مرشح توافقي نشط لمحولات الطاقة الشمسية

مرشح توافقي نشط لمحولات الطاقة الشمسية

تُعدّ التوافقيات في محولات الطاقة الشمسية شائعة في أنظمة الطاقة الشمسية التجارية والصناعية. وعندما يزداد تشوه التوافقيات، تتعرض المحولات والكابلات والقواطع الكهربائية ومفاتيح التوزيع لإجهاد كهربائي إضافي. ويساعد مرشح التوافقيات النشط في محولات الطاقة الشمسية على تقليل التوافقيات في الوقت الفعلي، مما يُحسّن جودة الطاقة الشمسية في النظام بأكمله.

تتوسع أنظمة الطاقة الشمسية بسرعة في المصانع والمزارع والمباني التجارية ومحطات الطاقة المتجددة. وتُتيح محولات الطاقة الشمسية هذا التوسع من خلال تحويل الطاقة المستمرة (DC) من الألواح الشمسية إلى طاقة متناوبة (AC) قابلة للاستخدام.

لكن محولات الطاقة الشمسية يمكن أن تسبب أيضاً مشاكل في جودة الطاقة.

من أكثر المشاكل شيوعاً تشوه التوافقيات. فإذا لم يتم التحكم في توافقيات محول الطاقة الشمسية، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة، وتقصير عمر المعدات، والإضرار باستقرار النظام الكهربائي.

لهذا السبب، تستخدم العديد من مشاريع الطاقة الشمسية الآن مرشح التوافقيات النشط. يساعد هذا المرشح على تقليل التشوه التوافقي في أنظمة الطاقة الشمسية، ويحافظ على شبكة الطاقة أنظف وأكثر أمانًا وموثوقية.

لماذا تُنتج محولات الطاقة الشمسية التوافقيات؟

محول الطاقة الشمسية هو جهاز إلكتروني للطاقة. وهو لا يسحب أو يزود التيار بنفس طريقة الحمل الخطي البسيط.

أثناء التشغيل، يقوم العاكس بتحويل الطاقة إلكترونياً. قد تُنتج هذه العملية تيارات توافقية. تنتقل هذه التيارات غير المرغوب فيها عبر النظام الكهربائي وتُشوّه شكل الموجة الطبيعي.

تكون التوافقيات في محولات الطاقة الشمسية أكثر شيوعًا عندما يتضمن النظام ما يلي:

· محولات الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة

· أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات

الأحمال المتغيرة

· ضعف اتصال الشبكة

مسافات طويلة للكابلات

· أحمال صناعية مختلطة

· أنظمة التوزيع القائمة على المحولات

في الأنظمة الصغيرة، قد يكون التأثير محدوداً. أما في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة أو المنشآت الشمسية التجارية، فقد يصبح التشوه التوافقي مشكلة خطيرة تتعلق بجودة الطاقة.

تأثير التشوه التوافقي على النظام الشمسي

لا يؤدي التشوه التوافقي دائمًا إلى عطل فوري. قد يستمر النظام في العمل بينما يتراكم الإجهاد الكهربائي الخفي بمرور الوقت.

تشمل المشاكل الشائعة ما يلي:

ارتفاع درجة حرارة المحول

خسائر أعلى في الكابلات

· انقطاعات مزعجة

شكل موجة التيار غير المستقر

· انخفاض أداء العاكس

• الضغط على مفاتيح التبديل وأجهزة الحماية

انخفاض الموثوقية على المدى الطويل

ولهذا السبب ينبغي مراجعة جودة الطاقة الشمسية أثناء تصميم النظام، وليس فقط بعد ظهور المشاكل.

إذا ارتفع مستوى التوافقيات بشكل مفرط، فقد يواجه الموقع مشاكل تتعلق بالامتثال لمتطلبات الشبكة المحلية. بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة، فإن إنتاج الطاقة النظيفة ليس خيارًا، بل هو جزء لا يتجزأ من التشغيل المستقر والاحترافي.

ما هو مرشح التوافقيات النشط؟

أن مرشح توافقي نشط هو جهاز لتحسين جودة الطاقة. يقوم باكتشاف التيار التوافقي وحقن تيار التعويض في الوقت الفعلي.

