A صندوق تجميع شمسي يجمع مخرجات سلاسل أو محولات طاقة شوئية ضوئية متعددة ويقوم بتوصيلها عبر مغذٍ أكبر أو أكثر. في مصفوفة التيار المستمر، يقوم بمركزة صهاريج السلاسل، وحماية الطفرات، والعزل، والمراقبة الاختيارية. على جانب التيار المتردد، يجمع المجمع مخرجات المحولات مع قواطع تصنيف التيار المتردد وقضبان التوزيع. يوضح هذا الدليل وظائف صندوق تجميع الطاقة الشمسية، وتحجيمه، ومكوناته، ومتطلبات الحاويات، ومواصفات المشروع.
فيديو تقني محايد
Further viewing: The Engineering Mindset — How Three Phase Electricity works – The basics explained. This video provides background principles; it does not specify LBAJI equipment ratings or replace a project design.
ما هو صندوق التجميع في النظام الشمسي؟
تحتوي المصفوفات على نطاق المرافق والمصفوفات التجارية على العديد من السلاسل المتوازية. إن تشغيل كل سلسلة مباشرة إلى عاكس مركزي يمكن أن يخلق كابلات مفرطة. يقوم صندوق التجميع الكهروضوئي بإنهاء العديد من أزواج السلاسل، ويوفر الحماية ويجمعها على مخرج موجب وسالب مشترك. يغذي المخرج بعد ذلك عاكسًا أو مرحلة تجميع التيار المستمر.
لا يعمل المجمع على زيادة إنتاج الطاقة ولا ينبغي إضافته دون هدف. الأنظمة السكنية الصغيرة التي تحتوي على عدد قليل من السلاسل العاكس (المحول) الذي يتضمن حماية مدمجة قد لا تحتاج إلى صندوق منفصل. يحدد تصميم المصفوفة والكود (الرمز) المعمول به المتطلبات.
صندوق تجميع التيار المستمر (DC) مقابل صندوق تجميع التيار المتردد (AC)
صندوق تجميع الكهروضوئية للتيار المستمر
يتولى صندوق التجميع للتيار المستمر (DC combiner) التعامل مع التيار المباشر للخولطاضوئية قبل العكس (المحول). يجب أن تكون المكونات مصنفة لتحمل أقصى جهد كهروضوئي، والتيار المستمر، والتيار العكسي، والقطبية، وإطفاء القوس الكهربائي للتيار المستمر. يُعد التبديل بالتيار المستمر أكثر تطلباً من التبديل المكافئ بالتيار المتردد لأن التيار ليس له نقطة عبور طبيعية للصفر.
مُجَمِّع تيار متردد
يجمع مجمع التيار المتردد المخرجات من محولات السلسلة أو مصادر التيار المتردد الأخرى. وهو يستخدم قواطع دوائر التيار المتردد أو مفاتيح الصمامات، والقضبان المشتركة، وأجهزة القياس، وحماية الطفرات المتوافقة مع الجهد، والتردد، مستوى الخطأ. يجب عدم افتراض أن الجهاز الذي يحمل تصنيف تيار متردد مناسب لجانب التيار المستمر.
تقدم إل بي أجي صندوق ناقل التيار المستمر الكهروضوئي LHLX-PV24/Z/D لجمع التيار المستمر و صندوق ناقل التيار المتردد الكهروضوئي LHLX-AC لتجميع المكيفات.
جدول مقارنة واختيار سريع
استخدم هذا الجدول كمراجعة سريعة لقرارات الهندسة والمشتريات الرئيسية التي تم شرحها في المقال.
