A صندوق تجميع الخلايا الكهروضوئية هو حاوية كهربائية تقوم بتجميع دوائر سلاسل الطاقة الشمسية المتعددة قبل وصولها إلى العاكس (Inverter) أو وحدة التحكم في الشحن. في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية النموذجية، تنتج كل سلسلة طاقة تيار مستمر (DC). يقوم صندوق التجميع بجمع مخرجات هذه السلاسل، ويوفر وظائف الحماية والتبديل، ويرسل دائرة مخرج واحدة أو أكثر مجمعة إلى المرحلة التالية.
للحصول على خيارات خاصة بالمشاريع، راجع حلول صناديق تجميع الطاقة الشمسية الكهروضوئية من VIOX. يشرح هذا الدليل كيفية عمل صناديق تجميع الطاقة الكهروضوئية، والمكونات التي تحتوي عليها، وكيفية ترتيب التوصيلات عادةً، وكيفية اختيار التكوين المناسب للمشاريع الشمسية السكنية والتجارية وعلى مستوى المرافق.
النقطة المهمة هي أن صندوق التجميع ليس مجرد صندوق توصيل عادي. ففي أنظمة الطاقة الكهروضوئية متعددة السلاسل، غالباً ما يصبح نقطة الحماية الأولى ضد التيار العكسي، وطاقة الاندفاع، ولأغراض عزل الصيانة، والمراقبة، وتنظيم التوصيلات الميدانية. يمكن أن يؤدي اختيار صندوق تجميع بشكل غير صحيح إلى ارتفاع درجة الحرارة، أو حدوث أعطال مزعجة، أو فشل جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD)، أو ظروف عزل تيار مستمر غير آمنة. بينما يسهل الصندوق الذي تم اختياره بشكل صحيح عملية توصيل المصفوفة وفحصها وحمايتها وصيانتها.
إذا كنت تحتاج فقط إلى تعريف للمبتدئين، ابدأ بـ ما هو صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية (PV)؟. إذا كان سؤالك يتعلق بالوظيفة بشكل أساسي، راجع ماذا يفعل صندوق تجميع الطاقة الشمسية؟. هذه الصفحة هي الدليل الهندسي الكامل.
إجابة سريعة: ما هي وظيفة صندوق تجميع الطاقة الشمسية (PV Combiner Box)؟
يقوم صندوق تجميع الطاقة الشمسية بخمس مهام رئيسية:
- تجميع سلاسل متعددة من الألواح الشمسية في دائرة خرج واحدة أو أكثر.
- حماية السلاسل الفردية باستخدام الصمامات (Fuses) أو قواطع التيار المستمر (DC Circuit Breakers) حيثما تكون الحماية من التيار الزائد مطلوبة.
- يحد من الجهد الزائد باستخدام أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (SPDs).
- يوفر العزل أو الفصل من خلال عازل تيار مستمر أو مفتاح فصل.
- يبسط عمليات التوصيل والاختبار والصيانة والمراقبة عن طريق تجميع توصيلات السلاسل في صندوق واحد يسهل الوصول إليه.
في الأنظمة الصغيرة التي تحتوي على سلسلة واحدة أو اثنتين فقط، قد لا يكون صندوق التجميع (Combiner Box) المنفصل ضرورياً دائماً لأن العاكس (Inverter) قد يوفر بالفعل قنوات إدخال وحماية كافية. أما في الأنظمة التجارية وعلى مستوى المرافق التي تحتوي على العديد من السلاسل المتوازية، فإن صندوق التجميع يعد ضرورياً عادةً.
نظرة عامة على صندوق تجميع الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV Combiner Box)
| نقطة الاختيار | ما يجب التحقق منه | Why it matters |
|---|---|---|
| عدد السلاسل | 2، 4، 6، 8، 12، 16، 24، أو مدخلات مخصصة | يحدد أطراف الإدخال، وحوامل المصهرات، وقنوات المراقبة، وحجم الصندوق |
| جهد النظام | 600 فولت تيار مستمر، 1000 فولت تيار مستمر، 1500 فولت تيار مستمر، أو تصنيف خاص بالمشروع | يجب أن يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة للسلسلة عند أقصى درجة حرارة باردة |
| تيار السلسلة | تيار القصر للوحدة (Isc)، وتصنيف المصهر، وقدرة تحمل الموصل للتيار | يحدد حجم المصهر، والقاطع، والطرف، وقضيب التوزيع (Busbar) |
| جهاز الحماية | مصهر gPV، أو قاطع تيار مستمر (DC breaker)، أو جهاز حماية من التيار الزائد (OCPD) خاص بالمشروع | يحمي السلاسل والموصلات من أعطال التيار العكسي |
| حماية من زيادة التيار الكهربائي | فئة جهد جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) للتيار المستمر وطريقة التوصيل | يحمي مدخل العاكس ومعدات التيار المستمر من الجهد الزائد العابر |
| العزل | عازل تيار مستمر أو مفتاح فصل | يسمح بإجراء الصيانة بشكل أكثر أماناً وفصل الصندوق بالكامل |
| تصنيف الغلاف (درجة الحماية) | IP65/IP66، NEMA 3R/4/4X، مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والتآكل | يحدد مدى الملاءمة للبيئات الخارجية، أو الأسطح، أو المناطق الساحلية، أو مرافق الطاقة |
| الرصد | مراقبة اختيارية لتيار السلسلة، ووحدة اتصالات | يساعد في تحديد السلاسل التالفة، والتظليل، وعمل المصهر، وفقدان الأداء |
ما هو صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية (PV)؟
صندوق تجميع الطاقة الشمسية (PV combiner box) هو تجميع كهربائي لجانب التيار المستمر يُستخدم لدمج مخرجات سلاسل ضوئية متعددة. تتكون كل سلسلة عادةً من عدة وحدات شمسية متصلة على التوالي. عند توصيل عدة سلاسل على التوازي، يتم تجميع المخرجات في صندوق تجميع ليتم جمعها وتوجيهها إلى العاكس (Inverter)، أو وحدة التحكم في الشحن، أو معدات تحويل طاقة التيار المستمر.
