كيفية توصيل ألواح شمسية متعددة بصندوق تجميع بأمان (وتجنب مفاجأة الشرارة الكهربائية)

8:47 صباحًا. يقوم مُركِّب الألواح الشمسية بفتح مزاليج غطاء صندوق التجميع. في الداخل، تنتهي ستة سلاسل من الخلايا الكهروضوئية عند قضبان التوصيل, ، كل منها ينتظر منصهرًا خاصًا به. يمسك بمفك البراغي المعزول الخاص به، ويمد يده إلى السلك الموجب الأول، ويحدث التلامس. في غضون 0.3 ثانية، يندلع قوس كهربائي بجهد 400 فولت تيار مستمر - أكثر سطوعًا من شعلة اللحام، وحرارة كافية لتبخير النحاس. تذوب نظاراته الواقية على وجهه. يستمر القوس في الاشتعال ذاتيًا، ويتغذى على تيار التيار المستمر، حتى ينطلق القاطع على بعد 50 قدمًا أخيرًا. الفواتير الطبية: 2500 دولار لزيارة غرفة الطوارئ. العمل الضائع: ثلاثة أسابيع. الدرس المستفاد: التيار المستمر لا يلتزم بقواعد التيار المتردد.

لقد قمت بتوصيل لوحات التيار المتردد من قبل. لقد عملت مع خدمة سكنية بجهد 240 فولت. أنت تعرف كيفية إيقاف تشغيل قاطع الدائرة. لكن صناديق تجميع الطاقة الشمسية مختلفة. الجهد أعلى. التيار لا يلين. والقوس الكهربائي؟ لا ينطفئ ذاتيًا مثل التيار المتردد.

إذن ما الذي يخلق هذا الخطر بالفعل؟ وكيف تقوم بتوصيل عدة ألواح شمسية في صندوق تجميع دون تحويل اتصال روتيني إلى خطأ ينهي حياتك المهنية؟

مفاجأة القوس الكهربائي: لماذا توصيلات التيار المستمر الشمسية أكثر خطورة مما تعتقد

يتعلم معظم كهربائيي أنظمة التيار المتردد خطر القوس الكهربائي. تنطفئ أقواس التيار المتردد 120 مرة في الثانية عندما يعبر الجهد الصفر. أقواس التيار المستمر؟ سوف تحترق حتى يذوب شيء ما. هذه هي مفاجأة القوس الكهربائي - العنف الصامت والمستدام ذاتيًا للتيار المستمر الذي يجعله أكثر خطورة من التيار المتردد عند نفس الجهد.

إليك الفيزياء التي تقتل: عندما تفصل موصلين يحملان تيارًا مستمرًا، يؤين القوس الفجوة الهوائية. تصبح هذه البلازما المؤينة مسارًا منخفض المقاومة. لا ينخفض جهد التيار المستمر أبدًا إلى الصفر، لذلك لا تبرد البلازما أبدًا. ينمو عمود القوس، ويتغذى على التيار المستمر، حتى يصل إلى درجات حرارة 35000 درجة فهرنهايت - أكثر سخونة من سطح الشمس.

في صندوق تجميع الطاقة الشمسية، أنت تتعامل مع جهود سلسلة من 300-600 فولت تيار مستمر. سلسلة نموذجية مكونة من 10 ألواح بجهد 40 فولت تيار مستمر لكل منها ليست 400 فولت. في صباح بارد من شهر يناير، يرتفع هذا الجهد بمقدار 25٪ أعلى - إلى 500 فولت. مفك البراغي المعزول القياسي الخاص بك والمصنف بجهد 1000 فولت؟ هذا تصنيف التيار المتردد. عادة ما يكون جهد تحمل التيار المستمر أقل بنسبة 30-40٪.

القاعدة الأولى لعمل التيار المستمر الشمسي: إذا كنت لا ترتدي معدات الوقاية الشخصية المقاومة للقوس الكهربائي، فأنت تغامر ببصرك. معدات الوقاية الشخصية من الفئة 2 (8 كالوري/سم²) هي الحد الأدنى لمعظم أعمال صندوق التجميع. ولكن إليك الفخ: يفترض هذا التصنيف أنك تعمل على معدات غير نشطة. في اللحظة التي تقرر فيها “مجرد إحكام ربط وصلة واحدة وهي حية”، فأنت في منطقة الفئة 4 (40 كالوري/سم²) - ولن يحميك واقي الوجه من موجة الضغط.

