لقد أحدث صعود تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية ثنائية الوجه ثورة في صناعة الطاقة الشمسية، حيث قدمت زيادات في إنتاج الطاقة تصل إلى 30٪ عن طريق التقاط الضوء المنعكس على الجانب الخلفي من الوحدة. ومع ذلك، تأتي هذه الطاقة “الإضافية” مع تحدٍ هندسي حاسم: زيادة التيار. بالنسبة للمهندسين الكهربائيين ومصممي الأنظمة، تعني الطبيعة المتغيرة للإشعاع على الجانب الخلفي أن قواعد تحديد حجم الحماية من التيار الزائد القياسية غالبًا ما تكون قاصرة.
إذا قمت بتحديد حجم المصهرات بناءً على تصنيف ظروف الاختبار القياسية (STC) للجانب الأمامي فقط، فإنك تخاطر بتعطيل مزعج وإجهاد المعدات ومخاطر نشوب حريق محتملة أثناء أحداث البياض الذروة. بصفتنا شركة رائدة في تصنيع معدات الحماية الكهربائية، تدرك VIOX Electric أن تحديد حجم المصهرات بشكل صحيح للمصفوفات ثنائية الوجه يتطلب فهمًا دقيقًا لكل من قانون الكهرباء الوطني (NEC) وفيزياء الإشعاع المنعكس.
فيزياء زيادة التيار ثنائي الوجه
على عكس الوحدات أحادية الوجه التقليدية، تتميز الألواح ثنائية الوجه بصفيحة خلفية شفافة أو تصميم زجاجي مزدوج يسمح للضوء بالوصول إلى الخلايا الشمسية من الخلف. يساهم الجانب الخلفي في إجمالي إنتاج الطاقة، ولكن الأهم من ذلك بالنسبة لحماية الدائرة، فإنه يساهم بشكل مباشر في تيار الدائرة القصيرة (I_{sc}).
يعتمد مقدار التيار الإضافي المتولد بشكل كبير على البياض (الانعكاسية) للسطح الموجود أسفل الألواح وارتفاع التركيب. سيولد اللوح الموجود فوق سقف تجاري أبيض (بياض عالي) تيارًا أكبر بكثير من اللوح الموجود فوق الأسفلت أو العشب.
معامل ثنائي الوجه وعامل الكسب
لتحديد حجم الحماية بشكل صحيح، يجب علينا تحديد هذا الكسب كميًا.
- معامل ثنائي الوجه: نسبة كفاءة الجانب الخلفي إلى كفاءة الجانب الأمامي (عادةً 70-80٪ لخلايا PERC أو TOPCon الحديثة).
- عامل الكسب ثنائي الوجه (BGF): النسبة المئوية الفعلية للزيادة في التيار أثناء التشغيل. في حين أن الشركات المصنعة قد تسرد كسبًا “مرجعيًا”، فإن BGF في العالم الحقيقي يتراوح عادةً من 10٪ إلى 15٪, ، مع ارتفاعات تصل إلى 25-30٪ في الظروف المثلى (مثل الثلج أو الأغشية البيضاء).
لا يمكن للمهندسين ببساطة تجاهل هذا التيار الإضافي. يجب أن يكون المصهر قادرًا على التعامل مع إجمالي I_{sc} المجمع دون تدهور، مع الاستمرار في حماية السلك والوحدة من الأعطال.
NEC 690.8 وقاعدة 1.56: مُكيَّفة للوحدات ثنائية الوجه
يوفر قانون الكهرباء الوطني (NEC) إطارًا لتحديد حجم دوائر الخلايا الكهروضوئية، لكن الوحدات ثنائية الوجه تضيف طبقة من التعقيد إلى المادة 690.8.
يتبع تحديد الحجم القياسي “قاعدة 1.56”:
I_{fuse} \ge I_{sc} \times 1.25 \text{ (عامل الإشعاع)} \times 1.25 \text{ (عامل الخدمة المستمرة)}
للحصول على إرشادات مفصلة حول تحديد الحجم القياسي، راجع دليل تحديد حجم فصل مصهر الخلايا الكهروضوئية (قاعدة NEC 1.56).
