5 أخطاء شائعة عند تركيب نظام الطاقة الشمسية وكيف تتجنبها

نظام الطاقة الشمسية مصمم ليعمل 25 إلى 30 سنة. وكثير من المشاكل التي تظهر بعد التركيب لا يكون سببها رداءة الألواح أو الإنفرتر، بل أخطاء كان يمكن تجنبها بقرار صحيح في مرحلة التصميم والتخطيط قبل التركيب.

في هذا المقال نمر على خمسة أخطاء شائعة: هيكل تثبيت ضعيف، وتأريض ناقص، وظل ومسافات غير كافية بين الصفوف، وغياب أجهزة الحماية، ومكونات غير متوافقة. ولكل خطأ نوضح أثره وكيف تتجنبه.

الخطأ الأول: هيكل تثبيت لا يتحمل الرياح ومرور السنين

هيكل التثبيت (Mounting Structure) هو ما يحمل الألواح طوال عمر النظام. فإذا فشل تضررت الألواح أو تكسرت، ويفشل النظام كله. لذلك لا يكفي أن يبدو الهيكل متينًا يوم التركيب.

لذلك تأكد مع المصمم والمركّب أن الهيكل مناسب لظروف موقعك، وراجع هذه النقاط:

• قوة الرياح في منطقتك.
• وزن الألواح والأحمال التي يتحملها الهيكل.
• مقاومة الصدأ والرطوبة.
• مناسبة المواد والطلاء لبيئة الموقع.

اطلب من المورّد أو المصمم بيانًا واضحًا بالظروف التي صُمم لها الهيكل، وتأكد أنها تناسب موقعك.

الخطأ الثاني: نظام بلا تأريض مناسب

يجب أن يُؤرَّض (Earthing) كل جزء معدني في النظام، وتُجمع موصلات التأريض في نقطة تأريض مشتركة. ويشمل ذلك إطارات الألواح، وهيكل التثبيت سواء كان حديدًا أو ألومنيوم، والإنفرتر، وراك البطاريات المعدني، وصناديق التجميع (Combiner Boxes) ولوحات التوزيع. تُوصل كل هذه العناصر إلى نقطة تأريض معينة أو مشتركة، ثم إلى قطب التأريض. وحسب تصميم النظام، قد يكون التأريض مشتركًا مع تأريض المبنى والشبكة، أو تأريضًا منفصلًا لجهة التيار المستمر (DC Side).

ولماذا نفضّل أن تلتقي موصلات التأريض في نقطة مشتركة؟ دراسة محاكاة على نظام متصل بالشبكة أظهرت أن فصل تأريض جهة التيار المستمر عن جهة التيار المتردد، مع مقاومة تأريض مرتفعة، يرفع الجهد بشدة عند سقوط صاعقة ويزيد خطر حدوث قوس كهربائي، وأن ربط نظامي التأريض معًا يحسّن الحماية كثيرًا. ^[2]

كم يجب أن تكون مقاومة التأريض؟

نوصي ألا تزيد مقاومة التأريض على 5 أوم، حتى يعمل النظام بشكل طبيعي وآمن. ^[1]

الخطأ الثالث: تجاهل الظل والمسافة بين الصفوف

الظل، حتى لو كان جزئيًا، يؤثر بشكل كبير على إنتاج الألواح. ومصادره نوعان:

• ظل خارجي: خزانات الماء والجدران وأطباق الاستقبال والمباني والأشجار المجاورة. ادرس احتمال وقوعه على الألواح قبل أن تحدد مكانها.
• ظل الألواح على بعضها: يحدث عندما تكون المساحة محدودة، فيجتهد المركّب ويقرّب الصفوف ليركّب عددًا أكبر من الألواح. النتيجة ألواح أكثر، لكن هدر كبير في الإنتاج.

كيف تُحسب المسافة بين الصفوف؟

نحسبها للحالة الأسوأ في السنة، وهي الانقلاب الشتوي (21 ديسمبر)، حين تكون الشمس في أدنى ارتفاع لها. فإذا لم يقع ظل في ذلك اليوم، فلن يقع في بقية أيام السنة. والمعادلة:

نقرأ α وγ من مخطط مسار الشمس (Sun Path Chart) لموقعك عند الساعة المطلوبة. فـ α هي ارتفاع الشمس فوق الأفق. أما γ فهي الزاوية الأفقية بين اتجاه الشمس واتجاه الألواح. وفي الصباح والعصر تكون الشمس مائلة إلى الجانب، فيقصر الظل الممتد خلف اللوح، ولذلك نضرب D في cos γ.

مثال تطبيقي: الرياض

لوح طوله 2.28 م مركّب بالطول بزاوية ميل 25°، والألواح متجهة إلى الجنوب. نريد ألا يقع ظل على الصف الخلفي من 9 صباحًا إلى 3 عصرًا:

1. ارتفاع الحافة العلوية للوح:H = 2.28 × sin 25° = 0.96 m
2. المسافة الفارغة: من مخطط مسار الشمس في الرياض يوم 21 ديسمبر عند 9 صباحًا نقرأ α = 25°، وتكون الشمس على بعد 45.7° شرق الجنوب. والألواح متجهة إلى الجنوب، فتكون γ = 45.7°. نحسب:D = 0.96 ÷ tan 25° = 2.06 mD′ = 2.06 × cos 45.7° = 1.44 m

إذن نترك نحو 1.44 م فارغة بين الصفين ليبقى الصف الخلفي بلا ظل في أقصر أيام السنة. وكلما زادت زاوية الميل زادت المسافة المطلوبة.

