صناديق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر مقابل التيار المتردد: شرح الاختلافات الرئيسية

عند التخطيط لنظام الطاقة الشمسية، توجد العديد من خيارات المعدات التي يجب مراعاتها، ولكن اختيار صندوق تجميع التيار المستمر (DC) أو صندوق تجميع التيار المتردد (AC) يُعدّ من أهمها. يؤثر هذا الاختيار على كل شيء، بدءًا من الالتزام بقواعد السلامة وصولًا إلى كفاءة عمل النظام. يرشدك هذا المقال إلى الاختلافات الأساسية بين صناديق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد وصناديق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر، وكيفية استخدامها. اختر صندوق تجميع الطاقة الشمسية المناسب حسب احتياجاتك.

ما هو صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر؟

يتم وضع صندوق تجميع الطاقة الشمسية DC بين الألواح الشمسية والمحول. يقوم هذا الصندوق بتجميع عدة سلاسل من الخلايا الكهروضوئية في مخرج واحد باستخدام صندوق تجميع الألواح الكهروضوئية. يجمع هذا الجهاز بأمان طاقة التيار المستمر عالية الجهد القادمة من ألواح الطاقة الشمسية، ويضم أجهزة أمان مهمة مثل الصمامات، وأجهزة الحماية من زيادة التيار، ومفاتيح الفصل المصممة للعمل مع طاقة التيار المستمر. تخيله كشرطي مرور.

ما هو صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد؟

على الجانب الآخر من جهاز العاكس، يوجد صندوق تجميع التيار المتردد الذي يجمع الطاقة من عدة أجهزة عاكسة أو أجهزة عاكسة دقيقة قبل إرسالها إلى لوحة التوزيع الكهربائية الرئيسية أو شبكة الكهرباء العامة. عادةً ما يحتوي هذا الصندوق على قواطع دوائر التيار المتردد، وأجهزة حماية من ارتفاع التيار المفاجئ، ومعدات تتبع مصممة لأنظمة التيار المتردد. وهو يعمل كمركز رئيسي للكهرباء المُهيأة.

أهم عشرة اختلافات بين صناديق تجميع الطاقة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر والتيار المتردد

الوظيفة الكهربائية الأساسية

صندوق تجميع التيار المستمر

تُرسل الطاقة الخام غير المُتحكم بها من الألواح الشمسية إلى صندوق تجميع التيار المستمر. يقوم هذا الصندوق بتجميع التيار المستمر من عدة سلاسل، حيث تمثل كل سلسلة مجموعة من الألواح المتصلة على التوالي، ثم يجمعها في خرج تيار مستمر واحد يمكن لجهاز العاكس استخدامه. قبل بدء عملية تحويل التيار، يُسهّل هذا التجميع عملية توصيل الأسلاك ويضمن سلامة النظام.

صندوق تجميع التيار المتردد

يتولى صندوق تجميع التيار المتردد المهمة بعد أن تقوم المحولات بتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد يمكن استخدامه مع الشبكة. فهو يستقبل مخرجات التيار المتردد من عدة محولات سلسلة أو محولات دقيقة، ويجمعها في خط تغذية واحد للوحة التوزيع الرئيسية أو نقطة توصيل الشبكة. يضمن هذا الإعداد تنظيم نظام توزيع التيار المتردد، والتزامه بالقواعد، وتوفير الحماية اللازمة ضد التيار الزائد.

مستويات الجهد ونوع الطاقة

صندوق تجميع التيار المستمر

تعمل صناديق تجميع التيار المستمر بفولتيات أعلى بكثير. تعمل معظم الأنظمة الحالية بفولتيات 600 فولت، أو 1000 فولت، أو حتى 1500 فولت تيار مستمر. تُحسّن هذه الفولتيات العالية الكفاءة عن طريق خفض التيار والسماح بتصغير حجم الأسلاك، ولكنها تُشكّل أيضًا مخاطر كبيرة لحدوث شرارة كهربائية تتطلب قطع غيار خاصة. يجب أن يكون مُجمّع التيار المستمر قادرًا على تحمّل إجهاد التيار المستمر المستمر دون أن يتعطل.

