كيفية إدارة عدد كبير من صمامات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذات جهد 1000 فولت في محطة طاقة شمسية كهروضوئية؟

إن غريزة التعامل مع إدارة الصمامات كتمرين للمخزون والاستبدال أمر مفهوم - فالصمامات رخيصة وسلبية ونادراً ما تسجل الفشل. لكن البيانات الميدانية من المصانع العاملة تحكي قصة مختلفة. في تركيب بقدرة 30 ميجاوات على السطح في جيانغسو تمت مراقبته عبر 240 صندوق تجميع على مدار 18 شهرًا، كان تدهور مصهر التيار المستمر مسؤولاً عن 42% من الأعطال على مستوى السلسلة، قبل ارتخاء الطرف بنسبة 31% ونهاية عمر SPD عند 19%. لا يعلن المصهر عادة عن تراجعه عن طريق النفخ. تعلن ذلك من خلال أن تصبح مقاومًا بهدوء.

يعيد هذا التمييز تشكيل معنى "الإدارة" عند 1000 فولت تيار مستمر. توجد واجهة منصهر إلى حامل gPV صحية عند 3-5 متر مكعب. بحلول 24 شهرًا، يبلغ حجم الوحدة المتدهورة 8-12 متر مكعب؛ بحلول 36 شهرًا، 18-25 مللي أوم. التقدم ليس عشوائيا. إنه يتبع منحنى مدفوعًا بعابرين على حافة السحابة: يمكن لسلسلة 12 أمبير أن ترى 40-60 أمبير من الأحداث المفاجئة التي تدوم من 200 إلى 400 مللي ثانية عندما يقفز الإشعاع من 200 واط / متر مربع إلى 1000 واط / متر مربع. تسبب كل دورة إجهادًا مجهريًا لعنصر المصهر والأكسدة على الأسطح الملامسة، ويغذي التسخين الموضعي الناتج الدورة التالية من التحلل. فحص الاستمرارية - إيماءة الصيانة القياسية - سوف يمرر منصهرًا عند 20 متر أوم دون وميض احتجاج. ما يقرأه المقياس المتعدد على أنه "جيد" هو خطر حراري ينتظر فترة ما بعد الظهر ذات الإشعاع العالي التالي.

تصبح آلية الفشل أقل بديهية عندما يدخل الاضطراب الميكانيكي في الصورة. في دراسة مضبوطة لعينات توازن النظام العتيقة، فشلت مجموعات الصمامات الثابتة عند 35 أمبير من خلال ارتفاع درجة حرارة الفتيل - وهو وضع فشل الكتاب المدرسي. ولكن بمجرد تطبيق اضطراب ميكانيكي دوري، انخفض تيار الفشل إلى 15 أمبير وتحول موقع الفشل بالكامل إلى وصلة الدبوس المعدني الذكر/الأنثى، مما أدى إلى حدوث انحناء بدلاً من تمزق العنصر. ارتفعت درجة حرارة التشغيل في المجمع من حوالي 40 درجة مئوية إلى ما يقرب من 100 درجة مئوية في ظل الظروف المضطربة. إن المعنى الضمني بالنسبة للمحطة التي تحتوي على مصادر اهتزاز - حركة المرور على الطرق القريبة، أو حوامل الكابلات المحملة بالرياح، أو حتى اتصال الصيانة الروتينية - هو أن المصهر يمكن أن يكون سليمًا كهربائيًا ويظل العنصر الأقل موثوقية في السلسلة. يعد التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية متبوعًا بإزالة التغليف الجسدي هو الطريق التشخيصي عند الاشتباه في هذا الوضع، وليس مقياس المشبك.

