تأريض الأنظمة الشمسية
عدم تأريض الأنظمة الشمسية و مراعاة الحماية من الصواعق هو السبب رقم واحد في الفشل الكارثي للنظم الكهربائية الشمسية و مكوناتها.
الألواح الشمسية عرضه لصواعق البرق والجهود الزائدة نتيجة وضعها فى اماكن مكشوفة للسماء مباشرة.
و في اغلب الحالات بالإمكان تجنب الدمار الناتج من الصواعف بعمل نظام تأريض صحيح و تفادي الشحنات الكهربائية الذي تسبب تلف الانفرترات و منظمات الشحن.
فكرة الحماية من الصواعق هي بتوفير طريق سهل لها للوصول إلى الأرض بدون أن تمر عبر الأجهزة الكهربائية و مكونات المنظومة الشمسية بهدف توفير السلامة من أضرار التغيرات المفاجئة والكبيرة في جهد التغذية (Voltage Surges)
و في المقام الأول نحب ان نؤكد علي معلومة هامة جدا يغفلها معظم المشتغلين في مجال الطاقة الشمسية:
[poll id=”6″]
حقائق و مفاهيم خاطئة حول البرق
لأن هذا الموضوع معقد جدا فقد اختصرنا بعض المعلومات هنا.
حقائق:
1- الغرض من الحماية من الصواعق ليس لوقف البرق من ضرب النظام فلا يمكنك القيام بذلك. حماية البرق هي السيطرة على مساره بعد أن يضرب و أفضل ما يمكن القيام به هو منع من المرور في الأماكن الحساسة التي تتسبب في الأضرار.
2- في أي لحظة هناك أكثر من 2000 عاصفة رعدية تحدث في جميع أنحاء العالم. تجمع هذه العواصف لإنتاج حوالي 100 ومضة برق في الثانية، كل واحد مع إمكانية تصل إلى مليار فولت و تيارات التي تصل إلى 200،000 أمبير ودرجات الحرارة لأكثر من 54،000 درجة.
3- سرعة الصواعق في السماء 150،000 كيلو متر / ثانية (ما يقرب من 1/2 سرعة الضوء)، و 100000 مرة أسرع من الصوت. و بالتالي جميع قواطع التيار و الفيوزات التقليدية عديمة الجدوي و لأ تعمل مع البرق الذي يمر بسرعة تفوق ملأيين المرات سرعة حركة هذه القواطع
4- البرق يحب الأرض و 90% من البرق يضرب الأرض مباشرة و يبحث دائما علي اسرع و اقصر مسار للوصول الي الأرض. و فكرة التأريض هي توفير هذا المسار السريع و السهل نحو الأرض
5- لا شيء يمكن أن يوفر حماية 100٪ من ضربات البرق أو الضرر – ولكن يمكن تخفيض 95٪ أو أكثر من الأضرار مع الاحتياطات البسيطة وأساليب التركيب غير مكلفة نسبيا.
الأساطير
هناك الكثير من الأمثلة الشعبية حول البرق, وقد استمر بعضها لعدة قرون رغم كونها سخيفة حقا.
6- الأبراج و الهياكل العالية اكثر عرضة للبرق: خطأ – البرق يمكن أن يضرب أي مكان
7- يجب أن لا تلمس الأشياء المعدنية إذا كانت المنطقة تتعرض للبرق: خطأ – مساره نحو الأرض و ليس نحو الأجسام المعدنية
8- يمكن استخدام البرق كمصدر للطاقة: خطأ – لن يحدث إلا إذا توصلنا الي طريقة لخزين 100 مليون فولت في بضع ميكروثانية و هذا ضرب من الخيال. و الطاقة تحول مباشرة إلى حرارة وصوت وطاقة ضوئية.
9- بعض الناس يمكن ان يجذبوا الصواعق: خطأ مضحك
تتكون المنظومة الأرضية من المكونات الأتية:
إلكترود التأريض
أول و اهم عنصر في تأريض الأنظمة الشمسية هو إلكترود التأريض, و هو ببساطة الجسم المعدني (نحاس أو اي موصل كهربائي جيد) الذي يقوم بتفريغ الشحنات الكهربائية في الأرض.
في النظم الكبيرة و المتوسطة يتم تنفيذ بئر تأريض يحتوي علي قضيب نحاسي يستوفي المتطلبات الأتية:
- تعتمد مقاومة الأرضي لقطب التأريض على المقاومة النوعية الكهربائية لمادة التربة التي يوجد بها هذا القطب , و في حالة وجود فرصة لاختيار مكان نظام التأريض فإنه من المفضل أن يتم في أنواع التربة بالترتيب الأتي:
- أرض مستنقع مبلل.
- أرض طفلة، طينية.
- أرض طفلة وطينية مختلطة بالرمل والحجارة
- أرض رملية رطبة ومبللة.
ويجب استبعاد الأماكن المحتوية على رمال جافة وحجر جيري وصخور وجرانيت بقدر الأماكن وكذلك الأماكن التي يوجد بها صخور تكون قريبة من سطح التربة.
