Maroc - SOLARABIC.COM - A la Une - Aujourd'hui 07:03

العواكس الشمسية المركزية أم عواكس السلسلة لمشاريع المرافق الخدمية؟

يتطلب التوسع السريع في الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق الخدمية تحسيناتٍ مستمرة في تقنيات العواكس الشمسية لضمان الكفاءة والموثوقية واستقرار الشبكة. تعمل العواكس كمكون حيويّ في أنظمة الطاقة الكهروضوئية، فهي مسؤولة عن تحويل الكهرباء ذات التيار المباشر (DC) المولدة بواسطة الألواح الكهروضوئية إلى تيار متردد (AC) مناسب للتكامل مع الشبكة. ويلعب تصميم واختيار العواكس دوراً أساسياً في تحسين إنتاج الطاقة، والحفاظ على موثوقية النظام، وضمان الاستدامة التشغيلية على المدى الطويل. تقدّم هذه المقالة مقارنةً تقنيةً شاملةً بين العواكس المركزية (Central Inverters) وعواكس السلسلة (String Inverters)، مع دراسة بنيتها، وخصائصها التشغيلية، وكفاءتها، ومتطلبات الصيانة، وقدرتها على التكيف مع التحديات البيئية. الهدف هو تزويد أصحاب المصلحة بالرؤى اللازمة لاتخاذ قرارات مستنيرة عند تصميم وصيانة مشاريع الطاقة الكهروضوئية للمرافق الخدميّة. نظرة فنية عامة دور العواكس في أنظمة الطاقة الكهروضوئية للمرافق الخدميّة العواكس الشمسية ضرورية لتحويل الطاقة واستقرار الشبكة في منشآت الطاقة الكهروضوئية للمرافق الخدمية. تشمل وظائفها الأساسية تحويل طاقة التيار المباشر إلى تيار متردد، وتحسين جودة الطاقة، وتوفير خدمات دعم الشبكة ، وتنظيم التردد، والقدرة على تحمل الجهد المنخفض. تتضمن العواكس المتقدمة أيضاً وظائف للشبكات الذكية، مما يضمن الامتثال لقواعد الشبكة وتعزيز أداء النظام العام. العواكس المركزية (Central Inverters): البنية والتشغيل تم تصميم العواكس المركزية في المقام الأول لتكون مخصصة لمشاريع الطاقة الكهروضوئية للمرافق الخدميّة وتعمل على بنية مركزية ذات كثافة طاقية عالية. عادةً ما تعمل العواكس المركزية على تحويل الطاقة لمصفوفات كهروضوئية واسعة، غالباً في نطاق الميجاواط. تستخدم هذه العواكس آلية واحدة لتتبع نقطة الاستطاعة العُظمى (MPPT) لتحسين استخراج الطاقة من المصفوفة بأكملها، والتي، على الرغم من كفاءتها في ظل الظروف الموحدة بين الألواح، قد تؤدي إلى خسائر في الطاقة بسبب التظليل أو عدم تطابق الظروف التي تتعرض لها تلك الألواح. ميزات العاكس المركزي تشمل: استطاعات عالية (عادة في نطاق الميجاواط) استراتيجيات متقدمة لإدارة الحرارة تتبع مركزي لنقطة الاستطاعة العُظمى (MPPT) قدرات متكاملة لإدارة الشبكة عواكس السلسلة (String Inverters): البنية والتشغيل أما عواكس السلسلة فتتبع نهجاً لامركزياً، حيث يتولى كل عاكس مهمة تحويل الطاقة لعدد محدود من سلاسل الألواح. يُعّزز هذا التصميم الموزع قابلية النظام على التوسع مستقبلاً مع توفير نقاط متعددة لتتبع نقطة الاستطاعة العُظمى، مما يزيد من إنتاج الطاقة عن طريق تقليل الخسائر الناجمة عن التظليل الجزئي وتراكم ذرات الغبار و الأوساخ على الألواح. إحدى المزايا الرئيسية لعواكس السلسلة هي قدرتها على