موجات الحر وخفض كابلات الطاقة الشمسية: ما الذي يجب على مهندسي الطاقة الكهروضوئية إعادة فحصه

في 10 يوليو 2026، وصل حمل الكهرباء الوطني في الصين إلى رقم قياسي سنوي جديد قدره 1.518 مليار كيلوواط. ومن المتوقع أن يؤدي استمرار الحرارة والطلب على التبريد والإنتاج الصناعي إلى دفع ذروة الصيف إلى مستويات أعلى. وفي الوقت نفسه، تعمل تركيبات الطاقة الشمسية في ظل بعض أقسى الظروف الحرارية خلال العام-ليس فقط بسبب درجة حرارة الهواء، ولكن أيضًا بسبب الحرارة المتراكمة على أسطح المنازل وحوامل الكابلات والأسطح المعدنية المكشوفة.إدارة الطاقة الوطنية الصينية.

بالنسبة لمهندسي الطاقة الكهروضوئية، يعد هذا تذكيرًا في الوقت المناسب: إن المقطع العرضي -الاسمي المطبوع على كابل الطاقة الشمسية لا يحدد بحد ذاته مقدار التيار الذي يمكن أن يحمله الكابل بأمان.

يجب التحقق من درجة الحرارة المحيطة وطريقة التثبيت وتجميع الكابلات ودرجة حرارة الموصل وانخفاض الجهد وجودة الموصل معًا.

تمثل بيانات الطقس عادة درجة حرارة الهواء المظلل. قد يواجه الكابل الكهروضوئي المثبت أسفل الوحدات، على سطح مظلم أو بالقرب من هيكل معدني، بيئة محلية أكثر سخونة.

يمكن أن تعمل عدة مصادر حرارية في نفس الوقت:

• الإشعاع الشمسي المباشر
• الحرارة المنعكسة أو المنبعثة من السقف
• تدفق الهواء المقيد تحت الوحدات
• الحرارة الممتصة بواسطة الصواني أو القنوات المعدنية
• الخسائر الكهربائية داخل الموصل
• الحرارة المتولدة عند الموصلات والنهايات

وهذا يعني أنه لا ينبغي للمهندسين استخدام توقعات الطقس الإقليمية باعتبارها درجة الحرارة التصميمية الوحيدة. يجب مراعاة مسار الكابل الفعلي.

عادة ما يقوم الكابل المعلق في الهواء الحر بتبديد الحرارة بشكل أكثر فعالية من نفس الكابل المثبت داخل القناة أو المجمع بإحكام مع الكابلات المحملة الأخرى. وبالتالي يمكن أن يكون لدى كابلين لهما نفس حجم الموصل تيارات مختلفة مسموح بها.

تم تصميم كابل H1Z2Z2-K الذي تم تصنيعه وفقًا للمعيار EN 50618 للتطبيقات الكهروضوئية الخارجية الصعبة. يستخدم عادةً موصلًا نحاسيًا معلبًا من الفئة 5-مع مواد عازلة ومغلفة مرتبطة بشكل متقاطع وخالية من الهالوجين.

ومع ذلك، في بعض الأحيان يساء فهم تصنيف درجة الحرارة.

تم تصميم كابل النوع EN 50618- بشكل عام لأقصى درجة حرارة للموصل تبلغ 90 درجة أثناء التشغيل المستمر العادي. يقتصر التشغيل عند 120 درجة على إجمالي 20000 ساعة وفقًا للشروط التي يحددها المعيار - وهو ليس هدف التصميم المستمر العادي. تؤكد مواصفات الشركة المصنعة التمثيلية الحد الطبيعي 90 درجة والحالة المقيدة 120 درجة.البيانات الفنية لـ LAPP H1Z2Z2-K

التمييز مهم لأنه:

• درجة الحرارة المحيطة هي درجة الحرارة المحيطة بالكابل.
• درجة حرارة الموصل هي درجة الحرارة التي يتم الوصول إليها داخل الكابل.
• القدرة الاستيعابية الحالية- هي التيار الذي يحافظ على الموصل ضمن درجة الحرارة المسموح بها في ظل ظروف تركيب محددة.

الكابل الذي يحمل العلامة "90 درجة" لا يكون مناسبًا تلقائيًا لحمل تياره المرجعي المنشور في هواء محيط بزاوية 90 درجة. إذا كانت المناطق المحيطة ساخنة بالفعل، فإن قدرة الكابل على إطلاق الحرارة الناتجة عن مقاومته ستكون أقل بكثير.

