كيفية حساب حجم سلك لوحة الطاقة الشمسية

حجم سلك الألواح الشمسية عنصر أساسي في تركيب الألواح الشمسية، يؤثر مباشرة على السلامة والكفاءة والأداء طويل الأمد. اختيار قياس سلك خاطئ يمكن أن يؤدي إلى فقدان الطاقة، التسخين الزائد، أو حتى مخاطر الحريق.

في هذا الدليل، ستتعلم بالضبط كيفية اختيار حجم السلك الصحيح بناءً على الجهد، الأمبير، والمسافة.

الأمبير أم الفولت لتحديد حجم سلك الألواح الشمسية

عند تحديد حجم سلك الألواح الشمسية، يتم إعطاء الأولوية للأمبير على الجهد لأن التيار يؤثر مباشرة على تسخين السلك والسلامة. عندما يمر التيار عبر السلك، فإنه يولد حرارة (فقدان I²R). كلما زاد التيار، زادت الحرارة المنتجة. إذا كان السلك رفيعًا جدًا بالنسبة للتيار الذي يحمله، فقد يسخن بشكل مفرط، ويتلف العزل، أو حتى يسبب حريقًا. هذا يجعل التيار هو العامل الأكثر أهمية لتحديد حجم السلك بأمان.

معايير قياس الأسلاك، مثل تلك المعرفة بواسطة نظام قياس الأسلاك الأمريكي (AWG)، تعتمد على مقدار التيار الذي يمكن للسلك حمله بأمان دون تسخين مفرط. مع وضع هذا في الاعتبار، دعونا نستعرض العوامل الرئيسية الأخرى التي تؤثر على اختيار حجم السلك.

العوامل التي تؤثر على حجم سلك الألواح الشمسية المطلوب

مع العلم أن الأمبير هو العامل الرئيسي في تحديد حجم سلك الألواح الشمسية، دعونا نستكشف كيف ينطبق هذا في التركيبات الواقعية ويؤثر على اختيار حجم الكابل.

1. توصيل الألواح الشمسية

إن توصيل الألواح الشمسية، سواء على التوالي أو التوازي، يؤثر بشكل كبير على التيار المار عبر الأسلاك وبالتالي يؤثر على حجم السلك المطلوب.

في التوصيل على التوالي، تتجمع جهود كل لوح بينما يبقى التيار كما هو من مخرج لوح واحد. ينتج عن ذلك جهد أعلى ولكن تيار منخفض نسبيًا، مما يسمح باستخدام أسلاك أرق.

ومع ذلك، في التوصيل على التوازي، يلزم اهتمام خاص لأن التيار يتجمع مع عدد الألواح المتصلة. هذا يعني أن التيار يزداد بشكل كبير، مما يتطلب أسلاكًا أسمك لتحمل الحمل العالي للتيار بأمان ومنع ارتفاع درجة الحرارة أو فقدان الطاقة.

2. طول الكابل

الأسلاك تشبه أنابيب المياه: لحمل نفس كمية الماء (أو التيار)، كل من مساحة المقطع العرضي وطول الأنبوب مهمان. كلما زاد طول السلك، زادت مقاومته، مما يسبب فقدان الطاقة وانخفاض الجهد على طول الكابل. للتعويض عن ذلك، تحتاج الكابلات الأطول إلى مساحة مقطع عرضي أكبر (أسلاك أسمك) لحمل نفس التيار دون فقدان كبير في الجهد أو توليد حرارة زائدة.

في التركيبات الشمسية، لتقليل التكاليف، يحاول المثبتون غالبًا الحفاظ على طول الكابلات قصيرًا قدر الإمكان. يعني طول الكابل الأقصر مقاومة أقل ويسمح باستخدام أسلاك أرق وأكثر تكلفة دون المساس بالسلامة أو الكفاءة. يمكن لتخطيط توزيع الألواح الشمسية بشكل صحيح أن يساعد في تحقيق توازن بين أداء النظام وتكلفة المواد.

كيفية حساب حجم سلك الألواح الشمسية

الآن بعد أن غطينا العوامل الرئيسية مثل التيار، الجهد، طول الكابل، وتوصيلات الألواح، دعنا نستعرض الخطوات لحساب حجم سلك الألواح الشمسية الصحيح بناءً على متطلبات الطاقة والمسافة في نظامك.

الخطوة 1. حساب أمبير مجموعة الألواح الشمسية

ابدأ بتحديد القدرة الكلية لمجموعة الألواح الشمسية، ومواصفات الألواح التي تستخدمها، وكيفية توصيلها، سواء على التوالي، أو التوازي، أو مزيج من التوالي والتوازي. تؤثر هذه التوصيلات على جهد النظام الكلي والتيار، وهما أمران أساسيان لتحديد حجم السلك.

