تختلف طريقة توصيل النظام الشمسي حسب نوع النظام والمكونات المستخدمة. فقد يكون النظام متصلاً بشبكة الكهرباء، أو مستقلاً عنها، أو هجيناً يجمع بين الشبكة والبطاريات.
وقبل البدء، يجب الانتباه إلى أن الألواح الشمسية تنتج جهداً مستمراً DC عند تعرضها للضوء. لذلك يمكن أن تسبب صدمة كهربائية حتى أثناء توقف العاكس.
كما أن ربط النظام بشبكة الكهرباء يخضع لاشتراطات الجهة المختصة وشركة الكهرباء. لذلك يجب تنفيذ الأعمال الكهربائية والفحص وفق الكود والمتطلبات المحلية.
ما أنواع الأنظمة الشمسية؟
قبل معرفة طريقة توصيل النظام الشمسي، حدد نوع النظام الذي يناسب احتياجاتك. وتنقسم الأنظمة الأساسية إلى ثلاثة أنواع:
| نوع النظام | الشبكة الكهربائية | البطاريات | الاستخدام |
|---|---|---|---|
| متصل بالشبكة | نعم | لا | خفض استهلاك الكهرباء من الشبكة |
| مستقل عن الشبكة | لا | نعم | المواقع التي لا تتوفر فيها الشبكة |
| هجين | نعم | نعم | الطاقة الشمسية مع بطارية احتياطية |
يتميز النظام المتصل بالشبكة بعدم حاجته إلى بنك بطاريات في التصميم الأساسي. أما النظام المستقل فيحتاج إلى البطاريات لتوفير الطاقة عند غياب الشمس.
أما النظام الهجين فيجمع بين الطاقة الشمسية والشبكة والبطارية، ويمكن تصميمه لتوفير الطاقة للأحمال المهمة أثناء انقطاع الكهرباء.
ماذا تحتاج قبل تركيب النظام الشمسي؟
لا تبدأ بشراء الألواح والعاكس مباشرة. ابدأ بتحديد احتياجاتك الكهربائية واختيار المكونات المناسبة.
ويمكنك التعرف على المكونات الرئيسية من خلال دليل المكونات الأساسية لنظام الطاقة الشمسية، الذي يوضح وظيفة الألواح ومنظم الشحن والبطاريات والعاكس.
1. احسب استهلاك المنزل
اكتب الأجهزة الكهربائية الموجودة في المنزل، ثم سجل قدرة كل جهاز وعدد ساعات تشغيله يومياً.
بعد ذلك يمكنك تقدير استهلاك الطاقة بالكيلوواط ساعة.
فمثلاً، تشغيل جهاز قدرته 1000 واط لمدة 5 ساعات يومياً يستهلك نظرياً:
1 كيلوواط × 5 ساعات = 5 كيلوواط ساعة يومياً
يساعدك هذا الحساب في تحديد قدرة الألواح والعاكس والبطاريات عند الحاجة.
2. اختر نوع النظام
إذا كان المنزل متصلاً بالشبكة ولا تحتاج إلى تشغيل الأحمال أثناء الانقطاع، فقد يناسبك النظام المتصل بالشبكة.
أما إذا كنت تحتاج إلى الطاقة أثناء الانقطاع، فقد تحتاج إلى نظام هجين مع بطارية.
وفي المواقع التي لا تصل إليها شبكة الكهرباء، يمكن تصميم نظام مستقل لتغذية الأحمال المطلوبة.
3. حدد مساحة تركيب الألواح
تحقق من المساحة المتوفرة على السطح، واتجاه الألواح، وزاوية الميل، والظلال التي قد تسقط عليها خلال ساعات النهار.
وفي السعودية، يجب أيضاً الانتباه إلى ارتفاع درجات الحرارة والغبار والظروف الخارجية عند اختيار المعدات وطريقة التركيب.
يمكنك الاستفادة من مقال أهم 10 نصائح عند تركيب الألواح الشمسية عند دراسة موقع التركيب والهيكل المناسب.
4. افحص بيانات الألواح
لا تعتمد على قدرة اللوح بالواط فقط عند تصميم السلاسل.
راجع قيم الجهد والتيار وVoc وVmp وIsc وImp الموجودة في بطاقة بيانات اللوح.
ويمكنك الرجوع إلى مقال شرح مفصل عن بطاقة بيانات اللوح الشمسي لمعرفة أهم القيم التي يجب قراءتها قبل تصميم النظام.