تعتمد جداول القدرة الاستيعابية-الحالية على شروط مرجعية محددة. قد يتضمن ذلك كابلًا واحدًا في الهواء الطلق، ودرجة حرارة محيطة محددة، ودرجة حرارة موصل معينة وطريقة تركيب مفترضة.

على سبيل المثال، توفر ورقة بيانات كابل Prysmian H1Z2Z2-K مقاس 6 مم² تصنيفات تيار مختلفة اعتمادًا على ما إذا كان الكابل مثبتًا بحرية في الهواء أو مثبتًا على السطح. تعتمد القيم المعلنة على درجة حرارة محيطة تبلغ 60 درجة، مما يوضح سبب أهمية الظروف الكامنة وراء رقم السعة بقدر أهمية الرقم نفسه. ورقة بيانات بريزميان TECSUN H1Z2Z2-K

من الناحية العملية، يمكن التعبير عن التيار المسموح به من الناحية المفاهيمية على النحو التالي:

يجب أن تأتي عوامل التصحيح من المعيار الكهربائي المطبق أو الكود المحلي أو بيانات الشركة المصنعة التي تم التحقق منها. لا ينبغي تقديرها.

يجب على المهندسين التأكد على الأقل مما يلي:

على المستوى الدولي، تغطي المواصفة IEC 62548-1 متطلبات تصميم المصفوفة الكهروضوئية، بما في ذلك أسلاك مصفوفة التيار المستمر والحماية الكهربائية. يجب أن يتبع مقاس الكابل أيضًا القواعد الوطنية ذات الصلة المستمدة من معايير مثل سلسلة IEC 60364. إيك 62548-1:2023

يعد تجميع الكابلات مهمًا بشكل خاص حول صناديق التجميع، ومداخل العاكس، وانحناءات الدرج، وأقسام القناة.

عندما يتم تركيب العديد من الكابلات المحملة بالقرب من بعضها البعض، يقوم كل كابل بتسخين الكابلات الأخرى ويقلل تدفق الهواء. حتى لو كان معظم الطريق مفتوحًا وجيد التهوية، فإن الجزء القصير المزدحم يمكن أن يصبح عنق الزجاجة الحراري.

تشمل المجالات النموذجية التي تتطلب الاهتمام ما يلي:

• كابلات سلسلة متعددة مربوطة في حزمة ضيقة
• تتجمع الموصلات الإيجابية والسلبية في قناة واحدة
• حوامل الكابلات مليئة بما يتجاوز افتراضات التصميم الخاصة بها
• الأسلاك الكثيفة مباشرة أسفل صندوق الدمج
• الكابلات تستقر مباشرة على مواد التسقيف الساخنة
• ترك الكابل الزائد الملفوف خلف الوحدات

يمكن أن تؤدي روابط الكابلات الضيقة أيضًا إلى خلق ضغط ميكانيكي وتقييد الحركة أثناء التمدد الحراري. يجب دعم الكابلات دون أن تتعرض للسحق، ويجب احترام الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء الخاص بالشركة المصنعة.

حيثما يكون ذلك عمليًا، يمكن أن تكون زيادة المسافات أو تحسين التهوية أكثر فعالية من مجرد زيادة حجم الموصل.

تؤثر درجة حرارة الكابل على أكثر من عمر العزل. تزداد المقاومة الكهربائية للنحاس عندما يصبح الموصل أكثر سخونة.

بالنسبة للتقديرات الهندسية، تزيد مقاومة النحاس بنسبة 0.39% تقريبًا لكل زيادة بمقدار درجة واحدة فوق درجة الحرارة المرجعية. وبالتالي فإن الموصل الذي يعمل عند 80 درجة سيكون له مقاومة أعلى بكثير من نفس الموصل المقاس عند 20 درجة.

والنتيجة هي:

• انخفاض الجهد أكبر
• ارتفاع خسائر I2RI^2RI2R
• انخفاض الطاقة المقدمة
• تسخين موصل إضافي

يتم تحديد مقاومة الكابلات الكهروضوئية عادة عند 20 درجة بموجب المواصفة IEC 60228. تحدد المواصفة IEC 60228 بناء الموصل ومتطلبات المقاومة القصوى، بما في ذلك الموصلات المرنة من الفئة 5 شائعة الاستخدام في كابلات الطاقة الشمسية.إيك 60228:2023

لذلك، يجب أن تستخدم حسابات انخفاض الجهد- المقاومة المصححة لدرجة حرارة التشغيل المتوقعة-وليس فقط قيمة الكتالوج عند 20 درجة.

