حماية منظومة الطاقة الشمسية

الفيوزات و القواطع تستخدم في حماية منظومة الطاقة الشمسية من اصطياد النار إذا حدث ماس كهربائي, كما تحمي الأسلاك من السخونة الزائدة التي تتسبب في الحرائق.
خطورة الحرائق في المنظومة الشمسية لها عدة اسباب :

1- الشمس تقوم بتوليد الطاقة الكهربائية بصفة مستمرة, و بالتالي في حال حدوث اي ماس كهربائي لأ يمكن فصل التيار الأ من خلال هذه القواطع. و الوضع نفسه صحيح بالنسبة الي البطاريات التي تقوم بتفريغ شحنتها الكهربائية في النظام بصرف النظر عن وجود ماس كهربائي من عدمه, حتي يتم تفريع هذه البطاريات بالكامل

2- في التيار المتناوب AC هناك مرور الطبيعي الي جهد صفر مع كل دورة 50 مرة في الثانية الواحدة, عكس التيار المستمر DC حيث الجهد ثابت و التيار يتدفق في اتجاه واحد بصورة منتظمة.
التيار المستمر DC بالذات له خاصية تكوين قوس ناري في حال التحميل الزائد علي الكابلات أو حدوث قفلة كهربائية أو الفصل المفاجيء للدائرة الكهربائية, و هذا يتسبب في حرائق بنسبة اكبر بكثير من نظم التيار المستمر AC العادية
و بالتالي ممنوع تماما في النظم الشمسية استخدام اي قواطع تيار AC عادية غير مخصصة للطاقة الشمسية في لوحات الحماية لأنها لن تؤدي عملها في نظم الطاقة الشمسية و لن تحمي من النار و الحرائق في حال وجود اي مشكلة. يحدث هذه القوس الناري ايضا عند فصل الأحمال عن التيار المستمر فجاء كم هو واضح في الفيديو الذي قمنا بأعداده

3- الصورة توضح مكونات قاطع تيار مستمر MCB من الداخل يستخدم في حماية منظومة الطاقة الشمسية, و هي كما نري أجزاء و دوائر معقدة وظيفتها منع تكوين القوس الناري لتفادي الحرايق. و ذلك علي عكس القاطع الAC العادي البسيط.

حماية الألواح الشمسية

اكثر انواع الألواح الشمسية استخداما تتكون من 60 خلية, و تحقق ما يقرب من 9 أمبير أقصى تيار دائرة القصر Isc و 38 فولت أقصي جهد لدائرة القصر Voc.
يمكن مراجعة بيانات اللوحة الخاصة بك لتأكد من هذه القيم.
الكبلات في ظهر اي لوحة شمسية يمكنها تحمل 30 امبير تيار , فأذا تم توصيل هذه الألواح علي التوالي يتضاعف التيار. و عليه:

1- يجب تركيب قاطع تيار مستمر عمومي DC Circuit Breaker بين الألواح الشمسية و منظم الشحن أو الأنفرتر, و لأ يوجد اي حالة أو وضع يغني عن تركيب هذا القاطع الهام في في حماية منظومة الطاقة الشمسية.
وظيفة القاطع العمومي:

• حماية الألواح الشمسية في حال تلف ألأنفرتر و حدوث ماس كهربائي
• حماية الانفرتر في حالحدوث ماس من ناحية الألوةاح نتيجة تسرب مياه
• امكانية فصل الألواح عن باقي المكونات يدويا
• امبير القاطع العمومي = 1.56 * Isc * اجمالي عدد الخطوط علي التوازي في المنظومة، حيث Isc هو تيار دائرة القصر للألواح و يمكن الحصول علي هذه القيمة من كارت البيانات في خلفية اللوح

2- اذا كان عدد السلاسل Strings علي التوازي أثنين فقط يمكن استخدام موصلات مزدوجة MC4 Branch connector لتجميع الخطين ثم تركيب قاطع تيار 30 امبير قبل الدخول الي الأنفرتر او منظم الشحن. و الصورة التالية
توضح كيفية تركيب هذه الوصلة, مع ملأحظة ان عدد الألواح علي التوالي في السلسلة الواحدة ممكن ان تكون اي عدد في حدود المسموح به بالنسبة للجهد maximum system voltage , مع العلم ان زيادة الألواح علي التوالي لأ تؤدي الي اي تغيير في مقاس القاطع ال30 امبير

