دليل شامل لاختيار أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية (SPD الشمسية).

لا تعد الحماية من زيادة التيار مجرد إجراء احترازي، بل إنها جزء أساسي من نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) المصمم جيدًا. مع تزايد الاعتماد على الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم، أصبحت حماية هذه الأنظمة القيمة ضد التحولات الكهربائية أكثر أهمية من أي وقت مضى. سيرشدك هذا الدليل إلى كل ما تحتاج لمعرفته حول أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية (SPDs): ما هي، وسبب أهميتها، وكيفية اختيار الجهاز المناسب لنظامك.

1. ما هي أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية (SPDs الشمسية)؟

جهاز الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية (Solar SPD) هو مكون كهربائي وقائي مصمم لتحويل أو امتصاص أحداث الجهد الزائد العابرة، مثل ضربات البرق أو عمليات التبديل، قبل أن تتمكن من إتلاف معدات الطاقة الشمسية الحساسة. يتم تركيب هذه الأجهزة في المواقع الرئيسية في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بما في ذلك صندوق تجميع التيار المستمر، والعاكس الكهروضوئي، ولوحة توزيع التيار المتردد.

يتم تصنيف أجهزة SPD الشمسية حسب استجابة الشكل الموجي وقدرة التفريغ وموقع التثبيت. عادةً ما يستخدمون مكونات مثل مكثفات الأكسيد المعدني (MOVs)، وأنابيب تفريغ الغاز (GDTs)، وثنائيات قمع الجهد العابر (TVS) للحماية من أحداث الجهد الزائد.

2. لماذا تحتاج إلى أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية؟

تشكل العواصف تهديدًا كبيرًا للأنظمة الشمسية. إليك سبب ضرورة الحماية من زيادة التيار:

البرق وتبديل مخاطر الجهد الزائد

• يمكن لضربات البرق المباشرة أن تضخ نبضات عالية الطاقة (شكل موجة 10/350 ميكروثانية) مباشرة في المصفوفات الكهروضوئية، مما يتسبب في أضرار كارثية.
• يعمل البرق غير المباشر أو الاقتران الكهرومغناطيسي (شكل موجة 8/20 ميكروثانية) على نشر زيادات الجهد عبر الكابلات الطويلة، مما يؤدي إلى إتلاف العاكسات وأجهزة التحكم وأنظمة المراقبة.
• تتسبب عمليات تبديل الشبكة في حدوث انتقالات للجهد من بنوك المكثفات أو تساقط الأحمال، وهو ما ينعكس من خلال اتصال التيار المتردد.

تحسين الموثوقية وإطالة عمر المعدات

• تضغط الزيادات المفاجئة على المكونات الداخلية، حتى لو لم يحدث فشل فوري.
• تؤدي العمليات العابرة المتكررة إلى تدهور العزل وتقليل متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل (MTBF).
• باستخدام السليم العاصمة SPD للطاقة الشمسية يضمن الحماية من زيادة التيار الكهروضوئي الذي يحافظ على تشغيل الأنظمة وكفاءتها لسنوات.

تعزيز السلامة الكهربائية

• يمكن أن يتسبب الجهد الزائد في حدوث أخطاء في القوس الكهربائي وانهيار العزل وحتى الحرائق.
• يعمل جهاز الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية عالي الجودة على الحد من الجهد الزائد إلى مستويات أقل من قدرة تحمل الأجهزة المتصلة.

الامتثال للمعايير

• تحدد معايير UL 1449 وIEC 61643-31 وIEC 62109 متطلبات تصنيف SPD واختبارها وتركيبها للأنظمة الكهروضوئية.
• تتطلب NEC 690.7(C) وNFPA 780 أجهزة SPD للأنظمة الكهروضوئية، خاصة في المناطق الخارجية المكشوفة.

تكامل LPZ (مناطق الحماية من الصواعق).

• يساعد مفهوم منطقة الحماية من الصواعق (LPZ) في تحديد مكان ونوع SPD الذي يجب تثبيته.
• النوع 1 من SPDs مخصص لحماية الحدود (LPZ 0 إلى LPZ 1)، بينما النوع 2 والنوع 3 يغطي المناطق الداخلية.

لإلقاء نظرة أوسع على كيفية حماية الحماية من زيادة التيار للأنظمة الكهروضوئية من البرق واضطرابات الشبكة، راجع دليلنا الأساسي:
👉 الحماية من زيادة التيار لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

3. كيفية اختيار SPD المناسب للطاقة الشمسية

هذا القسم هو قلب عملية اتخاذ القرار الخاصة بك. دعونا نحلل أهم المعايير التي يجب على المهندسين وأخصائيي المشتريات مراعاتها.

3.1 كيفية مطابقة SPDs مع النظام الكهروضوئي الخاص بك

3.1.1 مستوى الجهد (Ucpv)

يجب أن يتم تصنيف جهاز الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية الخاص بك وفقًا لأقصى جهد للنظام. دائماً:

• قم بمطابقة MCOV (الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر) ليكون على الأقل 10% فوق نظام Voc (جهد الدائرة المفتوحة).
• على سبيل المثال، في النظام الكهروضوئي 1000 فولت، اختر أجهزة SPD ذات جهد 1100 فولت أو أعلى لضمان الإرتفاع المناسب والاستقرار على المدى الطويل.
• استخدم DC SPD للطاقة الشمسية على جانب DC وAC SPDs لاتصالات الشبكة.

