاتيح تجميع تيار متردد أو لوحة إعادة تجميع تيار متردد.
قائمة التحقق لاختيار صندوق تجميع التيار المتردد مقابل التيار المستمر
| سؤال | صندوق تجميع التيار المستمر | صندوق تجميع التيار المتردد |
|---|---|---|
| أي جانب من العاكس؟ | قبل العاكس | بعد العاكس |
| ما هو الجهد الكهربائي المطبق؟ | أقصى جهد تيار مستمر للنظام الكهروضوئي | الجهد الاسمي للتيار المتردد |
| ما هي أجهزة الحماية؟ | مصهر gPV، قاطع تيار مستمر، جهاز حماية من اندفاع التيار المستمر (DC SPD)، مفتاح عزل تيار مستمر | قاطع تيار متردد، جهاز حماية من اندفاع التيار المتردد (AC SPD)، مفتاح تيار متردد |
| ما هو مصدر التيار؟ | سلاسل الألواح الكهروضوئية (PV strings) | مخرجات العاكس |
| هل القطبية مهمة؟ | نعم | ليس بنفس الطريقة |
| هل التيار العكسي ممكن؟ | نعم، خاصة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية متعددة السلاسل | إمكانية التغذية الراجعة من مخارج العاكس تعتمد على التصميم |
| ما هو تصنيف الحاوية؟ | عادةً ما تكون خارجية، مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، تصنيف IP، ومقاومة للتكثف | داخلية أو خارجية حسب موقع العاكس |
| ما هو الإطار المعياري؟ | قواعد تجميع التيار المستمر (DC) للطاقة الشمسية والجهد المنخفض | قواعد لوحات التيار المتردد (AC) أو لوحات التوزيع أو مفاتيح الفصل الكهربائية |
| ما هي الملصقات الضرورية؟ | جهد التيار المستمر، القطبية، العزل، التحذير | جهد التيار المتردد، المصدر، تعريف القاطع، مفتاح الفصل |
المعايير والمراجع التصميمية للتحقق
تعتمد المتطلبات الدقيقة على الدولة، ونوع التركيب، وجهد النظام، ومواصفات المشروع. تشمل المراجع الشائعة ما يلي:
| المعيار أو نطاق الكود | الأهمية |
|---|---|
| سلسلة معايير IEC 61439 | مجموعات المفاتيح الكهربائية ومعدات التحكم ذات الجهد المنخفض |
| IEC 62548 | ممارسات تصميم وتركيب مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية |
| سلسلة معايير IEC 60947 | أجهزة التبديل والحماية ذات الجهد المنخفض |
| IEC 60269-6 | صمامات (فيوزات) gPV للتطبيقات الكهروضوئية |
| IEC 61643-31 | أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) المتصلة بجانب التيار المستمر في المنشآت الكهروضوئية |
| IEC 61643-11 | أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) لأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض والتيار المتردد |
| NEC المادة 690 | أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المنشآت الخاضعة للكود الكهربائي الوطني (NEC) |
| سياق معايير UL 508A / UL 1741 | لوحات التحكم الصناعية والمعدات المتعلقة بالمحولات في مشاريع أمريكا الشمالية |
لا تفترض أن استخدام مكونات معتمدة يجعل تجميعة صندوق التجميع (Combiner) كاملة ومعتمدة. فالهيكل الخارجي، والتوصيلات الكهربائية، وارتفاع درجة الحرارة، وتصنيف تيار القصر، والمسافات البينية، والملصقات، والوثائق الفنية، كلها أمور جوهرية.
الأخطاء الشائعة
الخطأ الأول: استخدام صندوق تجميع تيار متردد (AC) في مكان يتطلب صندوق تجميع تيار مستمر (DC)
لا يمكن لصندوق تجميع التيار المتردد أن يحل محل صندوق تجميع التيار المستمر الخاص بالأنظمة الكهروضوئية. فقد لا تتمكن أجهزة حماية التيار المتردد من قطع تيار التيار المستمر الكهروضوئي بأمان.
الخطأ الثاني: تسمية كل صندوق شمسي بصندوق تجميع تيار مستمر (DC Combiner Box)
عادة ما تقوم أنظمة المحولات الدقيقة (Microinverters) بتجميع المخرجات من جانب التيار المتردد. وفي هذه الحالة، قد تكون المعدات ذات الصلة عبارة عن صندوق تجميع تيار متردد أو لوحة تجميع تيار متردد.
