مقالات أخرى
يُعد عاكس الألواح الشمسية، في استثمار محطة طاقة شمسية، المكوّن الذي ينبغي مناقشته أكثر بعد الألواح، لكنه غالبًا ما يحظى بأقل قدر من الاهتمام. فمهما كانت جودة الألواح عالية، إذا مرّت الطاقة التي تنتجها عبر محوّل غير مُصمم بالحجم المناسب، فإن النتيجة تكون خسائر في الموقع. وبعد مقالنا الذي تناولنا فيه بالتفصيل مبدأ عمل الجهاز وأنواعه، ما هو العاكس، نركّز في هذا الدليل بالكامل على جانب الاختيار: وسنستعرض خطوة بخطوة المعايير التي يجب اعتمادها لتقييم القدرة، ونسبة DC/AC، وعدد مداخل MPPT، والكفاءة، ودرجة الحماية، والضمان، والمراقبة.
لماذا يُعد اختيار العاكس عاملًا حاسمًا في كفاءة النظام؟
كل كيلوواط ساعة يتم إنتاجه في نظام للطاقة الشمسية يمر بالضرورة عبر العاكس. لذلك فإن أداء الجهاز يؤثر مباشرة في النظام بأكمله. وبينما تظل المشكلة التي تحدث في سلسلة من الألواح عادةً محصورة في تلك السلسلة، فإن الخسارة الناتجة عن العاكس تؤثر في الموقع بالكامل.
تظهر آثار الاختيار الخاطئ في الموقع بثلاث صور. الأولى هي خسارة القص: فعندما تكون قدرة الجهاز أقل من المطلوب، لا يستطيع تمرير ذروة الإنتاج وقت الظهيرة إلى الخرج ويقوم بقص الفائض. والثانية هي خسارة الحمل الجزئي: فعندما يكون الجهاز أكبر من الحاجة، يعمل طوال اليوم عند مستوى أقل بكثير من قدرته، ومع انخفاض الكفاءة عند الأحمال المنخفضة تصبح الإنتاجية السنوية أقل من المتوقع. والثالثة هي مدة التوقف: فإذا تعطل جهاز تابع لعلامة تجارية ذات شبكة خدمة ضعيفة واضطر إلى انتظار قطع الغيار، فقد يبقى الموقع دون إنتاج لأسابيع.
تجمع هذه العناصر الثلاثة نقطة مشتركة: لا يظهر أي منها في يوم التركيب. بل تظهر جميعها في تقرير الإنتاج للسنة الأولى. لذلك فإن الاختيار قرار هندسي يجب اتخاذه في مرحلة تقديم العرض؛ أما تصحيحه لاحقًا فيتطلب استبدال الجهاز.
قدرة العاكس ونسبة DC/AC وفقًا لقدرة النظام
نقطة البداية في الاختيار هي إجمالي قدرة الألواح التي سيتم تركيبها. لكن هناك اعتقادًا شائعًا خاطئًا هنا، وهو أن قدرة العاكس يجب أن تساوي قدرة الألواح تمامًا. أما في التطبيق العملي فالوضع مختلف.
لا تعطي الألواح قيمها الاسمية إلا في ظروف المختبر (إشعاع 1000 واط/م²، ودرجة حرارة خلية 25 °م). وفي الموقع لا تتحقق هذه الظروف إلا خلال جزء صغير جدًا من السنة. تبدأ منحنيات الإنتاج الفعلية عند مستوى منخفض صباحًا، وترتفع باتجاه الظهر، ثم تنخفض مجددًا مساءً. لذلك تُختار قدرة الألواح المركبة عادةً أعلى قليلًا من قدرة العاكس. وتُسمى هذه العلاقة نسبة DC/AC وتُحسب بالمعادلة التالية:
نسبة DC/AC = إجمالي قدرة الألواح (kWp) ÷ القدرة الاسمية للعاكس على جانب AC (kW)
على سبيل المثال، عند اختيار عاكس بقدرة 10 kW لمنظومة ألواح بقدرة 12 kWp تكون النسبة 1.2. ولا يوجد نطاق ثابت صحيح لهذه النسبة؛ إذ يختلف بحسب ملف الإشعاع في الموقع، واتجاه الألواح، وما إذا كان النظام ثابتًا أم مزودًا بالتتبع.