صندوق تجميع التيار المتردد

تعمل صناديق تجميع التيار المتردد مع الفولتيات الشائعة للتيار المتردد، والتي قد تكون 208 فولت، أو 240 فولت، أو 400 فولت، أو 480 فولت، وذلك حسب موقعك الجغرافي وحجم نظامك. يمر التيار المتردد بشكل طبيعي فوق الصفر خمسين أو ستين مرة في الثانية، مما يسهل إخماد الشرارة الكهربائية. ويستند كل خيار تصميمي آخر بين هذه الصناديق على هذا الاختلاف الأساسي في كيفية عمل الطاقة.

تصميم المكونات وأجهزة الحماية

صندوق تجميع التيار المستمر

يجب أن تكون مكونات صندوق التيار المستمر مصممة خصيصًا للاستخدام مع التيار المستمر. يوجد نوعان من الصمامات: صمامات سلسلة أو صمامات حماية. قواطع الدائرة الكهربائية الثابتة للتيار المستمر مصممة للعمل مع التيار المستمر ومصممة لإيقاف شرارات التيار المستمر بأمان. تُستخدم مقاومات متغيرة متخصصة قادرة على التعامل مع طاقة التيار المستمر الثابتة في أجهزة الحماية من ارتفاع التيار المستمر. ولإيقاف أقواس التيار المستمر بشكل صحيح، يجب أن تكون فجوات التلامس في مفاتيح الفصل أكبر.

صندوق تجميع التيار المتردد

تعمل القطع العادية المصممة للعمل مع التيار المتردد بكفاءة عالية هنا. في أغلب الأحيان، تُستخدم قواطع الدائرة الكهربائية المصبوبة (MCCBs) أو قواطع الدائرة المصغرة (MCBs) ذات قدرة قطع التيار المتردد العادية. تختلف تصنيفات واقيات التيار المتردد (النوع 1 أو النوع 2) وطريقة توصيلها عن واقيات التيار المستمر. فهي أرخص ولا تُسبب ضغطًا كبيرًا على القطع كما تفعل نظيراتها من التيار المستمر.

متطلبات السلامة من الأعطال القوسية

صندوق تجميع التيار المستمر

تُعاني أنظمة التيار المستمر من مشاكل أمان خاصة لأن شرارات التيار المستمر لا تنطفئ تلقائيًا. وهذا ما يجب أن يُعالجه صندوق تجميع التيار المستمر بأكثر من طريقة. أولًا، ينص قانون الكهرباء الوطني (NEC 690.11) على ضرورة احتواء العديد من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على أسطح المنازل على قواطع دوائر الحماية من القوس الكهربائي (AFCI). ثانيًا، يجب أن تستوفي جميع فواصل التيار المستمر معايير محددة للسرعات والمسافات بين نقاط التلامس. ثالثًا، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى عزل إضافي وأطوال زحف أطول لصناديق تجميع التيار المستمر لمنعها من التسرب عبر الأسطح.

صندوق تجميع التيار المتردد

جميع معدات توزيع الكهرباء، بما في ذلك صناديق تجميع التيار المتردد، معرضة لمخاطر الوميض القوسي الكهربائي نفسها. ورغم خطورتها، فإن أقواس التيار المتردد تنطفئ تلقائيًا عند نقاط عبور الصفر، مما يُسهّل عملية الحماية. يستخدم مُجمِّع التيار المتردد لديك وسائل الحماية العادية من التيار الزائد وقواعد السلامة الكهربائية المعتادة؛ ولا يحتاج إلى اتباع أي قواعد خاصة بأعطال القوس الكهربائي في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

نقطة التركيب النموذجية في نظام الطاقة الشمسية

صندوق تجميع التيار المستمر

سيتم وضع صناديق تجميع التيار المستمر بالقرب من صفوف الألواح الشمسية. وعادةً ما تُثبّت على قضبان السطح، أو هياكل التثبيت الأرضية، أو الجدران الخارجية القريبة من الصفوف. يقلل هذا الموقع من عدد كابلات التيار المستمر الطويلة التي تتطلب أسلاك نحاسية باهظة الثمن وتتعرض لانخفاض الجهد. تتلقى غرفة العاكس المركزية أو العواكس الخارجية القريبة الطاقة من عدة صناديق تجميع للتيار المستمر.