استيقظت NEC 2023 أخيرًا على هذا. تتطلب المادة 690.12 إيقاف التشغيل السريع لأنظمة الخلايا الكهروضوئية، لكنها لا تحميك أثناء التثبيت. هذا عليك. وطريقة توصيل صندوق التجميع الخاص بك.

فخ تكديس الجهد: عندما تصبح الرياضيات الخاصة بك خطرًا على السلامة

لقد فحصت ملصق اللوحة: 40 فولت تيار مستمر. لديك 8 ألواح متصلة على التوالي. عملية حسابية بسيطة: 8 × 40 فولت = 320 فولت. حامل المصهر الخاص بك مصنف بجهد 600 فولت. القاطع الخاص بك مصنف بجهد 250 فولت تيار مستمر. أنت في أمان، أليس كذلك؟

مرحبًا بك في فخ تكديس الجهد.

إليك ما لا يخبرك به الملصق: يتم قياس Voc (جهد الدائرة المفتوحة) في ظروف الاختبار القياسية - 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت). الألواح الخاصة بك في صباح بارد؟ إنها تعمل عند -10 درجة مئوية (14 درجة فهرنهايت). لكل درجة مئوية أقل من 25 درجة مئوية، يرتفع Voc بنسبة 0.3٪.

قم بإجراء العملية الحسابية الحقيقية: 8 ألواح × 40 فولت تيار مستمر × (1 + (35 درجة مئوية × 0.003)) = 8 × 40 × 1.105 = 353.6 فولت. هذه زيادة بنسبة 10٪. لا يزال أقل من حامل المصهر الخاص بك بجهد 600 فولت، ولكن ماذا عن القاطع الخاص بك بجهد 250 فولت تيار مستمر؟

انتظر - الأمر يزداد سوءًا. هذا القاطع “250 فولت تيار مستمر”؟ ربما يكون مصنفًا للتيار المتردد. معظم قواطع العلب المقولبة في صناديق تجميع الطاقة الشمسية هي قواطع تيار متردد معاد استخدامها. غالبًا ما يكون جهد تحمل التيار المستمر 50٪ من تصنيف التيار المتردد. قد يكون القاطع “250 فولت تيار مستمر” الخاص بك آمنًا فقط لجهد 125 فولت تيار مستمر تحت حمل التيار المستمر المستمر.

أصبحت سلسلتك بجهد 353 فولت قنبلة تنتظر أول عطل في القوس الكهربائي.

تتطلب NEC 690.7 تطبيق عامل تصحيح 1.25 على Voc لحسابات درجة الحرارة الباردة. بالنسبة لسلسلة اسمية مكونة من 8 ألواح بجهد 320 فولت، فإن هذا هو الحد الأدنى لجهد التصميم البالغ 400 فولت. القاطع الخاص بك بجهد 250 فولت تيار مستمر غير قانوني الآن بموجب قانون 2023.

يقتل فخ تكديس الجهد عددًا من تركيبات الطاقة الشمسية أكثر من أي خطأ تصميم آخر. لا يظهر في اليوم الأول. يظهر في الصباح البارد الأول، عندما تتعطل العاكس ويتم استدعاء المثبت “لإصلاح” مشكلة ليست في الأسلاك - إنها الرياضيات.

قفل التسلسل: ترتيب العمليات الذي يمنع 90٪ من الحوادث

يمكنك الحصول على معدات الوقاية الشخصية المناسبة. يمكنك حساب الفولتية بشكل مثالي. يمكنك تحديد أفضل المكونات. ولكن إذا قمت بتوصيل صندوق التجميع بترتيب خاطئ، فستظل تخلق خطر قوس كهربائي حي.

هذا هو قفل التسلسل. إنه ترتيب العمليات الذي يحافظ على سلامتك. و 90٪ من المثبتين يخطئون فيه.

