تركيب محطّة شمسية أحادية الطور مرتبطة بالشبكة بنظام البيع المباشر

طلب صاحب منزل من فني تركيب الطاقة المتجددة تركيب محطّة شمسية أحادية الطور (Single phase PV system) على سطح منزله، من خلال نظام احتساب البيع المباشر (Feed In Tariff)، بحيث يُصدَّر كامل الطاقة المنتجة إلى الشبكة.

198 تحديد عدد أجهزة الحماية، وسعة ألواح الحماية الثابتة (DC)، والمتناوبة (AC). تركيب الألواح الشمسية، وتسحيب الأسلاك إلى لوح التيار الثابت، وتوصيها توصيلاً صحيحاً، ثم الربط بالإنفيرتر من خلال المدخل الخاص بالتيار الثابت (DC). وصل الإنفيرتر من النقاط المخصصة فيه للتيار المتناوب بلوح حماية التيار المتناوب (AC)، وتوصيل الحمايات توصيلاً صحيحاً، ثم الوصول إلى لوح العداد. بعد توصيل العداد توصيلاً صحيحاً وفق المخطط، توصل الأسلاك الخارجة من العداد إلى أقرب نقطة للشبكة المحلية؛ لتصدر الطاقة الكهربائية إليها.

199

§ لماذا تكثر شركات تركيب الأنظمة الشمسية في فلسطين؟ § أناقش: هل تؤثّر جودة تركيب المحطة على عمرها الافتراضي، وكفاءة إنتاجها؟

أبحث عن قيمة الكيلوواط. ساعة الواحد الذي تدفعه شركة الكهرباء المحلية في بلدي من خلال نظام البيع المباشر.

1. يُعدّ نظام التوليد المرتبط بالشبكة الأكثر انتشاراً في فِلَسطين مقارنة بالأنظمة المنفصلة عن الشبكة، ويتكوّن هذا النظام بشكل رئيس من حقل التوليد (الألواح الشمسيّة، والحامل المعدني)، والإنفيرتر، والحمايات، والوصلات.
2. وبعد تثبيت الهيكل المعدني والألواح الشمسية للمشروع، يُنتقَل إلى مرحلة التجميع الكهربائي، واعتماداً على المخطّطات الكهربائية؛ تُنفَّذ السترنجات (Strings)، ويُثبَّت الإنفيرتر (Inverter)، وألواح التيار الثابت والمتناوب، وصولاً إلى لوح عدّاد الطاقة الكهربائية، وتتمّ الخطوات كما يأتي:

يمتلك كلّ لوح شمسي طرفَي خرج: طرف موجب، وطرف سالب، كما مر سابقاً، علماً أنّ أطراف الأسلاك تكون مزوّدة بوصلات (MC4) تسهّل عملية التوصيل، وتقلّل من خسائر التوصيلات الكهربائية، وتوصيل الألواح الشمسيّة بعضها مع بعض على التوالي؛ لتكوّن صفّاً من الألواح الشمسية يُسمّى سترنجاً، كما في الشكل (1) الآتي، وتجدر الإشارة إلى أنّه لا يمكن إحداث أيّ قَطْعٍ لهذه الوصلات، إنّما يمكن إطالتها وَفق مخطّطات التصميم:

وغالباً ما يُضاف طول إضافيّ لأيّ كابل توصيل مستخدَم في السترنجات؛ لأنّ الأطراف النهائية لعملية التوصيل لا تمتلك طولاً كافياً لتصل إلى لوح حمايات التيار الثابت، وعليه فإنّه يتمّ ذلك باستخدام كوابل (DC) خاصّة للألواح الشمسية تُجهَّز بأطراف (MC4)؛ لتوائم أطراف الألواح الشمسية، وتُمَدّ الأسلاك الإضافية بين الصفوف، ومكان تركيب ألواح الحماية والإنفيرتر داخل قنوات خاصّة. وبعد إتمام التوصيلات الكهربائية للألواح الشمسية، تُمَدّ الأسلاك بين الألواح، وتُثبَّت على الهيكل باستخدام مرابط، أو ملازم خاصّة، كما في الشكل (2) الآتي:

يُعَدّ لوح تجميع التيار المستمرّ (DC Box) ذا أهمية كبيرة؛ إذ إنّه المكان النهائي لتجميع أسلاك التيارات المستمرّة الخارجة عن الألواح الشمسية قبل دخولها إلى الإنفيرتر، كما أنّه يحتوي بداخله على نوعين من الحمايات الكهربائية، هما:

1. القواطع الكهربائية (DC Circuit Breaker)؛ للحماية المرتفعة من التيار الكهربائي.
2. حارفات الجهد المرتفع (Surge Arresters)؛ للحماية من ارتفاع الجهد الكهربائي المفاجئ.