الخطأ الثالث: تجاهل بنية المحول (Inverter Architecture)
تستخدم أنظمة المحولات السلسلية (String inverters)، وأنظمة المحولات المركزية، وأنظمة المحولات الدقيقة، وأنظمة المحسنات (Optimizers) استراتيجيات تجميع مختلفة.
الخطأ الرابع: الاختيار بناءً على التصنيف الحالي فقط
الجهد الكهربائي، القطبية، قدرة القطع، خفض تصنيف المصهر، نوع الحماية من الصواعق، تصنيف الغلاف، درجة الحرارة، وتصميم مدخل الكابلات لا تقل أهمية عن ذلك.
الخطأ الخامس: التعامل مع اختيار جهاز الحماية من الصواعق (SPD) كملحق عام
بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يعتمد قرار اختيار جهاز الحماية من الصواعق على ما إذا كان صندوق التجميع في جانب التيار المستمر أو المتردد، وما إذا كان المبنى يحتوي على حماية خارجية من الصواعق، وموقع المعدات ضمن منطقة الحماية من الصواعق. جهاز الحماية من النوع 2 ليس خاطئاً بالضرورة، وجهاز الحماية من النوع 1+2 ليس أفضل تلقائياً؛ فالإجابة الصحيحة تعتمد على تصميم الحماية من الصواعق.
الخطأ السادس: عدم اختيار حجم مناسب للغلاف (الصندوق)
تحتاج صناديق التجميع إلى مساحة كافية لثني الكابلات، وتشتيت الحرارة، والوصول للصيانة، وتباعد الأطراف، والفحص المستقبلي.
الخطأ السابع: إغفال أوضاع الفشل في الأماكن الخارجية
تنجم العديد من أعطال صناديق تجميع الطاقة الشمسية عن تسرب المياه، التكثيف، التقادم بفعل الأشعة فوق البنفسجية، رداءة غدد الكابلات، ارتخاء الأطراف، أو ارتفاع درجة حرارة حوامل المصاهر، وليس فقط بسبب المخطط الكهربائي.
الخطأ 8: نسخ تصميم صندوق تجميع واحد عبر بنيات مختلفة للمحولات (Inverters)
التصميم المصمم لمحولات السلسلة (String Inverters) قد يكون خاطئاً عند استخدامه مع المحولات الدقيقة (Microinverters)، كما أن لوحة تجميع التيار المتردد (AC) المدمجة قد لا تكون مناسبة لإعادة تجميع التيار المتردد على مستوى المرافق. في مراجعات عقود الهندسة والتوريد والبناء (EPC)، من أسرع الطرق لاكتشاف التصميم الضعيف هي طرح السؤال التالي: “هل يقوم هذا الصندوق بتجميع سلاسل الخلايا الكهروضوئية قبل التحويل، أم مخرجات المحول بعد التحويل؟” إذا لم يتمكن الرسم من الإجابة على ذلك فوراً، فإن تسمية المعدات وتصميم الحماية يحتاجان إلى مراجعة أخرى.
الأسئلة الشائعة
ما هي أسرع طريقة لتحديد ما إذا كان صندوق التجميع يعمل بالتيار المتردد (AC) أم التيار المستمر (DC)؟
انظر إلى موقعه بالنسبة للمحول. إذا كان يجمع سلاسل الخلايا الكهروضوئية قبل المحول، فهو صندوق تجميع تيار مستمر (DC). وإذا كان يجمع مخرجات المحول بعد التحويل، فهو صندوق تجميع تيار متردد (AC)، أو لوحة تجميع تيار متردد، أو مفاتيح تجميع تيار متردد، أو جهاز إعادة تجميع تيار متردد.
هل تستخدم أنظمة المحولات الدقيقة (Microinverter) صناديق تجميع تيار متردد أم تيار مستمر؟
تستخدم أنظمة المحولات الدقيقة عادةً تجميع التيار المتردد لأن كل محول دقيق يقوم بتحويل طاقة التيار المستمر للوحدة إلى تيار متردد عند اللوح أو بالقرب منه.
