يتطلب تحديد حجم المصهرات والفواصل في صناديق تجميع الخلايا الكهروضوئية تطبيق قاعدة NEC 156%: اضرب تيار القصر للدائرة (Isc) في 1.56، ثم حدد تصنيف المصهر القياسي التالي. تحسب هذه العملية المكونة من مرحلتين تشغيل الخدمة المستمرة وارتفاعات الإشعاع. يمنع التحجيم المناسب أعطال النظام، ويضمن الامتثال للكود، ويحمي من مخاطر الحريق في التركيبات الشمسية.
فهم مصهرات وفواصل الخلايا الكهروضوئية
ما هي المصهرات المقدرة للخلايا الكهروضوئية؟
مصهرات الخلايا الكهروضوئية-المصنفة من الفئة gPV بموجب IEC 60269-6- هي أجهزة حماية من التيار الزائد مصممة خصيصًا لتطبيقات التيار المباشر في الأنظمة الشمسية. على عكس مصهرات التيار المتردد القياسية، يمكن لمصهرات gPV مقاطعة تيارات أعطال التيار المستمر بأمان، والتي يصعب إخمادها بشكل ملحوظ بسبب عدم وجود تقاطع صفري طبيعي للتيار. تتحمل هذه المصهرات الدورة الحرارية الشديدة الناتجة عن تقلبات الإشعاع الشمسي دون فشل مبكر. وهي مصممة للمقاطعة عند 1.35 إلى 1.45 ضعف التيار المقنن لها في غضون ساعة إلى ساعتين، مما يحمي من التيارات الزائدة العكسية عندما تتغذى سلسلة واحدة في سلسلة متوازية معيبة.
ما هي فواصل التيار المستمر؟
فواصل التيار المستمر هي مفاتيح تعزل خرج صندوق التجميع عن المعدات الموجودة في اتجاه المصب للصيانة وإزالة الطاقة في حالات الطوارئ. يتطلب NEC 690.15 أن تكون هذه الفواصل مصنفة لقطع التيار تحت الحمل لتطبيقات الأسطح، مما يعني أنها يمكن أن تفتح الدوائر بأمان تحت تيار الحمل الكامل دون إنشاء وميض قوس كهربائي خطير. تشتمل مفاتيح قطع التيار تحت الحمل على حجرات إطفاء القوس الكهربائي وجهات اتصال مصنفة لطاقة القوس العالية لدوائر التيار المستمر. يمكن تشغيل الفواصل غير القادرة على قطع التيار تحت الحمل - العوازل البسيطة - فقط بعد إزالة الطاقة عن الدائرة وهي غير مناسبة لمخارج صندوق التجميع.
منهجية تحديد حجم المصهر خطوة بخطوة
الخطوة 1: حساب تيار القصر للدائرة
ابدأ بتيار القصر للوحدة (Isc) من ورقة البيانات. تتراوح الألواح الحديثة عالية الكفاءة من 9 أمبير إلى 18.5 أمبير اعتمادًا على فئة الطاقة. بالنسبة للدوائر ذات الوحدات المتصلة على التوالي، يظل تيار القصر ثابتًا (لا يضيف التوصيل على التوالي تيارًا). على سبيل المثال، لا تزال وحدة TOPCon بقدرة 580 واط مع تيار قصر = 14.45 أمبير في دائرة مكونة من 10 وحدات تنتج 14.45 أمبير عند حدوث قصر.
الخطوة 2: تطبيق قاعدة NEC 156%
تتطلب المادة 690 من NEC مضاعفين متتاليين 125%:
المضاعف الأول (NEC 690.8(A)(1)): حساب أقصى تيار للدائرة
- أقصى تيار = تيار القصر × 1.25
- يفسر “تأثير حافة السحابة” - عندما ينعكس ضوء الشمس عن حواف السحب، يمكن أن يتجاوز الإشعاع لفترة وجيزة 1000 واط/م²، مما يدفع التيار فوق تيار القصر المقنن.
