أي مانع صواعق يحتاجه النظام الشمسي؟ تيار مستمر أم متناوب، النوع 1 أم 2

LanguageEnglishالعربية

يحتاج النظام الشمسي إلى مانع صواعق للتيار المستمر عند مدخل الألواح في الإنفرتر، ومانع ثانٍ عند الألواح إذا كان طول كابل التيار المستمر أكثر من 10 أمتار، ومانع صواعق للتيار المتناوب في لوحة التوزيع. اختر النوع 2 إلا إذا كان المبنى مزوداً بمانعة صواعق خارجية، فعندها اختر النوع 1+2. وعلى جهة التيار المستمر اختر أدنى جهد تصنيف يبقى فوق أعلى جهد دارة مفتوحة تنتجه السلسلة: لإنفرترات الأوف غريد من فئة 500 فولت التي تعمل عليها معظم المنازل، الجواب هو وحدة 550 أو 600 فولت وليس وحدة 1000 فولت، لأن الوحدة الأدنى تصنيفاً تحدّ الصاعقة عند جهد أدنى. الطقم الكامل لمنزل أحادي الطور يكلف نحو 40 دولاراً.

في هذا المقال

• هل يحتاج النظام الشمسي فعلاً إلى مانع صواعق؟
• ما جهد التصنيف المناسب لمانع صواعق التيار المستمر؟
• النوع 1 أم النوع 2 أم 1+2: أيها تحتاج؟
• أين يُركَّب مانع الصواعق، ولماذا تهم الأسلاك القصيرة؟
• هل تحتاج أيضاً إلى مانع صواعق للتيار المتناوب؟
• متى لا يكون مانع الصواعق هو الحل؟
• الأسئلة الشائعة

هل يحتاج النظام الشمسي فعلاً إلى مانع صواعق؟

نعم، والسبب هو مكان الألواح. المنظومة الشمسية هيكل معدني كبير في أعلى نقطة من المبنى، موصول بكابلات طويلة إلى أغلى جهاز إلكتروني في البيت. ولا يلزم أن تضرب الصاعقة السطح حتى تُحدث الضرر: ضربة على بعد بضع مئات من الأمتار تولّد نبضة جهد في تلك الكابلات، وتصل هذه النبضة إلى مدخل MPPT في الإنفرتر خلال أجزاء من المليون من الثانية.

جهاز الحماية من ارتفاع الجهد المفاجئ، أو مانع الصواعق SPD، يُركَّب على التوازي مع الدارة. في التشغيل العادي لا يفعل شيئاً. وعندما يقفز الجهد فوق عتبته يتحول إلى مسار قصير نحو الأرض لجزء من الميلي ثانية، فيحوّل الصاعقة ويُبقي الجهد الذي يراه الإنفرتر تحت سقف منشور اسمه مستوى الحماية Up، ثم يعود إلى وضع الانتظار. كل صاعقة تستهلكه قليلاً، ولهذا تحمل كل وحدة نافذة تتحول من الأخضر إلى الأحمر عندما ينفد عمر الوحدة.

ثلاثة مواضع تحتاج إلى حماية، وهي ثلاثة منتجات مختلفة:

• جهة التيار المستمر عند الإنفرتر، على مدخل الألواح. هذا هو الحد الأدنى لكل نظام.
• جهة التيار المستمر عند الألواح، في علبة التجميع على السطح، كلما كان الكابل من الألواح إلى الإنفرتر أطول من نحو 10 أمتار. تقول ملاحظة التركيب الخاصة بشركة Suntree إن موانع الصواعق الشمسية لديها "يُنصح بتركيبها عند طرفي خط التغذية بالتيار المستمر، جهة الألواح وجهة الإنفرتر".
• جهة التيار المتناوب، في لوحة التوزيع الرئيسية، حيث يدخل تيار الشبكة والمولد وحيث يغذي خرج الإنفرتر المنزل.