وهذا مهم بشكل خاص ل:

• دوائر سلسلة طويلة
• تخطيطات العاكس المركزية
• نباتات مركّبة على الأرض-كبيرة
• أنظمة السطح مع مسارات الكابلات غير المباشرة
• الأنظمة التي تعمل بالقرب من الحد الأدنى لجهد MPPT للعاكس

الدوائر الكهروضوئية ليست عادية، وأحمال تيار مستمر مستقرة. يجب أن يعكس تيار التصميم الخاص بها الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن تنتجه المصفوفة بموجب معيار التصميم المعمول به واللوائح المحلية.

قد يحتاج الحساب إلى النظر في:

• تيار الدائرة القصيرة للوحدة -
• سلاسل متوازية
• السلامة المطلوبة أو عوامل التيار المستمر-.
• مكاسب ثنائية الوجه
• الإشعاع فوق ظروف الاختبار القياسية
• عكس-المساهمة الحالية
• حماية التيار الزائد
• الوحدة النمطية المستقبلية أو تغييرات تكوين السلسلة

من الأخطاء الشائعة مقارنة تيار تشغيل الوحدة مباشرةً بتصنيف كتالوج الكابلات. يمكن أن يتجاهل ذلك كلاً من العامل الحالي لتصميم الطاقة الكهروضوئية-المطلوب والانخفاض الحراري الناجم عن بيئة التثبيت.

التسلسل الصحيح هو :

• إنشاء تيار تصميم الدوائر الكهروضوئية.
• تحديد سعة الكابل المرجعي.
• تطبيق كافة عوامل التصحيح المطلوبة.
• تأكد من أن السعة المصححة تتجاوز تيار التصميم.
• تحقق من انخفاض الجهد وفقدان الطاقة.
• تحقق من الحماية وتوافق الموصل.

إن اجتياز واحد فقط من هذه الشيكات لا يكفي.

لا يمكن أن يعوض الكبل ذي الحجم الصحيح ضعف الاتصال.

قد يكون سبب ارتفاع درجة حرارة الموصل هو:

• العقص غير صحيح أو غير كامل
• أداة العقص خاطئة أو يموت
• المقطع العرضي للكابل-خارج النطاق المعتمد للموصل
• القطر الخارجي للكابل غير متوافق مع الختم
• الاتصالات الملوثة أو التالفة
• الموصلات التي لم يتم تعشيقها بشكل كامل
• خلط مكونات الموصل من مختلف الشركات المصنعة
• دخول المياه والتآكل
• التوتر الميكانيكي المفرط عند الاتصال

هذه العيوب تزيد من مقاومة التلامس. نظرًا لأن توليد الحرارة يتبع P=I2RP=I^2RP=I2R، فحتى الزيادة الصغيرة نسبيًا في المقاومة يمكن أن تؤدي إلى تسخين محلي كبير عندما يكون التيار مرتفعًا.

قام NREL بتوثيق توازن الطاقة الكهروضوئية-لحالات فشل موصل النظام التي تتضمن ارتفاع درجة الحرارة والتليين والتشوه المادي، مع احتمال أن تؤدي الحالات الشديدة إلى دوائر مفتوحة أو أقواس أو نشوب حريق. توازن NREL-من-أبحاث متانة النظام

أثناء موجة الحر، يكون للاتصال الهامشي مساحة حرارية أقل. لذلك يجب على المهندسين التعامل مع الكابل والموصل كنظام واحد متطابق وليس كمنتجات منفصلة.

التوجيه الجيد يقلل من الإجهاد الحراري والميكانيكي.

حيثما أمكن:

• أبعد الكابلات عن الأسطح التي تتراكم عليها الحرارة الشديدة.
• حافظ على تدفق الهواء حول كابلات التيار المباشر المكشوفة.
• تجنب التجمع غير الضروري والقنوات المعبأة بإحكام.
• حماية الكابلات من الحواف المعدنية الحادة.
• منع الكابلات من الراحة في الماء أو الحطام.
• دعم الموصلات بحيث لا يتحمل الكابل وزنها.
• تجنب ملامسة الكابلات السائبة للسطح الخلفي للوحدات.
• افصل أسلاك التيار المستمر عن معدات إنتاج الحرارة-غير المرتبطة.
• استخدم دعامات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية- والطقس-مناسبة طوال عمر المشروع.