- اقل طول لقضيب التأريض النحاسي الذي يتم غرسه في الارض 2.5 متر للتربة جيدة التوصيل للكهرباء. اما في التربة الرملية فانه يتطلب غرس أكثر من سيخ بينهما مسافة 3 متر على الأقل ويتم ربطهم جميعا بسلك نحاسي 4 مم2 مع دفن هذا السلك و مراعات استخدام كليبات مخصصة للربط بين السلك والقضبان النحاسية.
- يتم في البئر الأرضي وضع حول القضان المواد المحسنة لخواص توصيل التربة مثل الفحم و الملح
- في حالة كانت التربة صخرية و يصعب الحفر العمودي للسيخ فيتم دفنة افقيا و تنفيذه بطول لا يقل عن 45 متر.
- الحرص على ان تكون المسافة من الالواح او الأجهزة الالكترونية الأخرى الى قضيب الأرضي أقصر ما يمكن
- يتم قياس مقاومه الأرضى بحيث لا تتعدى 2 اوم. و إذا تم عمل نظام تأريض ولم نصل للمقاومة المطلوبة فيتم زيادة عدد القضبان المستخدمة
- يتم التوصيل بين بئر التأريض و النظام الشمسي عن طريق سلك من نحاس معزول بمادة بلاستيكية باللون الاخضر مع الاصفر .
اما في النظم الصغيرة ليس من العملي او الأقتصادي تنفيذ بئر ارضي لعمل الالكترود بتكلفة كبيرة بالنسبة الي التكلفة الكلية للنظام. في هذه الحالات يمكن تأريض الأنظمة الصغيرة ببدائل اقتصادية اخري مثل:
- مواسير المياه و الغاز المعدنية المدفونة في الأرض
- الهيكل المعدنى للمبنى
- الاعمدة الحديدية
- الاعمدة الخرسانية التى تحتوى على حديد تسليح
حماية الألواح
1- يتم توصيل الإطار المعدني للألواح مع بعض بواسطة ربط اسلاك التأريض بصواميل وبشكل محكم الى إطار الالواح.
2- من العلوم ان اطار هذه الألواح تحتوي فعلأ علي الثقوب الأزمة لعمل هذه الوصلات.
3- يتم استخدام سلك ذو قطر لأ يقل عن 4 مم2 للتوصيل بين الألواح و بعضها.
4- بعد ربط و توصيل جميع الألواح بعضها ببعض يتم عمل سلك أرضي الي بارة التجميع او الي قضيب التأريض مباشرة و يتم تنفيذ هذا السلك بقطاع لأ يقل عن 16مم2 في حالة ان طوله لأ يزيد عن 25 متر, اما في حال ان المسافة بين الألواح و قضيب الأرضي اكبر من 25 متر و اقل من 50 متر فيتم تنفييذ السلك بقطر 25 مم2. و ينصح ان لأ تزيد هذه المسافة عن 50 متر بأي حال من الأحول عن طريق عمل عدة ابار تأريض طبقأ لظروف المشروع
5- من الجدير بالذكر ان شروط ضمان الألواح عند كافة المصنعين يكون لأغي في حالة عدم تأريض الأنظمة الشمسية بصورة صحيحة.
حماية البطاريات في النظم المنفصلة عن الشبكة
1- يتم توصيل القطب السالب DC في مكان واحد فقط في قطب البطارية السالب و
2- لا تقم مطلقا بتأريض القطب السالب الاتي من الالواح .
حماية الأنفرتر و منظم الشحن
3- يتم توصيل سلك الأرضي في الأنفرتر و منظم الشحن في المكان المخصص لذلك
4- جميع الأنفرترات و منظمات الشحن المعتمدة لها مخرج تأريض
5- ضمان هذه المكونات لأغي في حال عدم عمل وصلة التأريض
6- هذه المكونات بالذات هي الأكثر عرضة للتلف في حال وجود برق, و احتمالات حدوث هذا التلف كبير
7- من المعلوم ان القواطع و الفيوزات العادية لا تنفع للحماية من الصواعق لأن الصاعقة تسافر بسرعة مهولة و ستصل إلى منظم الشخن و الأنفرتر و تتلفه قبل أن تفصل هذة القواطع و الفيوزات
بالإمكان إضافة قواطع خاصة بالبرق تسمى Surge Arrester لمزيد من الحماية ويجب ان تكون هذه القواطع مخصصة لأنظمة الطاقة الشمسية (فولتية منخفضة).
و هذه القواطق الخاصة لا تسمح بمرور الكهرباء عبرها في حال زيادة الفولتية عن حد معين
تأريض الأجزاء المعدنية
لحماية الأشخاص من الصعق الكهربائي في حال البرق يجب تأريض جميع الأجزاء المعدنية في الأنظمة الفوتوفولطية مثل هياكل التثبيت و لوحات الكهرباء المعدنية.
القاعدة العامة تقول ” اي شيء معدني يجب توصيله بالأرضي”