| منطقة القرار | المعنى العملي | ما الذي يجب التحقق منه |
|---|---|---|
| ما هو صندوق التجميع في النظام الشمسي؟ | تحتوي المصفوفات ذات النطاق التجاري وعلى مستوى المرافق على العديد من السلاسل المتوازية. | توصيل كل سلسلة سلكية مباشرة بـمحكم مركزي يمكن أن يؤدي إلى استخدام مفرط للكابلات. |
| صندوق تجميع التيار المستمر (DC) مقابل صندوق تجميع التيار المتردد (AC) | يُتعامل صندوق التجميع الكهروضوئي (DC combiner) مع التيار المستمر للألواح الشمسية قبل العاكس. | يجب أن تصنف المكونات للجهد الكهروضوئي الأقصى، التيار المستمر، التيار العكسي، القطبية، وقَطْع القوس الكهربائي المستمر. |
| المكونات الرئيسية لصندوق التجميع الكهروضوئي للتيار المستمر | تحمي صمامات السلسلة (الفيوزات) الوحدات والموصلات ضد التيار العكسي الناتج عن السلاسل المتوازية. | يجب أن يتطابق تصنيف الجهد، وتصنيف التيار، وقدرة قطع التيار المستمر، وفئة منصهر الخلايا الضوئية (الفيوز الكهروضوئي) مع النظام. |
| صندوق تجميع تياسر مستمر (DC) بـ 16 خطاً | افترض 16 سلسلة متوازية، تحتوي كل منها على 14 تيار قصر. | قبل تطبيق عوامل التصحيح الخاصة بالمشروع، يبلغ إجمالي تيار القصر 224 أمبير. |
| متطلبات الحاوية والبيئة | تتواجه صناديق الدمج الخارجية حرارة الشمس، والأشعة فوق البنفسجية، والمطر، والغبار، والتكاثف، والملوحة، والتقلبات الكبيرة في درجات الحرارة. | حدد تصنيف IP أو NEMA مناسباً، ومواد مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، وفئة التآكل، ونظام حشوات (جوان)، وفتحة تصريف قابلة للتنفس أو نهجاً لمنع التكثف عند اللقضاء الحاجة. |
المكونات الرئيسية لصندوق التجميع الكهروضوئي للتيار المستمر
صمامات الخيط
تتحمي مصهرات السلاسل (String fuses) الوحدات النمطية والموصلات من التيار العكسي الناتج عن السلاسل المتوازية. يجب أن تتوافق تصنيفات الجهد والتيار، وقدرة القطع بالتيار المستمر، وفئة مصهر الخلايا الكهروضوئية مع النظام. يأخذ تحديد حجم المصهر في الاعتبار الحد الأقصى لتصنيف مصهر التوالي للوحدة، وتيار قصر الدائرة للسلسلة، ومعاملات التصحيح والقواعد المحلية.
جهاز حماية من زيادة التيار المستمر
تعمل أجهزة الحماية من التيار الزائد (SPD) على الحد من الجهد الزائد العابر الناتج عن الصواعق وعمليات التبديل. اختر الحماية من النوع 1 أو النوع 2 أو الحماية المدمجة بناءً على تصميم الحماية من الصواعق وموقع التركيب. يجب أن يتجاوز أقصى جهد تشغيل مستمر أسوأ حالة لجهد الدائرة المفتوحة للصفيف، بما في ذلك تصحيح درجات الحرارة المنخفضة.
مفتاح فصل التيار المستمر
يوفر مفتاح الفصل للحمل عزلاً لأغراض الصيانة. ويجب أن يكون مصنفاً للتيار المستمر لجهد النظام، والتيار، والأقطاب، وفئة الاستخدام. وتساعد آلية التعشيق للمقبض ومؤشر الوضع المرئي في تحديد حالة تشغيل واضحة.
المراقبة
مستشعرات تيار السلاسل، قياس الجهد، حالة جهاز حماية زيادة التيار (SPD)، وضع المفتاح، درجة الحرارة والاتصالات يمكنها تحديد السلاسل ضعيفة الأداء أو الحماية التالفة. المراقبة تحسن التشخيص ولكنها لا تحل محل الحماية الكهربائية.
كيفية تحديد حجم صندوق تجميع الطاقة الشمسية
- تأكد من الحد الأقصى لعدد السلاسل المتوازية والبيانات الكهربائية للوحدة.
- احسب أقصى جهد للنظام باستخدام جهد الدائرة المفتوحة للوحدة وأقل درجة حرارة للموقع.