وبعبارة بسيطة، فإنه يلغي التيارات التوافقية غير المرغوب فيها قبل أن تنتشر عبر النظام.

على عكس المرشحات السلبية، لا يعتمد مرشح التوافقيات النشط على نقطة ضبط ثابتة واحدة، بل يتكيف تلقائيًا مع تغير خرج محول الطاقة الشمسية. وهذا ما يجعله مناسبًا لأنظمة الطاقة الشمسية التي تشهد تقلبات في توليد الطاقة على مدار اليوم.

بالنسبة لمشاريع الطاقة الشمسية، يساعد نظام AHF على تحسين جودة شكل الموجة، وتقليل التشوه التوافقي، وحماية المعدات الكهربائية.

لماذا يعمل نظام AHF بشكل جيد مع محولات الطاقة الشمسية

إن توليد الطاقة الشمسية ليس ثابتاً. فحركة السحب، وشدة ضوء الشمس، وتغيرات الأحمال، كلها عوامل يمكن أن تؤثر على خرج العاكس.

وهذا ما يجعل الأنظمة الشمسية ديناميكية.

قد لا يستجيب حل التوافقيات الثابت بشكل جيد عند تغير حالة النظام. أما مرشح التوافقيات النشط فهو أكثر مرونة لأنه يتكيف مع الحالة الكهربائية الفعلية للموقع.

تشمل الفوائد الرئيسية ما يلي:

· تعويض التوافقيات في الوقت الحقيقي

· جودة أفضل للطاقة الشمسية

انخفاض سخونة المحول

• تقليل الضغط على الكابلات ومفاتيح التبديل

· تحسين موثوقية النظام

· دعم أفضل لمشاريع الطاقة الشمسية في الشبكات الضعيفة

• سهولة التوسع لتلبية احتياجات الطاقة الشمسية المستقبلية

وهذا يجعل نظام AHF للأنظمة الشمسية خيارًا عمليًا لمشاريع الطاقة المتجددة الحديثة.

أين تظهر التوافقيات عادةً في مشاريع الطاقة الشمسية

يمكن أن تظهر التوافقيات في نقاط مختلفة في نظام الطاقة الشمسية.

تشمل المناطق المشتركة ما يلي:

· جانب خرج العاكس

لوحة توزيع الجهد المنخفض

جانب الجهد المنخفض للمحول

· خزانة الاستقبال الرئيسية

· نقطة اقتران مشتركة

· قضيب توصيل مشترك للطاقة الشمسية والحمل

يعتمد موقع التركيب الصحيح على تصميم النظام. في كثير من الحالات، يقوم المهندسون بتركيب مرشح التوافقيات النشط بالقرب من نقطة التوزيع الرئيسية أو بالقرب من مصدر التوافقيات.

القياس الدقيق أفضل من التخمين. يجب اختيار المرشح بناءً على التيار التوافقي الفعلي، وليس فقط على سعة العاكس.

مقارنة بين المرشح التوافقي النشط والمرشح السلبي لأنظمة الطاقة الشمسية

يمكن للمرشحات السلبية أن تعمل في بعض الأنظمة المستقرة. وعادة ما يتم تصميمها لرتب توافقية محددة.

لكن أنظمة الطاقة الشمسية غالباً ما تتغير أثناء التشغيل. يتغير إنتاجها في الصباح، وعند الظهر، وفي فترات الغيوم، وفي المساء. وإذا كان النظام يشمل أيضاً أحمالاً صناعية، فقد يتغير شكل التوافقيات بشكل أكبر.

وهنا تكمن الميزة الأقوى لمرشح التوافقيات النشط.

يتم تثبيت المرشح السلبي.

مرشح التوافقيات النشط ديناميكي.

بالنسبة للتوافقيات في العاكس الشمسي، يكون التعويض الديناميكي في كثير من الأحيان أكثر أمانًا لأن المرشح يستجيب لشكل الموجة الحقيقي بدلاً من الاعتماد على حالة تصميم ثابتة.

ما الذي يجب على المهندسين التحقق منه قبل اختيار AHF

قبل اختيار مرشح توافقي نشط لأجهزة تحويل الطاقة الشمسية، يجب مراجعة الموقع بشكل صحيح.

