كيفية دمج حماية الاندفاع الكهربائي على جانبي التيار المتناوب والتيار المستمر في نظام كهروضوئي؟

دمج أ جهاز حماية من الموجات دمج نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية ليس مجرد مسألة توصيل مكوّن ما وترك الأمر عند ذلك. بل يتطلب نهجًا متعمدًا مستندًا إلى المبادئ الهندسية، يأخذ في الاعتبار الخصائص الكهربائية الفريدة لكل من الجانب التيار المتناوب (AC) والجانب التيار المستمر (DC) في التركيب. ويمكن أن تُسبِّب الصواعق والاندفاعات الناتجة عن عمليات التشغيل/الإطفاء والاضطرابات التي تصيب الشبكة الكهربائية جميعها قمم جهد مدمرة تنتقل عبر النظام، مما يؤدي إلى تلف المحولات (Inverters) وصناديق التجميع (Combiner Boxes) وأجهزة المراقبة وحتى وحدات الألواح الشمسية (PV Modules) نفسها. وبغياب تركيب أجهزة حماية من الصواعق (SPDs) بشكلٍ مناسب على كلا الجانبين، قد يؤدي حدث واحد فقط من أحداث الاندفاعات الكهربائية إلى توقف تشغيلي مكلف واستبدال للمعدات.

يشرح هذا المقال منطق التكامل الكامل لتركيب أجهزة حماية من الصواعق على كلٍّ من جانب سلسلة التيار المستمر (DC) والمصفوفة، وجانب الاتصال بالشبكة الكهربائية التيار المتناوب (AC) في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV). سواء كنت تقوم بتصميم تركيب تجاري على أسطح المباني أو مشروعًا كبير الحجم مُركَّب على الأرض لتوليد الطاقة على نطاق شبكي، فإن فهم أماكن تركيب كل جهاز حماية من الصواعق، وكيفية اختيار المواصفات المناسبة له، وكيفية توصيل هذه المكونات وصيانتها بشكل صحيح، يُعَدُّ أمرًا جوهريًّا لضمان موثوقية النظام على المدى الطويل. وتستند الإرشادات الواردة هنا إلى هندسة ميدانية عملية، وهي متوافقة مع معايير IEC 61643 وIEC 62305 التي تنظم حماية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من الصواعق.

فهم مخاطر الصواعق في الأنظمة الكهروضوئية

لماذا تكون الأنظمة الكهروضوئية عُرضةً بشكل خاص للصواعق

تتعرَّض أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للبيئة الخارجية باستمرار، ما يجعلها عُرضةً بطبيعتها لوقوع صواعق البرق وتفريغات الغلاف الجوي. وتؤدي المسافات الطويلة للأسلاك بين صفائف الألواح الشمسية والمحولات إلى عملها كهوائياتٍ تلتقط الطاقة الكهرومغناطيسية المُحثَّة الناتجة عن ضربات البرق القريبة، حتى في حال عدم وقوع ضربة مباشرة. وتنتقل هذه الطاقة المُحثَّة على شكل جهد زائد عابرٍ عبر كابلات التيار المستمر المنطلقة من الوحدات وكابلات التيار المتناوب المؤدية إلى نقطة الاتصال بالشبكة.

وعلى جانب التيار المستمر، يمكن أن يصل جهد الدائرة المفتوحة لسلسلة ألواح شمسية إلى عدة مئات من الفولتات بالفعل في الظروف القياسية. وعندما يُضاف هذا الجهد العابر إلى الجهد الأساسي، فقد يتخطى الذروة الناتجة بسهولة قدرة مراحل الإدخال في المحولات والدايودات التفافية على التحمل، صندوق التوصيل المكونات. وعلى جانب التيار المتناوب (AC)، تُسبِّب أحداث تبديل الشبكة، وعمليات مجموعات المكثفات، والأعطال في شبكة المرافق الكهربائية انتقالات جهد سريعة الارتفاع قد تتسبب في تلف مرحلة خرج العاكس وأي أجهزة قياس أو اتصال متصلة به.