- احسب تيار السلسلة والتيار المجمع باستخدام تيار القصر وعوامل التصحيح المطلوبة.
- تحقق من أقصى تيار عكسي وتصنيف الفيض السلسلي للوحدة.
- اختر منصهر السحب (فيوز)، والحامل، وفصل التيار بـتصنيفات تيّار مستمر (DC) معتمدة.
- حجم قضبان التوزيع والكابلات للتيار المستمر وارتفاع درجات الحرارة.
- تحقق من تيار عطل التيار المستمر المتاح وقدرة قطع المكونات.
- تحديد قنوات المراقبة، والاتصالات، والطاقة الاحتياطية.
صندوق تجميع تياسر مستمر (DC) بـ 16 خطاً
افترض 16 سلسلة متوازية، تحتوي كل منها على تيار قصر يبلغ 14 أمبير. قبل تطبيق عوامل التصحيح الخاصة بالمشروع، يبلغ إجمالي تيار القصر 224 أمبير. لا يمكن اختيار تيار التصميم المستمر، وتصنيف المصهر (الفيوز)، ومفتاح الخرج، والكابل بناءً على 224 أمبير وحدها؛ بل يجب تطبيق قواعد الخلايا الكهروضوئية الحاكمة، وخفض درجات الحرارة، وتجميع الموصلات، وحدود المكونات. يجب حساب أقصى جهد للتيار المستمر عند أدنى درجة حرارة متوقعة للوحدة.
متطلبات الحاوية والبيئة
تواجه صناديق التجميع الخارجية حرارة الشمس، والأشعة فوق البنفسجية، والمطر، والغبار، والتكثيف، والملوحة، وتقلبات درجات الحرارة الكبيرة. حدد تصنيف حماية IP أو NEMA مناسباً، ومواد مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، وفئة التآكل، ونظام حواشِ مانعة للتسرب، وفتحة تصريف تنفسية أو نهجاً لمنع التكثيف عند الحاجة. إن ارتفاع رقم تصنيف الحماية (IP) لا يعوض عن غבלات الكابلات المصممة بشكل سيء أو باب مفتوح أثناء المطر.
التصميم الحراري مهم لأن المصهرَات، والأطراف، وواقيات زيادة التيار (SPDs) تولد حرارة بينما يرفع الإشعاع الشمسي درجة حرارة الغلاف. يجب تباعد المكونات لتبديد الحرارة وتصنيفها لتتحمل درجات الحرارة الداخلية. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المطلي، والبوليمر الهندسي بخصائص مختلفة فيما يتعلق بالتآكل والحرارة والميكانيكا.
التمديدات الكهربائية، والقطبية، والتأريض
استخدم كابلات، موصلات، ومقابض (גלاندات) مخصصة للطاقة الكهروضوئية (PV) ذات الجهد ودرجة الحرارة ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة. حافظ على القطبية من السلسلة (المجموعة) إلى المخرج وفصل الموصلات الموجبة والسالبة. اربط أطراف التوصيل بعزم دوران باستخدام أدوات معايرة وقم بتوفير تخفيف للضغط. يجب أن يكون الترابط الوقائي للأغلفة المعدنية ومسارات التأريض لجهاز حماية الطفرات (SPD) قصيراً ومباشراً. يعتمد تأريض موصلات النظام على طوبولوجيا العاكس (الانفرتر) والمتطلبات المحلية.
تصميم مجمع التيار المتردد
يستقبل مجمع الطاقة الشمسية للتيار المتردد عدة مغذيات من العواكس (المحولات) ويغذي محولاً أو لوحة توزيع رئيسية. يتبع تيار قضيب التوزيع (الباسبار) خرج العواكس ومعامل التوافق، بينما يتضمن مستوى الأعطال مساهمات الشبكة والمصادر الأخرى. يجب اختيار قواطع الدائرة، وقضيب التوزيع، ومحولات التيار (CTs)، ومانعات التناوب (SPD)، والحاويات لتناسب الخدمة على التيار المتردد، وتنسيقها مع حماية العواكس ومفاتيح التوزيع الرئيسية العليا.