مراقبة الأداء على مستوى السلسلة، مما يتيح اكتشاف الأعطال بشكل دقيق ويبسّط الصيانة. على عكس العواكس المركزية، حيث يمكن أن يؤثر عطل واحد على جزء كبير من النظام، تُحسّن عواكس السلسلة من قدرة النظام على تحمّل الأعطال ، إذ إن تعطّل لوح واحد، يؤثر فقط على عدد معين من الألواح. كما يساهم يساهم توليد الحرارة المنخفض في هذا النوع من العواكس، جنبًا إلى جنب مع الحمل الحراري الموزّع، إلى زيادة موثوقية النظام وكفاءته. ميزات عواكس السلسلة تشمل: نقاط MPPT موزعة لتحسين استخراج الطاقة أنظمة مراقبة مدمجة على مستوى السلسلة قدرة أعلى على تحمّل الأعطال قابلية التوسع مستقبلاً الفرق بين العواكس المركزية (Central Inverters) وعواكس السلسة (String Inverters) رسم أحادي الخط (SLD) للعواكس المركزية وعواكس السلسلة الاعتبارات الاقتصادية والتشغيلية العواكس المركزية (Central Inverters): التكلفة والصيانة تتميز العواكس المركزية عادةً بنفقات رأسمالية أولية أقل (CAPEX) . ومع ذلك، فإن تعقيد صيانتها وتكاليف الاستبدال المرتفعة يمكن أن تزيد من النفقات التشغيلية الإجمالية (OPEX). كما ويتطلب التركيب والتشغيل لهذه العواكس إعداداً كبيراً للموقع وتنسيقاً لوجستياً، مما يطيل من وقت ومدد ما قبل التشغيل. علاوةً على ذلك، تتطلب الصيانة موظفين متخصصين، ويمكن أن يؤدي عطل في العاكس المركزي إلى وقت تعطل كبير، مما يستلزم استراتيجيات احتياطية قوية. من أجل تجميع سلاسل الطاقة الكهروضوئية، تحتاج العواكس المركزية عادةً إلى صندوق توصيل يمكنه دمج ما يصل إلى 20 سلسلة كهروضوئية. تقريباً، سيتم توصيل عشرة صناديق توصيل بالعاكس. يمكن أن يكون للعواكس المركزية ما يقرب من 2000-3000 لوح يعمل من متتبع نقطة استطاعة عُظمى واحدة (MPPT)، مما يؤدي إلى خسائر في الكفاءة عند حدوث عدم تطابق في ظروف الألواح. تكلفة الكابلات عادة ما تكون أعلى بنسبة 33٪ مع العواكس المركزية مقارنة بالسلسلة مع خسائر طاقة أكبر بنسبة 1٪. نظرًا لأن العديد من سلاسل الطاقة الكهروضوئية تعتمد على عاكس واحد، فإن تعطل المعدات قد يعني خسائر أكبر في وقت التعطل. تستغرق العواكس المركزية مساحة أكبر من الأرض لأنها تحتاج إلى أن تكون داخل حاويات، ويجب مراعاة خسائر التظليل المحتملة من هذه الحاجة. عواكس السلسلة (String Inverters): التكلفة والصيانة تتطلب عواكس السلسلة تكلفةً أعلى لكل وحدة ولكنها توفر مدخرات مالية على المدى الطويل من خلال تقليل نفقات التشغيل والصيانة. تتيح بنيتها النمطية استبدالاً وصيانةً أسهل، مما يقلل من وقت تعطل النظام. بالإضافة إلى ذلك، تكون عمليات التركيب والتشغيل أسرع وأكثر سهولة مقارنةً بتركيب العواكس المركزية، مما يقلل من تكاليف العمالة والإعداد. و بسبب طبيعتها الموزعة، يتم عزل الأعطال في سلاسل محددة، مما يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها أكثر كفاءة ويضمن استمرارية إنتاج الطاقة. هي أكثر تكلفة في البداية؛ حيث يمكن أن تصل تكلفة عواكس السلسلة ما يصل إلى ضعف تكلفة العواكس المركزية. هي أكثر كفاءة، مع