ما جهد التصنيف المناسب لمانع صواعق التيار المستمر؟

هذا هو القرار الذي يقلبه معظم المشترين رأساً على عقب. الرقم الكبير على الملصق، Ucpv، هو أقصى جهد مستمر يمكن أن تتحمله الوحدة طوال اليوم من دون أن توصل التيار. يجب أن يكون أعلى من أعلى جهد يمكن أن تنتجه السلسلة في أي وقت، وهو جهد الدارة المفتوحة في أبرد صباح وأشده سطوعاً، لا الجهد الذي تقرأه ظهراً في الصيف. وتضع Suntree القاعدة بوضوح في أوراق بياناتها: الجهد المطبق باستمرار على طرفي الوحدة يجب ألا يتجاوز Uc.

وهنا ما لا يخبرك به الملصق. مستوى الحماية يرتفع مع ارتفاع جهد التصنيف. ضمن عائلة Suntree نفسها من النوع 1+2، تُنشر وحدة 600 فولت بمستوى حماية Up يساوي 2.2 كيلوفولت أو أقل، ووحدة 1000 فولت بمستوى 4.0 كيلوفولت أو أقل. ركّب وحدة 1000 فولت على سلسلة 450 فولت وتكون قد اشتريت جهازاً يسمح بمرور ضعف الجهد تقريباً إلى الإنفرتر قبل أن يتحرك. الأكبر هنا ليس الأكثر أماناً. الخيار الصحيح هو أدنى Ucpv يتجاوز جهد سلسلتك بهامش.

بالنسبة لمعظم المنازل يسهل إيجاد هذا الهامش، لأن الإنفرتر يضع سقفاً صارماً للسلسلة. تنشر Voltronic أقصى جهد دارة مفتوحة للألواح قدره 500 فولت تيار مستمر للـ Axpert VM IV Twin والـ Axpert MAX Twin، و400 فولت للـ Axpert VM II 1.2 كيلوواط الصغير. والسلسلة المصممة لتبقى تحت هذه الحدود في صباح بارد تغطيها وحدة 550 أو 600 فولت. أما وحدات 1000 و1200 فولت فمكانها إنفرترات الأون غريد ثلاثية الطور مثل INVT XG 10 كيلوواط، التي يمتد نطاق MPPT فيها حتى 1000 فولت.

مانع صواعق Suntree للتيار المستمر	Ucpv	النوع	Up المنشور	يناسب	السعر
SUP2H-PV قطبان	550 فولت	النوع 2	2.8 كيلوفولت لوحدتي 500 و600 فولت من العائلة	إنفرترات الأوف غريد والهجينة بحد 400 إلى 500 فولت للألواح	15.40$
SUP2 DC قطبان 600 فولت	600 فولت	النوع 1+2	2.2 كيلوفولت أو أقل	الإنفرترات نفسها في مبنى مزود بمانعة صواعق	37.27$
SUP2H1-PV ثلاثة أقطاب 1000 فولت	1000 فولت	النوع 2	3.6 كيلوفولت	إنفرترات الأون غريد بسلاسل حتى 1000 فولت	28.32$
SUP2H1-PV ثلاثة أقطاب 1200 فولت	1200 فولت	النوع 2	4.0 كيلوفولت	السلاسل التجارية فوق 1000 فولت	33.91$
SUP2 DC ثلاثة أقطاب 1000 فولت	1000 فولت	النوع 1+2	4.0 كيلوفولت أو أقل	أنظمة الأون غريد في مبنى مزود بمانعة صواعق	53.00$

كل وحدات التيار المستمر في الجدول منشورة بتيار تفريغ أقصى 40 كيلوأمبير على موجة 8/20 ميكروثانية، فالخياران الحقيقيان هما جهد التصنيف والنوع. وجميعها تُركَّب على سكة DIN بعرض 35 ملم وتحمل نافذة الحالة من الأخضر إلى الأحمر.

النوع 1 أم النوع 2 أم 1+2: أيها تحتاج؟

النوع يخبرك بأي نوع من التيار اختُبر الجهاز على تحمله، لا بمدى جودته.