ومع ذلك، بالنسبة للوحدات ثنائية الوجه،, I_{sc} ليس رقمًا ثابتًا. يسمح NEC 690.8(A)(2) بالحساب بناءً على “أعلى متوسط تيار لمدة 3 ساعات”، ولكن الممارسة الهندسية الأكثر شيوعًا والأكثر أمانًا هي تعديل I_{sc} الأساسي قبل تطبيق عوامل الأمان.
الصيغة المعدلة
لضمان الامتثال والسلامة، استخدم I_{sc} المعدل:
I_{sc, adjusted} = I_{sc, front} \times (1 + \text{الكسب ثنائي الوجه})
ثم قم بتطبيق عوامل الحماية القياسية:
\text{الحد الأدنى لتقييم المصهر} = I_{sc, adjusted} \times 1.56
الجدول 1: مقارنة حساب التيار ثنائي الوجه مقابل أحادي الوجه
| المعلمة | وحدة أحادية الوجه | وحدة ثنائية الوجه (كسب 15٪) |
|---|---|---|
| I_{sc} المقدر (أمامي) | 13.0 أمبير | 13.0 أمبير |
| كسب الجانب الخلفي | 0 أمبير | +1.95 أمبير (13.0 × 0.15) |
| I_{sc} الفعال | 13.0 أمبير | 14.95 أمبير |
| مضاعف NEC | 1.56 | 1.56 |
| الحد الأدنى للمصهر المحسوب | 20.28 أمبير | 23.32 أمبير |
| حجم المصهر القياسي | 20 أمبير أو 25 أمبير | 25 أمبير أو 30 أمبير |
لاحظ كيف يدفع الكسب ثنائي الوجه المتطلب إلى حجم المصهر القياسي التالي.
IEC 60269-6 ومتطلبات مصهر gPV
في حين أن حساب تحديد الحجم أمر حيوي، فإن يكتب نوع المصهر المحدد لا يقل أهمية. بالنسبة لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية، يجب عليك استخدام المصهرات ذات gPV خصائص gPV وفقًا لـ IEC 60269-6. IEC 60269-6.
على عكس مصهرات التيار المتردد القياسية أو مصهرات التيار المستمر للأغراض العامة، تم تصميم مصهرات gPV لقطع التيارات الزائدة المنخفضة (عادةً 1.35x إلى 2x التيار المقدر) الشائعة في سلاسل الخلايا الكهروضوئية أثناء التظليل أو أحداث عدم التطابق.
لماذا تعتبر gPV مهمة للوحدات ثنائية الوجه
يمكن للوحدات ثنائية الوجه الحفاظ على التيارات أعلى قليلاً من تصنيفها لفترات طويلة خلال أيام البياض العالي. قد يتعب المصهر غير gPV تحت هذا الحمل الحراري المستمر، مما يؤدي إلى فشل مبكر. علاوة على ذلك، تتطلب الفولتية العالية للتيار المستمر (1000 فولت أو 1500 فولت) قدرات محددة لإطفاء القوس الكهربائي موجودة في مصهرات gPV الخزفية.
لإجراء مقارنة أعمق لمواد المصهر، اقرأ مقالتنا حول دليل السلامة لمصهر زجاجي مقابل مصهر خزفي.
منهجية حساب شاملة
لتحديد حجم المصهرات لنظام ثنائي الوجه، اتبع هذه العملية الهندسية خطوة بخطوة.
الخطوة 1: حدد المرجع $I_{sc}$
راجع ورقة بيانات الوحدة. ابحث عن “إشعاع اللوحة الاسمية ثنائية الوجه” أو جداول بيانات محددة تعرض $I_{sc}$ عند مستويات كسب مختلفة (على سبيل المثال، 10%، 20%، 30%). إذا كانت هذه البيانات غير متوفرة، فعادةً ما يفترض مهندس متحفظ كسب 20-25% للحسابات لضمان السلامة، ما لم تثبت نمذجة البياض الخاصة بالموقع خلاف ذلك.