يقوم جهاز حماية من الصواعق المُختار والمُركَّب بشكلٍ مناسب على كل جانب باعتراض هذه الانتقالات الجهدية قبل أن تصل إلى الإلكترونيات الحساسة. ويُثبِّت الجهاز جهد التشغيل عند مستوى آمن ويُوجِّه تيار الصدمة إلى الأرض، مما يحمي المعدات المتصلة لاحقًا. وبغياب هذه الطبقة الواقية، حتى الانتقال الجهدية المعتدلة قد تؤدي إلى تدهور العزل، أو تشغيل غير مقصود لدوائر القطع، أو حدوث عطل فوري في المكونات.

الطبيعة الثنائية لتعرُّض أنظمة الطاقة الشمسية للصواعق

واحد من أكثر الأخطاء شيوعًا في تخطيط حماية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) من الصواعق هو اعتبار النظام يحتوي على نقطة ضعف واحدة فقط. وفي الواقع، يمكن أن تدخل التقلبات الجهدية من كلا الاتجاهين. فحدث صاعقة بالقرب من المصفوفة الشمسية يُحقن طاقة في الجانب المستمر (DC)، بينما تُحقن الطاقة من الجانب المتناوب (AC) نتيجة اضطراب في الشبكة أو تشغيل/إيقاف محمل صناعي قريب. ويجب حماية كل مسارٍ من هذين المسارين بشكل مستقل باستخدام جهاز حماية من الصواعق مخصص في كل موقع.

يقع المحول (Inverter) بين هذين الجانبين وهو المكوّن الوحيد الأغلى ثمنًا في معظم تركيبات الأنظمة الشمسية الكهروضوئية. كما أنه الأكثر عُرضة للتلف، لأن إلكترونياته القدرة تعمل بالقرب من حدود جهدها القصوى أثناء التشغيل العادي. ويوفر تركيب جهاز حماية من الصواعق على طرفي الإدخال المستمر (DC) للمحول وجهاز آخر على طرفي الإخراج المتناوب (AC) غلافًا وقائيًّا حول هذا المكوّن الحرج. ولا يُعتبر هذا النهج ثنائي الجوانب اختياريًّا للأنظمة الموجودة في المناطق ذات المخاطر العالية للصواعق، أو لأي تركيب تُعد فيه تكاليف التوقف عن العمل كبيرة جدًّا.

دمج جهاز حماية من التيار الزائد في الجانب المستمر

التثبيت في صندوق تجميع السلاسل

الموقع الأول والأهم لجهاز حماية من التيار الزائد في الجانب المستمر هو عند سلسلة الألواح الكهروضوئية صندوق الجمع ، والمعروف أيضًا باسم صندوق تجميع التيار المستمر أو صندوق وصل المصفوفة. ويُجمع فيه عددٌ من سلاسل الألواح الكهروضوئية قبل أن ينتقل الناتج المستمر المجمّع إلى العاكس. ويؤدي تركيب جهاز حماية من التيار الزائد في هذا الموقع إلى اعتراض التقلبات الكهربائية في أبكر نقطة ممكنة ضمن الدائرة المستمرة، مما يمنع انتقالها إلى باقي أجزاء النظام.

للهذا المنصب، يجب أن يكون جهاز حماية التيار الزائد مُصنَّفًا لجهد الدائرة المفتوحة الأقصى المستمر (DC) للمصفوفة في أسوأ ظروف درجة الحرارة. وللأنظمة العاملة عند جهد ١٠٠٠ فولت تيار مستمر، يجب أن يمتلك الجهاز تصنيفًا لجهد الحماية وحدًّا أقصى لجهد التشغيل المستمر يفوقان هذه القيمة بسهولة. ومن التصنيفات الشائعة المستخدمة في محطات الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة والتطبيقات التجارية: ١٠٠٠ فولت تيار مستمر و١٥٠٠ فولت تيار مستمر، مع تصنيفات لتيار الصاعقة تبلغ ٢٠ كيلوأمبير أو ٤٠ كيلوأمبير، وذلك حسب تصنيف منطقة حماية الصواعق للموقع.

يجب توصيل جهاز حماية من التيار الزائد في صندوق الجمع بين كل قطب تيار مستمر وموصل الأرض الواقية. وفي التكوين ذي القطبين، فهذا يعني وجود جهاز واحد بين السكة الموجبة والأرض، وجهاز آخر بين السكة السالبة والأرض. وبعض التثبيتات تستخدم جهازًا ذا ثلاثة أقطاب أو جهازًا مدمجًا يتعامل مع كلا القطبين في الوقت نفسه. ويتحدد الاختيار وفقًا لتكوين نظام التأريض وتصميم منتج جهاز حماية من التيار الزائد المحدد.