صندوق تجميع التيار المتردد

يقع صندوق تجميع التيار المتردد على الجانب الآخر من المحولات. في أغلب الأحيان، يوجد هذا الصندوق داخل غرف الكهرباء، بالقرب من لوحات التوزيع الرئيسية، أو خارجها بجوار وحدات العاكس في حاويات مقاومة للعوامل الجوية. يُعدّ صندوق تجميع التيار المتردد آخر نقطة يتم فيها تجميع الطاقة قبل دخولها إلى نظام توزيع المبنى أو ربطها بشبكة الكهرباء عند نقطة التوصيل المشتركة.

توافق أنواع العاكس

صندوق تجميع التيار المستمر

لا يمكن استخدام مُجمِّع التيار المستمر إلا مع العواكس المركزية وعواكس السلسلة التي تقبل مدخلات التيار المستمر. في مشاريع الطاقة واسعة النطاق، تتصل عدة مُجمِّعات تيار مستمر بعاكس مركزي واحد موضوع في حاوية منفصلة. يحصل كل عاكس في نظام عاكس السلسلة التجاري على الطاقة من صندوق مُجمِّع تيار مستمر واحد أو أكثر. يجب أن يتوافق الصندوق تمامًا مع أعلى قيم جهد وتيار دخل العاكس.

صندوق تجميع التيار المتردد

تعمل مُجمِّعات التيار المتردد مع المحولات الدقيقة، وهي أنظمة مصممة خصيصًا للتيار المتردد، ومع مخارج التيار المتردد من محولات السلسلة التقليدية. في أنظمة المحولات الدقيقة، يجمع مُجمِّع التيار المتردد مخارج عشرات المحولات المنفصلة المنتشرة عبر المصفوفة. يأخذ مُجمِّع التيار المتردد مخرج كل محول سلسلة ويجمعها في مصدر واحد يسهل التعامل معه. في الوقت الحاضر، غالبًا ما تعمل مُجمِّعات التيار المتردد مع المعدات التي تتوقف عن العمل بسرعة وتفصل التيار الكهربائي، وهو أمر ضروري لشركات الكهرباء.

نطاق النظام وحالات الاستخدام

صندوق تجميع التيار المستمر

تستخدم محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق والمنشآت التجارية الكبيرة أجهزة تجميع التيار المستمر بكثرة. فعلى سبيل المثال، قد تستخدم محطة طاقة شمسية بقدرة 10 ميغاواط مئات من صناديق تجميع التيار المستمر في مواقعها. تقوم هذه الصناديق بتجميع ما بين 10 إلى 20 سلسلة من الأقطاب الكهربائية قبل إرسال الطاقة إلى المعالجات المركزية. يجب أن تكون هذه الصناديق قادرة على تحمل الظروف الجوية القاسية في الخارج لمدة 25 عامًا أو أكثر مع ضمان عملها بأمان عند الفولتية العالية.

صندوق تجميع التيار المتردد

عند استخدام أنظمة توليد الطاقة الموزعة، تبرز أهمية مُجمِّعات التيار المتردد. فهي تُسهِّل ربط أنظمة الطاقة الشمسية التجارية المثبتة على أسطح المباني، والتي تحتوي على مُحولات متعددة السلاسل، بشبكة الكهرباء. كما تُضاف مُجمِّعات التيار المتردد غالبًا كترقية للوحة الرئيسية لأنظمة المحولات الدقيقة المنزلية الكبيرة. وتُستخدم أيضًا لتنظيم تدفق الطاقة في المباني الصناعية التي تحتوي على أكثر من نظام شمسي يُغذي ناقلًا مشتركًا. ويتزايد استخدام مُجمِّعات التيار المتردد لدمج مُخرجات المحولات، حتى في أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات.