في أبسط مستوياته، يحتوي صندوق التجميع على:
- أطراف إدخال لسلاسل الطاقة الشمسية
- حماية من التيار الزائد لكل سلسلة عند الحاجة
- قضبان التوزيع الموجبة والسالبة أو كتل التوزيع
- حماية من زيادة التيار
- وصلة تأريض أو موصل حماية (PE)
- طرف توصيل خرج واحد أو أكثر
- صندوق حماية مناسب لبيئة التركيب
في الأنظمة الأكبر، قد يشتمل صندوق التجميع أيضاً على مراقبة التيار على مستوى السلسلة، أو فواصل تيار مستمر (DC)، أو مؤشرات حالة، أو منافذ اتصال، أو نقاط تلامس للإنذار عن بُعد.
غالباً ما يتم تركيب صندوق التجميع بالقرب من مصفوفة الألواح الشمسية لتقليل مسارات التمديدات المتوازية الطويلة. فبدلاً من تمديد اثنتي عشرة دائرة منفصلة وصولاً إلى العاكس (Inverter)، يمكن للفني تجميعها في صندوق واحد وتمديد زوج مخرج واحد بحجم مناسب إلى المرحلة التالية.
ماذا يفعل صندوق تجميع الطاقة الشمسية؟
وظيفة صندوق تجميع الطاقة الشمسية عملية وليست تجميلية: فهو يعمل على تنظيم وحماية نقطة الانتقال من سلاسل كهروضوئية متعددة إلى دوائر خرج أقل عدداً.
1. تجميع سلاسل متعددة من الألواح الكهروضوئية
تنتج كل سلسلة ضوئية (PV string) تياراً مستمراً. في الأنظمة متعددة السلاسل، يجب ربط هذه المخرجات على التوازي قبل دخولها إلى العاكس (Inverter) أو وحدة التحكم في الشحن. يوفر صندوق التجميع (Combiner box) نقطة تحكم يسهل الوصول إليها لإجراء هذا التوصيل المتوازي.
بدون صندوق التجميع، سيحتاج القائمون بالتركيب إلى إجراء التوصيل المتوازي في مكان آخر باستخدام موصلات منفصلة، أو صناديق توزيع، أو مداخل العاكس. قد ينجح ذلك في الأنظمة الصغيرة، لكنه يصبح صعباً من حيث الفحص والحماية مع زيادة عدد السلاسل.
2. توفير حماية من التيار الزائد على مستوى السلسلة
عند توصيل السلاسل على التوازي، يمكن للسلسلة التي تعاني من عطل أن تستقبل تياراً عكسياً من السلاسل السليمة. قد لا تكون الموصلات المعطلة وأسلاك الوحدات مصممة لتحمل التيار الإجمالي الناتج عن جميع السلاسل الأخرى. تُستخدم صمامات السلسلة (String fuses) أو قواطع التيار المستمر (DC breakers) لقطع مسار التيار العكسي هذا قبل تعرض الموصلات أو دوائر الوحدات للتلف.
من إجراءات الفحص الهندسي الشائعة:
التعرض للتيار العكسي = (عدد السلاسل المتوازية - 1) × تيار القصر للسلسلة (Isc)إذا كانت هذه القيمة تتجاوز الحد الأقصى لتصنيف صمام السلسلة للوحدة، أو سعة تحمل الموصل، أو الحد القياسي للمشروع، فإن الحماية من التيار الزائد على مستوى السلسلة تصبح ضرورية. يعتمد المتطلب الدقيق على بيانات الوحدة، والكود المحلي، وترتيب التأريض، وتصميم مدخل العاكس، ومعايير المشروع.
3. إضافة حماية من زيادة التيار (Surge Protection) بالقرب من المصفوفة
مصفوفات الخلايا الكهروضوئية هي هياكل خارجية معرضة للعوامل الجوية. يمكن أن تؤدي مسارات كابلات التيار المستمر الطويلة، وإطارات التثبيت المعدنية، والنشاط البرقي القريب، وعمليات التبديل إلى إدخال جهد زائد عابر في جانب التيار المستمر من النظام. يساعد جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر (SPD) الموجود داخل صندوق التجميع في الحد من هذا الجهد قبل وصوله إلى العاكس.
بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية، يجب اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) بناءً على بنية جهد التيار المستمر ومهام الخلايا الكهروضوئية. لا تكتفِ باختيار الجهاز بناءً على تصنيف الكيلو أمبير (kA) فقط. فالمعايير مثل جهد التشغيل المستمر (Ucpv أو Uc)، ومستوى حماية الجهد (Up)، وتيار التفريغ الاسمي (In)، والحد الأقصى لتيار التفريغ (Imax)، وطريقة التوصيل، والحماية الاحتياطية هي أمور جوهرية. لمزيد من المعلومات حول أساسيات أجهزة الحماية من زيادة التيار، راجع ما هو جهاز الحماية من زيادة التيار؟ و VIOX’s دليل أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر.
4. توفير العزل لأغراض الصيانة
تحتوي العديد من صناديق التجميع على عازل تيار مستمر أو مفتاح فصل في جانب المخرج. وهذا يوفر للفنيين نقطة فصل واضحة قبل العمل على دائرة مخرج صندوق التجميع، أو مدخل العاكس، أو كابلات التيار المستمر اللاحقة.