الموقع عند مدخل المحول للتيار المستمر

حتى عند تركيب جهاز حماية من التيار الزائد في صندوق التجميع، يُوصى بشدة بتثبيت جهاز ثانٍ عند طرفي الدخل المستمر (DC) للعاكس في الأنظمة التي تتميز بأطوال كابلات طويلة بين صندوق التجميع والعاكس. ويحدّ مقدار الحث الكابلي من الفعالية التي يمكن أن يحققها جهاز الحماية من التيار الزائد المُركَّب بعيدًا عن العاكس في تثبيت الذروة المفاجئة سريعة الارتفاع عند طرفي العاكس. وقد يظل الجهد المتبقي الظاهر عند مدخل العاكس بعد تشغيل جهاز الحماية الموجود في صندوق التجميع مرتفعًا بما يكفي لإجهاد المكثفات الواصلة إلى مدخل العاكس ووحدات الترانزستور ذات الغاطس العازل (IGBT).

يؤدي جهاز حماية التيار الزائد عند مدخل التيار المستمر للمحول وظيفة خط الدفاع الثاني، حيث يلتقط أي طاقة عابرة متبقية لم تمتصها بالكامل الوحدة الواقعة في الجهة العليا من الدائرة. وتُعتبر هذه الطريقة المتسلسلة، التي تُعرف أحيانًا بمخطط التنسيق من النوع ١ بالإضافة إلى النوع ٢، ممارسة قياسية في أنظمة الألواح الكهروضوئية المصمَّمة جيدًا. ويكون الجهاز الواقع عند مدخل المحول عادةً جهاز حماية من التيار الزائد من النوع ٢ ذا تصنيف أقل لتيار التفريغ، نظرًا لأن الوحدة الواقعة في الجهة العليا من الدائرة قد امتصت بالفعل الجزء الأكبر من طاقة التيار الزائد.

يكتسب توصيل جهاز حماية التيار الزائد في الجانب المستمر (DC) بشكل صحيح أهميةً بالغة. ويجب أن تكون الموصلات بين الجهاز وحافلة التيار المستمر قصيرةً قدر الإمكان، ويُفضَّل أن لا تتجاوز طولها ٥٠ سم، وذلك للحد من انخفاض الجهد الحثي الذي يضاف إلى جهد التقييد المُطبَّق على المحول. وتشكل استخدام أقصر طول ممكن للموصلات وتجنب الانحناءات غير الضرورية في أسلاك التوصيل خطوات عملية تحسِّن فعالية تركيب جهاز حماية التيار الزائد بشكل ملحوظ.

دمج جهاز حماية من التغيرات المفاجئة في الجانب التيار المتناوب

التثبيت عند مخرج التيار المتناوب للعاكس

وعلى جانب التيار المتناوب، تُعتبر الوضعية الرئيسية لجهاز الحماية من التغيرات المفاجئة هي مخرج التيار المتناوب للعاكس، وعادةً ما يكون هذا الجهاز مثبتًا داخل لوحة فصل التيار المتناوب أو لوحة التجميع، أو مباشرةً بجانب إحداها. وتهدف هذه الوضعية إلى حماية مرحلة مخرج العاكس من التغيرات المفاجئة القادمة من الشبكة الكهربائية، كما تحمي أي أجهزة رصدٍ أو قياسٍ أو اتصالٍ متصلة بالحافلة الكهربائية للتيار المتناوب عند هذه النقطة.

يجب أن يكون جهاز الحماية من التغيرات المفاجئة المختار لجانب التيار المتناوب م rated للجهد الكهربائي المتناوب للنظام، والذي يبلغ عادةً ٢٣٠ فولت أحادي الطور أو ٤٠٠ فولت ثلاثي الأطوار في معظم أنظمة الألواح الشمسية التجارية والصناعية. ويجب أيضًا أن يكون الجهاز متوافقًا مع تردد الشبكة الكهربائية، وأن يمتلك أقصى جهد تشغيل مستمر يراعي التقلبات الطبيعية في جهد الشبكة. أما في الأنظمة ثلاثية الأطوار، فيجب استخدام جهاز حماية من التغيرات المفاجئة ثلاثي القطب أو رباعي القطب يغطي جميع الموصلات الخطية والموصل المحايد.

