مقالات أخرى
العاكس هو جهاز إلكترونيات قدرة يقوم بتحويل التيار المستمر (DC) إلى تيار متردد (AC). في أنظمة الطاقة الشمسية، يحول التيار المستمر الذي تنتجه الألواح إلى تيار متردد يُستخدم في المنازل والمصانع، ما يتيح ضخ الكهرباء إلى الشبكة أو استهلاكها في الموقع. وفي المصادر التركية قد يظهر الجهاز نفسه أيضًا باسم invertör، بينما المصطلح الذي توصي به جمعية اللغة التركية هو evirici. وتشير المصطلحات الثلاثة إلى الجهاز نفسه. ورغم أن الألواح هي الجزء الأكثر وضوحًا في النظام، فإن جعل الطاقة المنتجة قابلة للاستخدام يعتمد بالكامل على هذا الجهاز. في هذا المقال سنستعرض وظيفة العاكس، والفرق بين DC وAC، وأنواع العواكس، وما الذي تعنيه قيم الكفاءة فعليًا.
ما هو العاكس؟
العاكس هو جهاز يحول الكهرباء التي تسري في اتجاه ثابت عند مدخله إلى كهرباء مترددة يتغير اتجاهها عددًا معينًا من المرات في الثانية. ولا يقوم بذلك باستخدام أجزاء ميكانيكية، بل عبر عناصر تبديل من أشباه الموصلات. تعمل ترانزستورات القدرة داخل الجهاز، والتي تكون عادة من نوع IGBT أو MOSFET، على الفتح والإغلاق في نطاق زمني يقاس بالميكروثانية؛ وعند تمرير نبضات التبديل السريعة هذه عبر المرشحات تتشكل موجة جيبية منتظمة شبيهة بموجة شبكة الكهرباء.
وبتشبيه بسيط: ينتج اللوح الطاقة مثل مجرى ماء يتدفق في اتجاه واحد، بينما تحتاج الشبكة إلى موجة تتذبذب ذهابًا وإيابًا. العاكس هو المترجم بين هاتين «اللغتين».
العواكس المستخدمة في محطات الطاقة الشمسية ليست مجرد أجهزة بسيطة للتحويل. فالعاكس الشمسي الحديث يضم داخل هيكل واحد الوحدات التالية:
- مرحلة القدرة: دائرة التبديل والمرشحات التي تحول DC إلى AC.
- مدخل MPPT: قناة إدخال تبحث باستمرار عن نقطة التشغيل التي تنتج عندها سلسلة الألواح أعلى قدرة ممكنة. وتحتوي الأنظمة الكبيرة على عدة مداخل MPPT مستقلة.
- لوحة التحكم والاتصال: الوحدة التي تدير المزامنة مع الشبكة، وتسجل بيانات الإنتاج، وتتيح المراقبة عن بُعد.
- دوائر الحماية: تجهيزات تنقل النظام إلى حالة آمنة عند حدوث زيادة في الجهد أو التيار، أو عطل في العزل، أو حالة التشغيل الجزيري.
ما وظيفة العاكس في نظام الطاقة الشمسية؟
لا يمكن اختصار وظيفة العاكس في جملة واحدة، لأنه يؤدي عدة أدوار داخل النظام. وعند النظر إلى كيفية عمل أنظمة الطاقة الشمسية ككل، نجد أن العاكس يمثل في الوقت نفسه عنصر التحويل وعنصر الإدارة في سلسلة الطاقة.
التحويل. هذه هي الوظيفة الأساسية. يتم تحويل التيار المستمر الذي تنتجه الخلايا الكهروضوئية في اللوح الشمسي إلى تيار متردد بجهد 230 فولت / 400 فولت وتردد 50 هرتز.