إليك التسلسل الخاطئ (الذي يخلق مفاجأة القوس الكهربائي):

1. قم بتوصيل جميع أسلاك سلسلة الخلايا الكهروضوئية على القضبان الموصلة
2. قم بتركيب الصمامات بينما السلاسل حية
3. أغلق فاصل التيار أخيرًا

لماذا هذا خطأ؟ لأنه في اللحظة التي تلمس فيها هذا المصهر بقضيب موصل حي، فإنك تخلق اتصالًا ساخنًا تحت الحمل. لم يتم تصميم حامل المصهر لإجراء توصيلات ساخنة. يمكن أن يقفز القوس من طرف المصهر إلى القضيب الموصل قبل أن تتعشق الخيوط. لقد أنشأت للتو عطل قوس كهربائي متسلسل بجهد 400 فولت تيار مستمر.

إليك قفل التسلسل - الطريقة الصحيحة:

1. الإغلاق/الوسم: تحقق من فصل جميع السلاسل عند فواصل التيار على مستوى اللوحة أو أجهزة الإغلاق السريع على مستوى الوحدة. استخدم مقياسًا معايرًا للتأكد من عدم وجود جهد عند صندوق التجميع.
2. قم بتوصيل الأقطاب السالبة: قم بتوصيل جميع الأسلاك السالبة لسلسلة الخلايا الكهروضوئية بالقضيب الموصل السالب. هذا هو التأريض المرجعي الخاص بك. افعل ذلك أولاً، بينما كل شيء ميت.
3. قم بتركيب الصمامات: أدخل جميع صمامات التيار المستمر في حاملاتها، ولكن اتركها في وضع “الفتح”. لا تغلقها بعد.
4. قم بتوصيل الأقطاب الموجبة: قم بتوصيل جميع الأسلاك الموجبة لسلسلة الخلايا الكهروضوئية بجانب الخط لحاملات الصمامات. مرة أخرى، كل شيء ميت.
5. أغلق فاصل التيار: أغلق فاصل التيار الرئيسي لصندوق التجميع (إذا كان مزودًا به) لتنشيط القضبان الموصلة.
6. قم بتنشيط السلاسل واحدة تلو الأخرى: أغلق كل حامل مصهر على حدة، وتحقق من الجهد والتيار على المقياس الخاص بك قبل الانتقال إلى التالي. هذا يعزل أي عطل في سلسلة واحدة.

قفل التسلسل بسيط: لا تقم أبدًا بإجراء اتصال يمكن أن يكون حيًا. لا تقطع أبدًا اتصالًا حيًا. تحقق دائمًا من عدم وجود طاقة قبل أن تلمس أي شيء.

تتطلب NEC 690.16 وسيلة فصل لكل سلسلة، لكنها لا تخبرك بكيفية ترتيب عملك. هذا ما يميز المثبتين المحترفين عن أولئك الذين يظهرون في تقارير الحوادث.

طريقة الخطوات الأربع لتوصيل الألواح الشمسية في صندوق تجميع بأمان

لديك النظرية. الآن إليك الطريقة التي تم اختبارها ميدانيًا والتي تحافظ على سلامتك وتبقي المفتش سعيدًا.

الخطوة 1: حساب والتحقق من جهود السلسلة (لا تثق في الملصق)

أطروحة مصغرة: Voc الملصق هو نقطة انطلاق، وليس قيمة تصميم. يعد تصحيح درجة الحرارة الباردة والتحقق من القياس إلزاميًا للامتثال لـ NEC 2023.

احصل على ورقة بيانات اللوحة. ابحث عن Voc في STC (ظروف الاختبار القياسية). الآن قم بإجراء العملية الحسابية الحقيقية:

Voc(التصميم) = Voc(STC) × عدد الألواح × 1.25 (عامل درجة الحرارة الباردة NEC 690.7)

بالنسبة للألواح الخاصة بك بجهد 40 فولت تيار مستمر في سلاسل من 8: 40 × 8 × 1.25 = جهد تصميم 400 فولت.