العازل ليس هو نفس جهاز منصهر السلسلة (string fuse) أو قاطع دائرة التيار المستمر. فالمنصهرات والقواطع تتعامل مع الحماية من التيار الزائد، بينما يوفر العازل إمكانية التبديل المتعمد وعزل الصيانة. لمقارنة أعمق، راجع عازل التيار المستمر مقابل قاطع دائرة التيار المستمر في صناديق تجميع الطاقة الشمسية.
5. تبسيط عمليات الفحص واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
عندما تنتهي جميع مدخلات السلاسل في صندوق واحد، يمكن للفنيين قياس جهد السلسلة، ومقارنة تيار السلسلة، وفحص حالة المصهر، والتحقق من مؤشرات جهاز حماية التيار المتردد (SPD)، والتأكد من عزم الدوران، واستكشاف أخطاء السلاسل ذات الأداء الضعيف وإصلاحها بكفاءة أكبر.
بالنسبة للأنظمة التجارية، غالبًا ما تكون سهولة الصيانة هذه بنفس أهمية تقليل التوصيلات الأولية. إن صندوق التجميع الذي يسهل فتحه ووضع العلامات عليه واختباره وعزله يوفر الوقت طوال العمر التشغيلي الكامل لمحطة الطاقة الكهروضوئية.
المكونات الرئيسية داخل صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية
| المكوّن | الوظيفة | ملاحظات الاختيار |
|---|---|---|
| أطراف إدخال السلسلة | تستقبل الموصلات الموجبة والسالبة من كل سلسلة كهروضوئية | يجب أن تتطابق مع حجم الموصل، ونوع العزل، وطريقة الإنهاء، ومتطلبات عزم الدوران |
| مصهرات (فيوزات) الطاقة الشمسية أو حوامل المصهرات | قطع أعطال التيار العكسي في السلاسل الفردية | استخدام مصهرات مخصصة للطاقة الشمسية من نوع gPV عند الحاجة؛ ومطابقة تصنيف المصهر مع بيانات الألواح والموصلات |
| قواطع الدائرة التيار المستمر | حماية بديلة قابلة لإعادة الضبط للسلاسل أو لحماية المخرج | يجب أن تكون مصنفة للتيار المستمر (DC) من حيث جهد النظام، والتيار، والقطبية، وقدرة القطع |
| جهاز حماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) | يحد من الجهد الزائد العابر بين موصلات التيار المستمر والأرضي (PE) | اختيار جهاز حماية من زيادة التيار (SPD) مخصص للطاقة الشمسية/التيار المستمر مع قيم Uc/Ucpv و Up و In و Imax وطريقة توصيل صحيحة |
| عازل تيار مستمر أو مفتاح فصل | يوفر فصلاً يدوياً لأغراض الصيانة | يجب أن يكون مصنفاً للتيار المستمر (DC) ومناسباً لجهد التشغيل وتيار الحمل الفعلي |
| قضبان التوزيع الموجبة والسالبة | تجميع مخارج السلاسل المحمية في دوائر الإخراج الرئيسية | يجب أن يتحمل تيار الخرج المستمر والظروف الحرارية |
| قضيب المحايد/الأرضي/PE أو طرف التأريض | ربط الهيكل ومسار تأريض جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) بنظام التأريض | يجب أن يوفر مسار تأريض منخفض المعاوقة ومقاوماً للتآكل |
| أطراف الإخراج | قم بتوصيل مخرج التيار المستمر (DC) المجمع بمحول الطاقة (Inverter) أو وحدة التحكم في الشحن | يجب أن يتوافق مع حجم الكابل، وتصنيف التيار، وطريقة التمديدات الميدانية |
| وحدة المراقبة | يقيس تيار السلسلة، والجهد، ودرجة الحرارة، أو حالة الجهاز | مفيد للمشاريع على مستوى المرافق، والمشاريع التجارية، ومشاريع التشغيل والصيانة عن بُعد |
| هيكل الصندوق | يحمي المكونات الداخلية من العوامل الجوية، والأشعة فوق البنفسجية، والغبار، والصدمات، والتآكل | اختر تصنيف IP/NEMA والمادة بناءً على بيئة الموقع |
| غدد الكابلات (Cable glands) أو الموصلات | إحكام غلق الكابلات الداخلة والخارجة | يجب الحفاظ على تصنيف الحاوية (Enclosure rating) ومطابقة قطر الكابل. |
جودة هذه المكونات أمر بالغ الأهمية. في أنظمة التيار المستمر الكهروضوئية (PV DC)، غالباً ما تصبح نقاط الإنهاء الضعيفة، وطلاء قضبان التوزيع (Busbar) الرديء، وحوامل المصهرات غير الصحيحة، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) ذات الحجم غير المناسب، ومخارج الكابلات (Cable glands) منخفضة الجودة هي نقاط الفشل الفعلية.
نظرة عامة على مخطط التوصيلات الكهربائية.
يبدو مسار التوصيل النموذجي لصندوق تجميع التيار المستمر الكهروضوئي كما يلي:
سلسلة الألواح 1 (+/-) -> مصهر السلسلة أو القاطع -> قضيب التوزيع الموجب/السالبتعتمد التوصيلات الدقيقة على ترتيب التأريض، وتصميم المحول، والكود المحلي، وما إذا كان صندوق التجميع يحمي قطبية واحدة أو كلتا القطبين. تقوم بعض التصميمات بوضع مصهرات على الموصل غير المؤرض فقط. قد تتطلب الأنظمة غير المؤرضة أو الأنظمة التي لا تحتوي على محولات ترتيبات حماية وتبديل تختلف حسب السوق والشركة المصنعة للمحول.
مبادئ التوصيل المهمة
- حافظ على وضوح القطبية. يجب عدم عكس موصلات السلسلة الموجبة والسالبة. فقد يؤدي عكس القطبية إلى تلف أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)، أو وحدات المراقبة، أو مداخل العاكس.
