سيناريوهات تطبيق كابلات الطاقة الشمسية التيار المتردد والتيار المستمر

في أنظمة الطاقة الشمسية، الطاقة التي تنتجها الألواح الكهروضوئية هي كهرباء تيار مستمر. يتدفق هذا التيار في اتجاه واحد، في حين أن التيار المتناوب يتغير اتجاهه بشكل دوري. تعد كابلات الطاقة الشمسية ذات التيار المستمر ضرورية لنقل هذه الطاقة بكفاءة من الألواح الشمسية إلى العاكس، الذي يحول الطاقة إلى تيار متردد لاستخدامها في المنازل أو الشركات أو تغذية الشبكة.

تم تصميم كابلات التيار المستمر الشمسية خصيصًا لتلبية المتطلبات الفريدة لنقل الطاقة المستمرة. يجب أن تستوعب هذه الكابلات الفولتية العالية، وتوفر متانة طويلة الأمد، وتضمن السلامة في مجموعة واسعة من الظروف البيئية. غالبًا ما يتم تصنيعها بمواد وعزل محددين للتعامل مع الأحمال الكهربائية والضغوط البيئية التي غالبًا ما تواجهها التركيبات الشمسية الخارجية. غالبًا ما يتم تصميم كابلات التيار المستمر للتعامل مع الفولتية العالية المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية الحديثة. تعمل أنظمة الطاقة الشمسية عادةً بفولتية تتراوح من 12 فولت (للأنظمة الأصغر خارج الشبكة) إلى 600 فولت أو أكثر (للتركيبات الأكبر المرتبطة بالشبكة). من المهم اختيار كابل تيار مستمر بتصنيف الجهد المناسب لضمان نقل الطاقة بشكل آمن وفعال دون خطر حدوث ماس كهربائي أو ارتفاع درجة الحرارة.

تعد سعة حمل التيار أحد الاعتبارات المهمة عند اختيار كابلات الطاقة الشمسية DC، ويجب أن يكون حجم الكابل مناسبًا لحمل أقصى تيار يتم توليده بواسطة الألواح الشمسية دون ارتفاع درجة حرارته. من المهم التحقق من سعة التيار (سعة حمل التيار) للكابل للتأكد من أنه يمكنه التعامل بأمان مع خرج الطاقة من مجموعة الألواح الشمسية. بعد ذلك تأتي مقاومة درجات الحرارة. نظرًا لأن التركيبات الشمسية غالبًا ما تتعرض للعناصر، فيجب أن تكون كابلات التيار المستمر قادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى. أخيرًا، المتانة ومقاومة الطقس. يجب أن تكون كابلات التيار المستمر قادرة على تحمل التعرض الطويل الأمد للأشعة فوق البنفسجية والأمطار والرياح والإجهاد البدني. يضمن اختيار الكابلات المناسبة للاستخدام الخارجي عدم الحاجة إلى استبدالها بشكل متكرر طوال عمر النظام.

نادرًا ما تُستخدم الألواح الشمسية بمفردها في تركيبات الطاقة الشمسية. بل يتم تجميعها معًا لتكوين مجموعات من الألواح الشمسية. تتكون هذه المجموعات من عدة ألواح متصلة على التوالي أو بالتوازي لتلبية احتياجات توليد الطاقة المحددة.

في التوصيل المتسلسل، يتم توصيل الطرف الموجب للوحة واحدة بالطرف السالب للوحة التالية. وهذا يزيد من خرج الجهد للمصفوفة مع الحفاظ على نفس التيار. تُستخدم كابلات التيار المستمر لتوصيل الألواح معًا، مما يضمن نقل الجهد بأمان عبر النظام. في التكوين الموازي، يتم توصيل الأطراف الموجبة لجميع الألواح معًا، وكذلك الأطراف السالبة. وهذا يزيد من التيار الإجمالي مع الحفاظ على نفس الجهد. تحتاج كابلات التيار المستمر في هذا الإعداد إلى التعامل مع تيارات أعلى، مما يضمن نقل الطاقة بكفاءة دون ارتفاع درجة حرارة الكابلات.

يجب أن تكون كابلات التيار المستمر المستخدمة في التوصيلات المتسلسلة والمتوازية بمواصفات مناسبة لدعم التيار والجهد في النظام. غالبًا ما يتم تصميم هذه الكابلات بعزل إضافي وأغطية مقاومة للعوامل الجوية لتحمل تأثيرات العناصر الخارجية، مما يضمن طول عمر النظام وسلامة المستخدم.

