تحديد مكونات النظام الشمسي المتصل بالشبكة

طلب مقاول من فني تركيب أنظمة طاقة متجددة شراء المعدات اللازمة؛ لتركيب محطة شمسية موصولة بالشبكة رست عليه.

• توثيق نتائج العمل.
• تفريغ جميع النتائج على دفتر التدريب العملي.
• تقديم تقرير مفصل عن النتائج، مع استعراض المقارنة.
• عرض كل مجموعة عمل ما أنجز على الجميع.
• مجموعات عمل. النقاش الجماعي. جهاز عرض (LCD). دفتر التدريب العملي.

• المقارنة بين الحلول الفنية المختلفة بين جميع مجموعات العمل.
• تكليف الخبراء بتقديم التغذية الراجعة.
• المقارنة بين نتائج الحالة المثالية ونتائج الحالة قيد الدراسة.
• النقاش الجماعي. نماذج التقويم.

§ لماذا تنتشر الأنظمة المرتبطة بالشبكة في فلسطين أكثر من الأنظمة المنفصلة عن الشبكة؟ § هل تعمل الإنفيرترات المرتبطة بالشبكة بنظام واحد فاز أو ثلاثة فاز؟

يوصل معظم أصحاب محطات التوليد الشمسية الإنفيرتر على شبكة الإنترنت.

1. تشكّل المحطات الشمسية المتصلة بالشبكة القسم الأكبر والسائد من المحطات الشمسية؛ بسبب كونها الشق المجد اقتصادياً للمحطات الشمسية.
2. ومكوناتها في قسم كبير منها هي مكونات المحطات المفصولة عن الشبكة نفسها مع فروق بسيطة في كيفية التصميم والتركيب لهذه المكونات، إلا أن هناك مكونات أخرى فريدة تمتاز بها فقط المحطات المرتبطة بالشبكة، وهذه ستكون موضع التركيز في هذا الموقف.

وتتكون المحطات المتصلة بالشبكة من الأجزاء الرئيسة التفصيلية الآتية:

1. الألواح الشمسية.
2. الإنفيرترات الموصولة بالشبكة.
3. الهياكل المعدنية.
4. العدادات الكهربائية.
5. القواطع والحمايات.
6. الكوابل ومساراتها.
7. نظام التأريض.
8. نظام المراقبة.

دُرست سابقاً، إلا أنها في المحطات المتصلة بالشبكة تتحرر تماماً من قواعد المعيارية التي ليس لها حتى ذكر في هذا النوع من المحطات الشمسية.

دُرست سابقاً، وما يميزها في المحطات المتصلة بالشبكة أنها في معظم الأحيان تكون مصممة على درجات ميل منخفضة، على عكس المحطات المفصولة عن الشبكة التي غالباً ما تكون على درجات ميل مرتفعة.

دُرست سابقاً، والفرق الجوهري هو أن المحطات المتصلة بالشبكة تعمل على فروق جهد مرتفعة من الجانب المستمر؛ ما يقلل من التيار المار، وبالتالي تبسيط عدد القواطع، وتقليلها، وسعتها، وسمك الكوابل عند المقارنة بمحطات مفصولة عن الشبكة بحجم مماثل.

دُرست سابقاً. تولّد المحطات الشمسية تيارات كهربائية متناوبة تزود أحمالاً كهربائية على تماس مع البشر، تستدعي الاهتمام والإتقان؛ لتوفير الحماية للمستخدمين من الصدمات الكهربائية، مثل نظام تأريض جيد.

تكون أنظمة المراقبة اختيارية في أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة والمنفصلة، إلا أنها أكثر انتشاراً في المحطات المتصلة بالشبكة لسببين، هما:

1. في حال حدوث عطل في المحطات المنفصلة عن الشبكة، فإن المستخدم سيعلم بهذا العطل؛ نتيجة انقطاع التيار الكهربائي، أما في حالة المحطات المتصلة بالشبكة، فالمستخدم لن يلاحظ أي تأثر على خدمته الكهربائية؛ نتيجة لتوقف المحطة الشمسية عن العمل؛ بسبب استمرار التزود بالكهرباء من شركة الكهرباء؛ ما يجعل وجود نظام مراقبة مع آليه تحذير مهمة للغاية لاكتشاف الأعطال، قبل أن يمضي عليها وقت طويل؛ ما سيتسبب بخسارات كثيرة في الطاقة.
2. الأنظمة المتصلة بالشبكة تكون غالباً محطات كبيرة ذات كلفة عالية وأهداف استثمارية، وأي توقف أو تعطل سيتسبب بخسائر مادية كبيرة؛ ما يستوجب ضرورة اكتشاف الأعطال، والتعامل معها بسرعة.