بالنسبة لأنظمة الأسطح، يجب أن يأخذ التوجيه أيضًا بعين الاعتبار إمكانية الوصول للصيانة ومكافحة الحرائق. إن حجم الموصل الصحيح تقنيًا لا يجعل الدائرة ذات التوجيه السيئ موثوقة.

توفر موجات الحرارة فرصة مفيدة لتحديد نقاط الضعف لأن المشكلات الحرارية تصبح أكثر وضوحًا في ظل الإشعاع العالي والتيار العالي.

يجب أن يتم إجراء الفحص بواسطة موظفين مؤهلين في ظل ظروف تشغيل نموذجية. تشمل الفحوصات المفيدة ما يلي:

• الفحص بالأشعة تحت الحمراء للموصلات وصناديق التجميع والنهايات
• مقارنة درجات الحرارة بين سلاسل مماثلة
• الفحص البصري لتغير اللون أو التشوه أو سترات الكابلات المتشققة
• التحقق من مشاركة الموصل
• فحص دعامات الكابلات ونصف قطر الانحناء
• المقارنة الحالية بين السلاسل المتوازية
• اختبار مقاومة العزل-عند الحاجة
• فحص أجهزة الحماية وعزم الدوران الطرفي وفقًا لإجراءات الشركة المصنعة

درجة الحرارة المطلقة وحدها لا تحدد المشكلة دائمًا. إن الموصل أو قسم الكابل الأكثر سخونة بشكل ملحوظ من المكونات المكافئة التي تحمل تيارًا مماثلاً يستحق التحقيق.

لا ينبغي إعادة تنشيط الدائرة-ببساطة بعد ربط جزء ما أو استبداله. يجب على المهندسين تحديد السبب الأساسي، مثل التجعيد غير الصحيح أو المكون غير المتوافق أو التحميل الزائد أو الموصل التالف أو التوجيه السيئ.

قبل الموافقة على التصميم الجديد-أو قبل الفترة التالية من الحرارة الشديدة-يجب على مهندسي الطاقة الكهروضوئية إعادة التحقق من:

 الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحلية، وليس فقط درجة حرارة الطقس المنشورة

 الشروط المرجعية خلف جدول سعة الكابل

 عوامل تصحيح درجة الحرارة والتجميع والتركيب

 تيار تصميم الدوائر الكهروضوئية الفعلي

 انخفاض الجهد عند درجة حرارة الموصل المتوقعة

 التصنيفات الحالية للكابل والموصل

 توافق المقطع العرضي للكابل-والقطر-الخارجي

 أدوات العقص وإجراءات التثبيت

 الأقسام المزدحمة بالقرب من صناديق المجمع والمحولات

 نتائج الفحص الحراري من أنظمة التشغيل

 تنسيق الحماية والمتطلبات الحالية للخطأ-.

 الامتثال للمعايير المعمول بها في المشروع والكود المحلي

يعد اختيار كابل H1Z2Z2-K المعتمد نقطة بداية مهمة، ولكن الاعتماد لا يلغي الحاجة إلى الحسابات الهندسية.

يعتمد الأداء الموثوق به أثناء الحرارة الشديدة على النظام بأكمله: جودة الموصل، وبناء الكابل، وطريقة التثبيت، وعوامل التصحيح، والتحكم في انخفاض الجهد-، وتوافق الموصل، ومهارة التثبيت.

بالنسبة لمقاولي EPC ومشتري المشروع، فإن النهج الأكثر أمانًا هو مراجعة هذه الشروط قبل الشراء. يعد تغيير حجم الكابل أو مواصفات الموصل أثناء التصميم أمرًا بسيطًا نسبيًا. استبدال الأسلاك المحمومة بعد التشغيل ليس كذلك.

سينلينكتوفر كابلات الطاقة الشمسية المعتمدة، والموصلات الكهروضوئية المتوافقة والملحقات الداعمة للمشروعات ذات النطاق الواسع على الأسطح والمرافق العامة. يمكن مراجعة المقطع العرضي للكابل- والقطر الخارجي وتوافق الموصل والوثائق الخاصة بالمشروع -قبل عرض الأسعار والإنتاج.