كابلات الطاقة الشمسية و مشتملتها
كابلات الطاقة الشمسية من اهم عناصر المنظومة.
الكثير من المشاكل التطبيق تكون ناتجه عن اهمال الأقطار المناسبة للكابلات
يتم استخدام كابلات خاصة معزولة بعزل حراري و مائي طبقأ للمواصفات الفنية.
جميع كابلات الطاقة الشمسية مصنوعة من شعيرات النحاس المقصدر Tinned Copper عالي الجودة.
اول خطوة في تصميم مقطع السلك هو تحديد شدة التيار المار به
هذه الخطوة سهلة بالنسبة دوائر التيار المستمر القادم من الخلايا , حيث يتم استخدام قيمة Isc الموجودة في مواصفات الألواح
في حال وجود اكثر من مصفوفة شمسية علي التوالي يكون شدة التيار = عدد المصفوفات علي التوازي × Isc
اما في حال التيار المتردد فيتم حساب شدة التيار بناء علي الpower factor و المعادلات هنا
بالنسبة الي المضخات التي تعمل علي داريفات VFD يتم تحديد معامل قدرة = 0.8 , حيث ان الدرايف يعطي Soft start للمضخة و لأ يوجد تيار عالي عند بداية التشغيل
مثال:
مضخة بقدرة 15 حصان تعمل بداريف VFD ثلاثة فاز , 380 فولت
القدرة بالوات = 15 × 0.746 = 11190 وات
I = P / √3 x PF × V
I هي شدة التيار الكهرباني – P هي القدرة وات – V هي فرق الجهد ( 380 فولت) – PF هو معامل القدرة
I = 11190 / √3 x 0.8 × 380
I= 25.92 amp
التطبيق يقوم بحساب مقطع السلك طبقا للمعادلة الأتية:
1- التيار المستمر: مقطع السلك مم2 = 1.4 عامل امان × 2 × p × I × L / ( % المسموح بها لأنخفاض الجهد × V)
2- التيار المتردد الأحادي القطب: مقطع السلك مم2 = 1.4 عامل امان × p × I × L / ( % المسموح بها لأنخفاض الجهد × V).
3- التيار المتردد الثلاثي الاقطاب: مقطع السلك للفازة الواحدة مم2 = 1.4 عامل امان × 3√ × p × I × L / ( % المسموح بها لأنخفاض الجهد × V)
حيث…
I – شدة التيار بالأمبير
p – رقم ثابت يساوي 0.01724 بالنسبة للكابلات النحاس و 0.0277 للكابلات الألومنيوم
V- الجهد المار بالكابل
L – طول الكابل
مثال لسلك تيار مستمر DC:
الجهد = 70 فولت
التيار = 16 امبير
الطول = 23 متر
نوع الكابل = نحاس
الأنخفاض المسموح به للجهد = 2%
مقطع السلك =1.4 × 2 × 23 × 16 × 0.01724 / ( 70 × 0.02)= 12.7 مم2
و هنا يتم استخدام سلك مقطعه 16 مم2 طبقا للمتوفر في الأسواق
التوصيل بين الخلايا و منظم الشحن
يتم تحديد مقطع كابلات الطاقة الشمسية بناﺀ على العوامل الاتية:
- جهد الالواح الاجمالية
- امبير الالواح الاجمالي
- المسافة بين الالواح و منظم الشحن
كلما تمر الكهرباء من خلال كابل هناك مقاومة تؤدي إلى انخفاض الجهد و قيمة المقاومة تعتمد على أطوال الكابلات.
و لذلك افضل طريقة للتوفير في تكلفة الكابلات هي وضع منظم الشحن و العاكس و البطاريات في مكان قريب جدأ من الخلايا
فمثلأ عندنا 12 لوح شمسي بقدرة اجمالية 3000 وات طبقا للمواصفات الموضحة في الصورة
تم توصيل كل 4 الواح عي التوالي للحصول علي مصفوفة String
و تم ثوصيل 3 مصفوفة علي التوازي
المسافة بين الألواح و منظم الشحن 9 متر.
تكون الحسابات كما يلي:
- يتم تجميع فولتية الألواح التي يتم توصيلها علي التوالي
Vpm 29.98*4 = 120 Volt - يتم تجميع اقصي امبير لكل مصفوفو
Ipm 8.34 * 3 = 25 Amp - المسافة بين منظم الشحن و مصفوفة الألواح 9 متر
السلك المستخدم نحاس
الفاقد المقبول في الفولت 3%
من البرنامج يتم حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية بين الخلايا و المنظم= 3 مم
فيتم دائما تفضيل التوصيل علي التوالي كلما كان ذلك في حدود امكانيات منظم الشحن.
فنفس النظام السابق لو تم فيه توصيل ال12 لوح علي التوازي, سنحصل علي امبير 100 و مقطع 35 مم2 بدل من 3 مم!!
