عندما يقوم المستخدمون بتوسيع أو ترقية أنظمة الطاقة الشمسية الخاصة بهم، غالبًا ما يواجهون سؤالًا شائعًا: هل يمكن استخدام ألواح شمسية بقدرات مختلفة معًا، وهل يمكنها العمل بشكل صحيح مع نفس نظام العاكس الشمسي؟ تصبح هذه المسألة مهمة بشكل خاص عند إضافة ألواح جديدة إلى إعداد موجود، حيث قد يؤثر اختلاف قدرة الألواح الشمسية على أداء النظام الشمسي وكفاءته بشكل عام.
في الواقع، يعتمد خلط الألواح الشمسية ذات القدرات المختلفة على عدة عوامل رئيسية مثل طريقة التوصيل (على التوالي مقابل التوازي)، وعدد مدخلات MPPT في العاكس الشمسي، وتصميم النظام الشمسي العام.
في هذا المقال، سنشرح توافق الألواح الشمسية، وتأثيرات خلط الألواح ذات القدرات المختلفة، وهل يمكن لعواكس الطاقة الشمسية دعم مدخلات بقدرات مختلطة، وكيفية استخدام الألواح ذات القدرات المختلفة بأمان لمساعدتك في تصميم وتحسين نظام الطاقة الشمسية الخاص بك بشكل أفضل.
هل يمكن استخدام ألواح شمسية بقدرات مختلفة معًا؟
الإجابة المختصرة هي: نعم، ولكن يجب اتباع مبادئ مطابقة التيار أو مطابقة الجهد.
يمكن توصيل الألواح الشمسية ذات القدرات المختلفة فعليًا في نفس النظام. سواء عملت بشكل صحيح — ومدى كفاءتها — يعتمد على اختيارك للتوصيل على التوالي أو التوازي، ومدى تطابق المعلمات الرئيسية — خاصة Imp (التيار عند نقطة القدرة القصوى) وVmp (الجهد عند نقطة القدرة القصوى) — بين الألواح.
- في التوصيل على التوالي، التيار الكلي يقتصر على اللوح الذي لديه الأدنى التيار في السلسلة. هذا هو تأثير الدلو. على سبيل المثال، إذا قمت بتوصيل لوح 300 واط (10A Imp) على التوالي مع لوح 100 واط (5A Imp)، فإن التيار الناتج للسلسلة بأكملها لن يتجاوز 5A. ونتيجة لذلك، يمكن للوح 300 واط أن يقدم أقل من نصف طاقته، مما يخلق خسارة عدم التطابق.
- في التوصيل على التوازي، فإن جهد النظام يقتصر على اللوح الذي لديه أدنى جهد. إذا كان Vmp تختلف قيم لوحين كثيرًا، حيث سيؤدي اللوح ذو الجهد المنخفض إلى "سحب" اللوح ذو الجهد الأعلى وقد يتحول حتى إلى حمل يستهلك الطاقة بدلاً من المساهمة في الإنتاج.
حتى إذا تمكنت من توصيلها، تصبح نقطة الطاقة القصوى المجمعة لجميع الألواح غير واضحة — لأن الألواح ذات القدرات المختلفة لها مواقع جهد/تيار ذروة مختلفة. هذا يجعل من الصعب على MPPT الخاص بالمحول تحديد نقطة التشغيل المثلى الحقيقية.
هل يمكن لمحولات الطاقة الشمسية العمل مع ألواح شمسية ذات قدرات مختلطة؟
في تصميم أنظمة الطاقة الشمسية الحقيقية، بسبب تعقيد تخطيطات الأسطح، أو احتياجات توسيع النظام، أو قيود الميزانية، غالبًا ما تُستخدم ألواح شمسية بقدرات مختلفة ضمن نفس نظام الطاقة الشمسية.
ما إذا كان هذا التكوين المختلط مدعومًا يعتمد بشكل رئيسي على ما إذا كان محول الطاقة الشمسية مزودًا بوظيفة تتبع نقطة الطاقة القصوى المدمجة وعدد متتبعات MPPT التي يحتويها.
محول MPPT مفرد
يحتوي محول MPPT المفرد على قناة تتبع مستقلة واحدة فقط، مما يعني أنه يجب توصيل جميع وحدات الطاقة الشمسية بنفس الطرف الإدخالي. في هذا التكوين، لا يُنصح بخلط الألواح الشمسية ذات القدرات المختلفة.
عند توصيل ألواح شمسية ذات قدرات مختلفة على التوالي أو التوازي، يكون لكل سلسلة خصائص جهد وتيار تشغيل مثلى مختلفة. يمكن لمتعقب MPPT واحد فقط تشغيل مجموعة الطاقة الشمسية بأكملها عند نقطة طاقة قصوى "مُرضية".
لا يمكن للوحات ذات القدرة الأعلى الوصول إلى إنتاجها المقدر، بينما قد تُسحب اللوحات ذات القدرة الأقل إلى الأسفل بواسطة النظام. هذا يؤدي إلى فقدان كبير في الطاقة عبر النظام بأكمله — والمعروف بـ "تأثير عنق الزجاجة" أو "تأثير الحلقة الأضعف".
