Table of Contents
وقد ظهرت الطاقة الشمسية بوصفها أحد مصادر الطاقة الموثوقة والمسؤولة بيئيا في جميع أنحاء العالم، حيث أن المنشآت الفولطية الضوئية تتضاعف عبر أسطح المباني السكنية والمباني التجارية والمزارع الشمسية ذات النطاق الكمالي، فإن الحاجة إلى حماية هذه الأصول القيمة من أقوى الأحداث الكهربائية في الطبيعة تصبح واضحة بشكل متزايد، وفي المناطق المعرضة للعواصف، تمثل الضربات البرقية تهديدا مباشرا ومدمرا في كثير من الأحيان للمجموعات الشمسية المصممة والمصممة بشكل سليم.
فهم التهديد بالبرق إلى الأرياح الشمسية
إن الإضاءة هي تصريف الكهروستاتي الهائل الذي يحدث أثناء العواصف الرعدية، ويحمل متوسط الصمامات البرقية تياراً يبلغ نحو 000 30 أمبير ويمكن أن تصل إلى درجات الحرارة أكثر من سطح الشمس، وعندما تحدث ضربة البرق بالقرب من صفيفة شمسية أو مباشرة، فإن الطاقة يمكن أن تتحول إلى نظام عن طريق الضبط المباشر أو الطفرة السحابية، ويمكن أن تدمر الموصلات الكهربائية.
ولا يقتصر الضرر الناجم عن البرق على التدمير الفوري، بل إن الارتفاع الهامشي يمكن أن يخفض أداء الإلكترونيات الحساسة بمرور الوقت، ويقلل من كفاءة النظام ويزيد من تكاليف الصيانة، فالأدمغة التي تتميز بها مجموعة شمسية، معرضة للخطر بوجه خاص، وقد يؤدي ارتفاع الضرر إلى أسابيع من التوقف في الوقت الذي يتم فيه تحويل أجزاء من الإحلال إلى مصادر وتركيبها، وهذا يترجم مباشرة إلى ضعف في الإيرادات، وإن كانت النظم السكنية تواجه مخاطر مماثلة.
العناصر الرئيسية لنظام حماية البرق
ويضم نظام حماية الاقلاع الكامل لمجموعة من الطاقات الشمسية تدابير خارجية وداخلية، وتنظم وسائل الحماية الخارجية، وتدير الضوء في الميدان بأمان، بينما تخفف الحماية الداخلية من آثار الطفرة الفولطية التي تسافر على طول الموصلات الكهربائية، وتعمل الطبقات معا لتوفير السلامة الشاملة وحماية المعدات.
الحماية الخارجية للبرق
وتبدأ الحماية الخارجية بمحطة جوية، تُستكمل عادة قضبان البرق، وهي قضبان معدنية توضع على أعلى نقاط الهيكل الذي يدعم الصفيفة الشمسية، والغرض منها هو اعتراض ضربة البرق وتوفير مسار تفضيلي للسيارات التي تتدفق إلى الأرض، وترتبط المحطات الجوية بشبكة من النحاس المطبعي أو الكابلات اللامعية التي تُستخدم في نظام الحماية الخارجية الدوارة.
الحماية الداخلية للبرق
الحماية الداخلية تركز على الحد من الطفرة التي تدخل المبنى أو التوزيع الكهربائي للصفوفة، الأداة الرئيسية هي جهاز الحماية المفاجئ، الذي يسمى أحياناً كبتة أو مشغلة بالفولط، وأجهزة البرمجيات المتطورة التي تعمل في إطارها، وأجهزة الربط الكهربائي،
التصميم من أجل السلامة من البرق: تقييم الموقع وتحليل المخاطر
ويبدأ توفير الحماية الفعالة للبرق قبل التركيب بفترة طويلة، ويحدد تقييم دقيق للمواقع الخطر المحدد الذي ينطوي عليه وجود موقع معين وتشكيلة للمجموعات الشمسية، وتؤثر عوامل مثل كثافة البرق الجغرافي وارتفاع الهيكل وتعرضه، ووجود أجسام أقرب طولاً على مستوى الحماية المطلوبة، ويستخدم المصممون مؤشر مخاطر البرق الذي كثيراً ما يستمد من بيانات الإضراب التاريخية لتحديد ما إذا كان نظام الحماية إلزامياً وما هو مستوى الحماية المفاجئ المطلوب.
عوامل الخطر التي يتعين تقييمها
أهم عامل خطر هو الكثافة الخفيفة المحلية التي يتم التعبير عنها عادة بعدد الوميضات لكل كيلومتر مربع في السنة، في المناطق التي بها كثافة عالية، مثل شبه جزيرة فلوريدا أو ساحل الخليج المركزي، حماية البرق عنصر تصميم حرج، وتشمل عوامل أخرى ارتفاع النطاق الشمسي فوق السطح أو الأرض، والصفائف على المباني الطويلة أو في الحقول المفتوحة،
المعايير والمدونات التي تحكم حماية البرق
(ب) إضافة إلى ذلك، فإن العديد من المعايير المعترف بها على نطاق واسع تسترشد به في تصميم وتركيب حماية الصواعق للصفائف الشمسية، وفي أمريكا الشمالية، ،] 780 ، توفر متطلبات شاملة لنظم الحماية من البرق، بما في ذلك تلك الخاصة بالصفوف الشمسية، وتشمل وضع محطات جوية، وتصنيع قواعد السلوك، والتجهيز، والربط.