تشمل النقاط الرئيسية ما يلي:

· جهد النظام

· سعة العاكس

التيار التوافقي المقاس

مستويات THDi و THDv

· رتب التوافقيات المهيمنة

حجم المحول

تباين الحمل

· نقطة اتصال الشبكة

· بنوك المكثفات الموجودة

· مستوى التوافقيات المستهدفة

· خطة التوسع المستقبلية

تساعد هذه المعلومات في تحديد حجم مرشح AHF بشكل صحيح. كما أنها تمنع استخدام مرشح أصغر من اللازم أو تركيبه في مكان خاطئ.

لماذا أصبحت جودة الطاقة الشمسية أكثر أهمية الآن؟

لم تعد مشاريع الطاقة الشمسية مجرد أنظمة احتياطية صغيرة. فالعديد من المواقع تعتمد الآن على الطاقة الشمسية في عملياتها اليومية.

تستخدم المصانع الطاقة الشمسية لخفض تكلفة الطاقة. وتستخدم المزارع الطاقة الشمسية للضخ والري. وتستخدم المباني التجارية الطاقة الشمسية لتقليل الطلب على الشبكة الكهربائية. كما تتصل أنظمة تخزين الطاقة بمحولات الطاقة الشمسية لتحسين الاستهلاك الذاتي وتوفير الطاقة الاحتياطية.

مع نمو هذه الأنظمة، تصبح جودة الطاقة أكثر أهمية.

قد يؤدي انخفاض جودة الطاقة الشمسية إلى تقليل قيمة المشروع بأكمله. أما الطاقة النظيفة فتساعد الموقع على حماية المعدات، وتحسين الكفاءة، والحفاظ على استقرار التشغيل.

يدعم مرشح التوافقيات النشط هذا الهدف عن طريق تقليل التوافقيات عند المصدر.

التطبيقات الشائعة

يمكن استخدام مرشح التوافقيات النشط في العديد من المشاريع المتعلقة بالطاقة الشمسية.

المباني التجارية التي تعمل بالطاقة الشمسية

غالباً ما تجمع المباني المكتبية والمراكز التجارية والفنادق والمستشفيات بين محولات الطاقة الشمسية وأنظمة التكييف والتهوية وأنظمة الطاقة غير المنقطعة والمصاعد وإضاءة LED. ويمكن أن تؤدي هذه الأحمال المختلطة إلى زيادة التشوه التوافقي.

محطات الطاقة الشمسية الصناعية

قد تمتلك المصانع التي تستخدم الطاقة الشمسية بالفعل محولات تردد متغيرة، ومقومات، ومحركات، ومعدات إنتاج. ويمكن أن يؤدي إضافة محولات الطاقة الشمسية إلى زيادة الحاجة إلى التحكم في التوافقيات.

أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية

تستخدم أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية محولات ومحركات. ويمكن أن يؤثر التشوه التوافقي وضعف جودة الطاقة على موثوقية المضخة وعمر المحرك.

مشاريع الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات

تستخدم أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات محولات الطاقة. وعند دمجها مع محولات الطاقة الشمسية، قد يصبح النظام أكثر تعقيداً.

مشاريع الطاقة الشمسية في الشبكات الضعيفة

في المناطق ذات الشبكة الضعيفة، يمكن أن يكون للتشوه التوافقي وتقلب الجهد تأثير أقوى. AHF يساعد على تحسين جودة الطاقة وتقليل الضغط على الشبكة.

خاتمة

يمكن أن تؤدي التوافقيات في محولات الطاقة الشمسية إلى تقليل موثوقية النظام إذا لم يتم التحكم بها. يُضيف التشوه التوافقي حرارةً وخسائر وإجهادًا للمحولات والكابلات وأجهزة الحماية.

يُعدّ مرشح التوافقيات النشط حلاً عملياً لتحسين جودة الطاقة في الأنظمة الشمسية. فهو يقلل التوافقيات في الوقت الفعلي، ويحسّن جودة الطاقة الشمسية، ويساعد النظام الكهربائي على العمل بموثوقية أكبر.

بالنسبة للمشاريع التجارية والصناعية ومشاريع الطاقة الشمسية بالإضافة إلى التخزين، أصبح نظام AHF لتطبيقات العاكس الشمسي جزءًا مهمًا من تصميم جودة الطاقة الحديثة.