بعد حساب عدد الألواح والبطاريات، تأتي الخطوة التي يتوقف عليها أمان المنظومة كلها: التوصيل. في هذا الدليل نوصل نظامًا هجينًا كاملًا خطوة بخطوة، من الألواح الشمسية إلى العاكس وبنك البطاريات، ثم إلى لوحة توزيع المنزل، مع إمكانية الربط بالشبكة الكهربائية أو بمولد احتياطي، وبطريقة تراعي متطلبات السلامة والمعايير الدولية.
مكونات المنظومة قبل البدء
المكونات الرئيسية لأي منظومة هجينة ثلاثة: الألواح الشمسية، والعاكس (الإنفرتر)، والبطاريات. لكن نجاح التوصيل يعتمد بالقدر نفسه على المكونات المساعدة التي يتجاهلها كثيرون:
- كابلات التيار المستمر (DC) للألواح: كابلات شمسية مخصصة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والحرارة. لا تُستخدم أسلاك تمديدات المنازل العادية لتوصيل الألواح بالعاكس، لأن خصائص كابلات التيار المستمر تختلف عن كابلات التيار المتردد.
- موصلات MC4: لربط الكابلات الشمسية ببعضها بتوصيل محكم ومقاوم للماء والأتربة.
- كابلات البطاريات: باللونين الأحمر (موجب) والأسود (سالب)، وفي أطرافها حلقات ربط (Lugs). في المثال الذي نشرحه لا يقل مقطعها عن 35 مم².
- أجهزة الحماية: قواطع (Breakers) وفيوزات لحماية الكابلات من التيار الزائد، ومفاتيح عزل (Isolators) لفصل كل مصدر عند الصيانة، وجهاز حماية من الصواعق والجهود العابرة (SPD).
- منظومة التأريض: قضيب تأريض نحاسي بطول متر ونصف إلى مترين داخل الأرض، وكابل تأريض لا يقل مقطعه عن 16 مم²، وقضيب تجميع نحاسي (Busbar)، ومشابك لربط إطارات الألواح بالتأريض.
بيانات المثال العملي
نطبّق الخطوات على منظومة منزلية صغيرة بالمواصفات التالية:
| المكوّن | المواصفات |
|---|---|
| الألواح الشمسية | أربعة ألواح، قدرة كل منها 550 واط، بإجمالي 2.2 كيلوواط. جهد الدائرة المفتوحة للوح (Voc) يساوي 49.6 فولت، وتيار القصر (Isc) يساوي 14 أمبير |
| العاكس | هجين بقدرة 3 كيلوواط وقدرة لحظية (Surge) تبلغ 6 كيلوواط، مع منظم شحن مدمج. يعمل على بطاريات بجهد 24 فولت، ويقبل من الألواح تيارًا أقصاه 18 أمبير، وجهدًا بين 150 و430 فولت |
| البطاريات | أربع بطاريات، جهد كل منها 12 فولت وسعتها 200 أمبير ساعة |
القدرة اللحظية مهمة لأن الأجهزة التي تحتوي على محركات، مثل المكيفات والمضخات والثلاجات، تسحب عند بدء التشغيل قدرة أكبر بكثير من قدرتها الاسمية. وكلما كانت القدرة اللحظية للعاكس أعلى، كان أقدر على تحمّل هذا الطلب المفاجئ.
الخطوة 1: تحقق من توافق الألواح مع العاكس
قبل أي توصيل، يجب التأكد من أن جهد سلسلة الألواح وتيارها يقعان ضمن حدود العاكس، في أسوأ الظروف لا في الظروف القياسية.
الجهد
عند توصيل الألواح الأربعة على التوالي، تُجمع الجهود. لكن جهد اللوح يرتفع كلما انخفضت الحرارة، فيكون أعلى في صباحات الشتاء الباردة. لذلك نضرب في معامل تصحيح حراري تقريبي هو 1.15:
هذا الجهد يقع ضمن نطاق العاكس (من 150 إلى 430 فولت)، فالتوصيل على التوالي آمن من ناحية الجهد. والطريقة الأدق هي حساب الجهد من معامل الحرارة المذكور في نشرة بيانات اللوح، ومن أدنى درجة حرارة متوقعة في موقعك.