لإيجاد التيار، ابدأ بتصنيف التيار القصير الدائرة (Isc) للوح شمسي واحد، والذي يوجد عادة على ملصق مواصفات اللوح. اعتمادًا على كيفية توصيل الألواح، يختلف التيار الكلي كما يلي:

نوع الاتصال	كيف يعمل	التيار الكلي (أمبير)
السلسلة	الجهد يتجمع؛ التيار يبقى ثابتًا	يساوي Isc للوح واحد
متوازي	الجهد يبقى ثابتًا؛ التيار يتجمع	Isc × عدد الألواح
متسلسل-متوازي	تُجمّع الألواح في سلاسل متسلسلة، ثم تُوصل على التوازي	Isc × عدد السلاسل المتوازية

بعد حساب التيار الكلي، اضربه في عامل تعديل إجمالي بقيمة 1.56، كما هو محدد في NEC 690.8 و 690.9. يأخذ هذا العامل في الاعتبار مضاعف 1.25 للحمل المستمر continuous load ومضاعف 1.25 آخر لعوامل التصحيح المتعلقة بدرجة الحرارة وعوامل أخرى temperature and other correction factors، مما يضمن أن السلك المختار يمكنه التعامل بأمان مع التيار القادم من مجموعة الألواح الشمسية.

الخطوة 2. قياس طول الكابل المطلوب

أنواع التوصيل المختلفة تؤثر بشكل غير مباشر على تعقيد توجيه الكابل ومسار التوصيل الفعلي، مما يؤثر بدوره على إجمالي طول الكابل المطلوب. على وجه التحديد:

• في إعداد بسيط على التوالي أو التوازي، يكون التوصيل عادةً مباشرًا. يعتمد طول الكابل بشكل رئيسي على المسافة الفعلية بين الألواح، وبين الألواح وقاطع الدائرة DC. تقيس المسافة ذهابًا وإيابًا على طول مسار الكابل الفعلي.
• بالنسبة لـ توصيل السلاسل على التوازي، يجب قياس طول كابلين منفصلين واختيار أحجام الأسلاك وفقًا لذلك: واحد لـ الأسلاك من كل سلسلة ألواح شمسية إلى صندوق التوصيل (حيث التيار أقل لكن مسارات الكابل قد تكون أطول)، وآخر لـ الأسلاك من صندوق التوصيل إلى قاطع الدائرة DC (حيث التيار أعلى لكن مسارات الكابل عادة ما تكون أقصر).
• بالنسبة لـ سلاسل متعددة متصلة بالتوازي، يتطلب كل سلسلة قياس طول الكابل في قسمين. نظرًا لأن هذه السلاسل قد تكون في مواقع مختلفة، تتجمع كابلاتها في صندوق مجمع، مما يؤدي إلى عدة مسارات كابل بأطوال مختلفة. لضمان تدفق تيار متوازن، من المهم الحفاظ على أطوال الكابلات لكل سلسلة متوازية متساوية قدر الإمكان. إذا كانت قيود الموقع تجعل ذلك صعبًا، استخدم أطول مسار كابل كأساس وأضف طولًا إضافيًا للمسارات الأقصر لمطابقته.

الخطوة 3. تحديد حجم سلك اللوح الشمسي

الخطوة النهائية هي تحديد قياس السلك الصحيح. يجب أن يكون حجم السلك كبيرًا بما يكفي لحمل التيار المحسوب في الخطوة 1 عبر طول الكابل الكامل، مع الحفاظ على انخفاض الجهد ضمن الحدود المقبولة، عادة أقل من 3%، كما توصي بذلك الكود الكهربائي الوطني (NEC) ومعايير صناعة الطاقة الشمسية.

حدد أولاً التيار (بالأمبير) الذي سيحمله نظامك، ثم قس طول الكابل ذهابًا وإيابًا (من اللوح إلى وحدة التحكم والعودة). ابحث عن تقاطع التيار والمسافة في الجدول للعثور على قياس السلك الموصى به.

على سبيل المثال، إذا كان لديك لوح شمسي بقدرة 200 واط بتيار مصنف حوالي 9.35 أمبير وطول كابل ذهاب وإياب 50 قدمًا عند 12 فولت، فإن تطبيق عامل أمان 1.56 يجعل التيار التصميمي حوالي 14.6 أمبير. في هذه الحالة، يوصى بسلك نحاسي 8 AWG للحفاظ على هبوط الجهد ضمن الحدود المقبولة وضمان التشغيل الآمن.

إذا قمت بتوصيل لوحين على التوازي (بإجمالي 400 واط)، التيار المعدل حوالي 29.2 أمبير، و6 AWG مناسب.

لثلاثة ألواح (600 واط)، التيار يصل إلى حوالي 43.7 أمبير، مما يتطلب سلك نحاسي 4 AWG.