خطأ واحد في عدد الألواح داخل السلسلة قد يرفع الجهد فوق ما يتحمله الإنفرتر في صباح بارد، فيتضرر الجهاز وتسقط الكفالة. وخطأ في الاتجاه المعاكس يجعل الجهد ينزل تحت نطاق التتبع في ظهيرة حارة، فتتوقف المنظومة عن الإنتاج وقت الذروة. في هذا الدليل نشرح حساب عدد الألواح في السلسلة، أي عدد الألواح على التوالي: الحد الأقصى والحد الأدنى، ثم نتحقق من التيار وعدد السلاسل المتوازية، بمثال كامل لمنظومة 18.24 كيلوواط.
السبب أن جهد اللوح لا يبقى ثابتًا: يرتفع مع البرودة وينخفض مع الحرارة، والرقم المكتوب على اللوح قيمة مخبرية عند 25 درجة مئوية. لذلك نصمم السلسلة بحيث تبقى داخل حدود الإنفرتر في أبرد وأحر ظرفين متوقعين في الموقع.
ما السلسلة (String) ولماذا يهم حجمها؟
السلسلة مجموعة ألواح موصولة على التوالي: تجتمع جهودها ويبقى التيار واحدًا. وتُوصل عدة سلاسل على التوازي بمدخل MPPT واحد، فتجتمع تياراتها ويبقى الجهد واحدًا. وكل تصميم يخضع لثلاثة حدود في الإنفرتر:
| الحد | الشرط | يُحسب عند |
|---|---|---|
| أقصى جهد دخل DC | جهد Voc للسلسلة لا يتجاوز الحد الأقصى للإنفرتر | أبرد حرارة متوقعة |
| نطاق MPPT | جهد Vmp للسلسلة داخل النطاق في الحر والبرد | أحر خلية وأبرد حرارة |
| أقصى تيار دخل | مجموع تيارات السلاسل المتوازية لا يتجاوز حد المدخل | أعلى إشعاع |
الحد الأول سلامة: تجاوزه يتلف الجهاز. والثاني إنتاج: الخروج من النطاق يقلل القدرة أو يوقف التتبع. والثالث حماية للمدخل. وتنطبق الحدود نفسها على مدخل الألواح في الإنفرتر الهجين وشاحن MPPT، وللفرق بين الأنواع راجع دليل أنواع الإنفرتر في الطاقة الشمسية.
الخطوة 1: اجمع البيانات من نشرتي المواصفات
لا يبدأ الحساب قبل أن تكون أمامك نشرة اللوح ونشرة الإنفرتر. ما نحتاجه من كل منهما:
من نشرة اللوح (عند الظروف القياسية STC):
- جهد الدائرة المفتوحة Voc، وجهد نقطة القدرة العظمى Vmp.
- تيار القصر Isc، وتيار القدرة العظمى Imp.
- معامل الحرارة للجهد Voc (نسبة مئوية لكل درجة، وقيمته سالبة)، ومعامل الحرارة للقدرة Pmax.
- أقصى جهد للنظام يتحمله اللوح (1000 أو 1500 فولت).
من نشرة الإنفرتر:
- أقصى جهد دخل DC، ونطاق جهد MPPT (الأدنى والأعلى).
- جهد بدء التشغيل.
- أقصى تيار دخل لكل مدخل MPPT، وأقصى تيار قصر.
معاملات الحرارة هي مفتاح الحساب. ولفهمها وكيف تقارن بها بين الألواح راجع دليل أنواع الألواح الشمسية وكيف تختار من نشرة المواصفات، وتجد قيمها لألواح متوفرة في السوق في مقارنة أفضل الألواح الشمسية في 2026.
الخطوة 2: حدد درجات الحرارة التصميمية
نحتاج درجتين:
- أدنى حرارة متوقعة (Tmin): تحدد الحد الأقصى لعدد الألواح، لأن الجهد يبلغ أعلى قيمة عند البرودة. خذها من بيانات الأرصاد لموقعك، لا من رقم عام.
- أعلى حرارة للخلية (Tcell,max): تحدد الحد الأدنى لعدد الألواح، لأن الجهد يبلغ أدنى قيمة عند الحر. وحرارة الخلية أعلى من حرارة الجو بفارق كبير، يزيد كلما ضعفت التهوية خلف الألواح.