هل يمكن استخدام قاطع تيار متردد (AC Breaker) في صندوق تجميع تيار مستمر (DC)؟
فقط إذا كان القاطع المحدد مصنفاً وموثقاً لجهد التيار المستمر المطلوب، والتيار، وتوصيل الأقطاب، والتطبيق. لا ينبغي استخدام قواطع التيار المتردد فقط لقطع تيار الخلايا الكهروضوئية المستمر.
كيف يتم تحديد حجم مصهر صندوق تجميع التيار المستمر (DC combiner box)؟
ابدأ بتيار القصر (Isc) للوح الكهروضوئي وأساس كود المشروع. في التصميمات القائمة على الكود الكهربائي الوطني (NEC)، نقطة البداية الشائعة هي أن يكون التصنيف الحالي للمصهر >= 1.56 × تيار القصر للسلسلة، مع التحقق أيضاً من الحد الأقصى لتصنيف مصهر السلسلة للوح، ومعامل خفض القدرة حسب درجة الحرارة المحيطة، وتصنيف حامل المصهر، ومتطلبات السلطة المحلية المختصة (AHJ).
هل يجب أن يستخدم صندوق التجميع الكهروضوئي جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 1+2 أم النوع 2؟
استخدم جهاز حماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 2 للعديد من تطبيقات صناديق التجميع الكهروضوئية القياسية حيث يكون الخطر هو الاندفاع المستحث. قم بتقييم استخدام النوع 1+2 في الحالات التي يتم فيها توصيل المصفوفة الكهروضوئية بهيكل يحتوي على حماية خارجية من الصواعق، أو في حال وجود خطر تعرض السطح للصواعق، أو عند وجود متطلب تصميمي لتفريغ تيار صاعقة جزئي.
ما هي مفاتيح التجميع للتيار المتردد (AC combiner switchgear)؟
مفاتيح التجميع للتيار المتردد هي مجموعة أكبر لتجميع وحماية التيار المتردد تُستخدم في الأنظمة الكهروضوئية التجارية أو أنظمة المرافق، حيث يتم تجميع مخرجات عاكسات متعددة عند مستوى لوحة المفاتيح.
ما هو جهاز إعادة التجميع للتيار المتردد (AC recombiner)؟
يقوم جهاز إعادة التجميع للتيار المتردد بدمج المخرجات من لوحات تجميع التيار المتردد المتعددة أو كتل العاكسات في نقطة تجميع تيار متردد ذات مستوى أعلى قبل الوصول إلى لوحة المفاتيح الرئيسية أو المحول.
أيهما أفضل: صندوق تجميع التيار المستمر (DC) أم صندوق تجميع التيار المتردد (AC)؟
لا يوجد خيار أفضل بشكل مطلق؛ فالاختيار الصحيح يعتمد على بنية العاكس (Inverter). غالباً ما تحتاج أنظمة العاكسات السلسلية (String Inverters) إلى تجميع التيار المستمر، بينما تحتاج أنظمة العاكسات الدقيقة (Microinverters) والأنظمة متعددة العاكسات إلى تجميع التيار المتردد.
الختام
تعالج صناديق تجميع التيار المتردد والتيار المستمر مشكلات مختلفة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
A صندوق تجميع التيار المستمر يقوم صندوق تجميع التيار المستمر بجمع دوائر سلاسل الألواح الكهروضوئية قبل العاكس، ويجب تصميمه ليتحمل جهد التيار المستمر، والقطبية، والتيار العكسي، وإخماد القوس الكهربائي للتيار المستمر، والحماية من زيادة التيار المفاجئ (Surge)، والظروف الخارجية.
أن صندوق تجميع التيار المتردد يقوم صندوق تجميع التيار المتردد بجمع مخرجات العاكس بعد التحويل، ويجب تصميمه ليوفر حماية فروع التيار المتردد، وتجميع مخرجات العاكس، وتنسيق أجهزة التبديل (Switchgear)، والحماية من زيادة التيار المفاجئ، والقياس، والتوزيع من جهة الشبكة.
للحصول على تركيب شمسي موثوق، ابدأ بتحديد بنية العاكس. بمجرد معرفة مكان التجميع، اختر صندوق التجميع بناءً على نوع التيار، والجهد، وأجهزة الحماية، وبيئة الصندوق، وتخطيط الأسلاك، والمعايير المطبقة.