لا ترتبط أنظمة الطاقة الشمسية المستقلة بالشبكة العامة، وتزداد شعبيتها في المناطق النائية أو بين المستخدمين الذين يريدون الاستقلال عن مصادر الطاقة التقليدية. في الأنظمة المستقلة عن الشبكة، تلعب كابلات التيار المستمر دورًا حيويًا في توصيل الألواح الشمسية بمجموعات البطاريات. تولد الألواح الشمسية كهرباء التيار المستمر، والتي يتم تخزينها في البطاريات لاستخدامها لاحقًا. تُستخدم كابلات التيار المستمر لتوصيل الألواح الشمسية بوحدة التحكم في الشحن (إذا كانت موجودة)، ومن هناك إلى مجموعة البطاريات. تضمن هذه الكابلات نقل الطاقة المولدة بواسطة الألواح بكفاءة إلى البطاريات دون فقد أو مخاطر كهربائية. يمكن بعد ذلك سحب الطاقة المخزنة من البطاريات لتشغيل الأجهزة الكهربائية عندما لا تولد الشمس الكهرباء (على سبيل المثال، في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم).

يعتمد كل من مجموعة البطاريات ووحدة التحكم في الشحن بشكل كبير على كابلات التيار المستمر عالية الجودة التي يمكنها التعامل مع دورات الشحن والتفريغ المستمرة. ونظرًا لأن الأنظمة غير المتصلة بالشبكة تُستخدم غالبًا في بيئات قاسية، فيجب أن تكون هذه الكابلات متينة ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية وقادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى.

مع تزايد شعبية أنظمة الطاقة الشمسية، أصبح تخزين الطاقة ميزة أساسية للعديد من المنشآت. سواء في نظام خارج الشبكة أو في نظام مرتبط بالشبكة مع تخزين احتياطي، يسمح تخزين البطارية للمستخدمين بتخزين الطاقة الشمسية الزائدة المولدة أثناء النهار واستخدامها في الليل أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

تعد كابلات التيار المستمر أساسية لضمان تخزين الطاقة المولدة بواسطة الألواح الشمسية بكفاءة في البطاريات. تربط هذه الكابلات مجموعة الألواح الشمسية بوحدة التحكم في الشحن، ووحدة التحكم بمجموعة البطاريات. عندما تولد الألواح الشمسية طاقة أكبر مما هو مطلوب، يتم إرسال الطاقة الزائدة عبر كابلات التيار المستمر لشحن البطاريات. عندما يكون هناك طلب على الكهرباء، يتم استرداد طاقة التيار المستمر المخزنة من البطاريات ثم تحويلها إلى طاقة تيار متردد بواسطة العاكس للاستخدام في المنازل أو الشركات.

في المنشآت الشمسية السكنية والتجارية، تلعب كابلات التيار المتردد دورًا محوريًا في توزيع الطاقة التي يولدها النظام الشمسي على الأجهزة المختلفة. بمجرد أن يحول العاكس الطاقة الشمسية إلى طاقة تيار متردد، تحمل كابلات التيار المتردد الطاقة من العاكس إلى لوحة التوزيع، والتي توزع الطاقة على دوائر مختلفة.

بالنسبة لأصحاب المنازل، تحمل كابلات التيار المتردد الكهرباء المولدة من الشمس إلى الأجهزة المنزلية الأساسية مثل الأضواء والثلاجات ومكيفات الهواء وأنظمة التدفئة. في المباني التجارية ذات الطلب الأعلى على الطاقة، توزع كابلات التيار المتردد الطاقة على أنظمة تشغيل مختلفة مثل الإضاءة والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء والآلات الصناعية. يجب تصنيف كابلات التيار المتردد المستخدمة لتوزيع الطاقة بشكل صحيح للحمل الكهربائي الإجمالي المتوقع أن تحمله. يضمن الحجم المناسب أنها يمكن أن تتحمل الحد الأقصى من التيار دون خطر ارتفاع درجة الحرارة أو الفشل، ويجب أن تلبي ممارسات التركيب لوائح السلامة لحماية الأفراد والمعدات.

في أنظمة الطاقة الشمسية الكبيرة، وخاصة تلك المستخدمة في البيئات التجارية أو الصناعية، غالبًا ما يتم استخدام محولات متعددة للتعامل مع تحويل الطاقة من التيار المستمر إلى التيار المتردد. عند استخدام محولات متعددة، تكون هناك حاجة إلى كابلات التيار المتردد لتوصيل هذه المحولات ببعضها البعض أو بشبكة التوزيع. على سبيل المثال، في الأنظمة ذات المحولات المتعددة، تُستخدم كابلات التيار المتردد لتوصيل خرج كل محول بلوحة توزيع مركزية أو مباشرة بالشبكة. يسمح هذا بإدارة وتوزيع الطاقة المنتجة بواسطة الألواح بكفاءة، وموازنة الحمل عبر وحدات متعددة لمنع التحميل الزائد لأي محول واحد.

تعتبر توصيلات العاكسات مهمة في الأنظمة التي تتطلب كفاءة عالية وتكرارًا، مما يضمن أنه في حالة فشل أحد العاكسات، يمكن للأجهزة الأخرى الاستمرار في العمل دون انقطاع. بالنسبة لمزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، فإن الحجم المناسب وتخطيط الكابلات أمر بالغ الأهمية لتحسين تدفق الطاقة والحفاظ على استقرار النظام.