النوع 2 يُختبر بموجة 8/20 ميكروثانية، وهي شكل الصاعقة المستحثة من ضربة قريبة أو من عملية فصل ووصل. أرقامه الرئيسية هي تيار التفريغ الاسمي In والأقصى Imax، مثلاً 20 و40 كيلوأمبير على وحدات Suntree الشمسية. وهو الجهاز القياسي لنظام على سطح مبنى من دون حماية خارجية من الصواعق.

النوع 1 يُختبر بموجة 10/350 ميكروثانية، التي تحمل طاقة أكبر بكثير وتمثل حصة من تيار صاعقة مباشرة. رقمه الرئيسي هو Iimp، وهو 12.5 كيلوأمبير على وحدات Suntree للتيار المستمر من النوع 1+2. تحتاجه عندما يمكن لضربة مباشرة أن تصل إلى الأسلاك: المبنى مزود بمانعة صواعق، أو الألواح موصولة بنظام حماية من الصواعق. والوحدة المدمجة من النوع 1+2 تؤدي المهمتين في وحدة واحدة، وهي ما نوفره.

يلخصها دليل التركيب من Schneider Electric في سطر واحد: وجود مانعة صواعق يعني مانع صواعق من النوع 1 في اللوحة الرئيسية. وإن لم يكن المبنى مزوداً بها، فالتصميم المعتاد هو النوع 2 على جهتي التيار المستمر والمتناوب، وهذا ما يجعل النوع 2 الخيار الافتراضي الصحيح لغالبية المنازل.

أين يُركَّب مانع الصواعق، ولماذا تهم الأسلاك القصيرة؟

مانع الصواعق لا يحمي إلا ما هو قريب منه. قاعدة Schneider للأنظمة الشمسية هي قاعدة الأمتار العشرة: إذا كان كابل التيار المستمر بين الألواح والإنفرتر أقصر من 10 أمتار، فوحدة واحدة عند الإنفرتر تغطي الطرفين، وإذا كان أطول فركّب وحدة عند كل طرف، لأن الكابل نفسه يلتقط الصاعقة المستحثة على طوله. ومعظم التركيبات من السطح إلى الطابق الأرضي تتجاوز 10 أمتار، ولهذا توجد علبة التجميع على السطح. وعلبة التجميع Suntree SISO-40/S تجمع الفيوزات ومفتاح العزل ومانع صواعق 1000 فولت في علبة واحدة بحماية IP66 لهذا الموضع بالذات.

القاعدة الثانية تخص الأسلاك الموصلة إلى مانع الصواعق، وهي الأكثر خرقاً بين المركّبين. ترتفع الصاعقة بسرعة كبيرة لدرجة أن كل سنتيمتر من السلك يضيف جهداً حثياً فوق Up. تحدد Schneider أن مجموع سلكي التوصيل معاً، من الموصل الحي إلى الوحدة ومن الوحدة إلى قضيب الأرضي، يجب أن يبقى أقل من 50 سم. ركّب الوحدة بجانب الأطراف التي تحميها، وأبقِ الأسلاك قصيرة ومستقيمة، ولا تلفّها أبداً.

ويحتاج إلى أرضي حقيقي. مانع الصواعق لا يمتص الصاعقة بل يحوّلها، والمكان الوحيد الذي يمكنه إرسالها إليه هو موصل الأرضي. ومن دون قطب أرضي، أو مع قضيب أرضي موصول عبر سلك طويل رفيع، تصبح الوحدة مجرد زينة.

هل تحتاج أيضاً إلى مانع صواعق للتيار المتناوب؟

نعم. وحدة التيار المستمر تحمي مدخل الألواح. أما مدخل الإنفرتر وخرجه على التيار المتناوب، والتحويل بين الشبكة والمولد، وكل جهاز في البيت، فكلها على جهة التيار المتناوب، والصواعق تصل إليها أيضاً: عبر خطوط التغذية الهوائية أثناء العواصف، ومن المولد ومفتاح التحويل كل يوم.