وتجدر الإشارة إلى أنّ لوح تجميع التيار الثابت يكون مصنوعاً من الحديد أو البلاستيك غير القابل للاحتراق، ويجب أن يكون ذا درجة حماية مرتفعة (IP65) كحدّ أدنى، وللسماح للكوابل بالدخول إلى الحمايات؛ يُستخدَم كابل جلاند (Cable Gland)؛ للمحافظة على درجة الحماية (عازلية من الماء) للّوح، إضافة إلى أنّ اللّوح يجب أن يحتوي على جسر أوميغا (DIN)؛ ليتلاءم مع تركيب القواطع، وحارفات الجهد، كما في الشكل (3) الآتي:

وبعد تثبيت لوح التجميع، يُحدَّد عدد الكوابل التي ستدخل إلى اللّوح؛ لعمل الثقوب المناسبة، كما في الشكل (4) الآتي الذي يوضّح أشكال مختلفة من الكابل جلاند. كما تحتوي الجلاندات على قطعة مطاطية، وعند شدّها تمنع تسرّب المياه والأتربة إلى الداخل، علماً أنّ الجلاند يجب أن يُختار بمِساحة ملائمة للكابل:

1. وفي المرحلة النهائية تُثبَّت أدوات الحماية من قواطع وحارفات جهد داخل اللّوح، وبعد تمديد كوابل التيار المستمرّ من الألواح الشمسية إلى لوح التيار الثابت، وتُجهَّز أطراف الكوابل بوصلة (MC4) في منطقة الألواح، كما في الشكل (5)، ويكون كلّ سترنج من الألواح الشمسية مزوّد بكابلين: أحدهما موجب، والآخر سالب، ونهايات هذه الكوابل مزوّدة بوصلات (MC4).
2. وتُقسَم هذه الوصلات إلى نوعين، هما: وصلة (MC4) موجبة (ذكر)، ووصلة (MC4) سالبة (أنثى).
3. ويوصَل بين هذين النوعين من خلال كبس القطب الموجب بالسالب؛ لتحقيق توصيلة تمتاز بالمتانة، وذات حماية (IP67).
4. وتجدر الإشارة إلى أنّ هذه الكبسات تصلح فقط لكوابل 4 ملم، و6 ملم، كما في الشكل (6) الآتي:

وتُستخدَم في الأنظمة الشمسية كوابل بمواصفات خاصّة لنقل الكهرباء بين الألواح وعلبة التجميع، ويُرمَز لها بالرمز (PV1-F)، وتمتاز هذه الكوابل بكفاءة عالية، وعمر افتراضي مرتفع، إضافة إلى عدّة ميزات فيزيائية، وكهربائية، وحرارية، منها:

1. تتكوّن من سلك نحاسي ليّن (شعرات).
2. مضادّة للاحتراق، ومقاومة للاشتعال.
3. تحتمل فرق جهد ثابت مرتفعاً يصل إلى 1800 فولت ثابت.

وبعد تجهيز أطراف كوابل التيار المستمرّ داخل علبة التجميع توصَل الأسلاك في قاطع التيار الثابت من الأسفل، حيث يكون الكابل الأحمر يمثّل الطرف الموجب، والكابل الأسود يمثّل الطرف السالب، ثمّ توصَل حارفة الجهد المرتفع بالطرفين الموجب والسالب، كلٌ وَفق ما هو محدّد، وكذلك نقطة التأريض، كما في الشكل (8)، عادة فإنّ مدخل التيار الثابت في الإنفيرتر يكون وصلة (MC4) موجبة وسالبة، لذلك تُجهَّز كوابل التيار المستمرّ الخارجة من لوح التيار الثابت بوصلات (MC4)، بحيث تلائم مدخل (DC) الإنفيرتر:

وعادةً ما تكون الإنفيرترات مزوّدة بحامل لها؛ فقد يُثبَّت الحامل على الجدار، وعلى ارتفاع مناسب، بحيث يكون الإنفيرتر على مستوى النظر؛ أي على ارتفاع (160-120سم) عن الأرض؛ لتسهيل أعمال التركيب والصيانة، ويمكن في بعض الظروف تركيبه على ارتفاعات أكبر؛ لتجنّب وصول الأطفال السهل له، علماً أنّ كلّ إنفيرتر يكون مزوّداً بدفتر إرشادات للتركيب، يحدّد أفضل آلية تركيب له، والمسافات بينه وبين الجدار، أو بين الإنفيرترات نفسها، كما في الشكل (9) الآتي، مع مراعاة الحفاظ على المسافات الدنيا عن الإنفيرتر؛ لأغراض تهويته؛ لعدّ زيادة الخسائر الداخلية، وهذه الارتدادات تعتمد على حجم الإنفيرتر، ونوعه:

يُعَدّ لوح تجميع التيار المتردّد (AC Box) ذا أهمية كبيرة؛ لأنّه المكان النهائي لتجميع أسلاك التيارات المتردّدة الخارجة من الإنفيرتر، فهي تحتوي بداخلها على ثلاث أنواع من الحمايات الكهربائية، هي:

1. القواطع الكهربائية (AC Circuit Breaker)؛ للحماية المرتفعة من التيار الكهربائي.
2. حارفات الجهد المرتفع (AC Surge Arresters)؛ للحماية من ارتفاع الجهد الكهربائي المفاجئ.
3. قاطع التسريب الأرضي (Earth leakage CB)؛ للحماية من التسريب في الدارة، وتكون حساسيته 300 ميلي أمبير، علماً أنّ لوح تجميع التيار المتناوب يكون كما التيار الثابت؛ أي ذو درجة حماية مرتفعة (IP65) كحدّ أدنى، حيث يوصَل كابل أحادي الطور (فاز/ نيوترال/ إرث) بمِساحة مقطع مناسبة للتيار الناتج من الإنفيرتر بالمخرج المخصص للتيار المتناوب للإنفيرتر، ثمّ يوصَل في لوح التيار المتناوب (AC Box) مع استخدام الكابل (جلاند)، كما في الشكل (11) الآتي، علماً أنّ رأس الكابل يُستخدَم سليفاً، إن كان شعراته ليّنة، أما إن كان صُلباً فلا حاجة للسليف، مع مراعاة ألّا يظهر أيّ طرف نحاسي بعد التركيب؛ حتى لا تحصل دارة قصر، أو تفريغ:

تُنتج محطات الطاقة المرتبطة بالشبكة طاقة كهربائية، ولضمان تحديد قيمة الإنتاج بدقّة؛ يُجهَّز لوح مزوّد بعدّاد طاقة؛ من أجل قياس كميّة الطاقة المصدّرة إلى الشبكة، ففي نظام البيع المباشر يُحتاج إلى عدّاد اتجاه واحد.

1. هو نظام ربط يعتمد على مبدأ ضخّ كاملِ الإنتاج الشمسيّ إلى شبكة الكهرباء المحليّة مقابل تعرفة بيْعٍ ثابتة لكلّ كيلوواط. ساعة، كما شُرِحَ سابقاً. ويمكن تمثيل المخطّط السهمي لطريقة توصيل عدّاد الطاقة الكهربائيّ مع الشّبكة، كما في الشكل (12) الآتي:

وعادةً ما تكون ألواح العدّادات هي ألواح قابلة للختم (قلادة قفل)؛ لتجنّب تلاعب الأفراد باللّوح، وبكمية الإنتاج المسجلة من العدّاد، مثل ألواح (CI4)، بحيث تكون مزوّدة بفتحة للقاطع المزدوج، أو عمل الفتحة من فني شركة الكهرباء، يدخل إلى علبة العدّاد خطّ (فاز/ نيوترال)، ويخرج منها خطّ (فاز/ نيوترال)، مع مراعاة مِساحة مقطع الكابل والتيار الذي يتحمّله العدّاد. وأخيراً يُمَدّ كابل آخر يربط بين لوح العدّادات والشبكة، حيث يُدخَل الكابل إلى علبة العدّاد، ويوصَل مع القاطع، كما في الشكل (13) الآتي الذي يوضّح طريقة توصيل عدّاد ذي اتجاه واحد:

1. أوضّح: لماذا لا تُستخدَم كوابل عادية في إطالة الكوابل الشمسية عند الحاجة؟
2. أعلّل ما يأتي:

• تُستخدَم مانعات الصواعق في أنظمة التوليد الشمسية.
• تُترَك مسافة بين الإنفيرتر وألواح التجميع المجاورة.

3. ما أنواع الحمايات التي تُركَّب داخل ألواح التيار الثابت (DC)؟
4. ما أنواع الحمايات التي تُركَّب داخل ألواح التيار المتردّد (AC)؟
5. ما جهاز الحماية الذي يتفعّل آلياً مباشرة عند حدوث ارتفاع مفاجئ للجهد في النظام الشمسي؟