- احمِ كل سلسلة بشكل متسق. إذا كان التصميم يتطلب صمامات أو قواطع دوائر للسلسلة، فيجب حماية كل سلسلة متوازية وفقاً لنفس القاعدة الهندسية.
- حافظ على أسلاك أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) قصيرة ومباشرة. تؤدي الأسلاك الطويلة لأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) إلى زيادة الجهد المار أثناء حدوث زيادة مفاجئة في التيار.
- قم بتأريض الهيكل بشكل صحيح. يجب توصيل الهياكل المعدنية وأطراف التأريض (PE) بنظام التأريض الخاص بالمشروع.
- التزم بقيم عزم الدوران المحددة. الأطراف المرتخية تولد حرارة، بينما الأطراف المشدودة بإفراط قد تتلف الموصلات أو حوامل المصهرات.
- ضع ملصقات تعريفية على كل سلسلة (String). تساعد الملصقات في تسريع عمليات التشغيل، واختبار منحنى الجهد والتيار (I-V)، والصيانة، وتحديد مواقع الأعطال.
لا تعتمد المخطط أعلاه كتعليمات توصيل عامة؛ فهو مجرد نظرة عامة وظيفية. يجب أن تتبع التوصيلات النهائية ورقة بيانات صندوق التجميع (Combiner Box)، ودليل العاكس (Inverter)، وبيانات الوحدات، والكود الكهربائي المعمول به.
تحديد الحجم وعدد السلاسل
يبدأ تحديد حجم صندوق تجميع الطاقة الشمسية (PV Combiner Box) من بنية المصفوفة، وليس من حجم الصندوق نفسه. يتم تحديد الصندوق المناسب بناءً على عدد السلاسل الموصلة على التوازي، والجهد الذي يمكن أن تصل إليه السلاسل في الطقس البارد، والتيار الذي يجب أن يتحمله الصندوق، وأجهزة الحماية المطلوبة.
الخطوة 1: عد سلاسل الطاقة الشمسية (PV Strings).
تُحدد صناديق التجميع (Combiner boxes) عادةً بتكوينات 2-دخل/1-خرج، 4-دخل/1-خرج، 6-دخل/1-خرج، 8-دخل/1-خرج، 12-دخل/1-خرج، 16-دخل/1-خرج، أو 24-دخل/1-خرج. وقد تستخدم مشاريع المرافق تكوينات أكبر أو مخصصة.
لا تختر صندوقاً بعدد مداخل يطابق تماماً عدد سلاسل الألواح الحالية إذا كان من المحتمل إجراء توسعات مستقبلية. قد يكون وجود منفذ إدخال إضافي مفيداً، ولكن يجب أن تظل الفتحات غير المستخدمة مغلقة ومطابقة لتصنيف حماية الصندوق.
الخطوة 2: حساب أقصى جهد للسلسلة (Maximum String Voltage)
يزداد جهد الدائرة المفتوحة (Voc) للوحدة الكهروضوئية مع انخفاض درجة الحرارة. لاختيار الجهد المناسب، استخدم أقصى جهد للسلسلة (Voc) عند أدنى درجة حرارة متوقعة للموقع، وليس الجهد الاسمي للنظام.
الفحص المبسط هو:
أقصى جهد للسلسلة (Voc) = جهد الوحدة (Voc) عند ظروف الاختبار القياسية (STC) × عدد الوحدات على التوالي × معامل التصحيح لدرجة الحرارة المنخفضة.يجب أن تكون صناديق التجميع، والصمامات (Fuses)، وحوامل الصمامات، وقواطع التيار المستمر (DC breakers)، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)، والمفصلات (Isolators)، والأطراف، وقضبان التوزيع (Busbars) جميعها مصنفة لتحمل ذلك الجهد الأقصى المصحح.
الخطوة 3: حساب تيار السلسلة وتيار الخرج
يجب أن يتعامل كل مدخل مع تيار السلسلة (string current). ويجب أن تتعامل دائرة الخرج المجمعة مع مجموع التيارات الناتجة عن السلاسل المتوازية. بالنسبة لصندوق تجميع مكون من 12 سلسلة، يعتمد تيار الخرج على مساهمة التيار من جميع السلاسل الاثنتي عشرة، مع تعديله وفقاً لمعايير المشروع وهامش التصميم.
يجب اختيار قضيب التوزيع (busbar)، وأطراف التوصيل، وفصل التيار (isolator)، وكابل الخرج بناءً على هذا التيار المجمع. لا يكفي أن يكون مصهر كل سلسلة مصنفاً بشكل صحيح إذا كان جانب الخرج غير كافٍ من حيث الحجم.
الخطوة 4: التحقق من الحماية ضد التيار العكسي
تتعلق الحماية من التيار الزائد للسلسلة بشكل أساسي بالتيار العكسي القادم من السلاسل المتوازية الأخرى. يجب أن تتضمن مراجعة التصميم العملية مقارنة:
(N - 1) × Iscمقابل:
- الحد الأقصى لتصنيف مصهر السلسلة للوحدة
- سعة تيار كابل السلسلة
- تصنيف المصهر أو القاطع الكهربائي
- بنية دخل العاكس
- الكود المحلي أو معيار المشروع
حيثما يتطلب التصميم استخدام مصهرات، يجب استخدام مصهرات وحوامل مصهرات مخصصة للأنظمة الكهروضوئية (PV-rated). وحيثما يستخدم التصميم قواطع تيار مستمر (DC)، يجب التحقق من جهد التيار المستمر، والتيار، والقطبية، وقدرة القطع، ودرجة حرارة التشغيل.
الخطوة 5: مراعاة الحرارة والبيئة المحيطة
غالباً ما تعمل صناديق التجميع في الأماكن الخارجية تحت أشعة الشمس المباشرة. يمكن أن تكون درجات الحرارة الداخلية أعلى بكثير من درجة الحرارة المحيطة. تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على حوامل المصهرات، والقواطع، والأطراف، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs)، والأختام، وإلكترونيات المراقبة، وعزل الكابلات.