الآن تحقق منه. في صباح بارد (<40 درجة فهرنهايت)، افصل السلسلة وقم بقياس Voc باستخدام مقياس المشبك Fluke 393 FC (مصنف بجهد 1500 فولت تيار مستمر). يجب أن ترى 380-420 فولت. إذا كنت ترى 450 فولت، فإن سلسلتك طويلة جدًا بالنسبة لمعداتك. أعد التصميم الآن، وليس بعد القوس الكهربائي.

برو-نصيحة: عامل NEC 2023 1.25 هو الحد الأدنى. في كندا أو الولايات الشمالية، استخدم 1.35. سيتحقق المفتش. ستفعل شركتك التأمينية ذلك أيضًا، بعد المطالبة.

الخطوة 2: حدد المكونات المصنفة بشكل صحيح (كذبة 250 فولت تيار مستمر)

أطروحة مصغرة: يجب أن تتجاوز تصنيفات جهد المكون Voc التصميمي الخاص بك بنسبة 20٪ على الأقل، وتصنيفات التيار المستمر ليست قابلة للتبديل مع تصنيفات التيار المتردد.

جهد التصميم الخاص بك هو 400 فولت تيار مستمر. الحد الأدنى لتصنيفات المكونات الخاصة بك:

• حامل المصهر: 600 فولت تيار مستمر كحد أدنى. تصنع Bussmann و Littlefuse حاملات مصنفة للطاقة الشمسية يمكنها مقاطعة 10 كيلو أمبير عند 600 فولت تيار مستمر.
• الصمامات: 600 فولت تيار مستمر، نوع التأخير الزمني. ستنفجر الصمامات القياسية 250 فولت.
• فاصل: 600 فولت تيار مستمر، 20 أمبير كحد أدنى. تحقق من تصنيف التيار المستمر، وليس تصنيف التيار المتردد. من المحتمل أن يكون فاصل التيار المتردد “30 أمبير 240 فولت” 15 أمبير 120 فولت تيار مستمر فقط.
• سلك: سلك PV (USE-2 أو RHW-2) مصنف لـ 600 فولت تيار مستمر. سلك THHN غير مقاوم لأشعة الشمس وسوف يتشقق في 3 سنوات.

كذبة 250 فولت تيار مستمر: هذا القاطع المسمى “250 فولت تيار مستمر”؟ اقرأ التفاصيل الدقيقة. تقول “250 فولت تيار مستمر كحد أقصى، دورة عمل 80%.” للتشغيل المستمر للطاقة الشمسية (دورة عمل 100%)، يجب عليك تخفيض التصنيف إلى 200 فولت تيار مستمر. سلسلة 400 فولت الخاصة بك جعلت هذا القاطع غير قانوني.

استخدم فقط المكونات المدرجة في UL 1741 لتطبيقات PV. سيبحث المفتش عن علامة الإدراج. بديلك هو تمزيق كل شيء.

الخطوة 3: تنفيذ قفل التسلسل (لا تعمل أبدًا على الساخن)

أطروحة مصغرة: قفل التسلسل هو إجراء مكتوب، وليس قائمة مرجعية ذهنية. الانحراف هو كيف تحدث الأقواس الكهربائية.

قبل أن تلمس صندوق المجمع، اكتب هذا على تذكرة العمل:

1. تحقق من الإغلاق في فواصل اللوحة. قياس الجهد الصفري.
2. قم بتوصيل جميع الأسلاك السالبة بقضيب التوزيع السالب.
3. قم بتركيب الصمامات في وضع الفتح.
4. قم بتوصيل جميع الأسلاك الموجبة بأطراف خط الصمامات.
5. أغلق الفاصل الرئيسي.
6. قم بتنشيط الصمامات واحدًا تلو الآخر، مع التحقق من كل منها.

اطلب من شخص ثانٍ التوقيع على كل خطوة. هذه ليست بيروقراطية - إنها الطريقة التي تتجنب بها شرح سبب فقدانك لثلاثة أصابع لمجلس تعويض العمال.

برو-نصيحة: استخدم جهاز اختبار الجهد غير التلامسي (NCVT) المصنف للتيار المستمر قبل أن تلمس أي شيء. لن يكتشف Fluke 1AC-A1-II التيار المستمر. أنت بحاجة إلى Fluke 369 FC أو ما شابه ذلك. أداة $200 تتفوق على فاتورة مستشفى $50,000.