ويوجب كود NEC الأمريكي (البند 690.7) تصحيح جهد Voc لأدنى حرارة متوقعة، بمعامل الحرارة من الشركة المصنعة أو بجدول التصحيح 690.7(A)، ويغطي المعيار الدولي IEC 62548-1 متطلبات تصميم المصفوفات الكهروضوئية. ولذلك لا تعتمد على قيمة STC وحدها.
الخطوة 3: الحد الأقصى لعدد الألواح في السلسلة
نصحّح جهد Voc لأدنى حرارة، ثم نقسم أقصى جهد للإنفرتر عليه ونقرّب الناتج إلى الأسفل دائمًا:
ثم تحقق أن جهد السلسلة البارد، أي N × Voc,cold، لا يتجاوز أيضًا أقصى جهد للنظام يتحمله اللوح.
يشرح هذا الفيديو حساب الحد الأقصى بالأرقام نفسها التي نستخدمها في المثال أدناه:
شروحات هندسية عملية بالعربيةاشترك في القناةالخطوة 4: الحد الأدنى لعدد الألواح في السلسلة
هنا نصحّح جهد Vmp لأحر حرارة خلية، ثم نقسم الحد الأدنى لنطاق MPPT عليه ونقرّب الناتج إلى الأعلى دائمًا:
ثم تحقق من ثلاثة أمور:
- جهد بدء التشغيل: جهد Voc للسلسلة لا يقل عن جهد بدء التشغيل في نشرة الإنفرتر.
- الحد الأعلى للنطاق: جهد Vmp للسلسلة عند البرودة لا يتجاوز الحد الأعلى لنطاق MPPT، وإلا يُقصّ الإنتاج.
- منتصف النطاق: اختر عددًا قريبًا من منتصف النطاق ما أمكن، فهذا يُبقي الإنفرتر قريبًا من أفضل كفاءة معظم السنة.
ويشرح هذا الفيديو حساب الحد الأدنى بالبيانات نفسها:
شروحات هندسية عملية بالعربيةاشترك في القناةالخطوة 5: تحقق من التيار وعدد السلاسل المتوازية
بعد تحديد عدد الألواح في السلسلة، نحسب كم سلسلة يمكن توصيلها على التوازي بمدخل MPPT واحد. ويختلف عدد مداخل MPPT وحد تيار كل منها من إنفرتر لآخر، كما في مقارنة إنفرتر داي الهجين والمستقل:
وفي الألواح ثنائية الوجه (Bifacial) يزيد التيار عن قيمة النشرة بنسبة الكسب الخلفي المتوقع، فأضفها إلى حسابك. أما حجم الكابلات والفيوزات فيأتي بعد هذه الخطوة ويعتمد على نتيجتها. ولاختيار قدرة الإنفرتر مقارنة بقدرة الألواح، راجع دليل نسبة DC/AC في الطاقة الشمسية.
مثال محسوب: سلسلتان من 16 لوحًا (18.24 كيلوواط)
يستخدم المثال بيانات اللوح والإنفرتر نفسها الواردة في الفيديوهين، لتتطابق الأرقام عند المتابعة. وما لم يرد في الفيديو وسمناه «افتراض إضافي»، فاستبدل القيم ببيانات نشرتك.
| البند | القيمة | المصدر |
|---|---|---|
| قدرة اللوح | 570 واط | الفيديو |
| Voc / Vmp عند STC | 51.07 / 42.29 فولت | الفيديو |
| Isc / Imp عند STC | 14.25 / 13.48 أمبير | الفيديو |
| معامل حرارة Voc | −0.25% لكل درجة | الفيديو |
| معامل حرارة القدرة Pmax | −0.30% لكل درجة | الفيديو |
| نطاق MPPT للإنفرتر | 150 إلى 1000 فولت | الفيديو |
| أقصى جهد دخل للإنفرتر | 1000 فولت | الفيديو |
| أدنى حرارة جو | −10 درجة مئوية | الفيديو (افتراض تصميمي) |
| أعلى حرارة خلية (ألواح على السطح) | 50 + 25 = 75 درجة مئوية | الفيديو |
| جهد بدء التشغيل | 180 فولت | افتراض إضافي |
| أقصى تيار دخل / تيار قصر لكل MPPT | 32 / 40 أمبير | افتراض إضافي |
| أقصى جهد نظام للوح | 1500 فولت | افتراض إضافي |
الحد الأقصى
الحد الأدنى
المدى المسموح إذن من 5 إلى 18 لوحًا في السلسلة. لكن الحد الأقصى (18 لوحًا) يعطي 999.7 فولت، أي على حافة حد الإنفرتر. فنترك هامش أمان، ونفترض أن المنظومة تحتاج 32 لوحًا، ونختار 16 لوحًا في السلسلة: يقسم 32 لوحًا إلى سلسلتين متساويتين، ويترك هامشًا نحو 11% عن حد 1000 فولت.