المزيد من متتبعات لنقطة الاستطاعة العظمى (MPPTs) لكل عاكس، يمكن أن ترتفع الإنتاجية بنسبة 4-8٪ مقارنةً بإنتاجية العواكس المركزية. لا يوجد حاجة لوجود حاويات لعواكس السلسلة. تحتاج المحطات ذات عواكس السلسلة إلى المزيد من كابلات التيار المتردد، مما يعني أن خسائر كابلات التيار المتردد تكون أكبر بنحو 0.5٪ من المحطات ذات العواكس المركزية. لا تتطلب عواكس السلسلة الحديثة مجمّعات للتيار المتردد، حيث أنها مدمجة مع المحولات في الموقع. بيانات الأداء التجريبية وتحليل الموقع عندما تزيد عدد العواكس الشمسية في الموقع، هذا يعني احتمالية أعلى لتعطل الألواح في الموقع، وهذا ما يتطلب تطويراً لخطط تشغيلية لهذه العواكس. عادة ما يحتفظ المطورون ومالكو المحطات التي تستخدم عواكس السلسلة بعواكس احتياطية في الموقع للاستبدال السريع في حالة حدوث عطل. صيانة عاكس السلسلة مريحة جداً لأنه إذا فشل عاكس السلسلة، سيتم استبداله بآخر جديد وسيتم إجراء الاستبدال في موقع المشروع، ومع تصميم عواكس السلسلة المرن، فإن هذه الإخفاقات القليلة لها تأثير ضئيل تقريباً على الإنتاج الكلي للمحطة. على سبيل المثال: في موقع باستطاعة 20 ميجاواط مع عواكس مركزية باستخدام 4 عواكس شمسية باستطاعة 4.4 ميجاواط لكل منها، إذا فشل عاكس واحد فأنت تفقد 25٪ من الإنتاج في ذلك الوقت. غالباً ما تتطلب الإصلاحات فنياً متخصصاً، وقد تتطلب قطع غيار باهظة الثمن وليست متاحة بسهولة، وبالتالي يمكن أن يمتد وقت الإصلاح. في محطة مكافئة تستخدم عواكس السلسلة، 20 ميجاواط باستخدام 80 عاكس شمسي باستطاعة 200 كيلوواط لكل منها، حتى إذا فشلت 4 عواكس في نفس الوقت، فلن تفقد سوى 4٪ من إنتاجية النظام في ذلك الوقت. والإجراء الاعتيادي هو وجود عواكس سلسلة احتياطية في الموقع، لذلك يمكن استبدال عاكس السلسلة المُعطّل بسرعة وسهولة دون الحاجة إلى تدريب متخصص. يمكن حل هذه المشكلة في غضون ساعات بدلاً من أيام أو أسابيع. الفرق في الإيرادات المفقودة في هذه الأمثلة سيكون ضخماً جداً مشاريع المرافق الخدمية. مقارنة بين العواكس المركزية وعواكس السلسلة الدعم الفني عند الحديث عن الدعم الفني، فإن العواكس المركزية تتطلب عادةً عمليات أكثر تعقيداً من ناحية المتطلبات، فهي تحتاج عادةً زيت، وفلاتر للاستبدال، وآليات تبريد يجب صيانتها. كما وتتطلب عادةً أفرقة صغيرة من الفنيين المتخصصين للبقاء في الموقع وإجراء فحوصات وإجراءات مستمرة لاستبدال الفلاتر وفحص آليات التبريد. في حين أن محطات عاكس السلسلة غالباً ما يكون لديها أيضاً فرق فنية في الموقع، في معظم الحالات يكون العدد المطلوب أقل مما هو عليه في العواكس المركزية، والمهام التي يتعين القيام بها في موقع تركيب عواكس السلسلة لا تتطلب مستوى التخصص والتدريب المطلوب لمهام الصيانة في موقع العاكس المركزي. الخلاصة تحليل مقارن الكفاءة مقابل حجم النظام العواكس المركزية لها كفاءة أعلى لأنظمة المرافق الخدمية، ولكنها قد تفقد الكفاءة عند حدوث عطل. تحافظ عواكس السلسلة على كفاءة مستقرة لمختلف أحجام الأنظمة، مع أداء أفضل