الخطوة 4: عزم الدوران والاختبار والتوثيق (فخ الإصبع المحكم)

أطروحة مصغرة: عزم الدوران المناسب هو شرط قانوني، وليس اقتراحًا. تخلق التوصيلات المفكوكة وصلات عالية المقاومة تذوب تحت الحمل.

كل وصلة قضيب توزيع في صندوق المجمع الخاص بك لها مواصفات عزم الدوران، عادةً ما تكون 50-120 بوصة-رطل. “إصبع محكم بالإضافة إلى ربع دورة” هو فخ الإصبع المحكم - سيبدو آمنًا اليوم وسيكون خطر حريق في غضون ستة أشهر.

استخدم مفك عزم الدوران أو مفتاح الربط. اضبطه على المواصفات. قم بعزم دوران كل وصلة. ثم افعلها مرة أخرى. يؤدي التدوير الحراري إلى فك التوصيلات بمرور الوقت. أضاف إصدار NEC 2023 690.31 (C) الذي يتطلب التحقق الموثق من عزم الدوران لجميع توصيلات PV التي تزيد عن 100 أمبير. بالنسبة للمنازل السكنية، لا تزال أفضل الممارسات التي تبقيك خارج تقرير محقق الحرائق.

الاختبار: بعد تنشيط كل سلسلة، قم بقياس الجهد عند صندوق المجمع وعند مدخل العاكس. يجب أن تتطابق في حدود 2 فولت. يشير الانخفاض الأكبر إلى وجود اتصال سيئ. أصلحه الآن.

التوثيق: التقط صورة للأسلاك المكتملة. قم بتسمية كل سلسلة على الصورة. احفظه في ملف العميل. عندما يتصلون بعد ثلاث سنوات بشأن “الإنتاج المنخفض”، ستعرف بالضبط أي سلسلة هي دون فتح الصندوق.

يجب أن يكون صندوق المجمع الخاص بك مملًا

أنت الآن تفهم مفاجأة القوس الكهربائي- خطر التيار المستمر الصامت الذي لا هوادة فيه والذي يجعل التيار المتردد يبدو لطيفًا. لقد هربت من فخ تكديس الجهد- الخطأ الحسابي الذي يحول أجهزة الحماية إلى قنابل. وقد أتقنت قفل التسلسل- ترتيب العمليات الذي يحافظ على سلامتك عندما تسوء الأمور الأخرى.

صندوق المجمع الموصل بشكل صحيح ممل. لا يطلق شرارة. لا يطن. لا يسخن. إنه يجلس هناك فقط، ويجمع السلاسل، ويحمي الدوائر، ويحافظ على تشغيل نظام الطاقة الشمسية الخاص بك لمدة 25 عامًا.

مهمتك هي جعله مملًا. اتبع طريقة الخطوات الأربع. استخدم المكونات المصنفة. قم بتنفيذ قفل التسلسل. قم بعزم دوران كل وصلة. وثق كل شيء.

هل أنت مستعد لتحديد صندوق مجمع متوافق مع التعليمات البرمجية لمشروعك التالي؟ قم بتنزيل قائمة التحقق المجانية الخاصة بنا من NEC 2023 Combiner Box مع مواصفات عزم الدوران وورقة عمل حساب الجهد ودليل اختيار المكونات. أو اتصل بمهندس تطبيقات VIOX للحصول على دعم تصميم خاص بالمشروع.

يجب أن يكون صندوق المجمع الخاص بك هو الجزء الأكثر موثوقية في النظام. اجعلها كذلك.

Standards & Sources Referenced

• NEC 690.7 (2023): عوامل تصحيح الجهد لدرجة الحرارة المنخفضة
• NEC 690.12 (2023): الإغلاق السريع لأنظمة PV على المباني
• NEC 690.16 (2023): الصمامات والفواصل لدوائر PV
• NEC 690.31(C) (2023): متطلبات توثيق عزم الدوران
• UL 1741: معيار السلامة للعاكسات والمحولات ووحدات التحكم في الشحن
• UL 4248-18: حاملات الصمامات لأنظمة الخلايا الكهروضوئية
• NFPA 70E: معيار السلامة الكهربائية في مكان العمل