3- في حال ان عدد السلاسل علي التوازي اكثر من أثنين يجب تركيب قواطع في لوحة تجميع Combiner Box و يمنع تماما توصيل اكثر من عدد 2 سلسلة علي التوازي.
يتم اختيار سعة قواطع التيار المستمر في لوحة التجميع طبقا للمعادلات الأتية
امبير القاطع الفرعي = 1.56 * Isc * عدد السلاسل لكل خط (1 أو 2 سلسلة فقط)

مثال:
تم تجميع 24 لوح في 6 سلاسل Strings علي التوالي كل سلسلة تحتوي علي 4 الواح علي التوازي
ثم تم توصيل كل سلسلتين مع بعض بواسطة وصلات مزدوجة MC4 الي ثلأث خطوط تذهب الي لوحة التجميع الي تحتوي علي 3 قواطع فرعية و قاطع واحد عمومي
ألألواح شمسية لها Isc=8.75
امبير القاطع الفرعي = 1.56 * 8.75 * 2 = 27.3 امبير – و يتم هنا استخدام قاطع 32 امبير طبقا للمتوفر تجاريا
امبير القاطع العمومي = 1.56 * 8.75 * 6 = 81.9 امبير – و يتم هنا استخدام قاطع 100 امبير طبقا للمتوفر تجاريا

يوجد حديثأ نوع الفيوزات اسمه Inline MC4 و هو عبارة عن فيوز يتم وضعه في السلك نفسه من خلال استخدام وصلات MC4.
هذا النوع من الفيوزات يغني عن استخدام القواطع و تنفيذ لوحات التجميع و بالتالي فهو عملي جدا و سريع في التطبيق.

حماية الانفرتر

تتم حماية الأنفرتر بواسطة عنصرين اساسيين

1- قاطع بين البطاريات و الانفرتر: هذا القاطع ذو اهمية قصوي في حماية الانفرتر و المنظومة من الحرائق في حال زيادة التيار في الكابل بين البطاريات و الانفرتر من الحد المسموح به نتيجة استخدام كابل رفيع غير مناسب.
يرعي استخدام قاطع تيار مستمر DC , و تصميمه يختلف عن قاطع التيار المتردد AC الذي لأ يصلح استخدامه هنا كما سبق شرحه.

امبير القاطع = اقصي قدرة للأنفرتر/ جهد بنك البطاريات
مثال: انفرتر 5KVA
اقصي قدرة surge power يساوي 12KVA
جهد بنك البطاريات = 48 فولت
المسافة بين البطاريات و الأنفرتر = 3 متر
امبير القاطع = 12000/48= 240 امبير
و لحساب مقطع الكابل المناسب لهذه الوصلة يتم استخدام تطبيق حساب مقطع السلك مع وضع المسافة 3 متر, 50 فولت و 200 الأمبير في المدخلات لنحصل علي نتيجة 25 مم2 حد ادني لمقطع الكابل
و يلأحظ هنا انه قد تم استخدام قاطع كبير و كابل ثميك يسمح بمرور التيار اثناء ثواني القدرة القصوي Surge Power و التي تحدث اثناء بداية تشغيل المواتير الكهربائية , لان القاطع الصغير سوف يفصل التيار عند محاولة تشغيل المواتير.
الأنفرترات الجيدة تحوي نظام حماية بداخلها و لكن يجب تركيب القاطع و عمل هذه الطبقة الأضافية من الحماية في جميع الحالات

2- قاطع بين الأنفرتر و أحمال التيار المستمر: يتم هنا استخدام قاطع تيار متردد عادي سعته تتناسب مع اقصي قدرة للأنفرتر
مثال: انفرتر 5KVA
اقصي قدرة surge power يساوي 12KVA
جهد التيار المستمر = 240 فولت
امبير القاطع = 12000/240 = 50 امبير