المضاعف الثاني (NEC 690.9(B)): تحديد حجم الحماية من التيار الزائد للخدمة المستمرة
- تصنيف OCPD = أقصى تيار × 1.25
- تعمل دوائر الخلايا الكهروضوئية بأقصى خرج لمدة 3 ساعات أو أكثر يوميًا. تتعامل الأجهزة القياسية مع 80% فقط من التيار المقنن بشكل مستمر، لذلك يمنع عامل 125% (معكوس 80%) التعثر المزعج.
الحساب المجمع: تيار القصر × 1.25 × 1.25 = تيار القصر × 1.56
الخطوة 3: تحديد تصنيف المصهر القياسي
قرّب إلى حجم المصهر القياسي التالي المتاح: 10 أمبير، 15 أمبير، 20 أمبير، 25 أمبير، 30 أمبير. يجب ألا يتجاوز المصهر المحدد الحد الأقصى لتصنيف المصهر التسلسلي للوحدة (المحدد في ورقة البيانات، وعادة ما يكون من 20 أمبير إلى 30 أمبير لمعظم الألواح).
مثال على ذلك: تيار القصر للدائرة = 14.45 أمبير
- الحد الأدنى لتصنيف المصهر: 14.45 أمبير × 1.56 = 22.54 أمبير
- المصهر المحدد: 25 أمبير مصنف gPV
الخطوة 4: تحديد حجم فاصل التيار المستمر
اجمع الحد الأقصى للتيارات من جميع الدوائر المتوازية، ثم طبق عامل أمان 125%:
تصنيف الفاصل = (عدد الدوائر × تيار القصر × 1.25) × 1.25
لـ 6 دوائر عند 14.45 أمبير لكل منها:
- إجمالي التيار: 6 × 14.45 أمبير × 1.25 = 108.4 أمبير
- تصنيف الفاصل: 108.4 أمبير × 1.25 = 135.5 أمبير
- الفاصل المحدد: 150 أمبير مصنف لقطع التيار تحت الحمل
الجدول 1: أمثلة على تحديد حجم المصهر لوحدات الخلايا الكهروضوئية الشائعة
| قدرة الوحدة | تيار القصر للوحدة | الحد الأدنى لتصنيف المصهر (×1.56) | المصهر القياسي المحدد | الحد الأقصى للدوائر لكل 30 أمبير Breaker |
|---|---|---|---|---|
| 400 واط | 10.5 أمبير | 16.38 أمبير | 20A | 8 |
| 500 واط | 13.0 أمبير | 20.28 أمبير | 25A | 6 |
| 580 واط | 14.45 أمبير | 22.54 أمبير | 25A | 6 |
| 600 واط (TOPCon) | 18.5 أمبير | 28.86 أمبير | 30A | 4 |
| 750 واط (HJT) | 15.8 أمبير | 24.65 أمبير | 25A | 5 |
جداول تحديد الحجم المرجعية السريعة
التكوينات القياسية وتصنيفات الفواصل
الجدول 2: تحديد حجم الفاصل حسب تكوين الدائرة
| عدد الدوائر | تيار القصر للدائرة | إجمالي التيار الأقصى (×1.25) | الحد الأدنى لتقدير الفصل (×1.56) | الفصل الموصى به |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62.4 أمبير | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93.6 أمبير | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124.8 أمبير | 150A |
| 4 | 14 أمبير | 70A | 87.4 أمبير | 100A |
| 6 | 14 أمبير | 105 أمبير | 131.0 أمبير | 150A |
| 8 | 14 أمبير | 140 أمبير | 174.8 أمبير | 200 أمبير |
NEC مقابل IEC: الاختلافات الرئيسية في تحديد الأحجام
في حين أن كلا الرموز يعطي الأولوية للسلامة، إلا أن مناهج تحديد الأحجام الخاصة بهما تختلف:
NEC 690.8/690.9 (أمريكا الشمالية):
- تحديد حجم المصهر: Isc × 1.56 (156%)
- الأساس المنطقي: الخدمة المستمرة + ارتفاعات الإشعاع
- استثناء: الأجهزة المصنفة 100% تحتاج فقط إلى مضاعف × 1.25
IEC 62548 (دولي):
- نطاق تحديد حجم المصهر: 1.5 × Isc ≤ In ≤ 2.4 × Isc
- أكثر مرونة، يسمح بالتحسين للظروف المحددة
- مطلوب تخفيض درجة الحرارة فوق 45 درجة مئوية المحيطة
الجدول 3: مقارنة التعليمات البرمجية لسلسلة 12A
| قياسي | الحد الأدنى لتقدير المصهر | التحديد النموذجي | فلسفة التصميم |
|---|---|---|---|
| إن إي سي | 18.72 أمبير (12 أمبير × 1.56) | 20A | متحفظ، مضاعف واحد |
| اللجنة الكهروتقنية الدولية | 18.0 أمبير إلى 28.8 أمبير (12 أمبير × 1.5 إلى 2.4) | 20 أمبير إلى 25 أمبير | نطاق مرن بناءً على الظروف |
معايير الاختيار الحاسمة
متطلبات تصنيف الجهد
يجب أن تتجاوز تقديرات جهد المصهر والفصل الحد الأقصى لجهد الدائرة المفتوحة (Voc) للنظام عند أدنى درجة حرارة محيطة متوقعة.