تحت التظليل الجزئي. التكلفة لكل واط مقابل حجم النظام العواكس المركزية لها تكلفة أقل لكل واط مع زيادة حجم النظام. تميل عواكس السلسلة إلى أن تكون ذات تكلفة أعلى لكل واط ولكنها أكثر مرونة و تسمح بإمكانية التوسع . الموثوقية (مخاطر التوقف) مقابل حجم النظام تشكل العواكس المركزية خطراً أكبر على فشل النظام بأكمله إذا تعطل لوح واحد. تقلل عواكس السلسلة من مخاطر التوقف لأن وحدات العواكس المستقلة المتعددة توزع الحمل. قابلية التوسع مقابل حجم النظام تعمل العواكس المركزية بشكل أفضل في المشاريع الكبيرة المخططة ذات الاستطاعات الثابتة. تسمح عواكس السلسلة بالتوسع التدريجي، مما يجعلها أكثر مرونة. التوصيات النهائية يعتمد الاختيار بين العواكس المركزية وعواكس السلسلة على الظروف الخاصة بالموقع، ولوجستيات الصيانة، والاعتبارات المالية. بالنسبة لتلك المشاريع التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة، والغبار، مع تباين الظلال بين الألواح، يوصى بدمج كلا النوعين من العواكس، للموازنة بين الكفاءة والموثوقية والجدوى الاقتصادية. ويمكن القول أنه يعتمد الاختيار بين العواكس المركزية وعواكس السلسلة في محطات الطاقة الكهروضوئية للمرافق الخدمية على حجم المشروع، ودرجة الموثوقية، والاعتبارات المالية. لمشاريع المرافق الخدمية (مثل 50 ميجاواط وما فوق): العواكس المركزية هي الخيار المفضل بسبب انخفاض تكلفتها لكل واط، وكفاءتها العالية. ومع ذلك، لديها نقطة ضعف واحدة، مما يعني أن وقت الأعطال قد يكون أكثر أهمية من أي وقت آخر. للمشاريع التجارية والصناعية متوسطة الحجم أو الموزّعة (مثل 1-50 ميجاواط): توفر عواكس السلسلة موثوقية أعلى، وتحمّل أفضل للتظليل، وإمكانية أعلى للتوسّع، مما يجعلها مثالية للمشاريع ذات التضاريس المتنوعة أو خطط النمو التدريجي. ومع ذلك، فإنها تأتي بتكلفة أعلى لكل واط. لذا إذا كان المشروع يعطي الأولوية لكفاءة التكلفة والصيانة المركزية، فاختر العواكس المركزية. إذا كان المشروع يحتاج إلى مرونة أعلى، وتحمل أفضل للتظليل، فإن عواكس السلسلة هي الخيار الأفضل. حول الخبير أحمد عاطف، مهندس أول لمشاريع الطاقة الشمسية، يتمتع بخبرة واسعة في مجال الطاقة المتجددة، متخصص في تصميم الأنظمة الكهروضوئية وتقديم الحلول التقنية المبتكرة وإشراك العملاء. بفضل سجله الحافل في تقديم حلول مخصصة ودعم ما قبل البيع، ساهم في مشاريع كبرى مثل تركيب الأنظمة الشمسية للجامعات والبنوك والوزارات الحكومية. حاصل على درجة البكالوريوس في هندسة الطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى شهادات مهنية في تصميم وتركيب الأنظمة الكهروضوئية. يسعى أحمد إلى المساهمة الفعالة في تطوير حلول الطاقة المستدامة، مستفيدًا من خبرته الفنية في السوقين العربي والسعودي. تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية… نتمنى لكم يوماً مشمساً! The post العواكس الشمسية المركزية أم عواكس السلسلة لمشاريع المرافق الخدمية؟ appeared first on Solarabic سولارابيك. Written by خبراء الاستدامة