يجب اختيار تصنيف تيار النبضة لجهاز حماية التيار المتردد من الصواعق بناءً على منطقة حماية الصواعق والمسافة من مدخل الخدمة الرئيسي. ويُعد جهاز حماية من النوع ٢ ذا التصنيف ٢٠ كيلو أمبير أو ٤٠ كيلو أمبير مناسبًا لمعظم تطبيقات إخراج التيار المتردد لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. أما في حالات التركيب في مناطق عالية الخطورة من حيث الصواعق، أو عند كون طول كابل التيار المتردد المؤدي إلى لوحة التوزيع الرئيسية كبيرًا، فقد يستدعي الأمر تركيب جهاز حماية من النوع ١ ذا تصنيف أعلى لتيار النبضة عند مستوى لوحة التوزيع الرئيسية.

التثبيت عند لوحة التوزيع الرئيسية للتيار المتردد أو عند نقطة الاتصال المشتركة

في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأكبر حجمًا التي تتغذى على لوحة التوزيع الرئيسية أو نقطة الاتصال المشتركة مع أحمال أخرى، يوفّر تركيب جهاز إضافي لحماية التيار من الصواعق عند مستوى لوحة التوزيع حماية شاملة للنظام بأكمله. ويتعامل هذا الجهاز مع النبضات الكهربائية القادمة من جهة شبكة المرافق العامة، ويمنع وصولها ليس فقط إلى العاكس، بل أيضًا إلى الأحمال الحساسة الأخرى المتصلة بنفس لوحة التوزيع.

يتم تنسيق جهاز حماية الاندفاع الكهربائي الموجود عند مخرج التيار المتناوب للمحول مع الجهاز الموجود في لوحة التوزيع الرئيسية وفقًا لنفس منطق التسلسل المتدرج المُطبَّق على الجانب المباشر (DC). ويُعَالج جهاز لوحة التوزيع، الذي يكون عادةً من النوع ١ أو من النوع المدمج (١ و٢ معًا)، الارتفاع الأولي للطاقة العالية الناتج عن الاندفاع، بينما يلتقط جهاز المحول الطاقة المتبقية. وتضمن هذه الطريقة المتدرجة ألا يُحمَّل جهاز واحد فقط بأكثر مما يحتمل، كما تضمن فعالية الحماية عبر نطاق واسع من مقادير وأشكال موجات الاندفاع.

عند اختيار جهاز حماية من الصواعق للوح التوزيع الرئيسي، من المهم التأكد من أن مستوى حماية الجهد الخاص بالجهاز متناسق مع جهد التحمل للنبضات الكهربائية للعاكس والمعدات الأخرى المتصلة. ويجب أن يكون مستوى الحماية الخاص بجهاز حماية من الصواعق أقل من جهد التحمل الخاص بالمعدات لضمان قيام الجهاز بتثبيت الذروة العابرة قبل أن تسبب أي ضرر. وتشكّل هذه الفحوصات التنسيقية خطوة إلزامية في أي تصميم احترافي لأنظمة حماية الألواح الشمسية من الصواعق.

أفضل الممارسات المتعلقة بالأرضيّة والأسلاك والتركيب

دور نظام الأرضيّة ذي المقاومة المنخفضة

يمكن لجهاز حماية من التيار الزائد أن يؤدي وظيفته بكفاءة فقط إذا كان لديه مسار منخفض المقاومة إلى الأرض، يمكنه من خلاله تحويل تيار التيار الزائد. وبالتالي فإن نظام التأريض الخاص بتثبيت الألواح الكهروضوئية (PV) مهمٌ بنفس القدر الذي يحظى به جهاز حماية من التيار الزائد نفسه. وسيؤدي وجود اتصال أرضي عالي المقاومة أو غير مُوصَل بشكل جيد إلى ارتفاع الجهد عبر طرفي جهاز الحماية أثناء التشغيل، مما يقلل من فعاليته وقد يؤدي إلى وصول جهود ضارة إلى المعدات المحمية.