| نوع الموقع | نسبة DC/AC النموذجية | المبرر |
|---|---|---|
| سقف ثابت مواجه للجنوب | 1.15 – 1.30 | يُظهر منحنى الإنتاج ذروة حادة وقت الظهيرة؛ ويؤدي رفع القدرة بشكل مدروس إلى زيادة الإنتاج السنوي دون التسبب في قص كبير |
| سقف بتوجيه شرق-غرب | 1.25 – 1.40 | لأن الإنتاج موزع على ساعات اليوم تكون قيمة الذروة أقل، ما يسمح باستخدام نسبة أعلى |
| نظام أرضي ثابت | 1.20 – 1.35 | في المواقع ذات الإشعاع المرتفع تُقرّب النسبة من الحد الأدنى، بينما تُقرّب من الحد الأعلى في المواقع التي تعاني من التظليل |
| موقع مزود بنظام تتبع شمسي | 1.10 – 1.25 | لأن منحنى الإنتاج يبقى عريضًا من الصباح حتى المساء، تطول مدة العمل قرب الذروة ولذلك تُحفظ النسبة عند مستوى أقل |
يتطلب الصف الأخير في الجدول اهتمامًا خاصًا. نظام التتبع الشمسي في المواقع التي تستخدم هذا النظام تتبع الألواح الشمس طوال اليوم، ولذلك يشكل منحنى الإنتاج هضبة عريضة بدلًا من ذروة حادة ومركزة حول الظهر. ويعمل الجهاز لفترة أطول بكثير بالقرب من قدرته الاسمية. وقد تؤدي نسبة DC/AC مرتفعة تم اختيارها وفق عادات الأنظمة الثابتة إلى ساعات من القص وقت الظهيرة في المواقع المزودة بأنظمة التتبع. لذلك يجب حساب النسبة بشكل مستقل في مشاريع التتبع الشمسي.
لتقدير الإنتاج السنوي لنظامك يمكنك استخدام أداة حساب الطاقة الشمسية الخاصة بنا، والاطلاع على المنطق الكامن خلف الحساب في مقالنا كيفية حساب الطاقة الشمسية .
يشير مدخل MPPT إلى عدد القنوات التي يستطيع العاكس من خلالها إدارة سلاسل الألواح بصورة مستقلة. والنقطة المهمة عند الاختيار هي أن جميع الألواح المتصلة بمدخل MPPT نفسه تُجبر على العمل عند نقطة تشغيل مشتركة. أي أنه عند تعرض لوح واحد في تلك المجموعة للتظليل، تنخفض أيضًا قدرة بقية الألواح المتصلة بالقناة نفسها.
لذلك يتم تحديد عدد مداخل MPPT وفق الترتيب الفيزيائي للسقف أو الأرض. والقاعدة العملية هي توصيل كل مجموعة ألواح تتصرف بشكل مختلف بمدخل مستقل. ومن أبرز الحالات التي تسبب اختلاف السلوك:
- أسطح سقف تواجه اتجاهات مختلفة (لا تصل الواجهتان الشرقية والغربية إلى الذروة في الوقت نفسه)
- أجزاء ذات زوايا ميل مختلفة
- مناطق تتعرض لظل المدخنة أو برج المصعد أو الأشجار أو المباني المجاورة
- سلاسل تحتوي على أعداد مختلفة من الألواح، وبالتالي تنتج جهودًا مختلفة
في سقف ذي اتجاه واحد وخالٍ من العوائق، يكون مدخلا MPPT كافيين في الغالب. أما الأسقف ذات الخطوط غير المنتظمة أو الاتجاهات المتعددة أو مصادر الظل فتحتاج إلى ثلاثة مداخل أو أكثر. وعند تخطيط توزيع الألواح، فإن معايير الاتجاه والميل الواردة في مقالنا كيفية وضع الألواح الشمسية تحدد أيضًا بدرجة كبيرة عدد مداخل MPPT التي ستحتاج إليها.
وفي مرحلة الاختيار، لا تنسَ أيضًا أن لكل مدخل MPPT حدوده الخاصة للتيار والجهد. ويُحدد عدد السلاسل التي يمكن توصيلها بمدخل واحد وفق الحد الأقصى لتيار الإدخال الوارد في ورقة بيانات الجهاز؛ وحتى إذا بدا عدد المداخل كافيًا، يجب إعادة تصميم خطة التوصيل إذا تم تجاوز حد التيار.