التوصيل بين منظم الشحن والبطاريات.
عادة يكون هذا الكبل سميك بالذات في منظمات الشحن ذات الفولتية المخفضة.
منظم الشحن يوفر معلومات عن اقصي الامبير و جهد البطاريات في كتيب الاستخدام كما هو موضح في الصورة.
تكون الحسابات كما يلي:
- اقصي تيار 83 امبير.
- الفولت 48
- المسافة بين منطم الشحن و البطاريات يفضل ان لا تزيد عن 4 متر للتوفير في مقطع السلك
السلك المستخدم نحاس
الفاقد المقبول في الفولت 2%
من البرنامج يتم حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية بين الخلايا و المنظم= 16 مم
يلاجظ هنا ان اختيار بنك البطاريات 48 فولت ساعد في تقليل مقطع السلك
بنفس المنظم مع التيار 96 امبير و مسافة 4 متر مع بنك بطاريات 12 فولت نحصل علي مقطع 70 مم2 بدل من 16مم2!!
اسلاك التوصيل بين البطاريات والانفرتر.
اغلب الأنظمة الفوتوفولتية الحديثة نجد فيها الأنفرتر الأن و منظم الشحن مدمجين في جهاز واحد.
في حالة استخدام منظم شحن منفصل عن الأنفرتر, يتم اتباع نفس الخطوات السابقة لتحديد مقطع السلك
مواصفات كابلات الطاقة الشمسية
هذه الكابلات تكون معتمدة من TUV و UL حتي تكون صالحة للأستخدام في الأنظمة الفوتوفولية
معظم المهندسين في الدول العربية يغفلون هذه المواصفات و يقومون باستخدام الكابلات العادية المتوفرة في الأسواق.
الفرق الأساسي هو ان الكابلات الكهروضوئية مصممة و معزولة بطبقتين من المواد العازلة الخالية من الPVC بغرض توفير لها الحماية من الظروف الجوية علي المدي الطويل
حيث لا يتم تركيب الكابلات التى تدخل مادة PVC في مكوناتها في الأجواء شديدة البرودة او الحرارة حيث يكون العازل أو طبقة الحماية الخارجية شديد القصافة Brittle وسهل التعرض للشروخ
- يتم استخدام اللون الأحمر في الطرف الموجب و اللون الأسود في الطرف السالب.
- القلب النحاس يمكن أن يكون صلب أو شعيرات.
حيث تتكون الشعيرات من عدة أسلاك صغيرة تسمح بان يكون الكابل مرنا .و يوصى بأستخدام هذا النوع.
الأسلاك الشعيرات لها مساحة سطحية اكبر عند التوصيلات و بالتالي ينتج عنها مقاومة اقل و توصيلة افضل. - العمر الأفتراضي يجب ان يصل إلى 30 عام حتى في ظل ظروف خارجية صعبة .
- تحمل درجات الحرارة الشديدة من -40 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية كحد أقصى.
و يلاحظ هنا ان درجة الحرارة القصوي ليس لها علاقة بدرجة حرارة الجو
حيث يجب حساب تعرض الأسلأك لأشعة الشمس المباشرة بالأضافة الي الحرارة الناتجة عن التيار المار بها - مقاومة للأشعة فوق البنفسجية
- انخفاض دخان الانبعاثات و التآكل أثناء الحريق
توصيلات و لحامات كابلات الطاقة الشمسية
وصلات السلك في النظم الكهروضوئية هي مكونات السلامة التي تسهم في السلامة التشغيلية للنظام.
يتم استخدام وصلات MC4 معتمدة و حاصلة علي شهادات TUV في جميع اللحامات و التوصيلات.
يتم تصميم الوصلات MC4 طبقا ل الجهد و القدرة الاستيعابية للتيار المطلوب.
القدرات المتوفرة في الأسواق تبداء من 10 حتي 30 امبير, بجهد حتي 1000 فولت.
ويتم تجهيز الموصلات MC4 بتقنية Multilam ل طاقة عالية الكفاءة و العمر الأفتراضي الطويل .
تقوم هذه الوصلات الخاصة باحكام قفل نهايات الكابل لمنع دخول الماء أو الرطوبة إلى داخله والوصول إلى قلبه.
تزيد أهمية هذه النقطة في الأنظمة الفوتوفولتية لأن الكابل يكون موضوعًا في بيئة معرضة للماء أو الرطوبة لفترات طويلة.
جميع الألواح مزودة في الخلف بعدد 2 وصلة MC4 موجب و سالب.
يتم توصيل الألواح بباقي مكونات النظام بالوصلات MC4 فقط.
قطع الوصلات في الألواح و استخدام طرق اخري للتوصيل يفقد الألواح الضمان الخاص بها.
