كيف خفضت مزرعة الطاقة الشمسية خطر فشل السلسلة بنسبة 60% باستخدام صندوق تجميع 1000 فولت تيار مستمر 2 في 1 عازل

خلفية العملاء

يقوم مشغل مزرعة شمسية متوسطة الحجم في جنوب غرب الولايات المتحدة بإدارة محطة للطاقة الشمسية بقدرة 50 ميجاوات. تستخدم المنشأة سلاسل تيار مستمر بقوة 1500 فولت، ولكن نظرًا للبنية التحتية القديمة، تعمل صناديق التجميع بجهد 1000 فولت تيار مستمر. يحتوي الموقع على أكثر من 200 صندوق مجمع، كل منها يتعامل مع عدة سلاسل. واجه فريق الصيانة حالات فشل متكررة في العازل وحوادث وميض القوس، مما تسبب في توقف العمل غير المخطط له ومخاطر السلامة.

التحديات مع صناديق الموحد الموجودة

تستخدم صناديق التجميع الموجودة مفاتيح دوارة تتطلب العزل اليدوي. واضطر الفنيون إلى إيقاف تشغيل محولات التيار أثناء الصيانة، مما أدى إلى خسائر في التوليد تصل إلى 2% شهريًا. تتدهور مفاتيح العزل أيضًا بعد الاستخدام المتكرر، مما يتسبب في مقاومة التلامس مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. في العام الماضي، تعرضت خمسة صناديق لأحداث فلاش قوسي طفيفة، مما أدى إلى إصابة فني واحد (غير خطيرة). كان التصميم القديم يفتقر إلى اكتشاف خطأ القوس الكهربائي، ولم تستوفِ العلبة أحدث معايير IP65 فيما يتعلق بدخول الغبار والرطوبة في الهواء الطلق.

حاول المشغل استبدال المفاتيح بوحدات ذات تصنيف أعلى من مورد مختلف، ولكن مشكلات الإعداد وعدم التوافق مع التكوين الحالي 2 في 1 خارج (سلسلتان إدخال وإخراج واحد) تسببت في حدوث تأخيرات. فشل صندوق التجميع الخاص بأحد المنافسين والمزود بعازل مدمج في غضون ستة أشهر بسبب عدم كفاية تصنيف جهد التيار المستمر عند 1000 فولت تحت الحمل الكامل.

لماذا صندوق الموحد Soutya 1000V DC 2 في 1 خارج المعزل؟

قام الفريق الفني بتقييم ثلاثة بائعين. برز منتج Soutya لسببين: تم اختبار مفتاح العازل إلى 1000 فولت تيار مستمر عند تيار مستمر 32 أمبير، وهو ما يتجاوز متطلبات الموقع البالغة 25 أمبير لكل سلسلة. يوفر الصندوق تكوينًا حقيقيًا 2 في 1 خارج مع أطراف توصيل مُعلَّمة، مما يقلل من أخطاء التثبيت. عالجت العلبة ذات التصنيف IP65 والحماية المدمجة من أعطال قوس التيار المستمر (تلبية UL 1699B) المخاوف المتعلقة بالسلامة. وتضمنت الوحدة جهاز حماية من زيادة التيار تم تصنيفه لـ 1000 فولت تيار مستمر وفقًا للمواصفة IEC 61643-11، مما يوفر الحماية ضد العابرين الناجم عن البرق.

تأثر القرار أيضًا بضمان Soutya لمدة 5 سنوات وتوافر المخزون المحلي. كان سعر الوحدة أقل بنسبة 15٪ من أقرب منافس بمواصفات مماثلة.

عملية التنفيذ

قام المشروع باستبدال 50 صندوق تجميع قديم على مدى شهرين. استغرق كل استبدال ساعتين لفريق مكون من شخصين، بما في ذلك إلغاء الطاقة ونقل الأسلاك والاختبار. يسمح تصميم iso-intor بإجراء قفل/علامة خروج سريع دون إيقاف التشغيل عند المنبع. كان أحد التحديات هو أن تخطيط القناة الحالي لم يتماشى مع الضربات القاضية للصندوق الجديد. استخدم الفريق محولات قنوات مرنة بدلاً من قطع ثقوب جديدة، مع الحفاظ على تصنيف IP الخاص بالعلبة. بعد التثبيت، تم اختبار كل صندوق من حيث مقاومة العزل والقطبية. كانت المشكلة النموذجية هي البراغي الطرفية السائبة - والتي تم حلها باستخدام محرك عزم الدوران المضبوط على 5 نيوتن متر وفقًا لتعليمات Soutya. لم تحدث أي أعطال خلال مرحلة التكليف.

نتائج قابلة للقياس الكمي

بعد ستة أشهر من العملية:

• انخفض وقت التوقف عن العمل غير المخطط له بنسبة 60%، من 12 ساعة شهريًا إلى أقل من 5 ساعات.
• انخفضت تكاليف الصيانة بمقدار 8000 دولار سنويًا بسبب انخفاض عمليات استبدال المفاتيح.
• وانخفضت خسائر توليد الطاقة الناتجة عن عمليات الإغلاق اليدوية بنسبة 1.5%، مما أضاف 12000 دولار أمريكي إلى الإيرادات سنويًا.
• توقفت حوادث الفلاش القوسي تمامًا. لم يتم الإبلاغ عن أي أحداث تتعلق بالسلامة.
• تحسنت كفاءة العاكس بنسبة 0.3% لأن جهد السلسلة الثابت قلل من خسائر التظليل الجزئي.

وكانت فترة الاسترداد الإجمالية للوحدات الخمسين 11 شهرًا.

شهادة العميل

"كان التحول إلى صندوق المجمع Soutya أمراً بديهيًا. لقد أنقذنا العازل المدمج وSPD من حريق محتمل في الصيف الماضي أثناء عاصفة رعدية. يشعر الفنيون لدينا بأمان أكبر، ولم نعد نخسر نصف يوم من الإنتاج لإجراء الصيانة الروتينية." – مدير عمليات المرافق

الدروس والتوصيات

1. إعطاء الأولوية لسلامة العزلة:بالنسبة لأنظمة التيار المباشر الحالية بقدرة 1000 فولت، قم بالترقية إلى صناديق التجميع ذات العوازل المدمجة لتقليل مخاطر وميض القوس الكهربائي. يضمن تصنيف كسر الحمل لوحدة Soutya فصلًا آمنًا تحت التيار.
2. تشمل الحماية من زيادة التيار:حتى في المناطق منخفضة الإضاءة، تمنع أجهزة SPD الضرر التراكمي الناتج عن تبديل العناصر العابرة. لقد استوعب SPD المتوافق مع IEC 61643-11 في هذا الصندوق بالفعل ارتفاعين دون فشل.
3. التحقق من التوافق مبكرًا:اطلب عينات لاختبار الملاءمة والقطع وموصلات القناة. كان التكيف الميداني مع القناة المرنة بسيطًا ولكنه يحتاج إلى موافقة مسبقة من المهندسين.

المراجع: IEC 62548:2016 المصفوفات الكهروضوئية - متطلبات التصميم (قسم خاص بأسلاك صندوق الدمج وحماية التيار الزائد). IEC 61643-11:2011 أجهزة الحماية من زيادة الجهد المنخفض (الجزء 11، يغطي أجهزة SPD للتيار المستمر للطاقة الكهروضوئية). UL 1699B:2018 حماية دائرة خطأ القوس الكهربائي الكهروضوئي (PV) (للكشف عن خطأ القوس في الصناديق المجمعة).