الخطوة 2: تطبيق عوامل NEC 690.8
احسب الحد الأدنى لتصنيف جهاز الحماية من التيار الزائد (OCPD).
$$I_{OCPD} = I_{sc, bifacial} \times 1.25 \times 1.25$$
الخطوة 3: تحقق من الحد الأقصى لتصنيف فتيل السلسلة للوحدة
والأهم من ذلك، يجب ألا يتجاوز المصهر المحدد "الحد الأقصى لتصنيف فتيل السلسلة" المدرج في ورقة بيانات الوحدة. هذا يخلق نافذة تصميم: الأرضية:
- الحد الأدنى لحجم OCPD المحسوب (لمنع التعثر المزعج). السقف:.
- الحد الأقصى لتصنيف فتيل السلسلة للوحدة (لحماية الوحدة). إذا تجاوزت القيمة المحسوبة الحد الأقصى لتصنيف الوحدة، فلا يمكنك ببساطة زيادة حجم المصهر. قد تحتاج إلى زيادة عدد السلاسل (تقليل التوصيلات المتوازية) أو استشارة الشركة المصنعة للوحدة للحصول على شهادات محدثة.
بالنسبة للأنظمة التي تجمع بين سلاسل متعددة، تأكد من فهمك لمتطلبات التوصيلات المتوازية الموضحة في دليلنا:.
متطلبات فتيل الطاقة الشمسية الكهروضوئية: NEC 690.9 سلاسل متوازية الشكل 4: مقطع عرضي للوحة شمسية ثنائية الوجه يوضح التقاط الإشعاع الأمامي والخلفي..
الوحدة الأمامية $I_{sc}$
| كسب ثنائي الوجه المستخدم | $I_{sc}$ المعدل | الحد الأدنى لحساب المصهر ($I \times 1.56$) | حجم المصهر القياسي التالي | 11.0 أمبير |
|---|---|---|---|---|
| 10 أ | 10% | 17.16 أمبير | 17.25 أمبير | 20 أمبير |
| 15 أمبير | 15% | 26.91 أمبير | 18 أمبير | 30 أمبير |
| 21.6 أمبير | 20% | 33.70 أمبير | 35 أمبير أو 40 أمبير | 25.0 أمبير |
| 20 أمبير | 25% | 39.00 أمبير | تخفيض درجة الحرارة: قاتل المصهر الصامت | 40 أمبير |
المصهرات عبارة عن أجهزة حرارية؛ فهي تعمل عن طريق الذوبان عندما تصبح شديدة الحرارة. وبالتالي، فإن درجات الحرارة المحيطة المرتفعة تؤثر على قدرتها على حمل التيار. غالبًا ما تشهد تركيبات الطاقة الشمسية على الأسطح درجات حرارة تتجاوز 60 درجة مئوية أو 70 درجة مئوية.
بالنسبة للوحدات ثنائية الوجه، يولد التيار الإضافي حرارة إضافية داخل وصلة المصهر ($P = I^2R$). إذا قمت بتثبيت مصهر مصنف بـ 25 أمبير في صندوق مجمع يصل إلى 60 درجة مئوية، فقد يتم تخفيض تصنيف هذا المصهر فعليًا إلى 20 أمبير أو أقل.
عند تحديد الحجم للأنظمة ثنائية الوجه، قم بتطبيق.