منتج التيار المتناوب جهاز مختلف بتصنيفات مختلفة. لمنزل أحادي الطور 220 فولت، وحدة Suntree SUP1H قطبان 275 فولت بسعر 9.21$ هي وحدة من النوع 2 منشورة بـ In 20 كيلوأمبير وImax 40 كيلوأمبير وUp أقل من 1.8 كيلوفولت. واللوحة ثلاثية الطور تأخذ نسخة 4 أقطاب 385 فولت بسعر 18.04$. وحيث تصل التغذية على خطوط هوائية في منطقة مكشوفة، أو حيث المبنى مزود بمانعة صواعق، انتقل إلى النوع 1+2 قطبان 275 فولت بسعر 18.63$. وتذكر Suntree أن وحدات التيار المتناوب تناسب شبكات TT وTN-S وTN-C وTN-C-S وIT، وهذا يغطي كل لوحة منزلية ستصادفها.

النظام	عند مدخل الإنفرتر	عند الألواح إذا تجاوز 10 أمتار	في لوحة التيار المتناوب	سعر الطقم
منزل أوف غريد أو هجين، أحادي الطور، من دون مانعة صواعق	DC قطبان 550 فولت، 15.40$	DC قطبان 550 فولت، 15.40$	AC قطبان 275 فولت، 9.21$	40.01$
المنزل نفسه مع مانعة صواعق	DC قطبان 600 فولت 1+2، 37.27$	DC قطبان 600 فولت 1+2، 37.27$	AC قطبان 275 فولت 1+2، 18.63$	93.17$
أون غريد ثلاثي الطور، سلاسل حتى 1000 فولت	مدمج في INVT XG، تحقق من موديلك	DC ثلاثة أقطاب 1000 فولت، 28.32$	AC أربعة أقطاب 385 فولت، 18.04$	46.36$

متى لا يكون مانع الصواعق هو الحل؟

مانع الصواعق تأمين رخيص، لكنه تأمين ضد شيء واحد محدد: نبضة عابرة تدوم أجزاء من المليون من الثانية. إليك متى لا يفيد، أو متى يكون شراؤه الخطوة الخاطئة.

• لا يوجد أرضي. ركّب قطب الأرضي أولاً. مانع صواعق لا مكان له ليرسل الصاعقة إليه لا يحمي شيئاً.
• ضربة مباشرة على الألواح. لا ينجو منها أي مانع صواعق ولا يوقفها. نظام الحماية الخارجي من الصواعق وحده، مانعة وموصل نازل مصممان للمبنى، يتعامل مع الضربة المباشرة. ثم يتولى مانع الصواعق ما يتسرب إلى الأسلاك.
• الإنفرتر فيه وحدة مدمجة والكابل قصير. تذكر INVT أن سلسلة XG تضم موانع صواعق مدمجة من النوع 2 للتيار المستمر والمتناوب. إذا كان خطك أقصر من 10 أمتار، فوحدة ثانية عند الإنفرتر لا تضيف شيئاً. أنفق المال على طرف الألواح بدلاً منها.
• المشكلة ارتفاع جهد مستمر، لا نبضة. مولد يعمل على 260 فولت لساعة، أو انقطاع في النيوترال يضع 380 فولت على دارة 220 فولت، عطل لم يُصمم مانع الصواعق له أبداً. سيحاول كبحه فيسخن ويفصل نفسه، وينتهي بك الأمر بنافذة حمراء وجهاز محترق. هذه مهمة ريليه حماية من ارتفاع وانخفاض الجهد.
• استخدام وحدة تيار متناوب على جهة التيار المستمر. قوس التيار المستمر ليس له نقطة عبور بالصفر، لذلك تحمل موانع الصواعق الشمسية قاطع فصل مصنفاً للتيار المستمر وتُختبر وفق IEC 61643-31. وحدة تيار متناوب على سلسلة شمسية خطر حريق، لا توفير.
• النافذة حمراء أصلاً. مانع الصواعق المستهلك دارة مفتوحة. إنه قطعة استهلاكية. افحص النافذة بعد كل عاصفة كبيرة واحتفظ بوحدة احتياطية.