على نطاق المرافق، قد يغذّي خرج التيار المتردد المجمع محطة تحويل نوع صندوقي للطاقة الجديدة بجهد 35 كيلوفولت لتحويل الجهد والربط بالشبكة. يجب تطوير قدرات مجمع الخلايا، والعاكس، والمحول، ومفاتيح الجهد المتوسط بناءً على دراسة واحدة للنظام.
اختبارات المصنع والموقع
- الفحص البصري والتوصيلات الكهربائية مقارنة بالرسومات المعتمدة.
- فحوصات عزم دوران الأطراف وسحب الموصل.
- مقاومة العزل والاختبارات العازلة حسب الاقتضاء.
- التحقق من القطبية والاستمرارية.
- الفحوصات الوظيفية للمصهر، وجهاز حماية زيادة الصواعق، والمفتاح، والمراقبة.
- رسم خرائط الاتصالات ومحاكاة الإنذار.
- فحص العلبة والجوان.
- التفتيش الحراري بعد التشغيل عند حمل تمثيلي.
أخطاء الاختيار الشائعة
- استخدام قواطع الدائرة (AC) أو المفاتيح الكهربائية في دائرة تيار مستمر (DC) دون تصنيف تيار مستمر مؤكد.
- تجاهل الارتفاع في جهد الدائرة المفتوحة للوحدة الناتج عن انخفاض درجات الحرارة.
- اختيار الصمامات بناءً على تيار التشغيل العادي فقط.
- استخدام تصنيف حاوية لا يعكس الغدد والتركيب.
- إنشاء توصيلات تأريض حماية من زيادة السحب (SPD) طويلة وحثية.
- خلط العلامات التجارية أو أنواع الموصلات دون موافقة التوافق.
- استبعاد الأسلاك الاحتياطية، أو قنوات المراقبة، أو السعة المستقبلية من التصميم.
صناديق الجمع متعددة المخرجات والمزودة بـمراقبة
قد تستخدم المصفوفات الكبيرة عدة مخارج مجتمعة أو مراقبة تيار السلسلة لتحديد موقع السلاسل ضعيفة الأداء والمصابة بأعطال. يجب أن تت يتحمل قنوات المراقبة الاتصالات والإمداد الإضافي نفس البيئة الخارجية وبيئة الصواعق الخاصة بدائرة الطاقة. لا تحدد تعداد المدخلات وحدها السعة القابلة للاستخدام.
المعلومات المطلوبة لتحديد صندوق تجمع الطاقة الشمسية الكهروضوئية
توفير الفولتية للدائرة المفتوحة (Voc)، وتيار القصر (Isc)، ومعاملات الحرارة، والسلاسل المتوازية، والحد الأدنى لدرجة حرارة الموقع، والحد الأقصى لجهد النظام، ومداخل العاكس (Inverter)، وأحجام الموصلات، وترتيب التأريض، وبيئة الحلاف (Enclosure). تحدد هذه المدخلات تصنيفات منصهرات (فيوزات) التيار المستمر، وفواصل الحماية، واقيات زيادة الجهد (SPD)، قضبان التوصيل (Busbars)، وحشوات الكابلات (Glands)، وأطراف الخرج.
المراجع الفنية والقراءة الإضافية
تدعم المصادر المستقلة التالية المعايير والمصطلحات والحسابات وسياق السلامة التي تمت مناقشتها في هذا الدليل:
- موارد الطاقة الشمسية الكهروضوئية التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية — نظرة عامة حكومية على تكنولوجيا الخلايا المئوية وكيف تحول أنظمة الخلايا الكهروضوئية الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
- متطلبات تصميم المصفوفة الكهروضوئية IEC 62548-1 — متطلبات التصميم الخاصة بتمديدات الألواح الكهروضوئية، والتبديل، والتأريض، والحماية الكهربائية، والعزل، والسلامة.
- متطلبات السلامة الكهربائية لإ OSHA — سياق السلامة لأعمال البناء الكهربائي ومعدات التوزيع المرتبطة أنظمة الطاقة.