بالنسبة للبيئات القاسية، تحقق من:
- مقاومة الأشعة فوق البنفسجية
- مقاومة رذاذ الملح أو التآكل
- متطلبات الحماية IP65/IP66 أو NEMA 4/4X
- التحكم في التكثيف
- إحكام غلق مداخل الكابلات (Cable Gland)
- التهوية أو تبديد الحرارة
- خفض القدرة (Derating) بناءً على الارتفاع عن سطح البحر إذا حددته الشركة المصنعة للمكونات
صناديق تجميع الطاقة الشمسية (PV Combiner Boxes) بجهد 600 فولت مقابل 1000 فولت مقابل 1500 فولت
تُعد فئة الجهد واحدة من أهم القرارات المتعلقة بصناديق التجميع؛ فهي تؤثر على اختيار المكونات، ومخاطر القوس الكهربائي، والتوافق مع العاكس (Inverter)، وتصميم الكابلات، واقتصاديات النظام.
| فئة الجهد | الاستخدام النموذجي | المزايا | تحذيرات الاختيار |
|---|---|---|---|
| 600 فولت تيار مستمر | الأنظمة القديمة، أو التصاميم السكنية الصغيرة، أو المنشآت التجارية القديمة | إجهاد جهد أقل، وإلمام واسع بالمكونات | أقل شيوعاً في الأنظمة التجارية الحديثة عالية القدرة؛ قد تتطلب المزيد من الدوائر المتوازية |
| 1000 فولت تيار مستمر | الأنظمة التجارية على الأسطح، والأنظمة الصناعية، والعديد من أنظمة الطاقة الكهروضوئية متوسطة الحجم | توازن جيد بين طول السلسلة، وتوفر المكونات، وحجم التركيب | يجب حساب جهد الدائرة المفتوحة (Voc) في الظروف الباردة؛ يجب أن يكون تصنيف كل جهاز داخل الصندوق مناسباً للجهد الأقصى الفعلي |
| 1500 فولت تيار مستمر | محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق والمحطات الكبيرة المثبتة على الأرض | سلاسل أطول، وعدد أقل من الدوائر المتوازية، وتيار أقل لنفس القدرة، وفقدان أقل في الكابلات | طاقة قوس كهربائي مستمر (DC) أعلى، وتصنيفات أجهزة أكثر صرامة، وانضباط أكثر تطلباً في التركيب والصيانة |
صندوق تجميع بجهد 1000 فولت ليس مناسباً تلقائياً لكل “نظام بجهد 1000 فولت”. إذا كان جهد الدائرة المفتوحة (Voc) المصحح للسلسلة في الطقس البارد يمكن أن يتجاوز 1000 فولت، فيجب تعديل التصميم. قد يعني ذلك تقليل عدد الوحدات في السلسلة أو اختيار معدات ذات تصنيف جهد أعلى حيثما كان ذلك مسموحاً به.
للحصول على محتوى داعم خاص بالجهد، راجع دليل VIOX حول تصنيفات جهد صناديق تجميع الطاقة الشمسية: 600 فولت مقابل 1000 فولت مقابل 1500 فولت.
صندوق تجميع التيار المتردد مقابل صندوق تجميع التيار المستمر
يمكن لمشاريع الطاقة الكهروضوئية استخدام كل من صناديق تجميع التيار المستمر (DC) وصناديق تجميع التيار المتردد (AC)، لكنها ليست قابلة للتبديل.
| البند | صندوق تجميع التيار المستمر | صندوق تجميع التيار المتردد |
|---|---|---|
| الموقع | بين سلاسل الألواح الكهروضوئية والعاكس/وحدة التحكم في الشحن | بعد العواكس (Inverters) أو العواكس الدقيقة، وقبل توزيع التيار المتردد (AC) |
| النوع الحالي | التيار المستمر (DC) القادم من مصفوفة الألواح الشمسية | التيار المتردد (AC) الخارج من العواكس |
| الحماية النموذجية | مصهرات التيار المستمر، قواطع التيار المستمر، أجهزة حماية التيار المستمر من اندفاع الجهد (DC SPD)، مفصل التيار المستمر | قواطع التيار المتردد، أجهزة حماية التيار المتردد من اندفاع الجهد (AC SPD)، فاصل التيار المتردد، أطراف التوزيع |
| المخاطر الرئيسية | سلوك القوس الكهربائي للتيار المستمر، التيار العكسي، جهد الدائرة المفتوحة (Voc) في الظروف الباردة، القطبية | تيار القصر المتردد (AC)، تنسيق المحايد/الأرضي، التوصيل بالشبكة |
| التطبيقات الشائعة | مدخلات العاكس السلسلي (String inverter)، التوصيلات الميدانية للعاكس المركزي | أنظمة العاكسات الدقيقة (Microinverter)، تجميع التيار المتردد لعدة عواكس |
| استبدال الأجهزة | لا يمكن افتراض ملاءمة أجهزة التيار المتردد (AC) للتيار المستمر (DC) | لا يمكن افتراض ملاءمة أجهزة التيار المستمر (DC) لتوزيع التيار المتردد (AC) |
الخطأ الأكثر خطورة هو استخدام أجهزة التبديل أو الحماية المصنفة للتيار المتردد في صندوق تجميع التيار المستمر، لأن سلوك التيار والقوس الكهربائي مختلف. يجب أن يكون الجهاز مصنفاً بشكل صريح لجهد التيار المستمر الفعلي وحمل التيار. لمعرفة حدود الجهاز الأوسع، انظر عازل التيار المستمر مقابل مفتاح عازل التيار المتردد.