لتركيبات الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV)، يجب أن يشمل نظام التأريض إلكترود أرضي مخصص في موقع المصفوفة، متصلٌ بنظام التثبيت الهيكلي وطرف التأريض لجهاز حماية التيار الزائد من الجانب المستمر (DC). ويجب توصيل جهاز حماية التيار الزائد من الجانب المتناوب (AC) بالموصل الرئيسي للتأريض الوقائي للمبنى أو المنشأة. ويجب أن تستخدم جميع وصلات التأريض موصلات ذات مقاس مناسب، وعادةً ما تكون بمساحة مقطع عرضي تبلغ ٦ مم² أو أكبر لأسلاك تأريض أجهزة حماية التيار الزائد، وذلك لتحمل التيار الناتج عن الصدمة دون حدوث هبوط جهد كبير.

يُعد الربط المتساوي الجهد بين تأريض الجانب المستمر (DC)، وتأريض الجانب المتناوب (AC)، وتأريض الهيكل الخاص بنظام تركيب الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV) أمرًا ضروريًّا لمنع ارتفاع جهد التأريض أثناء حدوث صدمة كهربائية. فعندما يكون لأجزاء مختلفة من النظام جهود تأريض مختلفة أثناء الحالة العابرة، فإن الفرق في الجهد بين هذه الأجزاء قد يتسبب في تلف المعدات حتى لو كانت أجهزة حماية التيار الزائد تعمل بشكل صحيح على حدة. أما نظام التأريض الموحَّد ذي المقاومة المنخفضة فيلغي هذه المخاطر.

مراقبة وصيانة الأجهزة المُركَّبة

جهاز حماية من التيار الزائد هو مكوِّن وقائي قابل للاستهلاك. وفي كل مرة يمتص فيها حدث تيار زائد، فإنه يستهلك جزءًا من سعة الحماية الخاصة به. وبعد وقوع حدث صاعقة كبير أو سلسلة من التيارات الزائدة الأصغر، قد يصل الجهاز إلى نهاية عمره الافتراضي ويصبح بحاجةٍ إلى الاستبدال. وتحتوي معظم أجهزة حماية التيار الزائد الحديثة منتجات على مؤشر حالة بصري، عادةً ما يكون نافذةً تتغير لونها أو علمًا يسقط، للإشارة إلى أن الجهاز قد تدهور ويتطلب استبداله.

إدخال فحوصات حالة أجهزة حماية التيار الزائد في جدول الصيانة الروتيني لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو ممارسة بسيطة ولكنها غالبًا ما تُهمَل. وتكفي فحوصات بصرية ربع سنوية لجميع الأجهزة المركّبة، مقترنةً بفحص بعد أي عاصفة قوية تلي نشاطًا صاعقًا كبيرًا في المنطقة، لضمان استمرار فعالية الحماية. وبعض طرازات أجهزة حماية التيار الزائد المتقدمة تتضمّن نقاط مراقبة عن بُعد يمكن توصيلها بالمنصة الإشرافية (SCADA) أو منصة المراقبة الخاصة بالنظام، مما يمكّن من إرسال تنبيهات تلقائية عند الحاجة إلى استبدال الجهاز.

يجب استبدال جهاز حماية التيار الزائد الذي تدهورت حالته فورًا. فالتشغيل المستمر لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع جهاز حماية تالٍ على الجانب المتناوب (AC) أو الجانب المستمر (DC) يعرّض العاكس والمعدات المرتبطة به تمامًا للحدث العابر التالي. وبما أن تكلفة جهاز حماية التيار الزائد منخفضة نسبيًّا مقارنةً بتكلفة استبدال العاكس أو توقُّف النظام عن العمل، فإن الصيانة في الوقت المناسب تُعَدُّ قرارًا اقتصاديًّا بسيطًا.