3.1.2 هيكل النظام

تتطلب بنيات النظام المختلفة تكوينات مختلفة لـ SPD:

• محولات السلسلة: SPD بالقرب من العاكس، وإدخال التيار المستمر، وإخراج التيار المتردد.
• المحولات المركزية: استخدم النوع 1 SPD بالقرب من نقطة الاتصال الرئيسية.
• MPPT المتعددة: قد يتطلب كل جهاز تعقب جهازًا مخصصًا النوع 2 SPD.
• الأنظمة الكهروضوئية العائمة أو المكشوفة: SPDs ذات التكوين Y أو الحماية المتماثلة من + و- إلى الأرض.

3.2 معايير أداء SPD الرئيسية التي يجب تقييمها

تأكد من مطابقة هذه المعلمات لكثافة فلاش البرق الخاص بالتثبيت، ومستوى الخطأ الحالي، وقوة عزل النظام.

3.3 شرح أنواع SPD (النوع 1، 2، 3، 1+2)

لست متأكدًا من مدى اختلاف النوع 1 و2 و3 في الوظائف واستجابة الشكل الموجي وحالات الاستخدام؟ لقد قمنا بتغطية الاختلافات الرئيسية بين أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 1 والنوع 2 والنوع 3 في مدونة مقارنة مفصلة لمساعدتك على اتخاذ القرار الصحيح.

استخدم أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية من النوع 1 إذا كان النظام الكهروضوئي متصلاً بنظام حماية من الصواعق خارجي (LPS) مع مسافة فصل غير كافية (وفقًا للمواصفة IEC 62305-3).

3.4 كيفية ضمان سلامة SPD وطول عمر المنتج

• اختر أجهزة SPD ذات فاصلات حرارية مدمجة ومؤشرات فشل مرئية لمراقبة الحالة في الوقت الفعلي.
• تأكد من أن معدل تحمل الدائرة القصيرة أكبر من Isc الخاص بالنظام (تيار الدائرة القصيرة).
• إذا لم يتضمن SPD حماية داخلية من التيار الزائد، فقم دائمًا بتثبيت منصهر خارجي أو قاطع دائرة على التوالي.
• لا تستخدم مطلقًا جهاز SPD للتيار المتردد على جانب التيار المستمر لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية - فقد يؤدي ذلك إلى انحناء كهربائي غير متحكم فيه، أو فشل المكونات، أو حتى نشوب حريق بسبب الطبيعة المستمرة للتيار المباشر.

يعد فهم التمييز بين الحماية من زيادة التيار المتردد والتيار المستمر أمرًا ضروريًا لتجنب مثل هذه التطبيقات الخاطئة. استكشاف الأساسية الاختلافات بين التيار المتردد والتيار المستمر SPDs وتعرف على كيفية اختيار الجهاز المناسب لنظامك.

3.5 الامتثال والاختبار

ابحث عن هذه العلامات والمواصفات:

• UL 1449 الإصدار الخامس (أمريكا الشمالية)
• إيك 61643-31 (PV DC SPDs)
• IEC 61643-11 (AC SPDs)
• إيك 62109-1/2 (سلامة SPD المتكاملة بالعاكس)
• شهادة الطرف الثالث: TÜV، CE، Intertek، ETL

3.6 التثبيت والصيانة

• قم بتثبيت SPDs في أعلى الجهاز المحمي (بين اللوحة والعاكس).
• اتبع قاعدة <10 أمتار: إذا كان طول الكابل أكبر من 10 أمتار، فقم بتثبيت SPD على كلا الطرفين.
• حافظ على طول الكابل قصيرًا (أقل من 0.5 متر بشكل مثالي)، وقلل مساحة الحلقة.
• قم بتسمية جميع SPDs بوضوح، واستخدم مؤشرات الحالة أو وحدات المراقبة.

3.7 بيئة التطبيق

• في الهواء الطلق؟ استخدم أجهزة SPD مع حاويات NEMA 4X / IP65+.
• المناخات القاسية؟ ابحث عن مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، وتحمل درجات الحرارة العالية.
• ضع في اعتبارك أداء SPD عند نطاق -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.

3.8 اعتبارات التكلفة

• موازنة التكلفة مقابل الحماية — لا تقلل من حماية العاكس $10,000 لتوفير $30.
• ضع في اعتبارك تكلفة دورة الحياة: إن جهاز SPD الرخيص الذي يفشل خلال عامين يكلف أكثر في وقت التوقف عن العمل.
• قارن بين دورة استبدال جهاز الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية وفترة الضمان ومدى التوفر.

3.9 أخطاء الاختيار الشائعة التي يجب تجنبها

• استخدام النوع 2 حيث يكون النوع 1 مطلوبًا
• اختيار AC SPD لدوائر التيار المستمر
• تجاهل كثافة الفلاش والشكل الموجي
• لا توجد حماية على جانب التيار المتردد للنظام
• لا يوجد تنسيق مع LPS (نظام الحماية من الصواعق)
• لا يوجد مؤشر بصري أو نظام مراقبة

4. الاستنتاج

إن اختيار جهاز الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية المناسب ليس مجرد مهمة فحص - بل هو خطوة استراتيجية لحماية استثمارك في الطاقة الكهروضوئية، وضمان إنتاج طاقة موثوق به، والامتثال لمعايير السلامة.

من خلال فهم أنواع أجهزة الحماية من اندفاع الطاقة الشمسية، ومقاييس الأداء، وتوافق النظام، والاعتبارات البيئية، يمكن للمهندسين الفنيين والمتخصصين في المشتريات بناء أنظمة كهروضوئية قوية تصمد أمام اختبار الزمن، والبرق، وكل شيء بينهما.

لا تترك النظام الخاص بك عرضة للخطر. اختر جهاز SPD المناسب للطاقة الشمسية مع الشهادات والمواصفات الصحيحة، وستحصل على راحة البال، وتوفير طويل الأجل، وطاقة متواصلة.