المزامنة مع الشبكة. لكي يمكن ضخ التيار المتردد المنتج إلى الشبكة، يجب أن تتطابق قيم الجهد والتردد وزاوية الطور مع الشبكة بدقة. حتى الانحراف في حدود أجزاء من الألف من الثانية قد يمنع نقل الطاقة. لذلك يقوم العاكس بقياس الشبكة باستمرار وضبط خرجه وفق هذه القيم.
تتبع نقطة القدرة القصوى. يتم تعديل جهد الإدخال باستمرار لالتقاط أعلى قدرة يمكن أن تنتجها سلسلة الألواح. وتتغير هذه النقطة مع مرور السحب أو تغير درجة الحرارة أو حدوث التظليل؛ ويواصل العاكس تتبعها دون توقف.
المراقبة وإعداد التقارير. يمكن قراءة القدرة اللحظية، والإنتاج اليومي والتراكمي، وسجلات الأعطال من خلال العاكس. وفي الموقع، غالبًا ما تكون مراجعة بيانات شاشة العاكس من أكثر الطرق العملية للتحقق من عمل الألواح.
السلامة. عند انقطاع الشبكة يوقف العاكس الإنتاج. ويُعرف هذا السلوك باسم حماية منع التشغيل الجزيري، وهو إلزامي لضمان سلامة فرق الصيانة التي تعمل على الخط.
الفرق بين التيار DC والتيار AC
الألواح الشمسية لا تستطيع فيزيائيًا إنتاج سوى التيار المستمر، بينما تعتمد شبكة الكهرباء على التيار المتردد. وهذا التعارض هو بالضبط سبب الحاجة إلى العاكس.
| الخاصية | DC – التيار المستمر | AC – التيار المتردد |
|---|---|---|
| اتجاه التيار | اتجاه واحد وثابت | يغير اتجاهه 50 مرة في الثانية |
| سلوك الجهد | مستوى ثابت ومستقيم | يتذبذب على شكل موجة جيبية |
| مصدره في النظام | اللوح الشمسي، البطارية | الشبكة وخرج العاكس |
| تحويل الجهد | يتطلب محولًا إلكترونيًا، وأكثر تعقيدًا | يمكن رفعه أو خفضه بسهولة باستخدام محول كهربائي |
| النقل لمسافات طويلة | الفواقد مرتفعة عند الجهد المنخفض | يمكن رفع الجهد ونقله بفواقد منخفضة |
| الاستخدام المعتاد | الخط بين اللوح والعاكس، شحن البطارية | المقابس، المحركات، الإضاءة، الشبكة |
ويرجع سبب اعتماد بنية توزيع الكهرباء على التيار المتردد أيضًا إلى النقطتين الأخيرتين في الجدول: فبما أن جهد التيار المتردد يمكن رفعه بسهولة باستخدام المحولات، يمكن نقل الكهرباء لمئات الكيلومترات مع فواقد منخفضة.
ما أنواع العواكس؟
تختلف العواكس وفق عدد الألواح المتصلة بها، وطريقة ارتباطها بالشبكة، ودعمها لأنظمة تخزين الطاقة. كما تنتشر البنى الهجينة التي تستخدم أكثر من نوع في الموقع نفسه.
عاكس String
يأتي اسمه من كلمة “string”، أي سلسلة الألواح. يتم توصيل مجموعات من الألواح على التوالي إلى مدخل عاكس واحد. وتعتمد غالبية الأنظمة السكنية والأنظمة التجارية المتوسطة على الأسطح على هذا النوع. وبفضل سرعة التركيب وإمكانية إجراء الصيانة من نقطة واحدة، فإنه يوفر توازنًا جيدًا بين التكلفة والأداء.
أما نقطة ضعفه فترجع إلى طبيعة التوصيل على التوالي: إذا تعرض لوح واحد في السلسلة نفسها للتظليل أو الاتساخ، فإن السلسلة بأكملها تهبط إلى مستوى تيار أضعف لوح.