تعقيد الأسلاك والتركيب

صندوق تجميع التيار المستمر

انتبه جيدًا لكل التفاصيل عند تركيب مُجمِّع التيار المستمر. يدخل كل سلك إلى الصندوق عبر قنواته أو مواسيره الخاصة، وينتهي بحامل المصهر أو مفتاح الدائرة. ستحتاج إلى حساب انخفاض الجهد بدقة، والتأكد من صحة استقطاب جميع المكونات، وأن جميع الأجزاء المصممة للعمل مع التيار المستمر تتوافق مع جهد النظام. نظرًا لارتفاع جهد التيار المستمر، يجب ترك مسافة أكبر بين الأجزاء، ويجب ثني الأسلاك ضمن نصف قطر أصغر.

صندوق تجميع التيار المتردد

تتبع تركيبات مُجمِّعات التيار المتردد الممارسات الكهربائية المألوفة. من كل عاكس إلى المُجمِّع، ستستخدم أسلاك تيار متردد عادية. تنتهي الأسلاك بقواطع كهربائية ذات حجم مناسب، وستقوم بتوصيل التغذية الرئيسية بجانب الحمل. على الرغم من سهولة ذلك مقارنةً بالتيار المستمر، إلا أنه لا يزال عليك التأكد من استيفاء معايير شركة الكهرباء للربط البيني، والتأكد من توازن الأطوار بشكل صحيح، والتأكد من أن تصنيف القاطع الرئيسي يطابق إجمالي خرج العاكس. عادةً ما تحتاج الأنظمة المتصلة بالشبكة إلى فواصل كهربائية مُقفلة يسهل على شركات الكهرباء الوصول إليها، وتكون مُدمجة في مجموعة مُجمِّع التيار المتردد.

المراقبة والتشخيص والملحقات

صندوق تجميع التيار المستمر

توفر مُجمّعات التيار المستمر الحديثة تتبعًا متقدمًا على مستوى السلسلة. تُرسل مستشعرات التيار الموجودة على كل سلسلة بيانات إلى منصات تتبع مركزية، تُعلمك فورًا إذا كانت السلسلة لا تعمل بكفاءة بسبب الظل أو الأوساخ أو عطل في المعدات. يمكنك فحص التوصيلات بأمان أثناء تشغيلها باستخدام منافذ التصوير الحراري. تحتوي بعض الوحدات الأكثر تطورًا على فواصل على مستوى السلسلة، يمكن استخدامها لفصل السلاسل أثناء الإصلاح دون الحاجة إلى إيقاف تشغيل المصفوفة بأكملها.

صندوق تجميع التيار المتردد

يركز مُجمِّع التيار المتردد على أداء النظام ككل بدلاً من تفاصيل كل سلسلة على حدة. غالبًا ما تُوضع عدادات قياس دقيقة داخل مُجمِّعات التيار المتردد للتحقق من الإنتاج ومراقبة الأداء. كما تُراقب أجهزة تحليل جودة الطاقة الجهد والتردد ومعامل القدرة عند نقطة التقاء سلكين. تحتوي العديد من مُجمِّعات التيار المتردد على واجهات لمراقبة الأحوال الجوية تربط بيانات الخرج بأحوال الطقس، مما يُتيح لك الحصول على صورة كاملة عن نظامك.

