يعد القرار الخاص بكيفية توصيل الألواح الشمسية - في مجموعات متتالية أو متوازية أو متوازية - أحد خيارات التصميم الأساسية في أي نظام شمسي تجاري. يحدد هذا الاختيار بشكل مباشر جهد النظام، وتيار السلسلة، ومطابقة MPPT للعاكس، ومتطلبات حجم الكابل، وتسامح التظليل، والامتثال للسلامة. يجب أن يفهم مهندسو EPC ومصممو النظام المبادئ الكهربائية، وقيود توافق العاكس، ومتطلبات التعليمات البرمجية قبل تحديد تكوين الأسلاك لمجموعة تجارية.
تنتج كل لوحة شمسية طاقة تيار مستمر تتميز بثلاثة معلمات كهربائية رئيسية في ظروف الاختبار القياسية (STC: 1000 واط/م²، AM1.5، 25 درجة مئوية):
عندما يتم توصيل لوحات متعددة معًا، فإن معلماتها الكهربائية تتحد وفقًا لما إذا كان الاتصال متسلسلًا أو متوازيًا أو مركبًا. يعد فهم هذه المجموعات أمرًا ضروريًا لتصميم الأنظمة التي تظل ضمن نوافذ الجهد الكهربي MPPT العاكسة، وتقييمات الصمامات الخيطية، والأكواد الكهربائية المعمول بها.
في سلسلة متصلة على التوالي، يتم توصيل الألواح من طرف موجب إلى طرف سالب في سلسلة ديزي. التأثير الكهربائي للاتصال التسلسلي هو:
حيث N هو عدد الوحدات في السلسلة. يتضاعف الجهد مع كل وحدة إضافية؛ يبقى التيار ثابتًا (محدودًا بالوحدة النمطية الأقل تيارًا في السلسلة).
لوحدة 600 واط مع Vاوك = 49.8 فولت، أناالشوري = 15.2 أ، الخامسالنائب = 41.5 فولت، أناالنائب = 14.4 أ:
تقبل معظم محولات سلسلة التيار المستمر بقدرة 1500 فولت (Sungrow SG250HX وHuawei SUN2000-215KTL وSMA Sunny Highpower PEAK3) سلاسل في نطاق 1000-1500 فولت تيار مستمر. الحد الأقصى لطول السلسلة مقيد بما يلي:
بالنسبة للوحدة النمطية مع Vاوك = 49.8 فولت، حالمركبات العضوية المتطايرة = .270.27%/درجة مئوية، عند Tدقيقة = -10 درجة مئوية:
في الاتصال الموازي، تتصل جميع الأطراف الموجبة بحافلة موجبة مشتركة وجميع الأطراف السالبة بالحافلة السالبة المشتركة. التأثير الكهربائي هو عكس السلسلة:
يتضاعف التيار؛ يبقى الجهد عند مستوى وحدة واحدة. نادراً ما يتم استخدام الأسلاك المتوازية النقية في الطاقة الشمسية التجارية لأن الجهد المنخفض الناتج والتيار العالي للغاية سيتطلب مقاطع عرضية كبيرة للغاية للكابلات، مما يزيد من تكلفة التركيب وفقدان الطاقة بشكل غير متناسب. ومع ذلك، يتم استخدام الاتصالات المتوازية في سياقات محددة:
تستخدم المصفوفات الشمسية التجارية بشكل عالمي تقريبًا مجموعات متوازية متسلسلة: لوحات متعددة في سلاسل على شكل سلاسل، ويتم توصيل سلاسل متعددة بالتوازي عند مدخل MPPT العاكس أو صندوق الموحد. يحقق هذا التكوين كلا من الجهد العالي اللازم لنقل الطاقة بكفاءة وسعة الطاقة اللازمة للنطاق التجاري.
| التكوين | وحدات السلسلة | سلاسل متوازية | المصفوفة Vالنائب | مصفوفة أناالنائب | صفيف صماكس |
|---|---|---|---|---|---|
| مثال أ | 28 | 1 | 28 × 41.5 فولت = 1,162 فولت | 14.4 أ | 16.8 كيلو واط |
| مثال ب | 28 | 4 | 1,162 فولت | 4 × 14.4 أمبير = 57.6 أمبير | 67.2 كيلو واط |
| مثال ج | 25 | 10 | 25 × 41.5 فولت = 1,037 فولت | 10 × 14.4 أمبير = 144 أمبير | 150 كيلوواط |
ملاحظة: تستخدم جميع الأمثلة وحدة 600 واط مع Vالنائب = 41.5 فولت، أناالنائب = 14.4 أمبير عند شركة الاتصالات السعودية. يمثل المثال C تكوينًا مناسبًا لعاكس مركزي بقدرة 150 كيلو وات مع صناديق مجمعة مناسبة لتجميع السلاسل العشرة قبل توصيل التيار المستمر.