قيم الكفاءة: الكفاءة الاسمية والكفاءة الأوروبية
غالبًا ما تمثل النسبة المرتفعة التي تبرزها الكتالوجات الكفاءة الاسمية (القصوى)التي لا يصل إليها الجهاز إلا عند نقطة الحمل المثالية. والوقت الذي يقضيه الجهاز عند هذه النقطة في الموقع محدود. أما القيمة الرئيسية التي يجب النظر إليها عند المقارنة فهي الكفاءة الأوروبية (Euro)؛ إذ تجمع هذه القيمة أداء الجهاز عند مستويات تحميل مختلفة باستخدام متوسط مرجح، وتقدم مؤشرًا أقرب بكثير إلى الإنتاج السنوي الفعلي. أما الأجهزة المخصصة للسوق الأمريكية فتستخدم كفاءة CEC المحسوبة بمنطق مشابه.
حتى إذا كانت الكفاءة الاسمية لجهازين متساوية، فقد يصل الفرق بين كفاءتهما الأوروبية إلى نصف نقطة مئوية. ويوضح هذا الفرق مدى جودة أداء الجهاز عند الأحمال المنخفضة، وقد يكون له أثر ملحوظ في الإنتاج السنوي في المواقع التي تطول فيها فترات الصباح والمساء.
تُعد درجة الحرارة عاملًا آخر يؤثر في الكفاءة. وتوضح ورقة بيانات كل جهاز عتبة يبدأ بعدها الجهاز في خفض قدرة الخرج عند تجاوز درجة حرارة محيطة معينة. ويُسمى ذلك derating، ويتحول مباشرةً إلى خسارة في الإنتاج في المناطق التي تتجاوز فيها درجة حرارة الموقع 40 °م صيفًا. وعند الاختيار بين جهازين، فإن معرفة الدرجة التي يبدأ عندها derating أكثر فائدة من النظر إلى نسبة الكفاءة وحدها.
متصل بالشبكة أم خارج الشبكة أم هجين؟
يتعلق هذا القرار بالغرض من إنشاء النظام أكثر من كونه تفضيلًا تقنيًا، ويجب حسمه قبل بقية المعايير؛ لأن تغيير نوع الجهاز يعني إعادة حساب القدرة وإعادة تصميم مخطط التوصيل من البداية.
| المقارنة | متصل بالشبكة (on-grid) | خارج الشبكة (off-grid) | هجين |
|---|---|---|---|
| الحاجة إلى بطارية | لا توجد | إلزامية | اختيارية، ويمكن إضافتها لاحقًا |
| عند انقطاع الشبكة | يتوقف الإنتاج | لا يتأثر | يستمر التغذية من البطارية |
| الإنتاج الفائض | يُرسل إلى الشبكة ويُحتسب بالمقاصة | يُهدر بعد امتلاء البطارية | إلى البطارية أولًا، ثم إلى الشبكة |
| الاستخدام النموذجي | أسطح المنازل والمصانع، ومحطات الطاقة الشمسية الأرضية | الأراضي غير المتصلة بالشبكة، والمنازل الجبلية، ومحطات الاتصالات | المنشآت الحساسة لانقطاع الكهرباء |
| تعقيد النظام | الأدنى | متوسط، ويتطلب إدارة البطارية | الأعلى |
تُعد الأنظمة المتصلة بالشبكة الخيار القياسي لـ محطات الطاقة الشمسية على الأسطح و مشاريع الاستهلاك الذاتي للمصانع . وفي الأنظمة الهجينة يعتمد الجانب الاقتصادي من القرار على كيفية الاستفادة من فائض الإنتاج؛ ويمكن أن يكون مقالنا حول المقاصة بالساعة دليلًا مفيدًا في هذا الموضوع. أما في أنظمة خارج الشبكة، فبما أن كيمياء البطارية تحدد العمر التشغيلي بقدر الجهاز نفسه، فإننا نوصي بتقييم أنواع بطاريات الطاقة الشمسية مسبقًا.
درجة الحماية IP ونطاق درجة حرارة التشغيل
درجة IP هي رمز مكوّن من رقمين يوضح مستوى حماية الجهاز من الأجسام الصلبة والماء. يشير الرقم الأول إلى الحماية من الغبار والأجسام الصلبة، بينما يشير الرقم الثاني إلى مستوى الحماية من دخول الماء. وإذا كان موقع التركيب في الهواء الطلق، فإن هذه القيمة تعد معيارًا لا يمكن التنازل عنه.