اختيار جهاز حماية من التقلبات الكهربائية المناسب للتطبيقات الكهروضوئية

المعلمات الكهربائية الأساسية التي يجب تقييمها

يتطلب اختيار جهاز الحماية من التقلبات الكهربائية الصحيح لتطبيق كهروضوئي تقييم عدة معلمات كهربائية أساسية. ويجب أن تكون أقصى قيمة جهد تشغيل مستمر للجهاز أكبر من أعلى جهد سيظهر عبر طرفيه في ظل ظروف التشغيل العادية، بما في ذلك هامش التحمل المسموح به لجهد الشبكة. أما بالنسبة للأجهزة المركّبة على الجانب المستمر (DC)، فيعني ذلك أخذ أقصى جهد دائري مفتوح (Open-Circuit Voltage) لمجموعة الألواح الكهروضوئية بعين الاعتبار عند أقل درجة حرارة محيطة متوقعة، نظراً لأن جهد وحدة اللوح الكهروضوئي يزداد مع انخفاض درجة الحرارة.

تحدد قيمة التيار الاسمي للتفريغ وأعلى قيمة لتيار الصدمة كمية طاقة الصدمة التي يمكن لجهاز حماية من الصواعق أن يتحملها. ويجب مطابقة هذه القيم مع تصنيف منطقة الحماية من الصواعق للموقع المُركَّب فيه، والذي يُحدَّد وفقًا لكثافة ضربات البرق الأرضية المحلية والخصائص الفيزيائية للمنشأة. ويوفِّر جهاز حماية من الصواعق ذا تصنيف تيار صدمة قدره ٤٠ كيلوأمبير هامش أمان أعلى من جهاز بتصنيف ٢٠ كيلوأمبير، وهو مناسب للمواقع المكشوفة أو المنشآت عالية القيمة.

مستوى حماية الجهد لجهاز حماية من الصواعق، المعبَّر عنه بالكيلوفولت، يشير إلى أقصى جهد سيظهر عبر طرفي الجهاز أثناء اختبار صاعقة قياسي. ويجب أن يكون هذه القيمة أقل من جهد التحمل للنبضات الخاص بالمعدات التي يتم حمايتها. أما بالنسبة لمبدِّلات الطاقة الشمسية (PV inverters)، فيُحدَّد عادةً جهد التحمل للنبضات على مدخل التيار المستمر (DC) في ورقة مواصفات المنتج، ويجب اختيار جهاز حماية من الصواعق بحيث يوفِّر مستوى حمايته هامشًا كافيًا دون هذه القيمة.

معايير الامتثال ومتطلبات الشهادات

لتطبيقات الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV)، يجب أن يتوافق جهاز حماية الانفاضات مع معيار IEC 61643-11 للأجهزة المُركَّبة على جانب التيار المتناوب (AC)، ومع معيار IEC 61643-31 للأجهزة المُركَّبة على جانب التيار المستمر (DC). وتحدد هذه المعايير طرائق الاختبار والمتطلبات الأداء والمتطلبات الخاصة بالوسم لأجهزة الحماية من الانفاضات المستخدمة في أنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض وتركيبات الألواح الشمسية الكهروضوئية على التوالي. ويضمن الامتثال لهذه المعايير أن الجهاز خضع لاختبارات مستقلة وتم التحقق من أداءه وفق المواصفات المحددة تحت ظروف انفاضات قياسية.

وبالإضافة إلى الامتثال للمعايير الصادرة عن اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC)، فإن العديد من الأسواق ومواصفات المشاريع تشترط وجود علامة CE وشهادة TUV لأجهزة حماية الانفاضات المستخدمة في أنظمة الألواح الشمسية الكهروضوئية. وتوفِّر هذه الشهادات ضمانًا إضافيًّا لجودة المنتج وثبات عمليات التصنيع. وعند تحديد جهاز حماية من الانفاضات لمشروع تجاري أو مشروع كبير النطاق لتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فإن التأكد من أن المنتج يحمل الشهادات المناسبة للسوق المستهدفة يُعَدُّ خطوةً هامةً في عملية الشراء.

يفرض بعض مشغلي الشبكات ومقدّمي خدمات التأمين متطلبات محددة لتثبيت أجهزة حماية من الصواعق في أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة. وينبغي مراجعة هذه المتطلبات في مرحلة مبكرة من عملية التصميم لضمان أن جهاز الحماية من الصواعق المختار يتوافق مع جميع المعايير الواجب تطبيقها، وأن طريقة التثبيت تمتثل لقواعد الكهرباء المحلية. وقد تواجه التثبيتات غير المتوافقة مشكلات أثناء إجراءات اعتماد الاتصال بالشبكة أو عند تقديم المطالبات التأمينية بعد وقوع خسارة ناجمة عن صاعقة.