الأخطاء الشائعة في صناديق تجميع الطاقة الشمسية (PV Combiner Boxes)
| خطأ | لماذا تشكل هذه الأخطاء خطراً | الممارسات الأفضل |
|---|---|---|
| تحديد الحجم بناءً على الجهد الاسمي فقط | جهد الدائرة المفتوحة (Voc) في الطقس البارد قد يتجاوز تصنيف الجهاز | حساب أقصى جهد مصحح للدائرة المفتوحة (Voc) وتصنيف كل مكون وفقاً لذلك |
| استخدام أجهزة مصنفة للتيار المتردد (AC) في دوائر التيار المستمر (DC) | أقواس التيار المستمر لا تنطفئ ذاتياً مثل أقواس التيار المتردد | استخدام مصهرات، وقواطع، وأجهزة حماية من الصواعق (SPDs)، ومفاتيح عزل، وأطراف توصيل مصنفة للتيار المستمر (DC) |
| إغفال الحماية من التيار الزائد للسلاسل (Strings) عند الحاجة إليها | إمكانية تغذية السلسلة المعطلة عكسياً بواسطة السلاسل السليمة | التحقق من التعرض للتيار العكسي وتصنيف مصهر (Fuse) سلسلة الوحدات |
| اختيار تصنيف المصهر بناءً على التخمين | المصاهر الخاطئة قد تتعرض للاحتراق المزعج أو تفشل في حماية الموصلات | الاختيار بناءً على ورقة بيانات الوحدة، وقدرة تحمل الموصل للتيار، ومعايير المشروع |
| طول أسلاك توصيل جهاز حماية التيار المفاجئ (SPD) | الوصلات الأطول تزيد من جهد العبور الفعلي (Let-through voltage) | الحفاظ على توصيلات جهاز حماية الطفرات (SPD) قصيرة ومباشرة ومربوطة بشكل صحيح بالأرضي (PE/Earth) |
| لا توجد نقطة عزل للمخرج | تصبح أعمال الصيانة أبطأ وأقل أماناً | استخدم قاطع عزل أو مفتاح فصل يعمل بالتيار المستمر (DC) ومصنفاً بشكل مناسب عند الحاجة |
| قضبان توزيع (Busbars) أو أطراف توصيل مخرج ذات حجم غير كافٍ | التيار المجمع قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة جانب المخرج | يجب تحديد حجم مسار المخرج ليتناسب مع إجمالي تيار المصفوفة والظروف المحيطة |
| اختيار سيء لصندوق التوزيع (Enclosure) | الأشعة فوق البنفسجية، والمياه، والغبار، والأملاح، والحرارة تؤدي إلى تدهور المكونات الداخلية | مطابقة تصنيف IP/NEMA والمواد مع بيئة الموقع |
| ضعف وضع الملصقات التعريفية | عدم قدرة فرق الصيانة على تحديد السلاسل بسرعة | وضع ملصقات على المداخل والمخارج، والقطبية، وحالة جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD)، وتصنيفات المصهرات، ونقاط العزل |
| التعامل مع صندوق التجميع (Combiner Box) كصندوق توصيل بسيط | إغفال متطلبات الحماية، وزيادة التيار، والعزل، والمتطلبات الحرارية | تحديده كـ "وحدة حماية للطاقة الشمسية الكهروضوئية" وليس مجرد صندوق توصيلات |
كيفية اختيار صندوق تجميع الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV Combiner Box)
استخدم هذا التسلسل عند اختيار صندوق التجميع (Combiner Box) لمشروع فعلي.
1. تحديد بنية النظام
ابدأ ببنية العاكس (Inverter) أو وحدة التحكم في الشحن. عادة ما تتطلب مشاريع العاكس المركزي صناديق تجميع ميدانية. أما العاكس السلسلي (String Inverter) الذي يحتوي على العديد من مداخل تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) فقد يتطلب عدداً أقل من صناديق التجميع الخارجية. قد تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية المدمجة مع التخزين إلى حدود حماية مختلفة للتيار المستمر (DC).
2. تحديد عدد السلاسل وتكوين المداخل
احسب عدد السلاسل التي يجب أن تدخل إلى الصندوق، وما إذا كانت كل سلسلة تتطلب أطراف توصيل موجبة وسالبة منفصلة، ومراقبة، وحماية. تأكد مما إذا كان التصميم يحتاج إلى 4 أو 6 أو 8 أو 12 أو 16 أو 24 مدخلاً أو مداخل مخصصة.
3. التحقق من أقصى جهد للتيار المستمر
احسب جهد الدائرة المفتوحة (Voc) المصحح للسلسلة عند أدنى درجة حرارة متوقعة للموقع. اختر صندوق تجميع ومكونات داخلية ذات تصنيف أعلى من تلك القيمة.
4. التحقق من تصنيف التيار
تحقق من تيار القصر (Isc) للسلسلة، وتصنيف المصهر، وتيار الخرج، وقدرة تحمل الموصلات، وتصنيف قضبان التوزيع (Busbar)، وتصنيف تيار مفتاح العزل. ضع في اعتبارك التشغيل المستمر ودرجة الحرارة المرتفعة داخل الصندوق.
5. اختيار حماية السلسلة (String Protection)
حدد ما إذا كان التصميم يستخدم مصهرات كهروضوئية (PV fuses) أو قواطع دائرة تيار مستمر (DC circuit breakers). تُعد المصهرات شائعة في صناديق التجميع التجارية والمرافق العامة. قد تُفضل قواطع التيار المستمر في الحالات التي تكون فيها خاصية إعادة الضبط أو إشارات الحالة ذات أهمية. في كلتا الحالتين، تحقق من تصنيفات التيار المستمر الفعلية.