التيار
في التوصيل على التوالي يبقى التيار كما هو في اللوح الواحد. ومع معامل التصحيح نفسه يصبح أقصى تيار متوقع نحو 14 × 1.15 = 16.1 أمبير، وهو أقل من حد العاكس البالغ 18 أمبير.
الخطوة 2: وصّل الألواح على التوالي
لكل لوح طرفان: موجب وسالب، وفي نهايتهما موصلات MC4 تسهّل التوصيل. صِل الطرف الموجب لكل لوح بالطرف السالب للوح المجاور، حتى تتصل الألواح الأربعة على التوالي. يبقى طرف موجب حر في اللوح الأول وطرف سالب حر في اللوح الأخير، وهما اللذان يذهبان إلى العاكس.
من جهة العاكس، ركّب موصلات MC4 على الكابل الشمسي وصِلها بموصلات الألواح. لا تقطع موصلات MC4 الأصلية من الألواح لتوصل الأسلاك مباشرة كما يفعل البعض. هذه الطريقة غير مقبولة، وتُضعف عزل التوصيل ومقاومته للعوامل الجوية. ويفضّل أيضًا ألا تخلط موصلات من مصنّعين مختلفين، لأن عدم التطابق قد يرفع مقاومة نقطة التوصيل وحرارتها.
الخطوة 3: ركّب مفتاح العزل والحماية بين الألواح والعاكس
جهد سلسلة الألواح يصل في مثالنا إلى نحو 228 فولت تيارًا مستمرًا، وهو جهد خطير. لذلك يجب تركيب مفتاح عزل DC بين الألواح والعاكس، يتيح فصل الألواح بأمان عند الصيانة. المفتاح المستخدم في المثال مقنّن لتيار حتى 32 أمبير وجهد مستمر حتى 1500 فولت، وكلاهما أعلى من قيم السلسلة (نحو 16 أمبير و228 فولت)، فهو مناسب.
يُضاف على الجهة نفسها جهاز الحماية من الصواعق والجهود العابرة (SPD) من نوع DC، بجهد مقنّن مناسب لجهد الألواح، مثل جهاز 1000 فولت في مثالنا. له ثلاثة أطراف: الموجب القادم من الألواح، والسالب القادم من الألواح، وطرف ثالث يتصل بمنظومة التأريض.
يمكن أيضًا استخدام فيوزات DC أو قاطع DC على هذه الدائرة، حسب تصميم المنظومة وعدد السلاسل.
الخطوة 4: كوّن بنك البطاريات بجهد 24 فولت
العاكس في مثالنا يعمل على 24 فولت، والبطاريات 12 فولت × 200 أمبير ساعة. لذلك نكوّن البنك على مرحلتين:
- على التوالي: نصل موجب البطارية الأولى بسالب الثانية، فنحصل على مجموعة جهدها 24 فولت وسعتها 200 أمبير ساعة، لأن الجهد يُجمع في التوصيل على التوالي بينما تبقى السعة كما هي. ونكرر ذلك مع البطاريتين الثالثة والرابعة.
- على التوازي: نصل المجموعتين ببعضهما، موجبًا بموجب وسالبًا بسالب، فيبقى الجهد 24 فولت وتُجمع السعة، فيصبح البنك 24 فولت × 400 أمبير ساعة.
الخطوة 5: وصّل البطاريات بالعاكس مع الفيوز ومفتاح العزل
كابلات البطاريات تحمل أعلى تيار في المنظومة، وأي قصر فيها قد يسبب حريقًا. لذلك يمر الطرف الموجب بالترتيب التالي:
- من موجب بنك البطاريات إلى فيوز سريع الاستجابة مثل فيوز ANL، وهو مفضّل مع البطاريات بدل قاطع DC عادي لسرعة استجابته للتيارات العالية.
- من الفيوز إلى مفتاح عزل البطاريات.
- من مفتاح العزل إلى مدخل البطارية الموجب في العاكس.
أما الطرف السالب فيذهب مباشرة من بنك البطاريات إلى مدخل البطارية السالب في العاكس. ويُختار مقاس الفيوز والمفتاح والكابل وفق التيار الفعلي للمنظومة، وهو موضوع مستقل نفصّله في دليل اختيار الحمايات.