المعايير التنظيمية واحتياجات الاعتماد

صندوق تجميع التيار المستمر

يجب أن تستوفي مُجمِّعات التيار المستمر معايير صارمة خاصة بالأنظمة الكهروضوئية. تخضع عمليات التصنيع والاختبار لمعيار UL 1741 في أمريكا الشمالية ومعيار IEC 61439-2 في بقية أنحاء العالم. إذا نصت القوانين المحلية على ذلك، فستحتاج إلى شهادة للتعامل مع أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر وفقًا لمعيار UL 1699B. أصبحت خاصية الإغلاق السريع عاملاً بالغ الأهمية في تصميم مُجمِّعات التيار المستمر. تأتي العديد من الصناديق الآن مزودة بمُشغِّلات إغلاق ومؤشرات حالة مدمجة، كما هو مطلوب بموجب معيار NEC 690.12.

صندوق تجميع التيار المتردد

يجب أن تستوفي مُجمّعات التيار المتردد معايير أدوات التوزيع مثل UL 67 أو IEC 61439-1. كما توجد قواعد بشأن كيفية ربط مُجمّع التيار المتردد بشركة الكهرباء (IEEE 1547 في الولايات المتحدة)، والتي تشمل الحماية من التوصيل العكسي وإعدادات فصل الجهد/التردد. في كثير من الأماكن، يلزم وجود فواصل قابلة للقفل مرئية لشركة الكهرباء، مُدمجة في وحدة مُجمّع التيار المتردد أو بجوارها.

جدول ملخص: اختلافات التركيب والتطبيق

ميزة	صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر	صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد
موقع التركيب	بالقرب من مصفوفات الخلايا الكهروضوئية (تركيب على السطح/الأرض)	بالقرب من العاكسات أو اللوحة الرئيسية
توافق العاكس	محولات مركزية ومحولات سلسلة (مدخل تيار مستمر)	محولات دقيقة ومخارج تيار متردد
المقياس النموذجي	المرافق، التجارية، السكنية الكبيرة	أنظمة المحولات الدقيقة التجارية والصناعية
تركيز الأسلاك	القطبية، وانخفاض الجهد، وتصنيفات التيار المستمر	توازن الطور، تنسيق المرافق
مستوى المراقبة	التيار والجهد على مستوى السلسلة	إنتاج الطاقة الإجمالي وجودة الطاقة
الشهادات الرئيسية	يو إل 1741، آي إي سي 61439-2، يو إل 1699 بي	UL 67، IEC 61439-1، IEEE 1547

صناديق تجميع الطاقة الشمسية DC مقابل AC - أيهما أفضل؟

يعتمد اختيارك كليًا على كيفية بناء النظام، لذا لا يوجد خيار "أفضل" دائمًا. تُعدّ صناديق تجميع التيار المستمر الخيار الأمثل عند الحاجة إلى مراقبة سلاسل العاكسات ودمج الفولتيات العالية في أنظمة الطاقة الشمسية واسعة النطاق، أو التجارية، أو السكنية الكبيرة، باستخدام عاكسات مركزية أو عاكسات سلاسل. اختر صناديق تجميع التيار المتردد لأنظمة العاكسات الدقيقة، أو المنشآت التي تحتوي على أكثر من عاكس سلسلة واحد، أو أي مشروع آخر يتطلب اتصالًا مباشرًا بالشبكة بعد عملية التحويل. تُعدّ مُجمّعات التيار المستمر في المصفوفة ومُجمّعات التيار المتردد في نقطة التجميع من العناصر الأساسية للعديد من المشاريع الكبيرة. يُعدّ مدى ملاءمة مُجمّع التيار لتصميم العاكس وحجم المشروع أمرًا بالغ الأهمية.

احصل على صناديق تجميع الطاقة الشمسية المخصصة للتيار المستمر والتيار المتردد من شركة KDM Steel

نحن نعلم في كيه دي إم ستيل لا تُؤدي الخيارات الجاهزة دائمًا الغرض المطلوب. لذا، نصنع صناديق تجميع الطاقة الشمسية المخصصة للتيار المستمر والتيار المتردد، والمصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتك بدقة، سواء كنت بحاجة إلى مُجمِّعات تيار مستمر بقدرة 1500 فولت على نطاق واسع مع نظام مراقبة أعطال القوس الكهربائي، أو لوحات تجميع تيار متردد مزودة بأجهزة قياس دقيقة. اطلع على مجموعتنا من صناديق التجميع أو اتصل بنا لمناقشة احتياجات مشروعك.