| درجة الحماية | المعنى | مكان التركيب المناسب |
|---|---|---|
| IP54 | حماية محدودة من الغبار ومقاومة لرذاذ الماء | غرفة تقنية مغلقة، مرآب، غرفة كهرباء |
| IP65 | محكم تمامًا ضد الغبار ومقاوم لنفث الماء منخفض الضغط | واجهة خارجية، أسفل السقف، منطقة محمية بالمظلة أو الحافة |
| IP66 | محكم تمامًا ضد الغبار ومقاوم لنفث الماء القوي | أرض مفتوحة، مواقع زراعية كثيرة الغبار، مناطق ساحلية |
يوضح نطاق درجة حرارة التشغيل درجات الحرارة المحيطة التي يستطيع عندها الجهاز العمل دون خفض قدرته. وبالنظر إلى أن درجة حرارة سطح السقف في ظروف الصيف بتركيا قد تصل إلى 60 °م، فإن الطرازات ذات نطاق الحرارة الواسع وعتبة derating المرتفعة توفر ميزة واضحة. تأثير الظروف المناخية في كفاءة النظام يجب أخذه في الاعتبار ليس فقط من جانب الألواح، بل من جانب العاكس أيضًا.
ملاحظة عملية بشأن التركيب: حتى إذا كانت درجة IP مرتفعة، فإن تركيب الجهاز على جدار يتعرض مباشرة لأشعة الشمس يسبب إجهادًا حراريًا غير ضروري. ويظل الموقع المظلل ذو التهوية غير المعاقة هو الخيار الأفضل دائمًا.
مدة الضمان وشبكة الخدمة المحلية
في حين أن ضمانات الأداء لمدة 25-30 سنة أصبحت معيارًا للألواح، فإن ضمانات العواكس تتراوح عادةً بين 5 و10 سنوات، ويقدم معظم المصنعين خيارات تمديد مدفوعة. ويعني هذا الفرق احتمال الحاجة إلى استبدال الجهاز مرة واحدة على الأقل خلال عمر النظام؛ لذلك يجب احتساب هذه التكلفة منذ البداية عند تخطيط الاستثمار.
أهم من مدة الضمان نفسها هو الوصول إلى الخدمة. وعند التقييم يجب توضيح الأسئلة التالية:
- هل تمتلك العلامة التجارية في تركيا خدمة فنية معتمدة ومخزونًا من قطع الغيار؟
- ما مدة الاستجابة الملتزم بها في حال حدوث عطل؟
- هل يغطي الضمان الجهاز فقط أم يشمل أيضًا أجور العمل والشحن؟
- هل يمتلك المصنع سجلًا في السوق طويلًا بما يكفي لضمان تغطية مدة الضمان؟
النقطة الأخيرة أكثر أهمية مما قد تبدو عليه. فضمان عشر سنوات لا تكون له قيمة إلا إذا كان المصنع لا يزال يعمل بعد عشر سنوات. وخصوصًا في مشاريع محطات الطاقة الشمسية على مستوى الميغاواط، فإن انتظار قطعة غيار لجهاز واحد لأسابيع قد يسبب خسارة إنتاج كبيرة.
دعم المراقبة
ظل دعم المراقبة لفترة طويلة يُنظر إليه باعتباره ميزة «من الجيد وجودها»، لكنه أصبح اليوم أداة أساسية لاكتشاف الأعطال. ترسل الأجهزة الحديثة البيانات عبر Wi-Fi أو Ethernet أو RS485 أو وحدة اتصال خلوية، ويمكن متابعة هذه البيانات من خلال لوحة ويب أو تطبيق للهاتف المحمول.
عند الاختيار يجب التحقق من مدة الاحتفاظ بسجل البيانات، وما إذا كان القياس يتم على مستوى السلسلة (string) أم على المستوى الإجمالي فقط، وما إذا كانت المراقبة عن بُعد تتطلب اشتراكًا إضافيًا، وما إذا كان النظام يسمح بتصدير البيانات.
يسمح النظام الذي يوفر قياسًا على مستوى السلسلة بتشخيص انخفاض الإنتاج دون التوجه إلى الموقع، لأنه يوضح مباشرة أي جزء تسبب في المشكلة. وفي الواقع، فإن معرفة ما إذا كانت الألواح تعمل تكون غالبًا أسرع من خلال مقارنة السلاسل على شاشة المراقبة. ويمكن اكتشاف الاتساخ أو التظليل أو تعطل لوح واحد عبر هذه الشاشة قبل أسابيع.
هل تبحث عن الحل الأنسب للطاقة الشمسية لمشروعك؟
احصل على معاينة مجانية وعرض سعر من فريق خبرائنا لأنظمة التتبع الشمسي وتركيبات الألواح الثابتة المصممة لأرضك أو مصنعك أو سطحك.