العاكس المصغر
يتم تركيب عاكس منفصل خلف كل لوح، ويحدث التحويل على مستوى اللوح نفسه. ولذلك لا يؤثر تظليل أحد الألواح على بقية الألواح لأنها تعمل بشكل مستقل عن بعضها.
يبرز هذا الحل في المواقع غير المنتظمة التي تحتوي على ظلال مداخن، أو زوايا ميل متعددة للأسطح، أو أسطح متجهة إلى اتجاهات مختلفة. لكنه لا يُفضّل عادة في المحطات الكبيرة لأنه يتطلب جهازًا لكل لوح.
العاكس الهجين
يجمع بين الاتصال بالشبكة وإدارة البطارية في جهاز واحد. خلال النهار يشحن فائض الإنتاج مجموعة البطاريات، وفي المساء تُستخدم هذه الطاقة لتغذية الأحمال. وبذلك يتم تقليل الفارق الزمني بين منحنيي الإنتاج والاستهلاك.
ومع تزايد أهمية التسوية بالساعة، تزداد أهمية الأنظمة الهجينة؛ وللاطلاع على الجانب الاقتصادي يمكن مراجعة مقالاتنا حول كيفية حساب المقاصة بالساعة وكيفية تخزين الطاقة.
العاكس المركزي
وهي وحدات كبيرة من نوع الحاوية أو الخزانة تُستخدم في محطات الطاقة الشمسية بقدرات تصل إلى نطاق الميغاواط. يتم تجميع عدد كبير من السلاسل في صناديق تجميع DC ثم توجيهها إلى وحدة مركزية واحدة.
تكلفتها لكل وحدة قدرة منخفضة، كما تتم إدارتها من نقطة مركزية واحدة. في المقابل، تكون القدرة المتأثرة عند حدوث عطل كبيرة، ولذلك تصبح خطط التكرار الاحتياطي والصيانة ذات أهمية بالغة.
العاكس المستقل عن الشبكة (Off-Grid)
هو العاكس المستخدم في الأنظمة التي تعمل بشكل مستقل تمامًا عن الشبكة. وبما أنه لا يوجد مرجع للشبكة، فإنه يولد التردد والجهد بنفسه، ولذلك يجب استخدامه مع مجموعة بطاريات. ونظرًا لأن كيمياء البطارية تؤثر مباشرة في عمر النظام، ينبغي تقييم أنواع بطاريات الطاقة الشمسية مسبقًا.
الأراضي الزراعية غير المتصلة بالشبكة، والمنازل الجبلية، ومحطات الاتصالات، وتطبيقات الري بالطاقة الشمسية هي من الاستخدامات الشائعة لهذا النوع.
| نوع العاكس | نطاق القدرة المعتاد | مجال الاستخدام الأبرز | السلوك عند التظليل |
|---|---|---|---|
| String | 3 – 250 كيلوواط | الأسطح السكنية والتجارية | على مستوى السلسلة، يتأثر |
| Micro | 250 – 2,000 واط | الأسطح المعقدة ومتعددة الاتجاهات | على مستوى اللوح، لا تتأثر الألواح الأخرى |
| هجين | 3 – 50 كيلوواط | الأنظمة المزودة ببطاريات وتخزين | على مستوى السلسلة |
| مركزي | 500 كيلوواط – 5 ميغاواط وما فوق | المحطات الشمسية الأرضية الكبيرة | على مستوى الكتلة |
| Off-grid | 1 – 20 كيلوواط | المواقع غير المتصلة بالشبكة والمناطق الزراعية | يعتمد على تصميم النظام |
ماذا تعني كفاءة العاكس؟
توضح كفاءة العاكس مقدار القدرة DC الداخلة إلى الجهاز التي يتم تحويلها إلى قدرة AC عند الخرج. وتتحول جميع الفواقد إلى حرارة. ورغم أن الأجهزة الحديثة تحقق نسب كفاءة مرتفعة، فإن نسبة مئوية واحدة في الكتالوج لا تعكس بشكل كامل الأداء الحقيقي في الموقع.