عامل تخفيض درجة الحرارة ($K_t$) من ورقة بيانات الشركة المصنعة للمصهر: $$I_{fuse, final} = \frac{\text{Calculated Min Current}}{K_t}$$
يعد عدم مراعاة درجة الحرارة سببًا رئيسيًا لإجهاد المصهر في المناخات الحارة. تعرف على المزيد حول حماية الكابلات والمصهرات في البيئات القاسية في موقعنا
دليل تحديد حجم فتيل كابل الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض الشكل 5: صندوق مجمع للطاقة الشمسية مزود بمصهرات مصنفة gPV تحمي السلاسل ثنائية الوجه..
الجدول 3: عوامل الكسب ثنائية الوجه حسب نوع التثبيت والبياض
مادة السطح
| البياض (%) | كسب التيار النموذجي | هامش الأمان الموصى به | عشب / تربة |
|---|---|---|---|
| خرسانة / رمل | 15-20% | 5-7% | منخفضة |
| سقف غشاء أبيض | 20-30% | 7-10% | متوسط |
| ثلج | 60-80% | 15-20% | عالية |
| اختيار صندوق المجمع | 80-90% | 20-30%+ | عالية جداً |
يؤثر التيار الإضافي من الوحدات ثنائية الوجه أيضًا على القضبان الموصلة والإدارة الحرارية لصندوق المجمع. عند اختيار صندوق مجمع، تأكد من أن تصنيف العلبة والقضبان الموصلة الداخلية مصممة لـ
ثنائي الوجه التيار الكلي، وليس فقط تصنيف الجانب الأمامي. لتخطيط التوسع، راجع موقعنا دليل تحديد حجم صندوق مجمع الطاقة الشمسية التيار الزائد مقابل ماس كهربائى.
من المهم التمييز بين الحماية من الحمل الزائد والحماية من ماس كهربائى. يزيد الكسب ثنائي الوجه من تيار التشغيل بالقرب من عتبة الحمل الزائد. يمكن أن يوفر استخدام القواطع أو المصهرات ذات إعدادات التعثر القابلة للتعديل أحيانًا مرونة أكبر من المصهرات الثابتة. للحصول على مقارنة بين أجهزة الحماية، راجع
شرح حماية التيار المستمر الكهروضوئية: MCBs والمصهرات و SPDs تجاهل كسب الجانب الخلفي.
لتجنب الأخطاء الشائعة
- Ignoring Rear-Side Gain: التحجيم بناءً على الملصق الأمامي فقط هو خطأ #1. أضف دائمًا الكسب ثنائي الوجه المتوقع.
- احتساب عوامل الأمان المزدوجة: يطبق بعض المهندسين عامل 1.25 مرتين دون داع. التزم بالصيغة: $I_{sc, adjusted} \times 1.56$.
- تجاوز الحد الأقصى لتقييم فتيل السلسلة للوحدة: يمكن أن يؤدي إعطاء الأولوية للتيار العالي المحسوب مع تجاهل حد الأمان للوحدة إلى إبطال الضمانات وخلق مخاطر نشوب حريق.
- إهمال تخفيض القدرة بسبب درجة الحرارة: من المحتمل أن يفشل المصهر المصمم تمامًا لدرجة حرارة 25 درجة مئوية عند درجة حرارة 65 درجة مئوية داخل صندوق تجميع على السطح.
الجدول 4: ملخص عوامل الضرب NEC
| العامل | القيمة | الغرض |
|---|---|---|
| الكسب ثنائي الوجه | متغير (1.10 - 1.30) | يراعي الإشعاع الخلفي |
| الإشعاع العالي (690.8 (أ) (1)) | 1.25 | يراعي شدة الطاقة الشمسية> 1000 واط / م² |
| الخدمة المستمرة (690.8 (ب)) | 1.25 | يمنع تسخين / إجهاد المصهر لأكثر من 3 ساعات |
| إجمالي المضاعف القياسي | 1.56 | عامل أمان مدمج للحساب |
قسم الأسئلة الشائعة
س: لماذا تحتاج الألواح ثنائية الوجه إلى تحجيم فتيل مختلف عن الألواح أحادية الوجه؟
ج: تولد الألواح ثنائية الوجه تيارًا من كلا الجانبين. يؤدي هذا التيار الإضافي إلى رفع تيار الدائرة القصيرة الفعال ($I_{sc}$) للدائرة. قد تتعطل المصهرات المصممة فقط لإخراج الجانب الأمامي خلال ساعات ذروة ضوء الشمس عندما يكون انعكاس الأرض مرتفعًا.