حساب: Voc_max = Voc الوحدة × عدد الوحدات المتسلسلة × معامل درجة الحرارة
- عند -40 درجة مئوية: 49 فولت × 10 × [1 + 0.0027 × (25 – (-40))] = 576 فولت
- التقدير المطلوب: 600 فولت كحد أدنى (قياسي: 600 فولت، 1000 فولت، 1500 فولت). توصي IEC 60269-6 بتقدير جهد المصهر ≥ 1.2 × Voc_max لهامش أمان إضافي.
سعة الفصل (سعة القطع)
يجب أن تتجاوز سعة مقاطعة التيار المستمر (Icn أو Icu) أقصى تيار خطأ محتمل في نقطة التثبيت. بالنسبة لمدخلات صندوق المجمّع، يكون هذا عادةً هو Isc المجمّع لجميع السلاسل المتوازية الأخرى. بالنسبة لـ 8 سلاسل عند 14 أمبير لكل منها:
- تيار الخطأ المحتمل: 7 × 14 أمبير = 98 أمبير (أسوأ حالة: 7 سلاسل سليمة تغذي سلسلة واحدة معيبة)
- Icu المطلوب: ≥ 150 أمبير (مصهرات gPV القياسية: 200 أمبير إلى 1500 أمبير Icu)
تخفيض درجة الحرارة
يمكن أن تصل صناديق المجمّع الموجودة في ضوء الشمس المباشر إلى درجة حرارة داخلية تتراوح بين 65 درجة مئوية و 75 درجة مئوية. يتم تصنيف معظم مصهرات gPV عند 40 درجة مئوية المحيطة. فوق هذا، تنخفض سعة التيار:
- عند 50 درجة مئوية: تخفيض إلى 95% من التيار الاسمي
- عند 60 درجة مئوية: تخفيض إلى 90% من التيار الاسمي
- عند 70 درجة مئوية: تخفيض إلى 85% من التيار الاسمي
إذا كان المصهر 20 أمبير الخاص بك يعمل في درجة حرارة محيطة تبلغ 65 درجة مئوية، فإن التقدير الفعال = 20 أمبير × 0.87 = 17.4 أمبير. تحقق من أن هذا يتجاوز الحد الأدنى المحسوب.