| تعريف الكفاءة | النطاق المعتاد | ما الذي توضحه |
|---|---|---|
| الكفاءة القصوى | 97% – 99% | أعلى قيمة يتم قياسها فقط عند نقطة الحمل المثالية |
| الكفاءة الأوروبية (Euro) | 95% – 98% | متوسط مرجح لمستويات تحميل مختلفة، وهو أقرب مؤشر إلى ظروف التشغيل الفعلية |
| كفاءة CEC | 95% – 98% | قيمة محسوبة بالمنطق نفسه ولكن بوزن أكبر للمناخات ذات الإشعاع الشمسي المرتفع |
| الاستهلاك الليلي | أقل من 1 واط | القدرة التي يستهلكها الجهاز نفسه عندما لا يوجد إنتاج |
ويرجع الاختلاف إلى أن العاكس لا يعمل بقدرته الاسمية طوال اليوم. ففي الصباح والمساء يعمل بأقل بكثير من سعته، بينما يقترب وقت الظهيرة من الحمل الأقصى. وبما أن الكفاءة تنخفض عند الأحمال الجزئية، فإن الكفاءة الأوروبية المعتمدة على المتوسط المرجح تقدم تقديرًا أكثر واقعية للإنتاج الفعلي.
كما تؤثر درجة الحرارة في الأداء. فعندما تتجاوز درجة حرارة البيئة حدًا معينًا، يقلل الجهاز قدرته الخارجة لحماية نفسه، ويُعرف ذلك باسم derating. ولذلك فإن وضع العاكس في مكان مظلل وجيد التهوية لا يقل أهمية عن قيمة الكفاءة نفسها.
ومن العوامل المهمة أيضًا نسبة DC/AC. ففي معظم المشاريع يتم اختيار القدرة المركبة للألواح أعلى من قدرة العاكس، لأن الألواح لا تعمل عند ذروة قدرتها خلال معظم أيام السنة. وإذا ارتفعت هذه النسبة أكثر من اللازم، يتم اقتطاع جزء من الإنتاج وقت الظهيرة. ويختلف الحساب في المواقع التي تستخدم نظام تتبع شمسي: لأن الألواح تتبع الشمس على مدار اليوم، يصبح منحنى الإنتاج أكثر اتزانًا واتساعًا من الصباح حتى المساء بدلًا من القمة الحادة المتركزة حول الظهيرة كما في الأنظمة الثابتة. وهذا يرفع معدل تحميل العاكس خلال اليوم ويقلل خطر القص، ولذلك يجب تقييم نسبة DC/AC بشكل منفصل في المشاريع المزودة بالمتتبعات. ويمكن استخدام حاسبة الطاقة الشمسية لدينا لتقدير إنتاج النظام، ومراجعة منطق الحساب في مقالنا الذي يشرح طريقة إجراء الحساب.
الأسئلة الشائعة حول العواكس
ما الفرق بين عاكس الموجة الجيبية النقية وعاكس الموجة الجيبية المعدلة؟
يكمن الفرق في مدى تشابه شكل موجة الخرج مع كهرباء الشبكة. ينتج عاكس الموجة الجيبية النقية نفس الموجة الجيبية الحقيقية الموجودة في الشبكة، وهو ضروري للأجهزة ذات المحركات، والثلاجات المزودة بضاغط، والمضخات، والأجهزة الطبية، والإلكترونيات الحساسة. أما عاكس الموجة الجيبية المعدلة فينتج موجة متدرجة وزاويّة؛ ورغم أنه يمكنه تشغيل أحمال بسيطة مثل الإضاءة أو السخانات المقاومة، فقد يسبب سخونة وطنينًا وفقدًا في الكفاءة في الأجهزة ذات المحركات. وفي أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة يتم استخدام نماذج الموجة الجيبية النقية فقط.