تتطلب محولات MPPT المفردة أن تكون جميع وحدات الطاقة الشمسية المتصلة متطابقة تقريبًا من حيث القدرة والجهد والتيار.
محول MPPT مزدوج
محول MPPT مزدوج مزود بقناتين إدخال MPPT مستقلتين، كل واحدة قادرة على تتبع نقطة الطاقة القصوى بشكل منفصل. هذا يسمح بتوصيل مجموعات طاقة شمسية مختلفة القدرات إلى قنوات منفصلة، تعمل بشكل مستقل دون التداخل مع بعضها البعض. هذا يلغي بشكل فعال قيود نظام MPPT الواحد.
باستخدام محول PowMr 12.5KW 48Vdc الكل في واحد (رمز المنتج: POW-SunSmart 12.5KP) كمثال، هذا محول هجين بقدرة 12.5 كيلوواط مع تقسيم طور ومزود بتصميم MPPT مزدوج. تشمل ميزاته الرئيسية:
مع بنية MPPT المزدوجة في POW-SunSmart 12.5KP، يمكن للمستخدمين توصيل سلسلة طاقة شمسية عالية القدرة إلى MPPT1 (مثلاً، 10 × 550 واط = 5500 واط)، بينما يتم توصيل سلسلة طاقة شمسية أقل قدرة إلى MPPT2 (مثلاً، 10 × 400 واط = 4000 واط). كل قناة MPPT تتعقب بشكل مستقل نقطة التشغيل المثلى، مما يسمح للنظام بتحقيق أقرب ما يكون إلى الحد الأقصى النظري لإنتاج الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك، يدعم هذا المحول إدخال طاقة شمسية يصل إلى 9000 واط لكل قناة منفردة، مما يوفر هامشًا كافيًا للتكوينات المختلطة.
ملاحظات مهمة لتكوين MPPT مزدوج مختلط:
حتى عند استخدام نظام MPPT مزدوج، يجب الالتزام بالقواعد التالية:
- يجب أن تكون وحدات الطاقة الشمسية المتصلة بنفس قناة MPPT متطابقة جيدًا من حيث القدرة والجهد والتيار.
- يجب ألا يتم مشاركة مصدر طاقة شمسية واحد بين عدة محولات، وداخل محول واحد، لا يجوز توصيل PV1 وPV2 بنفس مصدر الطاقة الشمسية.
- بالنسبة لنفس قناة MPPT، يجب أن تكون جميع وحدات الطاقة الشمسية بنفس الاتجاه وزاوية الميل والمواصفات.
- يجب أن يحتوي كل قناة MPPT على نفس عدد وحدات الطاقة الشمسية.
- يجب استخدام منافذ ومصفوفات الطاقة الشمسية بشكل مستقل. لا يجوز تحت أي ظرف مشاركة مصفوفات أو منافذ الطاقة الشمسية.
كيفية استخدام ألواح شمسية ذات قدرات مختلفة بأمان؟
عند استخدام ألواح شمسية ذات قدرات مختلفة، تكون سلامة النظام والتوافق مهمة للغاية. قد تختلف الألواح ذات التصنيفات المختلفة في الجهد والتيار الخارج. إذا تم خلطها بدون تصميم مناسب، قد يؤدي ذلك إلى تقليل كفاءة النظام وقد يؤثر حتى على سلامة المعدات.
1. مطابقة الجهد (Vmp / Voc) أمر حاسم
في نفس النظام التسلسلي أو المتوازي، يجب أن تكون الألواح الشمسية ذات معلمات جهد متشابهة أو متقاربة (Vmp/Voc). إذا كان فرق الجهد كبيرًا جدًا، قد تحد الألواح ذات المواصفات الأقل من أداء النظام الكلي وتقلل من كفاءة إنتاج الطاقة.
2. موازنة التيار في التوصيل المتوازي
في نظام الألواح الشمسية المتوازية، يظل الجهد ثابتًا بينما يتجمع التيار. لذلك، من الضروري مطابقة الجهد، ويجب استخدام تصميم توصيل مناسب لمنع تدفق التيار العكسي الذي قد يتلف الألواح الشمسية ذات القدرة الأقل.
3. استخدم وحدة تحكم شحن MPPT أو محول طاقة مزدوج MPPT
يوصى بشدة باستخدام وحدة تحكم شحن شمسية MPPT أو نظام محول طاقة مزدوج MPPT. يمكن لهذه الأنظمة تتبع نقطة الطاقة القصوى لسلاسل الألواح المختلفة بشكل مستقل، مما يحسن كفاءة الطاقة العامة واستقرار النظام في إعدادات الألواح الشمسية ذات القدرة المختلطة.
4. تحقق من حدود جهد المحول ووحدة التحكم
لضمان التشغيل الآمن، يجب أن تبقى الجهد الكلي للدائرة المفتوحة (Voc) لجميع الألواح الشمسية المتصلة ضمن نطاق الإدخال لمحول الطاقة الشمسية أو وحدة تحكم الشحن MPPT. يجب أيضًا تركيب أجهزة الحماية المناسبة مثل الصمامات وقواطع الدائرة لمنع مخاطر التيار الزائد أو الدائرة القصيرة.