الجدول 4: قائمة التحقق من تحديد المكونات
| عامل الاختيار | متطلبات المواصفات | مرجع الكود | طريقة التحقق |
|---|---|---|---|
| تقدير تيار المصهر | ≥ Isc × 1.56 (NEC) أو 1.5-2.4 (IEC) | NEC 690.9(B)، IEC 62548 | ورقة بيانات Isc × مضاعف |
| تقدير جهد المصهر | ≥ 1.2 × Voc_max عند الحد الأدنى لدرجة الحرارة | IEC 60269-6 | Voc الوحدة × عدد السلاسل × عامل درجة الحرارة |
| فئة المصهر | مصنف gPV (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | تحقق من علامة “gPV” |
| الحد الأقصى للمصهر التسلسلي | ≤ الحد الأقصى لتقدير مصهر الوحدة | ورقة بيانات الوحدة | تحقق من اللوحة |
| فصل التيار | ≥ إجمالي تيار القصر (Isc) × 1.56 | الكود الوطني للكهرباء (NEC) 690.13 | جمع جميع تيارات السلاسل |
| نوع الفصل | مصنفة لقطع التيار تحت الحمل (على السطح) | الكود الوطني للكهرباء (NEC) 690.15 | تحقق من شهادة قطع التيار تحت الحمل |
| سعة المقاطعة | ≥ أقصى تيار عطل | الكود الوطني للكهرباء (NEC) 690.9(C) | حساب مساهمة السلاسل المتوازية |
| تصنيف درجة الحرارة | ضع في الاعتبار تخفيض القدرة بسبب درجة الحرارة المحيطة | IEC 60269-6 | قياس درجة الحرارة الداخلية لصندوق التجميع |
أخطاء التحجيم الشائعة التي يجب تجنبها
خطأ 1: استخدام صمامات مصنفة للتيار المتردد في تطبيقات التيار المستمر
لا يمكن لصمامات التيار المتردد مقاطعة تيارات التيار المستمر بأمان. لا تنطفئ أقواس التيار المستمر ذاتيًا عند عبور التيار الصفر (لا يوجد تيار صفري في التيار المستمر). حدد دائمًا صمامات gPV مع تصنيفات جهد التيار المستمر المطابقة لنظامك.
خطأ 2: التقليل من الحجم للتشغيل المستمر
يؤدي تطبيق المضاعف الأول فقط (Isc × 1.25) بدون الثاني إلى صمام مصنف للتشغيل المستمر بنسبة 80٪ فقط. سيسخن الجهاز بشكل زائد ويفشل قبل الأوان خلال ساعات ذروة الشمس. استخدم دائمًا عامل 156٪ الكامل ما لم تستخدم أجهزة مصنفة بنسبة 100٪.
خطأ 3: تجاهل الحد الأقصى لتصنيف صمام السلسلة للوحدة
حتى إذا كانت الحسابات تشير إلى صمام 30 أمبير، إذا كانت ورقة بيانات الوحدة تحد من صمامات السلسلة إلى 20 أمبير، فيجب عليك استخدام 20 أمبير. تجاوز هذه القيمة يبطل الضمانات ويخلق خطر نشوب حريق. الحل: تقليل عدد السلاسل لكل مجمع أو استخدام وحدات ذات تصنيفات صمام أعلى.
خطأ 4: سوء تقدير السلاسل المتوازية
عند تحديد حجم فاصل المجمع الرئيسي، اجمع الحد الأقصى للتيارات (Isc × 1.25) لجميع السلاسل، ثم قم بتطبيق المضاعف الثاني بنسبة 125٪. لا تطبق 156٪ على كل سلسلة على حدة - المضاعف الأول لكل سلسلة، والثاني لجهاز الحماية من التيار الزائد المجمع.
غير صحيح: (السلسلة 1: 10 أمبير × 1.56) + (السلسلة 2: 10 أمبير × 1.56) = 31.2 أمبير
صحيح: [(10 أمبير + 10 أمبير) × 1.25] × 1.25 = 31.25 أمبير
خطأ 5: المبالغة في الحجم من أجل “التوسع المستقبلي”
يؤدي تركيب صمام 60 أمبير لسلسلة 10 أمبير “في حالة” إلى التخلص من الحماية من التيار الزائد. لن يفتح الصمام أثناء ظروف العطل العكسي، مما يسمح بتلف الكابلات أو نشوب حريق. قم بتحجيم الصمامات لتيار السلسلة الفعلي؛ قم بترقية صناديق التجميع عند إضافة سعة.
الأسئلة المتداولة
س: ما هو حجم الصمام الذي أحتاجه لسلسلة بتيار قصر (Isc) يبلغ 10.5 أمبير؟
ج: الحد الأدنى لتصنيف الصمام = 10.5 أمبير × 1.56 = 16.38 أمبير. حدد الحجم القياسي التالي: صمام 20 أمبير مصنف gPV. تحقق من أن هذا لا يتجاوز الحد الأقصى لتصنيف صمام السلسلة للوحدة في ورقة البيانات.