ما مكونات النظام الشمسي؟
تختلف المكونات حسب نوع النظام، لكن معظم الأنظمة تعتمد على مجموعة من العناصر الأساسية.
الألواح الشمسية
تحول الألواح الإشعاع الشمسي إلى كهرباء مستمرة DC.
ويؤثر نوع اللوح وكفاءته وخصائصه الكهربائية في تصميم المصفوفة الشمسية.
العاكس الشمسي
يحول العاكس الكهرباء المستمرة DC القادمة من الألواح أو البطاريات إلى كهرباء مترددة AC يمكن استخدامها مع الأحمال.
ويمكنك قراءة مبدأ عمل العاكس (الانفرتر) لفهم وظيفته الأساسية داخل النظام الشمسي.
منظم الشحن MPPT
يستخدم منظم الشحن في الأنظمة التي تحتوي على بطاريات لتنظيم عملية الشحن.
ولا ينبغي توصيل الألواح بالبطارية مباشرة دون منظومة شحن مناسبة.
كما يمكنك الاطلاع على الفرق بين منظم الشحن والانفرتر لفهم الفرق بين وظيفة الجهازين.
البطاريات
تخزن البطاريات الطاقة لاستخدامها لاحقاً، وتظهر أهميتها في الأنظمة المستقلة والهجينة.
للمزيد، راجع مقال بطاريات الطاقة الشمسية.
الحماية الكهربائية
تشمل وسائل الحماية حسب تصميم النظام:
- قواطع DC.
- فواصل DC.
- فيوزات السلاسل.
- قواطع AC.
- أجهزة الحماية من زيادة الجهد SPD.
- منظومة التأريض.
- وسائل الحماية الخاصة بالبطاريات.
كابلات وموصلات الطاقة الشمسية
يجب استخدام كابلات مناسبة للأنظمة الكهروضوئية ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية والظروف الخارجية.
كما يجب اختيار مقطع الكابل بناءً على التيار وطول المسار وهبوط الجهد وطريقة التركيب.
طريقة توصيل النظام الشمسي حسب نوعه
بعد الانتهاء من التصميم واختيار المكونات، يختلف تسلسل التوصيل حسب نوع النظام.
أولاً: توصيل النظام الشمسي المتصل بالشبكة
المسار الأساسي يكون كالتالي:
الألواح الشمسية ← فاصل DC وصندوق التجميع عند الحاجة ← العاكس ← قاطع AC ← اللوحة الكهربائية
تنتقل الكهرباء من الألواح إلى مدخل DC في العاكس.
ثم يحول العاكس الكهرباء من DC إلى AC، وبعد ذلك تصل إلى اللوحة الكهربائية من خلال وسيلة الحماية المناسبة.
يجب أيضاً توصيل الأجزاء المعدنية التي تتطلب التأريض وفق التصميم والكود المعتمد.
ماذا يجب فحصه قبل تشغيل العاكس؟
تحقق من جهد كل سلسلة، وتأكد من أن الجهد يقع ضمن نطاق تشغيل MPPT للعاكس.
كما يجب التأكد من عدم تجاوز الحد الأقصى لجهد DC.
ولا تنسَ حساب ارتفاع Voc عند درجات الحرارة المنخفضة.
بعد ذلك يجب ضبط إعدادات العاكس بما يتوافق مع شبكة الكهرباء ومتطلبات الربط المحلية.
لا تشغل النظام لتصدير الكهرباء إلى الشبكة قبل الحصول على الموافقات المطلوبة.
ماذا يحدث عند انقطاع الكهرباء؟
تتوقف العواكس المتصلة بالشبكة عادةً عن تغذية الشبكة أثناء الانقطاع.
ويحدث ذلك بسبب وظيفة مكافحة التشغيل الجزيري Anti-Islanding، التي تمنع استمرار تغذية خطوط الشبكة أثناء فصلها.
ثانياً: توصيل النظام الشمسي المستقل
يستخدم النظام المستقل عندما لا تعتمد الأحمال على شبكة الكهرباء العامة.
ويكون المسار الأساسي:
الألواح ← فاصل DC وصندوق التجميع عند الحاجة ← منظم الشحن MPPT ← البطارية
ثم:
البطارية ← حماية DC ← العاكس ← لوحة الأحمال
يحتاج هذا النظام إلى تنسيق دقيق بين جهد الألواح ومنظم الشحن والبطارية والعاكس.