الأسئلة الشائعة حول اختيار العاكس
هل يجب اختيار عاكس أحادي الطور أم ثلاثي الطور؟
العامل الحاسم هو نوع الاشتراك الكهربائي الحالي للمنشأة. تستخدم المنازل عادةً تغذية أحادية الطور، وتُستخدم الأجهزة أحادية الطور في الأنظمة التي تصل قدرتها إلى نحو 10 kW. أما أماكن العمل والورش والمصانع ذات التغذية ثلاثية الطور، فيُفضل فيها استخدام طراز ثلاثي الطور؛ وبذلك يتوزع الحمل بالتساوي على الأطوار ويُتجنب ارتفاع الجهد على طور واحد. ورغم أن توصيل جهاز أحادي الطور بمنشأة ذات تغذية ثلاثية الطور ممكن تقنيًا، فإنه غير موصى به لأنه يسبب عدم توازن بين الأطوار.
هل يمكن استخدام ألواح وعاكسات من علامات تجارية مختلفة معًا؟
نعم، يمكن ذلك. يعتمد التوافق بين اللوح والعاكس على القيم الكهربائية لا على العلامة التجارية. يجب ألا يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة لسلسلة الألواح الحد الأقصى لجهد دخل العاكس، وأن يبقى تيار السلسلة دون حد تيار الإدخال، وأن يقع جهد السلسلة ضمن نطاق تشغيل MPPT للجهاز. وما دامت هذه الشروط الثلاثة متحققة، فإن اختلاف العلامة التجارية لا يسبب مشكلة. لكن يجب الانتباه إلى أن بعض ميزات المراقبة والتحسين لدى بعض المصنعين تعمل فقط ضمن منظومتهم الخاصة.
ما الفرق بين العاكس المزود بمحول والعاكس من دون محول؟
في الطرازات المزودة بمحول، يتم عزل جانبي DC وAC كهربائيًا عن بعضهما بواسطة محول؛ ويُفضل هذا التصميم في بعض متطلبات التأريض الخاصة وبعض تقنيات الألواح، لكنه يجعل الجهاز أثقل ويخفض كفاءته قليلًا. أما الطرازات من دون محول فلا تحتوي على هذا العزل، لكنها توفر كفاءة أعلى وهيكلًا أخف. وفي الوقت الحاضر تُبنى الغالبية العظمى من الأنظمة المتصلة بالشبكة باستخدام أجهزة من دون محول.
ما المسافة المناسبة للكابل بين الألواح والعاكس؟
لا يوجد حد أقصى ثابت، لكن كلما زادت المسافة زاد هبوط الجهد في خط DC، ما يتحول مباشرةً إلى خسارة. والهدف في التصميم هو إبقاء هبوط الجهد في جانب DC عند نحو واحد بالمئة. وإذا كانت المسافة الطويلة ضرورية، فالحل هو زيادة مقطع الكابل. لذلك يُوضع العاكس أقرب ما يمكن إلى سلاسل الألواح مع الإبقاء على خط AC إلى لوحة التوزيع قصيرًا.
هل سأحتاج إلى استبدال العاكس إذا أضفت ألواحًا لاحقًا؟
يعتمد ذلك على قدرة الإدخال ونسبة DC/AC للجهاز الحالي. فإذا بقيت الألواح المضافة ضمن الحد الأقصى لقدرة إدخال DC وحدود تيار MPPT، فلا حاجة إلى الاستبدال. أما إذا تم تجاوز هذه الحدود، فهناك خياران: استبدال الجهاز بطراز أكبر، أو تركيب عاكس ثانٍ للجزء المضاف. وفي المشاريع التي يُتوقع فيها توسيع القدرة مستقبلًا، فإن اختيار طراز يترك هامشًا في قدرة الإدخال منذ التركيب الأول يمنع تكاليف إضافية لاحقًا.
متى يجب استبدال العاكس؟
يبلغ متوسط العمر التشغيلي المقبول في السوق عادةً 10-15 سنة، وبما أن الألواح تدوم لفترة أطول بكثير، فإن استبدال العاكس مرة واحدة خلال عمر النظام يُعد أمرًا طبيعيًا. ويعتمد قرار الاستبدال على سلوك الجهاز أكثر من عمره الزمني؛ فانخفاض الإنتاج بشكل دائم تحت ظروف الإشعاع نفسها، وتكرار رموز الأعطال، والانطفاء الذاتي المتكرر، وتزايد مشكلات المروحة والتبريد كلها مؤشرات على أن وقت الاستبدال قد حان.
اترك تعليقاً