س: كيف أحدد عامل الكسب ثنائي الوجه (BGF) الصحيح لمشروعي؟
ج: من الناحية المثالية، استخدم برنامج محاكاة خاص بالموقع (مثل PVSyst) يراعي البياض والزاوية والارتفاع. بدون محاكاة، يوصى غالبًا بتقدير متحفظ للكسب بنسبة 15-20% لتحجيم معدات السلامة، بشرط أن يظل ضمن الحد الأقصى لتقييمات الوحدة.
س: ماذا لو تجاوز حجم المصهر المحسوب الحد الأقصى لتقييم فتيل السلسلة للوحدة؟
ج: لا يمكنك تثبيت فتيل أكبر من تقييم الوحدة. يجب عليك إعادة تصميم تكوين السلسلة (على سبيل المثال، عدد أقل من السلاسل بالتوازي) أو تحديد وحدة ذات تقييم فتيل سلسلة أعلى.
س: هل يمكنني استخدام مصهرات التيار المتردد القياسية للألواح الشمسية ثنائية الوجه؟
ج: لا. يجب عليك استخدام مصهرات مصنفة للتيار المستمر (عادةً 1000 فولت أو 1500 فولت) مع خاصية gPV. لا يمكن لمصهرات التيار المتردد إطفاء أقواس التيار المستمر بشكل موثوق وقد تفشل بشكل كارثي.
س: كيف تؤثر درجة الحرارة على اختيار المصهر الخاص بي؟
ج: المصهرات عبارة عن أجهزة حرارية. في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة (الشائعة في الطاقة الشمسية)، فإنها تتعطل عند تيارات أقل. يجب عليك تقسيم التيار المحسوب على عامل تخفيض درجة الحرارة الخاص بالشركة المصنعة لتحديد أمبير المصهر الصحيح.
س: هل عامل 1.56 المطلوب بموجب NEC 690.8 كافٍ للألواح ثنائية الوجه؟
ج: ينطبق عامل 1.56 على تيار الوحدة. بالنسبة للألواح ثنائية الوجه، يجب عليك تطبيق هذا العامل على التيار المعدل (الجانب الأمامي $I_{sc}$ + الكسب الخلفي)، وليس فقط الجانب الأمامي $I_{sc}$.
الوجبات الرئيسية
- الكسب ثنائي الوجه هو أمبير حقيقي: تعامل مع الكسب الخلفي كتيار مستمر يساهم في الحرارة والحمل، وليس مجرد ارتفاع مؤقت.
- اضبط $I_{sc}$ أولاً: احسب إجمالي $I_{sc}$ الفعال (الأمامي + الخلفي) قبل تطبيق عوامل الأمان NEC 1.56.
- انتبه للفجوة: تأكد من أن تقييم المصهر الخاص بك مرتفع بدرجة كافية لمنع التعثر المزعج ولكنه منخفض بدرجة كافية للامتثال للحد الأقصى لتقييم فتيل السلسلة للوحدة.
- gPV إلزامي: تحقق دائمًا من أن المصهرات تفي بمعايير IEC 60269-6 لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية؛ لا تستبدل أبدًا بالأحمال القياسية.
- البياض مهم: كلما كان سطح الأرض أفتح (مثل الأسطح البيضاء والثلج)، زاد كسب التيار - قم بتحجيم OCPD وفقًا لذلك.
- انتبه للحرارة: تقلل درجة الحرارة المحيطة في صناديق التجميع بشكل كبير من سعة المصهر؛ قم بتطبيق عوامل تخفيض القدرة لتجنب فشل الإجهاد.