الخطأ الرابع: التركيب بدون أجهزة حماية كافية

توزَّع أجهزة الحماية على جهة التيار المستمر (جهة الألواح) وجهة التيار المتردد (بعد الإنفرتر)، ووظيفتها حماية النظام والأشخاص، وتسهيل العزل الكهربائي أثناء الصيانة.

جدول 1. أجهزة الحماية الأساسية في نظام الطاقة الشمسية

متى تحتاج مفتاح عزل خارجيًا للتيار المستمر؟

يجب أن تتوفر وسيلة لعزل الإنفرتر من جهتي التيار المستمر والتيار المتردد عند الصيانة. كثير من الإنفرترات الحديثة فيها مفتاح عزل مدمج للتيار المستمر. فإذا لم يكن موجودًا، أو كان لا يحقق العزل المطلوب حسب تعليمات الشركة المصنعة، فأضف مفتاح عزل خارجيًا مصنّفًا للتيار المستمر بجهد وتيار يناسبان النظام.

ولا تستخدم قواطع التيار المتردد مكان قواطع التيار المستمر. قطع تيار مستمر بجهد مرتفع أصعب بكثير من قطع التيار المتردد، لأنه لا يمر بنقطة الصفر، فيحتاج جهازًا مصنّفًا لذلك. وتفاصيل توصيل هذه الأجهزة في نظام هجين موجودة في طريقة توصيل نظام طاقة شمسية هجين خطوة بخطوة.

الخطأ الخامس: شراء مكونات غير متوافقة

لا تشترِ المكونات بشكل عشوائي؛ فيجب دراسة توافق الألواح والبطاريات مع الإنفرتر قبل الشراء، حتى لا تعاني من مشاكل لاحقًا.

توافق الألواح مع الإنفرتر

• الجهد: جهد الدائرة المفتوحة للسلسلة (Voc) في أبرد يوم يجب ألا يتجاوز أقصى جهد دخل للإنفرتر، وجهد التشغيل (Vmp) في أحر يوم يجب أن يبقى داخل نطاق متتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT).
• التيار: تيار القصر للوح (Isc) يجب ألا يتجاوز أقصى تيار يقبله كل مدخل MPPT.
• عدد الألواح في السلسلة: هو الذي يحدد الجهد الكلي، ويجب أن يكون بين حد أدنى وحد أقصى يقبلهما الإنفرتر.

تفصيل هذا الحساب خطوة بخطوة في مقال حساب عدد الألواح في السلسلة (String Sizing)، ويمكنك استخدام حاسبة عدد الألواح في السلسلة مباشرة.

توافق البطاريات مع الإنفرتر

• الجهد: بطاريات جهد منخفض (48 فولت مثلًا) أو جهد عالٍ، ويجب أن تطابق نوع الإنفرتر. راجع إنفرتر الجهد العالي أم الجهد المنخفض؟
• الاتصال مع نظام إدارة البطارية (BMS): يجب أن يدعم الإنفرتر بروتوكول الاتصال الذي تستخدمه البطارية، وإلا لن يتحكم في الشحن والتفريغ بدقة.
• تيار الشحن والتفريغ: يجب أن تتحمل البطاريات أقصى تيار يمكن أن يسحبه الإنفرتر أو يشحن به.

قائمة التحقق قبل استلام النظام

• هيكل التثبيت مصمم لسرعة الرياح في المنطقة، ومادته حديد مجلفن أو ألومنيوم.
• كل الأجزاء المعدنية مؤرضة إلى نقطة مشتركة، ومقاومة التأريض مقاسة ومسجلة، والهدف 5 أوم أو أقل.
• لا ظل على الألواح من 9 صباحًا إلى 3 عصرًا، والمسافة بين الصفوف محسوبة.
• أجهزة الحماية موجودة على جهتي التيار المستمر والمتردد: قواطع أو فيوزات، وأجهزة حماية من ارتفاع الجهد، ووسيلة عزل.
• جهد السلاسل وتيارها ضمن حدود الإنفرتر، والبطاريات مذكورة في قائمة التوافق المعتمدة.

اقرأ أيضًا

إذا كنت في مرحلة البناء، فابدأ من التأسيس للطاقة الشمسية أثناء البناء. ولاختيار حجم الإنفرتر مقارنة بالألواح، اقرأ نسبة DC/AC في الطاقة الشمسية. وللصورة الكاملة، راجع الدليل الشامل عن الطاقة الشمسية.

الشرح المرئي

في هذا الفيديو نشرح الأخطاء الخمسة باختصار:

اضغط للتشغيل

شروحات هندسية عملية بالعربيةاشترك في القناة