ولفهم التوصيلات في الأنظمة الصغيرة، يمكنك قراءة مقال كيفية توصيل الألواح والبطاريات في نظام 24V.
لماذا تحتاج البطارية إلى منظم شحن؟
ينظم منظم الشحن الجهد والتيار القادمين من الألواح قبل وصولهما إلى البطارية.
لذلك لا يصح توصيل الألواح بالبطارية مباشرة دون جهاز مصمم لإدارة عملية الشحن.
حماية البطارية مهمة جداً
يمكن أن تمر تيارات مرتفعة بين البطارية والعاكس، خصوصاً عند استخدام عاكس بقدرة كبيرة.
لذلك يجب اختيار مقطع الكابل ووسيلة الحماية وفق التيار المتوقع وطول الكابل ومتطلبات الشركة المصنعة.
ويمكنك التعرف على أساسيات شحن البطاريات من خلال مقال شحن بطاريات الطاقة الشمسية.
ثالثاً: توصيل النظام الشمسي الهجين
يتميز النظام الهجين بقدرته على التعامل مع أكثر من مصدر للطاقة.
وقد يحتوي العاكس الهجين على:
- مدخل للألواح الشمسية.
- مدخل للبطارية.
- مدخل للشبكة.
- مخرج للأحمال الاحتياطية.
ويكون المسار العام:
الألواح ← العاكس الهجين
البطارية ← العاكس الهجين
الشبكة ← مدخل AC في العاكس
خرج Backup ← الأحمال المهمة
تختلف طريقة التوصيل الفعلية حسب طراز العاكس وتصميم النظام.
لذلك يجب الالتزام بمخطط الشركة المصنعة وعدم الاعتماد على ترتيب عام عند تنفيذ التوصيلات النهائية.
كيفية توصيل الألواح الشمسية على التوالي والتوازي
يعد تكوين السلاسل من أهم مراحل تصميم النظام الشمسي.
التوصيل على التوالي
عند توصيل الألواح على التوالي، تتجمع الجهود بينما يبقى التيار قريباً من تيار السلسلة.
مثلاً، إذا كان جهد التشغيل للوح 40 فولت وتم توصيل 5 ألواح على التوالي:
40 × 5 = 200 فولت
لكن عند التصميم الفعلي يجب استخدام قيم Voc المناسبة واحتساب تأثير درجة الحرارة.
التوصيل على التوازي
عند توصيل سلاسل متشابهة على التوازي، يبقى الجهد متقارباً بينما تتجمع التيارات.
وهذا يتطلب الانتباه إلى قدرة الكابلات ووسائل الحماية.
وعند وجود عدة سلاسل متوازية، قد تحتاج إلى صندوق تجميع وفيوزات مناسبة لكل سلسلة وفق تصميم النظام.
التوصيل المختلط
يمكن الجمع بين التوالي والتوازي للحصول على الجهد والتيار المناسبين للعاكس.
ويستخدم هذا الأسلوب في كثير من الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من الألواح.
كيف تختار مقطع كابل الطاقة الشمسية؟
لا يعتمد اختيار الكابل على قيمة التيار فقط.
يجب مراعاة:
- تيار التشغيل.
- طول المسار.
- هبوط الجهد.
- درجة الحرارة.
- طريقة التركيب.
- نوع العزل.
- ظروف البيئة.
- متطلبات الكود المحلي.
ويمكنك قراءة حساب مقطع كابلات الطاقة الشمسية عند دراسة العلاقة بين التيار وطول الكابل ومقطع الموصل.
استخدام كابل أصغر من المطلوب قد يؤدي إلى ارتفاع حرارته وزيادة الخسائر الكهربائية.
التأريض والحماية في النظام الشمسي
لا تقتصر حماية النظام على القواطع والفيوزات.
يجب تصميم منظومة التأريض والحماية من زيادة الجهد بما يتوافق مع النظام والكود المحلي.
وقد تشمل الحماية:
- تأريض الهياكل المعدنية.
- تأريض العاكس والمعدات المطلوبة.
- حماية دوائر DC.
- حماية دوائر AC.
- حماية البطاريات.
- أجهزة الحماية من زيادة الجهد SPD.
- وسائل الفصل والعزل.
- الحماية من الصواعق عند الحاجة.
ويجب تنفيذ منظومة التأريض وفق التصميم المعتمد، لأن طريقة التأريض تختلف حسب نوع النظام والموقع ومتطلبات الكود.