هل “الإنفرتر” الموجود في المكيف أو الثلاجة هو نفسه العاكس الشمسي؟
لا. رغم أنها تنتمي إلى العائلة التقنية نفسها، إلا أن وظائفها مختلفة. ففي المكيف أو الثلاجة يقوم الإنفرتر بضبط سرعة الضاغط بصورة متدرجة ويمنع التشغيل والإيقاف المتكرر، ما يساعد على توفير الطاقة. أما في نظام الطاقة الشمسية، فيحول العاكس التيار المستمر الذي تنتجه الألواح إلى تيار متردد. والقاسم المشترك بينهما هو استخدام إلكترونيات القدرة وتقنيات التبديل، لكن لا يمكن استخدام أحدهما بدل الآخر.
هل من الطبيعي أن يسخن العاكس ويصدر صوتًا أثناء التشغيل؟
قدر معين من السخونة طبيعي، لأن الطاقة المفقودة أثناء عملية التحويل تتحول إلى حرارة ويقوم الجهاز بتبديدها عبر زعانف التبريد أو المروحة. كما أن زيادة صوت المروحة خلال ساعات الإنتاج المرتفع أمر متوقع. أما السخونة المفرطة التي تجعل لمس الجهاز صعبًا، أو الطنين الحاد المستمر، أو الإغلاق المتكرر فليست طبيعية؛ وغالبًا ما تشير إلى تهوية غير كافية، أو تركيب الجهاز في مكان معرض مباشرة للشمس، أو وجود عطل في أحد المكونات.
ما الفرق بين العاكس ومنظم الشحن؟
الجهازان يؤديان وظيفتين مختلفتين ولا يمثل أحدهما بديلًا عن الآخر. يقوم منظم الشحن بتنظيم التيار المستمر القادم من اللوح إلى الجهد المناسب لشحن البطارية بأمان ويمنع الشحن الزائد؛ ويظل خرجه تيارًا مستمرًا. أما العاكس فيحول التيار المستمر القادم من البطارية أو اللوح إلى تيار متردد لتشغيل الأجهزة المنزلية العادية. وفي الأنظمة المستقلة المزودة ببطاريات يوجد الجهازان عادة معًا؛ أما في العواكس الهجينة فتكون وحدة التحكم في الشحن مدمجة داخل الجهاز.
كيف يمكن معرفة وجود عطل في العاكس؟
أول مؤشر هو بيانات الإنتاج: فإذا انخفض الإنتاج في يوم مشمس بشكل واضح عن المستوى المتوقع أو وصل إلى الصفر، فيجب فحص النظام. كما أن ظهور أكواد أخطاء على الشاشة، أو إضاءة مؤشر تحذير أحمر، أو توقف تدفق البيانات إلى تطبيق المراقبة، أو تكرار التشغيل والإيقاف تلقائيًا، أو صدور رائحة احتراق من الهيكل هي علامات شائعة. وتختلف أكواد الأخطاء من علامة تجارية إلى أخرى؛ لذا فإن مطابقتها مع جدول الأكواد في دليل الاستخدام هي الطريقة الأكثر عملية للتشخيص الصحيح.
هل يحتاج العاكس إلى صيانة، وكم مرة يجب إجراؤها؟
نظرًا إلى أن العاكس يحتوي على عدد قليل جدًا من الأجزاء المتحركة، فإن احتياجاته من الصيانة محدودة، لكنها لا ينبغي أن تُهمل. يُنصح مرة واحدة على الأقل سنويًا بتنظيف الغبار عن زعانف التبريد وشبكات المراوح، وفحص إحكام توصيلات الكابلات، والتحقق من عدم دخول الرطوبة أو الحشرات، وتطبيق تحديثات البرامج التي تصدرها الشركة المصنعة. وفي المناطق الزراعية كثيرة الغبار والمواقع الصناعية، يُفضّل تقليل هذه الفترة إلى ستة أشهر.
اترك تعليقاً