1. بينما يكون دور العدادات في المحطات المنفصلة عن الشبكة هامشياً، إلا أنها في المحطات المتصلة بالشبكة تأخذ دوراً محورياً؛ حيث تُخزن قيم الاستهلاك والإنتاج داخل هذه العدادات، أو باستخدامها.
2. وسيتم تناول الموضوع بالتفصيل في المواقف اللاحقة.

وقد دُرست في موقف سابق بالتفصيل.

نشاط: أقوم بالتصميم الكهربائي لتوصيل 10 كيلو من الألواح الشمسية على إنفيرتر مواصفات الألواح، والإنفيرتر كما في الشكل (2) الآتي، بحيث توضّح عدد الإسترنجات الممكن ربطها، وأطوالها المحتملة، والاختيار النهائي، مع إهمال تأثير الحرارة:

الحلّ:

1. تحديد المكونات: أحتاج إلى (⁦10000Wp⁩) من الألواح، وأقرب طريقة هي استخدام 23 لوح (⁦435Wp⁩) لإجمالي قدرة:

   P = 435×23 = ⁦10005 Wp⁩

وأستخدم الإنفيرتر PVI 10.0، الذي يستوعب لحد ⁦10500Wp⁩ من الألواح الشمسية، وينتج ⁦10000W⁩ من القدرة المتناوبة.

2. أحسب الطول المسموح به للإسترنجات:

• أ. فرق الجهد الأقصى (Maximum DC voltage = ⁦520V⁩)، وهذا يُقارن مع فرق جهد الدارة المفتوحة للوح الشمسي (Voc = 49)، والنتيجة ليست نهائية، لكن تجاوزها سيعطب الإنفيرتر:

$\text{String Max} \le \frac{\text{Max DC}}{\text{Voc}}$ $\text{String Max} \le \frac{520}{49} = 10.6 \text{ Solar Panel}$ ومن هنا أعلم أنني لا أستطيع وصل أكثر من 10 ألواح على التوالي في كل إسترنج.

• ب. مجال فرق الجهد المتتبع (MPPT Range = 220...470V)، وهذا يُقارن مع فرق جهد العمل (Vmp = ⁦40.5V⁩)، ويُقارن مع الحدين الأعلى والأدنى:

$\text{String Max} \le \frac{\text{Max MPPT Volt}}{\text{Vmp}}, \text{String Min} \ge \frac{\text{Min MPPT Volt}}{\text{Vmp}}$ $\text{String Max} \le \frac{470}{40.5}, \text{String Min} \ge \frac{220}{40.5}$ $\text{String Max} \le 11.6, \text{String Min} \ge 5.4$ مما سبق أستنتج أن طول الإسترنج يجب أن يتراوح بين 6 ألواح و11 لوح، إلا أنني من النقطة (أ) أعلم أن الحد الأقصى لا يمكن أن يتجاوز الـ (10) ألواح. إذن لدي 23 لوحاً؛ لتوزيعها على إسترنجات طولها (6 - 10) ألواح.

3. أحسب عدد الإسترنجات الممكن توصيلها على التوازي من خلال التيار الأقصى المسموح به لكل متتبع، مع العلم بوجود متتبعين (Maximum Short Circuit current = ⁦29 A⁩)، وهذا يُقارن مع تيار قصر اللوح (Isc = ⁦11.31A⁩)، مضافاً إليه معامل الأمان (25%):

$\text{Strings per MPPT} \le \frac{\text{Max Current}}{\text{Isc} \times 1.25}$ $\text{Strings per MPPT} \le \frac{29}{11.31 \times 1.25} = 2.05 \text{ Strings}$ إذن يمكن توصيل إسترنجين على كل متتبع، ولدي متتبعين مستقلين.

لا يمكن توزيع 23 لوحاً على أقل من 3 إسترنجات، وهذه لا يمكن أن تتساوى بالطول. ولحسن الحظ لدي متتبعين، لكن الإسترنجات في كل متتبع يجب أن تتساوى في الطول، ولدي محدد آخر هو القدرة القصوى لكل متتبع (max DC Input per MPPT = ⁦6800W⁩). بالتالي أحد الخيارات هو: المتتبع الأول: 2 إسترنج 7 ألواح. عدد الإسترنجات ≤ 2 (✓)

القدرة القصوى على المتتبع = 435 × 7 × 2 = ⁦3915W⁩ (✓ ⁦6800W⁩)

المتتبع الثاني: 1 إسترنج 9 ألواح. عدد الإسترنجات ≤ 2 (✓)

القدرة القصوى على المتتبع = 435 × 9 × 1 = ⁦3915W⁩ (✓ ⁦6800W⁩) النتيجة (✓) (✓) (✓)