الخطوة 6: نفّذ منظومة التأريض
التأريض هو ما يحمي الأشخاص من الصعق إذا تسرّب تيار إلى أي جزء معدني. يبدأ بقضيب التأريض النحاسي المدفون بعمق متر ونصف إلى مترين، وحلقة ربط عليه، وقضيب تجميع نحاسي تتجمع إليه كل نقاط التأريض:
- إطارات الألواح: كل لوح يجب أن يُؤرَّض. يُربط كابل التأريض بإطار كل لوح بالمشابك المخصصة، ثم تُجمع الإطارات وتُسحب إلى قضيب التجميع.
- هياكل التثبيت: سواء كانت من الحديد المجلفن أو الألمنيوم، يجب تأريضها.
- العاكس: يُسحب طرف التأريض الخاص بجهة التيار المستمر إلى قضيب التجميع.
- أي جزء معدني آخر في المنظومة، مثل صناديق التجميع (Combiner Box) أو صناديق القواطع المعدنية.
- جهاز الحماية من الصواعق (SPD): يُوصل طرفه الثالث بمنظومة التأريض.
إذا تعذّر تمديد كابل تأريض مستقل من الألواح إلى الأرض، كأن يكون السطح مرتفعًا جدًا، فيمكن الاكتفاء بتأريض جهة التيار المتردد بشروط: يُسحب تأريض إطارات الألواح وهياكل التثبيت إلى طرف التأريض في العاكس، ويُوصل العاكس بتأريض المنزل، مع التأكد من سلامة الكابل وعدم وجود أي انقطاع فيه، وفق ما يشترطه الكود المحلي.
الخطوة 7: وصّل مخرج العاكس بلوحة توزيع المنزل
للعاكس الهجين مدخل للألواح الشمسية، ومدخل للبطاريات، ومدخل للتيار المتردد من الشبكة أو المولد، ومخرج للأحمال. العاكس أحادي الطور له ثلاثة أطراف في المخرج: الطور (L) والمحايد (N) والتأريض (PE). أما العاكس ثلاثي الطور فله خمسة: ثلاثة أطوار ومحايد وتأريض.
يُوصل المخرج بلوحة التوزيع (الطبلون) عبر قاطع: الطور إلى طرف القاطع، والمحايد إلى قضيب المحايد في اللوحة، والتأريض إلى تأريض اللوحة. بهذا الشكل تكتمل منظومة معزولة عن الشبكة (Off-Grid): ألواح وبطاريات وعاكس يغذي أحمال المنزل.
الخطوة 8: اربط الشبكة الكهربائية أو المولد الاحتياطي
لأن العاكس هجين، يمكن ربط الشبكة الكهربائية أو مولد احتياطي بمدخل التيار المتردد. يُسحب خط من اللوحة الموصولة بالشبكة إلى مدخل الشبكة في العاكس عبر قاطع مناسب، مثل قاطع 25 أمبير في مثالنا، ثم يُوصل المحايد.
بهذا تصبح المنظومة هجينة: تجمع بين العمل المستقل عن الشبكة والارتباط بها. فإذا انخفضت البطاريات أو زاد الحمل، يمكن للعاكس الاستعانة بالشبكة أو المولد.
قائمة التحقق قبل التشغيل
- جهد سلسلة الألواح في أبرد يوم أقل من الحد الأقصى للعاكس، وأعلى من أدنى جهد تشغيل له.
- تيار الألواح ضمن حد مدخل العاكس.
- كابلات DC شمسية مخصصة، وموصلات MC4 مركّبة دون قطع الموصلات الأصلية.
- جهد بنك البطاريات مطابق لجهد العاكس، والتوصيل إلى العاكس قطري من طرفي البنك، بكابلات قصيرة ومتساوية.
- فيوز ومفتاح عزل على موجب البطاريات، ومفتاح عزل وجهاز SPD على جهة الألواح.
- كل الأجزاء المعدنية مؤرّضة: إطارات الألواح، وهياكل التثبيت، والعاكس، واللوحات.
- مفتاح عزل لكل مصدر: الألواح والبطاريات والشبكة.
هذا الدليل يغطي المنطق العام للتوصيل الآمن. والتنفيذ الفعلي يجب أن يتم على يد فني أو مهندس مؤهل، وفق الكود المحلي في بلدك ونشرات بيانات المعدات التي تستخدمها.
شروحات هندسية عملية بالعربيةاشترك في القناة