الأسئلة الشائعة

هل يمكنني استخدام مانع صواعق للتيار المتناوب على جهة التيار المستمر في النظام الشمسي؟

لا. موانع الصواعق الشمسية تُصنع وتُختبر وفق معيار منفصل هو IEC 61643-31، لأن تيار عطل التيار المستمر ليس له نقطة عبور بالصفر لإطفاء القوس. وهي تحمل قاطع فصل حرارياً مصنفاً للتيار المستمر وفيوزاً أو وصلة تحويل لا توجد في وحدة التيار المتناوب. اشترِ دائماً وحدة مكتوباً عليها PV أو DC مع تصنيف Ucpv.

هل أحتاج إلى مانع صواعق إذا كان الإنفرتر يحتوي على وحدة مدمجة؟

ما زلت تحتاج إلى وحدة عند طرف الألواح إذا كان كابل التيار المستمر أطول من 10 أمتار، وما زلت تحتاج إلى وحدة التيار المتناوب في لوحة التوزيع. الوحدة المدمجة تغطي الأطراف التي تجلس عليها فقط. تحقق من ورقة بيانات الإنفرتر نفسه، فكثير من إنفرترات الأوف غريد لا تحتوي على أي وحدة.

ما الفرق بين قطبين وثلاثة أقطاب في مانع صواعق التيار المستمر؟

وحدة القطبين تحمي الموجب إلى الأرضي والسالب إلى الأرضي. ووحدة الأقطاب الثلاثة، التي تُسمى غالباً توصيلة Y، تضيف عنصراً ثالثاً بين الموجب والسالب، فتُغطى المسارات الثلاثة ولا يترك عطل في عنصر واحد السلسلة موصولة بالأرضي. لسلسلة واحدة على إنفرتر صغير القطبان هما القياسي، وللمنظومات الأكبر وأنظمة الأون غريد الأقطاب الثلاثة هي المواصفة المعتادة.

كيف أعرف أن مانع الصواعق تعطل؟

تتحول نافذة الحالة على الوحدة من الأخضر إلى الأحمر، وفي الوحدات المزودة بطرف بعيد يتغير وضع طرف الإنذار. يستمر النظام بالعمل لأن الوحدة موصولة على التوازي، فلا شيء ينبهك سوى النافذة. انظر إليها بعد كل عاصفة كبيرة.

ماذا يعني In وImax؟

كلاهما يُختبر بموجة 8/20 ميكروثانية. In هو تيار التفريغ الاسمي الذي تتحمله الوحدة مرات كثيرة خلال عمرها، وImax أكبر صاعقة منفردة تنجو منها مرة واحدة. تنشر Suntree 20 و40 كيلوأمبير للوحدات الشمسية. أما تصنيف النوع 1، Iimp، فهو اختبار مختلف على موجة 10/350 ميكروثانية ولا يقارن بأي منهما.

هل يغني مانع الصواعق عن مانعة الصواعق الخارجية؟

لا. لكل منهما مهمة مختلفة. مانعة الصواعق تعطي الضربة المباشرة مساراً آمناً نازلاً على خارج المبنى. ومانع الصواعق يحدّ الجهد الذي يصل إلى الأجهزة عبر الأسلاك. المبنى المزود بمانعة يحتاج إلى وحدات من النوع 1+2، والمبنى من دونها يحتاج إلى النوع 2. ولا يحل أحدهما محل الآخر.

المصادر: مواضع التركيب وقاعدة الأمتار العشرة وقاعدة 50 سم من دليل التركيبات الكهربائية من Schneider Electric؛ تصنيفات SUP2H-PV وملاحظة التركيب عند الطرفين من Suntree Electric؛ حدود جهد الألواح للإنفرترات من أوراق بيانات Voltronic Power المنشورة. كل أرقام موانع الصواعق هي تصنيفات الشركة المصنعة المنشورة كما تظهر على صفحة كل منتج. الأسعار صحيحة وقت الكتابة. للقراءة أيضاً: أي جهد بطارية يحتاجه الإنفرتر.