6. اختيار جهاز حماية التيار المستمر من الاندفاعات (DC SPD)
اختر جهاز حماية من الاندفاعات (SPD) مصنفاً للتيار المستمر/الكهروضوئي مع فئة الجهد الصحيحة، وتصنيف تيار التفريغ، ومستوى الحماية، ومؤشر الأعطال، ومتطلبات الحماية الاحتياطية. لمعرفة تصنيفات تيار الـ SPD، انظر الفرق بين التيار الأقصى (Imax) والتيار الاسمي (In) في أجهزة الـ SPD.
7. تحديد مواصفات مفتاح عزل التيار المستمر (DC Isolator)
إذا كان صندوق التجميع يتضمن مفتاح عزل للخرج، فتحقق من جهد التيار المستمر المقنن، والتيار المقنن، وترتيب الأقطاب، وفئة الاستخدام، ونمط مقبض الصندوق، ومتطلبات القفل. لأساسيات مفاتيح العزل، انظر ما هو مفتاح عزل التيار المستمر؟.
8. مطابقة الصندوق (Enclosure) مع موقع التركيب
تفرض المواقع الخارجية على الأسطح، أو المثبتة على الأرض، أو الساحلية، أو الصحراوية، أو الزراعية، أو مواقع المرافق ضغوطاً مختلفة على الصناديق. اختر المادة، ونظام الإحكام، وطريقة دخول الكابلات، والتهوية، ومقاومة التآكل بناءً على ذلك.
9. تحديد الحاجة إلى المراقبة
لا تُعد مراقبة مستوى السلاسل (String-level monitoring) مطلوبة لكل مشروع، ولكنها مفيدة عندما تكون تكلفة التوقف عن العمل مرتفعة أو عندما تحتاج فرق التشغيل والصيانة إلى تحديد سريع لمواقع الأعطال. يمكن للمراقبة تحديد الصمامات المحترقة، والسلاسل ذات التيار المنخفض، ومشاكل التظليل، وأعطال التوصيلات.
10. التأكد من المعايير والوثائق واختبارات المصنع
يجب أن يأتي صندوق التجميع الموثوق به مع مخطط توصيلات، وتصنيفات المكونات، وقيم عزم الدوران، والملصقات، وتصنيف الصندوق، وبيانات أجهزة الحماية، ووثائق الاختبار. بالنسبة لمشاريع أمريكا الشمالية، تحقق من متطلبات شهادة UL المعمول بها. وبالنسبة لمشاريع IEC، تحقق من تصميم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية ذي الصلة ومعايير المكونات المستخدمة في مواصفات المشروع.
قائمة التحقق من الاختيار
قبل الموافقة على صندوق التجميع، تأكد من العناصر التالية:
- عدد مداخل السلاسل يتوافق مع تصميم المصفوفة.
- الجهد المقنن يتجاوز أقصى جهد للدائرة المفتوحة (Voc) للسلسلة بعد التصحيح عند درجات الحرارة المنخفضة.
- مصهرات أو قواطع السلاسل تتوافق مع متطلبات حماية الوحدات والموصلات.
- قضبان التوزيع (Busbar) والأطراف والمفتاح العازل مصنفة لتحمل التيار الإجمالي.
- جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) مصنف للعمل مع أنظمة الطاقة الشمسية/التيار المستمر (PV/DC) وجهد النظام.
- تصنيف الحماية للهيكل الخارجي يتناسب مع البيئة الخارجية.
- جلب الكابلات (Cable glands) تحافظ على تصنيف الحماية (IP/NEMA) للهيكل.
- أطراف التأريض وخط الحماية (PE) ذات أحجام صحيحة.
- تحدد الملصقات القطبية، والسلاسل، والصمامات، وفواصل العزل، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)، والمخرج.
- سهولة الوصول لأغراض الصيانة عملية وآمنة.
- يمكن للمورد توفير الرسومات، وأوراق البيانات، ودعم التكوين الخاص بالمشروع.
ملاحظات التركيب والصيانة
يجب أن يتم التركيب بواسطة موظفين مؤهلين باستخدام تعليمات الشركة المصنعة والكود الكهربائي المعمول به. عادة ما تكون أهم الفحوصات الميدانية بسيطة:
- التحقق من القطبية قبل توصيل التيار الكهربائي.
- ربط جميع الأطراف بعزم الدوران المحدد.
- التأكد من مطابقة تصنيفات الصمامات مع التصميم المعتمد.
- افحص غدد الكابلات والفتحات غير المستخدمة للتأكد من إحكام غلقها.
- تحقق من مؤشرات حالة جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) بعد التشغيل.
- قم بقياس جهد وتيار السلسلة لتحديد أي أخطاء في التوصيلات.
- سجل مخطط التوصيلات النهائي وملصقات السلاسل.
أثناء التشغيل، يجب أن يركز الفحص الدوري على تغير اللون الناتج عن الحرارة، والموصلات المرتخية، وتسرب المياه، والتآكل، واحتراق المصهرات، ومؤشرات جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) التالفة، والملصقات المتضررة، وقراءات تيار السلسلة غير الطبيعية. يمكن أن يساعد الفحص بالأشعة تحت الحمراء تحت الحمل في تحديد نقاط التوصيل ذات المقاومة العالية قبل أن تتحول إلى أعطال.
الأسئلة الشائعة
ما هو صندوق تجميع الطاقة الشمسية (PV combiner box)؟
صندوق تجميع الطاقة الشمسية هو حاوية في جانب التيار المستمر (DC) تقوم بتجميع مخرجات سلاسل شمسية متعددة ودمجها في دائرة إخراج واحدة أو أكثر قبل العاكس أو وحدة التحكم في الشحن. وغالباً ما يشتمل على حماية للسلاسل، وحماية من زيادة التيار، وقضبان توصيل (Busbars)، وأطراف تأريض، ومفتاح عزل للتيار المستمر.