توضح محطة صحراوية بقدرة 45 ميجاوات تعمل بتيار مستمر 1000 فولت عبر 28 صندوق تجميع كيف يمكن أن يهيمن اختيار الحامل على موثوقية الصمامات. كان الحاملون الأصليون عبارة عن وحدات للأغراض العامة تم تصنيفها فقط بـ 600 فولت تيار مستمر. على مدار 18 شهرًا، سجل فريق العمليات 23 حالة فشل للحامل في 11 صندوقًا. أدى التدوير الحراري المتكرر إلى تخفيف توتر الزنبرك في مشابك الحامل. عند 1000 فولت تيار مستمر، أنتج الاتصال عالي المقاومة الناتج تسخينًا موضعيًا وقوسًا دقيقًا شديدًا بما يكفي لإذابة الأجسام الحاملة في عدة حالات. كلف كل حدث ما متوسطه 4800 دولار من التوليد المفقود وقطع الغيار والعمالة. إن إعادة عزم الدوران والشحوم الموصلة - وهي العلاجات الميدانية المعتادة - لم توقف هذا النمط. تطلب الإصلاح استبدالًا مرحليًا لـ 520 حاملًا، واختلفت وحدات الاستبدال في التفاصيل المهمة: غلاف من النايلون غير اللامع مقاوم للتدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية، ومعالجة التشققات التي لوحظت في العلب القديمة في هواء الصحراء المالح. نادرا ما كان المصهر نفسه هو الجزء الفاشل. كانت الواجهة الحرارية الميكانيكية المحيطة به.

هذا هو المكان الذي يستحق فيه تعيين 1000 فولت مزيدًا من التدقيق مما يتلقاه عادةً. تحكم IEC 60269-6 وصلات منصهر gPV للدوائر الكهروضوئية التي تصل إلى 1500 فولت تيار مباشر، وتتطلب حالة اختيار الجهد القياسية أن لا يقل الجهد الكهربي للمصهر عن 1.2 مرة من جهد الدائرة المفتوحة للسلسلة المصحح إلى -25 درجة مئوية. المصهر الذي يحمل علامة 1000 فولت تيار مستمر ليس جهازًا قابلاً للتخفيض أو "قريبًا بدرجة كافية" لسلسلة 1500 فولت ؛ يرتبط سلوك إخماد القوس الذي يجعل منصهر gPV فعالاً بتصنيف الجهد الخاص به، ولن تقطع وحدة 1000 فولت في دائرة 1500 فولت تيار العطل الذي من المتوقع أن يتم تنظيفه. الخطأ العكسي أكثر دقة: يقوم الفنيون أحيانًا بتركيب 1500 منصهرًا بجهد 1000 فولت في حاملات 1000 فولت الحالية لأن هامش الجهد يبدو مناسبًا. لكن أجسام المصهر 1500 فولت بأحجام أكبر مثل 14 × 65 مم لا تتزاوج بشكل صحيح مع مشابك حامل 10 × 38 مم، مما يؤدي إلى اتصال ضعيف ونقطة بدء قوس جديدة في الواجهة نفسها التي كانت بالفعل الحلقة الضعيفة. يعتبر تصنيف الجهد الكهربي والغلاف الميكانيكي للحامل زوجًا متطابقًا، وليس مواصفات مستقلة.

إن ميزة مصهر gPV على قاطع الدائرة المصغرة DC على مستوى السلسلة ليست مسألة تفضيل. عند 1000 فولت تيار مستمر، تحمل صمامات gPV عادةً تصنيفات انقطاع في نطاق 20-50 كيلو أمبير، في حين تصل قواطع التيار المستمر من طراز MCB في نفس فئة الجهد عادةً إلى 6-10 كيلو أمبير. عندما تتعطل سلسلة ما، يمكن للسلاسل المتوازية الصحية أن تدفع خمسة إلى عشرة أضعاف تيار السلسلة المقدر في مسار الخطأ، ويفتح فتيل gPV هذا الخطأ في حوالي 1-10 مللي ثانية مقابل 10-50 مللي ثانية للكسارة الحرارية المغناطيسية. تعد إمكانية إعادة ضبط القاطع ملائمة من الناحية التشغيلية، ولكنها لا تعوض قدرة القطع التي قد تكون أقل بترتيب من حجم تيار العطل المتاح في صفيف متوازي كبير. المصهر هو جهاز يستخدم مرة واحدة حسب التصميم؛ فالخطأ الذي يفجره هو حدث تشخيصي، وليس مصدر إزعاج يجب التخلص منه.

يحتوي نظام التحجيم على نافذة ضيقة يسهل تفويتها في كلا الاتجاهين. يحدد حساب NEC 690.9 الحد الأدنى عند 1.56 × Isc (1.25 للخدمة المستمرة × 1.25 لتعزيز الإشعاع)، ولكن الحد الأقصى لتصنيف الصمامات التسلسلية للوحدة يحدد السقف. بالنسبة للوحدة ذات Isc من 11.2 A، 1.56 × Isc ينتج عنها 17.5 A، تقريبًا إلى 20 A. من شأن المصهر 15 A أن ينتهك الحد الأدنى من NEC بينما لا يزال أقل من تصنيف سلسلة الوحدة - وهو تكوين غير متوافق ولا وقائي. في الطرف الآخر، لا يشتري المصهر الكبير الحجم نحو الحد الأقصى لتصنيف الوحدة أي شيء في الحماية من الأخطاء ويدفع إلى الاقتراب من الحدود الحرارية للحامل والموصل. التقييم الصحيح هو نطاق ضيق، والعامل 1.56 يمثل أرضية وليس هدفًا.