يتطلب تصميم النظام التجاري حسابًا دقيقًا لجهد الصفيف والتيار والطاقة لتتناسب مع مواصفات العاكس. قيود التصميم الرئيسية هي:
السلسلة Vاوك (درجة الحرارة المصححة للحد الأدنى من درجة الحرارة المحيطة) يجب ألا تتجاوز:
السلسلة Vالنائب (درجة الحرارة المصححة لأقصى درجة حرارة للخلية) يجب أن تظل ضمن نطاق تتبع MPPT الخاص بالعاكس في جميع الأوقات. عند درجة حرارة الخلية القصوى (غالبًا 75-80 درجة مئوية للوحدات في المناخات الحارة):
بالنسبة للوحدة النمطية مع Vالنائب = 41.5 فولت، حVMP = -0.34%/درجة مئوية، عند Tخلية = 75 درجة مئوية:
لسلسلة مكونة من 28 وحدة: 28 × 34.4 = 964 فولت. يجب أن يتجاوز هذا الحد الأدنى من جهد MPPT للعاكس (عادةً 200-600 فولت اعتمادًا على طراز العاكس). بالنسبة لـ Sungrow SG250HX، يتراوح نطاق جهد MPPT من 200 إلى 1500 فولت، لذا فإن سلسلة مكونة من 28 وحدة مقبولة.
توفر محولات السلسلة التجارية الحديثة العديد من أجهزة تتبع MPPT، كل منها قادر على تحسين استخلاص الطاقة بشكل مستقل عن السلاسل المتصلة به. المبادئ الأساسية لتكوين MPPT:
بالنسبة لمشروع تجاري على السطح بقدرة 250 كيلووات مع Sungrow SG250HX (12 مدخل MPPT، حتى 3 سلاسل لكل إدخال): 12 × 3 = 36 سلسلة كحد أقصى. مع سلاسل مكونة من 28 وحدة بقدرة 600 وات، الحد الأقصى لطاقة الصفيف = 36 × 28 × 600 وات = 604.8 كيلو وات. نسبة DC/AC هي 604.8/250 = 2.42، وهو ما يتجاوز النطاق الموصى به وهو 1.1-1.5. قد يستخدم التصميم الأكثر تحفظًا 18 سلسلة من 28 وحدة بقدرة 302.4 كيلو وات تيار مستمر (نسبة 1.21) عبر 9 مدخلات MPPT.
تقلل الخسائر المقاومة في أسلاك التيار المستمر من خرج المصفوفة ويجب أن تظل أقل من 1-2٪ من طاقة المصفوفة. يتبع اختيار المقطع العرضي للكابل قانون أوم:
بالنسبة للكابلات الكهروضوئية التجارية، المقاطع العرضية المشتركة وقيم المقاومة (عند 70 درجة مئوية):
| المقطع العرضي | المقاومة (Ω/كم عند 70 درجة مئوية) | تشغيل السلسلة النموذجية | السعة الحالية (في القناة، درجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية) |
|---|---|---|---|
| 4 ملم² | 5.09 أوم/كم | وحدة إلى وحدة، على المدى القصير | 25 أ |
| 6 ملم² | 3.39 أوم/كم | كابل السلسلة إلى صندوق الموحد (<50 م) | 32 أ |
| 10 ملم² | 1.95 أوم/كم | الموحد للعاكس (<80 م) | 44 أ |
| 16 ملم² | 1.21 أوم/كم | كابل جذع تيار مستمر عالي التيار | 57 أ |
| 25 ملم² | 0.795 أوم/كم | كابل DC الرئيسي لمصفوفات العاكس المركزية | 73 أ |
تنتج الأسلاك المتسلسلة بشكل طبيعي جهدًا أعلى وتيارًا أقل لمستوى طاقة معين، مما يقلل من خسائر المقاومة مقارنة بالأسلاك المتوازية. هذا هو السبب الكهربائي الأساسي الذي يجعل أنظمة الطاقة الشمسية التجارية تفضل سلاسل سلسلة الجهد العالي على التكوينات المتوازية.