الأسئلة الشائعة

هل أحتاج إلى تركيب جهاز حماية من الصواعق على الجانبين التيار المتناوب (AC) والتيار المستمر (DC) في نظامي الشمسي؟

نعم. يمكن أن تدخل التقلبات المفاجئة إلى نظام الطاقة الشمسية من أي اتجاه — من جانب المصفوفة خلال أحداث البرق أو من جانب الشبكة أثناء الظواهر الانتقالية الناتجة عن التشغيل والفصل. ويؤدي تركيب جهاز حماية من التقلبات المفاجئة على جانب واحد فقط إلى ترك العاكس والمعدات المرتبطة به عُرضةً للتقلبات القادمة من الجانب غير المحمي. ولذلك تتطلب استراتيجية الحماية الكاملة تركيب جهاز حماية من التقلبات المفاجئة عند وحدة دمج التيار المستمر (DC combiner) أو عند مدخل التيار المستمر للعاكس، بالإضافة إلى تركيب جهاز آخر عند مخرج التيار المتردد (AC output) الخاص بالعاكس أو في لوحة التوزيع الرئيسية.

ما تصنيف الجهد الذي يجب أن أختاره لجهاز حماية من التقلبات المفاجئة على جانب التيار المستمر؟

يجب أن يمتلك جهاز حماية الانفراج الكهربائي جهد تشغيل مستمر أقصى يتجاوز الجهد الأقصى للدائرة المفتوحة لمصفوفة الألواح الشمسية في ظل أشد الظروف برودة متوقعة. وبالنسبة الأنظمة المصممة للعمل عند 1000 فولت تيار مستمر، يُشترط استخدام جهاز حماية انفراج كهربائي مُصنَّف لجهد 1000 فولت تيار مستمر أو أعلى. أما بالنسبة لأنظمة 1500 فولت تيار مستمر، فيجب استخدام جهاز مُصنَّف لجهد 1500 فولت تيار مستمر. ويجب دائمًا إضافة هامش أمان فوق الجهد الأقصى المحسوب لمصفوفة الألواح عند اختيار تصنيف الجهاز.

كم مرة يجب أن أفحص جهاز حماية الانفراج الكهربائي في تركيب الألواح الشمسية أو أستبدله؟

يجب إجراء فحص بصري لجميع وحدات أجهزة حماية الانفاضات المُركَّبة مرةً على الأقل كل ثلاثة أشهر، وبعد أي نشاط برقٍ كبير في المنطقة. وتشمل معظم الأجهزة مؤشِّر حالة يتغير مظهره عند تدهور الجهاز. ويجب استبدال أي جهاز لحماية الانفاضات يُظهر مؤشر عطلٍ فورًا. وحتى في غياب التدهور المرئي، قد تستفيد الأجهزة الموجودة في المناطق ذات النشاط الرعدي العالي من الاستبدال كل خمس إلى سبع سنوات كإجراء وقائي.

هل يمكنني استخدام جهاز قياسي لحماية الانفاضات التيار المتناوب (AC) على جانب التيار المستمر (DC) في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)؟

لا. منتجات أجهزة حماية التيار المتردد القياسية من التقلبات الكهربائية غير مناسبة للتطبيقات التي تعمل بالتيار المستمر. ففي دوائر التيار المستمر، لا توجد نقطة طبيعية لانعدام التيار (صفر تقاطع)، ما يعني أنه بمجرد بدء جهاز حماية التقلبات في التوصيل، يجب أن يُقاطِعَ تيار الاستمرار نشطًا لتفادي حدوث قوس كهربائي مستمر. أما منتجات أجهزة حماية التقلبات المُصنَّفة لدوائر التيار المستمر فهي مصممة خصيصًا بآليات إطفاء القوس الكهربائي وتصنيفات مكوّناتها المناسبة لخصائص الجهد والتيار في دوائر التيار المستمر. واستخدام جهاز مخصص للتيار المتردد في دائرة تيار مستمر يشكّل خطرًا جسيمًا على السلامة ويؤدي إلى احتمال نشوب حرائق.