فحص النظام قبل التشغيل
قبل تشغيل النظام، يجب إجراء مجموعة من الفحوصات الأساسية.
تحقق من قطبية كل سلسلة باستخدام جهاز قياس مناسب.
ثم قِس جهد الدائرة المفتوحة لكل سلسلة وقارنه بالقيمة المتوقعة.
افحص التوصيلات وتأكد من عدم وجود اتصال غير طبيعي بين الموجب والسالب أو بين الموصلات والأرضي.
كما يجب التأكد من إحكام الأطراف وفق عزم الربط المحدد من الشركة المصنعة.
بعد ذلك شغّل النظام وفق تسلسل التشغيل الخاص بنوعه.
في أنظمة البطاريات، يجب اتباع تعليمات الشركة المصنعة بشأن ترتيب تشغيل البطارية ومنظم الشحن والعاكس والألواح.
وفي الأنظمة المتصلة بالشبكة، لا تبدأ عملية التصدير قبل الحصول على الموافقة المطلوبة.
أخطاء يجب تجنبها عند توصيل النظام الشمسي
قبل البدء في تنفيذ طريقة توصيل النظام الشمسي لا بد أن تتفادي بعض النقاط المهمة، أبرزها:
- عكس قطبية الألواح
تأكد من الموجب والسالب قبل توصيل كل سلسلة.
- تجاوز جهد العاكس
لا تشغل سلسلة بجهد أعلى من الحد الأقصى للعاكس.
وتذكر أن Voc يرتفع عندما تنخفض درجة الحرارة.
- استخدام كابل غير مناسب
الكابل الأصغر من المطلوب قد ترتفع حرارته، خصوصاً عند مرور تيارات مرتفعة.
- إلغاء وسائل الحماية
لا تتجاوز الفيوزات أو القواطع أو فواصل DC المطلوبة في التصميم.
- توصيل الألواح بالبطارية مباشرة
تحتاج البطاريات إلى منظومة شحن مناسبة تتحكم في عملية الشحن.
- توصيل النظام المستقل بالشبكة
لا توصل خرج عاكس مستقل بشبكة الكهرباء العامة بطريقة غير مصممة ومعتمدة لذلك.
- تشغيل النظام المتصل بالشبكة قبل الموافقة
يجب استكمال إجراءات الفحص والربط والحصول على الموافقة المطلوبة قبل تشغيل النظام للتصدير إلى الشبكة.
هل يمكن تركيب النظام الشمسي بنفسك؟
يمكن تنفيذ بعض الأعمال الميكانيكية البسيطة وفق الأنظمة المحلية، مثل تركيب بعض مكونات الهيكل ووضع الألواح.
لكن الأعمال الكهربائية تحتاج إلى معرفة فنية دقيقة.
وتزداد أهمية الاستعانة بفني أو كهربائي مؤهل عند التعامل مع:
- لوحة التوزيع الرئيسية.
- توصيلات AC.
- البطاريات ذات التيار العالي.
- منظومة التأريض.
- الحماية الكهربائية.
- الربط مع شبكة الكهرباء.
- الفحص والتصاريح.
وفي الأنظمة المرتبطة بالشبكة، يجب الالتزام بمتطلبات شركة الكهرباء والجهات التنظيمية في المملكة.
الخلاصة
تبدأ طريقة توصيل النظام الشمسي الصحيحة من التصميم، وليس من تركيب الألواح.
ابدأ بحساب الأحمال، ثم اختر نوع النظام، وحدد قدرة الألواح والعاكس والبطاريات عند الحاجة. بعد ذلك تحقق من الجهود والتيارات ومقاطع الكابلات ووسائل الحماية.
ثم نفذ التوصيلات وفق مخطط النظام وتعليمات الشركة المصنعة.
ولا تتعامل مع كهرباء الألواح على أنها غير خطرة، لأنها قد تنتج جهداً حتى أثناء توقف العاكس طالما تتعرض للضوء.
أما ربط النظام بشبكة الكهرباء، فيجب أن يتم وفق المتطلبات الرسمية والفنية المعتمدة.
هل تخطط لتركيب نظام شمسي متصل بالشبكة أم نظام هجين مع بطارية؟
المصادر:
- هيئة تنظيم المياه والكهرباء – الإطار التنظيمي للطاقة المتجددة للاستهلاك الذاتي
- IEC 62548-1 – الموقع الرسمي لـ IEC