ما هي وظيفة صندوق تجميع الطاقة الشمسية؟
يجمع هذا الصندوق سلاسل الألواح الكهروضوئية (PV strings)، ويحميها باستخدام صمامات (فيوزات) أو قواطع تيار مستمر (DC breakers) عند الحاجة، كما يضيف حماية من زيادة التيار، ويوفر نقطة فصل للصيانة، ويبسط عمليات التوصيل الميداني واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
هل تحتاج جميع الأنظمة الشمسية إلى صندوق تجميع (Combiner Box)؟
لا. الأنظمة الصغيرة التي تحتوي على سلسلة واحدة أو اثنتين يمكن توصيلها مباشرة بالعاكس (Inverter) إذا كان العاكس يوفر أطراف إدخال وحماية مناسبة. أما الأنظمة التجارية وأنظمة المرافق متعددة السلاسل، فعادة ما تحتاج إلى صناديق تجميع لأن عدد السلاسل والتيار والحماية ومتطلبات الصيانة تصبح أكثر تعقيداً.
كم عدد الخيوط التي يمكن لصندوق التجميع التعامل معها؟
تشمل التكوينات الشائعة 2، 4، 6، 8، 12، 16، و24 مدخلاً للسلاسل. تُستخدم صناديق أكبر أو مخصصة في أنظمة المرافق واسعة النطاق. يعتمد العدد الصحيح على بنية العاكس، وتخطيط المصفوفة، وتصنيف التيار، واستراتيجية الصيانة.
ما الذي يوجد داخل صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية؟
تشمل المكونات النموذجية أطراف إدخال السلاسل، وصمامات (فيوزات) كهروضوئية أو قواطع تيار مستمر، وقضبان توصيل (Busbars) موجبة وسالبة، وجهاز حماية من زيادة التيار (DC SPD)، وأطراف تأريض (PE)، وأطراف إخراج، ومخارج كابلات (Cable glands)، وهيكل الصندوق، والملصقات التعريفية، وأحياناً مفتاح عزل تيار مستمر أو وحدة مراقبة السلاسل.
ما هو تصنيف الجهد الذي يجب أن يتمتع به صندوق التجميع الشمسي؟
يجب أن يكون تصنيف صندوق التجميع أعلى من أقصى جهد للدائرة المفتوحة للسلسلة عند أدنى درجة حرارة متوقعة للموقع. لا تكتفِ بالاختيار بناءً على الجهد الاسمي للنظام فقط. في أنظمة الطاقة الكهروضوئية الحديثة، تشمل الفئات الشائعة 600 فولت تيار مستمر، 1000 فولت تيار مستمر، و1500 فولت تيار مستمر.
ما الفرق بين صندوق التجميع للتيار المستمر (DC combiner box) وصندوق التجميع للتيار المتردد (AC combiner box)؟
يقوم صندوق تجميع التيار المستمر بتجميع دوائر سلاسل الألواح الشمسية (PV strings) قبل العاكس (Inverter). بينما يقوم صندوق تجميع التيار المتردد بتجميع دوائر مخرج العاكس بعد تحويل التيار من مستمر إلى متردد. وتختلف أجهزة الحماية، وأجهزة الفصل، وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)، وقواعد التوصيل بينهما.
هل يحتاج صندوق تجميع الطاقة الشمسية إلى جهاز حماية من زيادة التيار (SPD)؟
تستخدم العديد من أنظمة الطاقة الشمسية الخارجية جهاز حماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) داخل أو بالقرب من صندوق التجميع للحد من الجهد الزائد الناتج عن الصواعق أو أحداث التبديل. يعتمد مدى الحاجة إليه على معايير المشروع، وتقييم المخاطر، وطبيعة الموقع، ومتطلبات العاكس، والأكواد المحلية.
هل يمكنني استخدام قواطع التيار المتردد أو مصهرات التيار المتردد في صندوق تجميع التيار المستمر؟
لا، إلا إذا كان الجهاز مصنفاً صراحةً للجهد المستمر الفعلي، والتيار، وقدرة القطع المطلوبة. تتصرف أقواس التيار المستمر بشكل مختلف عن أقواس التيار المتردد، لذا فإن الأجهزة المخصصة للتيار المتردد فقط قد تفشل بشكل خطير عند استخدامها في دوائر التيار المستمر للطاقة الشمسية.
كيف أختار صندوق تجميع الطاقة الشمسية؟
ابدأ بتحديد عدد السلاسل، والجهد الأقصى المصحح للبرودة، وتيار السلسلة، وتيار المخرج، ومتطلبات الحماية، واختيار جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD)، ومتطلبات العازل، وبيئة الصندوق، واحتياجات المراقبة، ومتطلبات الاعتماد. ثم تحقق من التكوين الكامل مقابل بيانات العاكس، وأوراق بيانات الوحدات، ومعايير المشروع.
موارد VIOX ذات الصلة
- حلول صناديق تجميع الطاقة الشمسية الكهروضوئية من VIOX
- عازل التيار المستمر مقابل قاطع دائرة التيار المستمر في صناديق تجميع الطاقة الشمسية
- تصنيفات جهد صناديق تجميع الطاقة الشمسية: 600 فولت مقابل 1000 فولت مقابل 1500 فولت
- دليل أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD)
- دليل عملي لقواطع دوائر التيار المستمر لأنظمة الطاقة الشمسية والبطاريات والمركبات الكهربائية
المصادر والمعايير المرجعية
- صفحة VIOX الحالية: الدليل الشامل لصناديق تجميع الطاقة الشمسية
- المعيار IEC 62548-1:2023+AMD1:2025 – متطلبات تصميم المصفوفات الكهروضوئية
- حلول UL – شهادة اعتماد موازنة نظام الطاقة الشمسية (BoS)
- الأكواد الرقمية لـ ICC – مقتطف من الكود الكهربائي الوطني (NEC) المادة 690.9 المتعلقة بالحماية من التيار الزائد