س: هل يمكنني استخدام صمامات التيار المتردد القياسية في صندوق تجميع التيار المستمر؟
ج: لا. تفتقر صمامات التيار المتردد إلى قدرة مقاطعة التيار المستمر لإزالة أعطال التيار المستمر بأمان. تستمر أقواس التيار المستمر إلى أجل غير مسمى بدون عبور التيار الصفري. استخدم دائمًا صمامات gPV (IEC 60269-6) مع تصنيفات جهد التيار المستمر المطابقة لجهد نظامك.
س: ما هو الفرق بين تحجيم الصمامات وفقًا للكود الوطني للكهرباء (NEC) والمعيار الدولي للكهرباء (IEC)؟
ج: يتطلب الكود الوطني للكهرباء (NEC) مضاعفًا ثابتًا بنسبة 156٪ (Isc × 1.56) لحساب التشغيل المستمر وارتفاعات الإشعاع. يسمح المعيار الدولي للكهرباء (IEC) 62548 بنطاق من 1.5 × إلى 2.4 × Isc، مما يسمح للمصممين بالتحسين لدرجات الحرارة المحيطة المحددة وخصائص الوحدة. كلاهما يضمن السلامة ولكنه يوفر مرونة مختلفة.
س: كيف أقوم بتحجيم المجمع للتوسع المستقبلي للسلاسل؟
ج: قم بتحجيم الصمامات للتيار الفعلي للسلاسل المثبتة. بالنسبة للفاصل وقضبان التوصيل، يمكنك المبالغة في الحجم بناءً على السعة المخطط لها. مثال: قم بتركيب صمامات 20 أمبير لنظام حالي مكون من 4 سلاسل (14 أمبير Isc)، ولكن استخدم فاصل 150 أمبير وقضيب توصيل بـ 6 مواضع لاستيعاب إضافة سلسلتين أخريين لاحقًا دون استبدال العلبة.
س: هل أحتاج إلى فواصل مصنفة لقطع التيار تحت الحمل لجميع صناديق التجميع؟
ج: يتطلب الكود الوطني للكهرباء (NEC) 690.15 فواصل مصنفة لقطع التيار تحت الحمل لصناديق التجميع الموجودة على الأسطح. قد تستخدم المجمعات الموجودة على مستوى الأرض عوازل غير مصنفة لقطع التيار تحت الحمل إذا كان النظام يحتوي على فاصل رئيسي لقطع التيار تحت الحمل في مكان آخر. تحقق دائمًا مع السلطة المحلية المختصة (AHJ)، حيث تختلف التفسيرات.
ضمان سلامة النظام على المدى الطويل
يحمي التحجيم المناسب للصمامات والفواصل استثمارك في الطاقة الكهروضوئية ويضمن سنوات من التشغيل الآمن والموثوق. قم بتطبيق قاعدة الكود الوطني للكهرباء (NEC) بنسبة 156٪ (Isc × 1.56) للصمامات، وحدد التصنيف القياسي التالي، وتحقق من الحد الأقصى لصمام السلسلة للوحدة، وقم بتحجيم الفواصل لإجمالي التيار المجمع. عند الشك، استشر أحدث معايير المادة 690 من الكود الوطني للكهرباء (NEC) والمعيار الدولي للكهرباء (IEC) 62548.
تقوم شركة VIOX Electric بتصنيع خط كامل من صناديق تجميع الطاقة الكهروضوئية، وصمامات gPV، وفواصل التيار المستمر لقطع التيار تحت الحمل المصممة لتلبية متطلبات الكود الوطني للكهرباء (NEC) والمعيار الدولي للكهرباء (IEC). يقدم فريقنا الفني دعمًا مجانيًا للتحجيم لمشاريعك المحددة. اتصل بنا على VIOX.com للحصول على أوراق البيانات والمساعدة في التطبيقات.