أفضل الممارسات في المناطق المعرضة للاصدام
وعندما يتم تقييم المخاطر ووضع النظام، فإن التركيب الدقيق أمر أساسي لتحقيق المستوى المنشود من الحماية، ويمكن للأخطاء المشتركة أثناء التركيب أن تجعل حتى أفضل نظام مصمم غير فعال.
تقنية أرضية تجعل من الاختلاف
إنّ الإنفجارات هي أساس أيّ نظام حماية البرق، كلّ الأجزاء المعدّة من الطائفة الشمسية، بما في ذلك أُطر الألواح، السكك الحديدية المتصاعدة، وأجهزة الإغلاق المُتلازمة، مُرتبطة بنظام كهربيّ مُحدّد الحدّة، قد يكون كافياً لنظم سكنية صغيرة، لكنّ صفائح تجارية أكبر كثيراً ما تتطلّب حواجز أرضية متداخلة في شكلية مُ مُ مُ وسلوكٍ مُّةٍ مُّةٍ مُّةٍ مُّةٍ مُنْتْتْتْتْ.
الحامية الكبيرة: أكثر ليس دائما أفضل، ولكن مسائل التنسيب
أجهزة الحماية الكبيرة يجب أن تُركّب في نقاط متعددة لخلق دفاع مطبق، نوع واحد من الـ "سبيد" في لوحة الخدمات الرئيسية يُعالج طفرة كبيرة من الضربات المباشرة،
الفريق المعني بتحديد المواقع والشحن
وفي حين أنه لا يمكن دائما تجنب وضع صفائف شمسية في مواقع مكشوفة، فإن تحديد المواقع بعناية يمكن أن يقلل من مخاطر الإضراب، ويتجنب تركيب صفائف في أعلى نقطة من المبنى ما لم توفر محطات جوية كافية، وإذا كان هذا النظام مجهزا على أرضية في حقل مفتوح، ويبعده عن الأشجار، والهوائيات، وغيرها من الهياكل الطويلة.
الصيانة والرصد من أجل الحماية الطويلة الأجل
إن نظم حماية النور ليست ثابتة؛ فهي تتطلب تفتيشاً ونفقة دوريين لكي تظل فعالة، وعلى مر الزمن، يمكن أن تؤدي عوامل بيئية مثل التآكل، والضرر الميكانيكي، ونمو النباتات إلى تدهور النظام، ويمكن أن تُسرد الاتصالات الأرضية، وأن تُظهر نوافذ مؤشرات الارتفاع، وأن تُدمر المحطات الجوية بواسطة الرياح أو الهش، وينبغي أن يتضمن جدول أعمال الصيانة المنتظمة تفتيشاً بصرياً لجميع الموصلات، وحالات الإنهاق.
كما يمكن لنظم الرصد التي تتبع البارامترات الكهربائية أن تحذر المشغلين من الطفرة التي قد تكون قد أثرت على المعدات، وقد قام العديد من المحاورين الحديثين ببناء مضادات أو سجلات للحدث التي تسجل أحداثاً غير عادية في مجال الفولط، وفي حين أن هذه النظم لا تحل محل رصد موجات مخصَّص لها، فإنها توفر بيانات قيمة لتقييم فعالية نظام الحماية، وعندما يقترن ذلك بعمليات التفتيش الروتينية، يساعد الرصد على ضمان أن يكون نظام الحماية جاهزاً للعاصفة القادمة.
المنافع الاقتصادية والتشغيلية لحماية البرق الشامل
(أ) التكلفة الأولية لنظام حماية الصواعق - بما في ذلك محطات الطيران، والموصلات، وأجهزة الاستنشاق - هي عادة جزء صغير من مجموع استثمارات المجموعة الشمسية - [الضوء] - بالنسبة للنظم السكنية، يمكن أن تكون التكلفة أقل من بضعة مئات إلى بضعة آلاف دولار.
فبجانب وفورات التكاليف المباشرة، تدعم حماية البرق الهدف الأوسع لمرونة الطاقة، وفي المناطق المعرضة للعواصف، كثيرا ما تكون الصفوف الشمسية جزءا من نظام احتياطي للطاقة من أجل حمولات حرجة مثل مضخات المياه والمعدات الطبية والإضاءة في حالات الطوارئ، ويمكن أن تترك ضربة البرق التي تضرب المحارم هذه النظم الحرجة دون طاقة خلال العاصفة نفسها التي تسببت في انقطاعها، ومن خلال ضمان بقاء المصفوفة الشمسية تعمل من خلال طقس شديد، وتوفير الحماية غير المباشرة للمجتمع المحلي تسهم بصورة غير مباشرة في تحقيق الانتعاش.
خاتمة
فتكون الصفوف الشمسية المنتشرة في المناطق ذات النشاط العالي تتطلب نظماً قوية للحماية تتصدى للتهديدات المباشرة وغير المباشرة على حد سواء، وتتماشى مع محطات التدخين الخارجية، والموصلات، وتأسيس نظام حماية الطاقة الداخلية، والربط، وتدقيق الأسلاك، مع توفير خدمة حماية شاملة تقلل من المخاطر التي تتعرض لها المعدات والأفراد والممتلكات، وتستجيب ممارسات التركيب القائمة مثل الصيانة الأساسية للبرمجيات NFPA 780, IEC 6230.