يجب أن تتوافق الأسلاك الشمسية التجارية مع القوانين والمعايير الكهربائية المعمول بها. المراجع الرئيسية حسب المنطقة:
تتضمن متطلبات السلامة الحرجة للمصفوفات المتوازية المتسلسلة ما يلي: الصمامات الخيطية أو قواطع الدائرة الكهربائية على كل سلسلة في تكوينات متوازية متعددة السلاسل؛ حجم الحماية من التيار الزائد لكل NEC 690.9 (125% من Iالشوري لصمامات السلسلة)؛ حماية AFCI لجميع موصلات التيار المستمر في الولايات المتحدة الأمريكية وفقًا لمعيار NEC 690.11؛ والتأريض المناسب لإطار الصفيف وموصلات تأريض المعدات (EGC) وفقًا للمعيار 690.43.
عند شراء الألواح والعاكسات والكابلات لمشروع الطاقة الشمسية التجاري الخاص بك، يمكن لشركة Econo Solar توفير قائمة مكونات الصنف كاملة مع مقاطع عرضية للكابلات وأجهزة حماية محددة بشكل صحيح. لمناقشة متطلبات مشروعك، تفضل بزيارة موقعنا صفحة الاستفسار عن المشروع.
إذا تعطلت اللوحة تمامًا (دائرة مفتوحة) في سلسلة متسلسلة، فإن السلسلة بأكملها تفقد الطاقة لأن التيار لا يمكن أن يتدفق عبر الدائرة المعطلة. إذا فشلت اللوحة في حدوث دائرة كهربائية قصيرة أو تم تجاوزها بواسطة الصمام الثنائي الالتفافي الخاص بها (بسبب التظليل)، فإن اللوحات المتبقية في السلسلة تستمر في التوليد بجهد منخفض. هذه هي ميزة الأمان الأساسية المتمثلة في تضمين الثنائيات الالتفافية في كل وحدة (الممارسة القياسية): تقوم الخلية المظللة أو الفاشلة بتنشيط الصمام الثنائي الالتفافي لمجموعة الخلايا تلك، مما يسمح لبقية السلسلة بمواصلة التوليد. يمكن اكتشاف الفشل الكامل في اللوحة في السلسلة من خلال المراقبة ويجب أن يؤدي إلى إجراء صيانة فورية.
ممكن من الناحية الفنية ولكن لا ينصح به بشدة في الأنظمة التجارية. يؤدي خلط أنواع مختلفة من الوحدات أو القوة الكهربائية في نفس السلسلة إلى حدوث خسائر غير متطابقة لأن جميع اللوحات في سلسلة متسلسلة يجب أن تمر بنفس التيار، والذي يقتصر على اللوحة ذات التيار الأقل. تُجبر اللوحات ذات القوة الكهربائية العالية على العمل تحت النقطة المثالية، مما يقلل من إخراج السلسلة الإجمالي. بالنسبة للمشاريع التجارية، استخدم دائمًا وحدات نمطية متطابقة (نفس الشركة المصنعة، نفس الطراز، نفس فئة الطاقة) في كل سلسلة، ويفضل أن يكون ذلك عبر جميع السلاسل على نفس جهاز تعقب MPPT. توصي المواصفة القياسية IEC 62548 بأن تتمتع جميع الوحدات الموجودة في السلسلة بخصائص كهربائية متطابقة.
تعتبر نسبة التيار المستمر/التيار المتردد (وتسمى أيضًا نسبة الحجم الزائد) التي تبلغ 1.1-1.3 نموذجية للتركيبات التجارية في مناطق الإشعاع المعتدل. في المواقع ذات الإشعاع العالي (GHI> 2000 كيلووات ساعة/م²/سنة)، تكون النسب 1.3-1.5 شائعة لأن فقدان القطع العاكس خلال ساعات الذروة يتم تعويضه من خلال زيادة إنتاج الطاقة خلال ساعات الشمس الجزئية. تعد النسب التي تزيد عن 1.6 نادرة في الأنظمة التجارية المرتبطة بالشبكة لأن خسائر القطع تصبح كبيرة وقد تتأثر شروط ضمان الشركات المصنعة للعاكس بالتشغيل المستمر عند حد خرج التيار المتردد. تنشر كل من Sungrow وHuawei وSMA نسب الحجم الزائد الموصى بها في أدلة التصميم الخاصة بها، والتي يجب الرجوع إليها فيما يتعلق بنماذج عاكسة محددة.
أسعار تنافسية على وحدات الطاقة الشمسية التجارية، ومحولات السلسلة، وBOS من الشركات المصنعة الصينية الرائدة.
احصل على عرض أسعار للمشروع →