الأسئلة الشائعة

هل يقوم صندوق تجميع الطاقة الشمسية بتحويل الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد؟

إذا كنت تقصد التحويل، فهذا هو الغرض من العاكس. صندوق التجميع يحمي ويجمع خطوط الكهرباء فقط؛ فهو لا يغير نوع الطاقة.

هل تحتاج صناديق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد إلى قواطع دوائر كهربائية لكل مولد؟

نعم، يحتاج كل مدخل من مداخل العاكس إلى حماية خاصة به من التيار الزائد تتناسب مع حجم مخرجه. وهذا يحمي أدواتك ومبناك من المشاكل.

هل من الممكن أن يعمل صندوق تجميع الطاقة الشمسية بدون حماية من زيادة التيار؟

من الناحية الفنية، يمكنك ذلك، لكن الصواعق والتغيرات المفاجئة في شبكة الكهرباء قد تُلحق الضرر بأدواتك. احرص دائمًا على تضمين أجهزة الحماية من الصواعق ذات التصنيف المناسب - التكلفة الأولية هي أفضل من الفشل الكارثي.

هل يحتاج صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر إلى مفتاح إيقاف منفصل؟

وفقًا للمعيار NEC 690.15 الخاص بطرق فصل معدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فإن معظم الأماكن تحتاج إلى ذلك. وبالمقارنة مع الخيارات الخارجية، فإن المفاتيح المدمجة تجعل الامتثال والصيانة أسهل.

هل من الممكن استخدام صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد بدلاً من صندوق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المستمر؟

لا، لا تستطيع قطع التيار المتردد إيقاف شرارات التيار المستمر، كما أنها لا تتوافق مع قيم الجهد المناسبة. استخدام النوع الخاطئ قد يتسبب في نشوب حريق، أو إتلاف المعدات، أو مخالفة القانون بشكل خطير.

هل تحتوي صناديق تجميع الطاقة الشمسية للتيار المتردد أيضاً على حماية من زيادة التيار؟

يأتي الكثير منها مزودًا بأجهزة حماية من النوع الثاني للتيار المتردد، ويجب عليك دائمًا طلبها. قد ترغب في إضافة أجهزة حماية خارجية من النوع الأول عند مدخل الخدمة للأماكن التي تحتاج إلى مزيد من الإضاءة.

هل تحتاج أنظمة المنازل الصغيرة إلى صندوق تجميع؟

ليس ذلك مطلوبًا دائمًا، ولكنه يُنصح به بشدة، حتى بالنسبة للوحات من 6 إلى 8. فهو يضع الحماية في مكان واحد، ويجعل التوسع أسهل، ويمنع الأسلاك غير المنظمة والتي لا تحتوي على ميزات أمان كافية.

هل من الممكن أن يقوم صندوق تجميع واحد بالتعامل مع كل من التيار المستمر والتيار المتردد؟

لا تستوعب الصناديق القياسية إلا نوعًا واحدًا من الدوائر، ولكن توجد صناديق مختلطة مصممة للتعامل مع أنظمة أكثر تعقيدًا. تحتوي هذه الصناديق على أقسام منفصلة بحواجز لكل نوع من أنواع الدوائر.

هل يمكن استخدام صناديق تجميع التيار المستمر والتيار المتردد في نظام هجين؟

نعم، يجب أن يعمل كلا النوعين معًا في معظم الأنظمة المختلطة. تتصل ألواح الطاقة الشمسية بمجمعات التيار المستمر، لكن الأجزاء المتصلة بالتيار المتردد تحتاج إلى تجميع تيار متردد خاص بها.