التحقق من السلسلة المختارة (16 لوحًا)
| الشرط | الحساب | الحكم |
|---|---|---|
| السلسلة بحدها الأقصى (18 لوحًا) | 18 × 55.54 = 999.7 V | على الحافة، لا يُنصح به |
| أقصى جهد دخل (16 لوحًا) | 16 × 55.54 = 888.6 V ≤ 1000 | مقبول |
| حد نظام اللوح | 888.6 V ≤ 1500 | مقبول |
| الحد الأدنى للنطاق عند الحر | 16 × 35.95 = 575.2 V ≥ 150 | مقبول |
| الحد الأعلى للنطاق عند البرد | 16 × 42.29 × 1.105 = 747.7 V ≤ 1000 | مقبول |
| جهد بدء التشغيل | 16 × 51.07 = 817.1 V ≥ 180 | مقبول |
| التيار (سلسلتان متوازيتان) | 2 × 13.48 = 26.96 A ≤ 32 | مقبول |
| تيار القصر (سلسلتان) | 2 × 14.25 = 28.5 A ≤ 40 | مقبول |
| ثلاث سلاسل متوازية | 3 × 13.48 = 40.44 A > 32 | مرفوض |
1.105 = 1 + 0.003 × (25 − (−10)): تصحيح Vmp عند أبرد حرارة.
النتيجة: يُوصل الـ32 لوحًا على هيئة سلسلتين من 16 لوحًا على التوازي بمدخل MPPT واحد، والمجموع 18.24 كيلوواط ذروة. أما ثلاث سلاسل على مدخل واحد فتتجاوز حد التيار.
أخطاء شائعة في تصميم السلاسل
- استخدام Voc عند STC دون تصحيح. أخطر الأخطاء، لأن جهد الصباح البارد يتجاوز الرقم المكتوب على اللوح.
- خلط ألواح مختلفة في سلسلة واحدة. تحدد أضعف ألواح السلسلة أداءها كلها.
- سلاسل بعدد ألواح أو ميل أو اتجاه مختلف على مدخل واحد. لكل اتجاه مدخل MPPT مستقل.
- إغفال جهد بدء التشغيل. قد لا يبدأ الإنفرتر صباحًا إن كانت السلسلة قصيرة.
- الاكتفاء بالحد الأدنى للنطاق. تحقق أيضًا من الحد الأعلى للنطاق عند البرد، فتجاوزه يقصّ الإنتاج.
- تجاهل الظل. سلسلة تتعرض لظل جزئي تفقد قدرتها أكثر من سلسلة نظيفة، فصمّمها بعيدًا عن مصادر التظليل.
قائمة التحقق قبل التنفيذ
- نشرة اللوح ونشرة الإنفرتر أمامك، والقيم من الإصدار الأحدث.
- أدنى حرارة جو وأعلى حرارة خلية مأخوذتان من بيانات موقع المشروع.
- جهد Voc البارد للسلسلة أقل من حد الإنفرتر ومن حد نظام اللوح، مع هامش أمان.
- جهد Vmp الحار أعلى من الحد الأدنى للنطاق، وجهد Vmp البارد أقل من الحد الأعلى.
- جهد بدء التشغيل مغطى.
- عدد السلاسل المتوازية لا يتجاوز تيار المدخل وتيار القصر.
- كل مدخل MPPT يحمل سلاسل متماثلة في العدد والاتجاه والميل.