يؤدي خفض درجة الحرارة إلى تفاقم العمليات الحسابية داخل العلبة. المصهر المقنن 20 أمبير عند 20 درجة مئوية لا يحمل 20 أمبير إلى أجل غير مسمى عند درجة حرارة الصندوق الداخلية 55 درجة مئوية؛ تفترض أحكام ارتفاع درجة الحرارة الخاصة بمعيار gPV ظروفًا مرجعية محددة، ويكون المحيط الداخلي للعلبة بشكل روتيني 15-25 درجة مئوية فوق الهواء الخارجي في صندوق موحد تحت إشعاع كامل. المصهر الذي تم اختياره عند 1.56 × Isc بالضبط بدون هامش حراري سوف يعمل ساخنًا، ويتحلل المصهر الساخن نحو عتبة 15 mΩ بشكل أسرع مما يوحي به منحنى المجال الذي يبلغ 36-48 شهرًا. يتمثل التعديل العملي في التعامل مع درجة حرارة العلبة، وليس البيئة المرجعية لورقة البيانات، كنقطة بداية لفحص خفض الأداء.

في ضوء ذلك، لا تتعلق إدارة المخزون بإحصاء الصمامات الموجودة على الرف بقدر ما تتعلق بمعرفة الخيوط التي تتراكم التدهور. لم يتم توزيع معدل التدهور البصري بنسبة 6.2% في دراسة جيانغسو خلال 36 شهرًا بالتساوي: 73% من حالات الفشل تتركز في سلاسل تعمل فوق 12 أمبير متواصل. المصنع الذي يقوم بدمج المخزونات حسب العدد الإجمالي دون تعيينها إلى سلاسل التيار العالي سوف يكتشف النقص في أسوأ لحظة ممكنة - خلال حملة الأعطال، عندما تحتاج المجمعات المتعددة إلى اهتمام متزامن. والبديل هو وضع علامات على السلاسل عالية الضغط من تشغيل السجلات الحالية والاحتفاظ بمخزون احتياطي بحجم تلك المجموعة الفرعية، وليس بعدد سلاسل لوحة اسم المصنع. يؤدي اتجاه مقاومة تلامس الصمامات، والذي يتم قياسه على فترات 12 شهرًا، إلى تحويل قرار المخزون من تخمين إلى توقعات: السلسلة التي تجاوزت واجهة الصمامات 12 متر مكعب عند الفحص لمدة 24 شهرًا هي مرشحة للاستبدال الاستباقي قبل ذروة الصيف التالية.

تكمن مشكلة التزييف والعلامات الخاطئة تحت كل هذا. إن المصهر الذي يحمل علامة gPV ولكن لم يتم اختباره وفقًا لنظام إخماد قوس التيار المستمر الخاص بالمواصفة IEC 60269-6 قد يقطع خطأ التيار المتردد ويفشل بشكل كارثي في ​​سلسلة التيار المستمر. العلامات التي يمكن التحقق منها هي فئة الاستخدام gPV على الجسم، ومعدل جهد مستمر واضح يبلغ 1000 فولت أو 1500 فولت بدلاً من رقم AC/DC المشترك الغامض، وإمكانية التتبع إلى وثائق اختبار IEC 60269-6 الخاصة بالشركة المصنعة. عند سعر الوحدة لمصهر gPV مقاس 10 × 38 مم، من السهل استبعاد خطر التزييف؛ على مستوى النظام، يمثل فتيل واحد تم وضع علامة خاطئة عليه في مجمع مكون من 24 سلسلة ثغرة حماية لن يكشف عنها أي اختبار استمرارية. مهمة الإدارة ليست شراء الصمامات بسعر رخيص وتخزينها بعناية. إنه التعامل مع كل واجهة منصهر إلى حامل كاتصال مراقب، وكل عملية حسابية للحجم كنافذة محاطة، وكل تصنيف للجهد كقيد صعب لا يمكن لأي استبدال ميداني تخفيفه.