قيادة عملية إزالة الكربون من خلال الحلول الرائدة للطاقة الشمسية السكنية

في الآونة الأخيرة، كانت هناك زيادة ملحوظة في الاهتمام وتنفيذ أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، مدفوعة بالتركيز المتزايد على الاستدامة والحاجة إلى معالجة تغير المناخ. إن اعتماد مصادر الطاقة المتجددة له أهمية قصوى في معالجة القضايا المعقدة التي يطرحها تغير المناخ، وتلعب الطاقة الشمسية المنزلية دورًا كبيرًا في تسهيل هذا التحول. تركز هذه المقالة على حلول Littelfuse لأنظمة الطاقة الشمسية السكنية ومساهمتها الحاسمة في إنشاء مستقبل صافي الصفر.

محولات الطاقة الشمسية السكنية

تشير تقديرات سوق عاكسات الطاقة الشمسية المنزلية إلى معدل نمو صحي بنسبة 10.9% من عام 2023 إلى عام 2032، من تقييم أولي قدره 6.95 مليار دولار في عام 2023. وقد ساهمت جميعها قواعد الاستخدام الفعال للطاقة، وتغيير الميول الاستهلاكية والتنظيمية تجاه الطاقة الشمسية، وعوامل أخرى. لتسريع اعتماد تكنولوجيا الطاقة الشمسية.

في التطبيقات السكنية، يتم استخدام ثلاثة أنواع رئيسية من محولات الطاقة الشمسية (الشكل 1):

• Microinverter: في هذا النظام، يتم إجراء تحويل طاقة DC/AC أحادي الطور على مستوى اللوحة، مما يحقق طاقة خرج تصل إلى 300 واط في نطاق 110 إلى 230 فولت. يتم إجراء تحسين الطاقة محليًا على كل لوحة، ويمكن إضافة بطاريات مقترنة بالتيار المتردد للنسخ الاحتياطي.
• محول سلسلة: يحقق طاقة خرج تتراوح من 1 كيلووات إلى 10 كيلووات ومتوفر بجهد خرج أحادي الطور وثلاثي الطور، ويتميز هذا النظام بتحويل مركزي للتيار المستمر/التيار المتردد. تعمل محولات السلسلة، المعروفة بتوافرها وموثوقيتها، على تبسيط عملية الصيانة، حيث لا يتم تركيب أي إلكترونيات على السطح. يمكن أن تكون البطارية الاحتياطية مقترنة بالتيار المستمر ذات الجهد العالي.
• مُحسِّن الطاقة + عاكس السلسلة: مثل عاكس السلسلة، يحتوي هذا النظام على تحويل مركزي للطاقة وبطارية احتياطية عالية الجهد مقترنة بالتيار المستمر. ومع ذلك، هنا، يتم تحسين طاقة الخرج لكل لوحة بشكل مستقل، ويتم توفير المراقبة على مستوى النظام واللوحة. يمكن أن تصل طاقة الخرج المقدرة إلى 300 واط، مع توفير كل لوحة لجهد خرج 50 فولت تيار مستمر.

تشمل Littelfuse مجموعة واسعة من المنتجات والحلول التي تلبي متطلبات محولات الطاقة الشمسية المثبتة في الأنظمة السكنية، بما في ذلك حماية المدخلات والمخرجات وأجهزة تحويل الطاقة والمكونات اللازمة لتنفيذ واجهة المستخدم والتواصل مع الشبكة (الشكل 2).

العاكس الصغير

يظهر الشكل 3 التخطيطي النموذجي للعاكس الصغير. بعد اللوحة الشمسية، لدينا محول DC/DC (المجموعة I)، يليه محول عالي التردد ومرحلة مقوم الموجة الكاملة (II). بعد محول DC/DC، لدينا عاكس DC/AC (III) ومرحلة إخراج مع المرشحات والحماية (IV)، تستخدم للتفاعل مع الشبكة ونظام البطارية المقترنة بالتيار المتردد. تكمل وحدات تشغيل البوابة (V) قسم الطاقة.

في الجزء السفلي من الشكل 3، نرى وحدة التحكم، والتي تتضمن مصدر الطاقة الإضافي (VII)، والذي يتم تشغيله عادةً بواسطة اللوحة الشمسية، ووحدة التحكم الدقيقة، وواجهة الاتصال والمستخدم (VI). كما هو موضح في الجدول في الشكل 3، فإن منتجات Littelfuse مناسبة لتنفيذ كل كتلة من المحولات الدقيقة.

على سبيل المثال، فإن Trench Gate Gen2 عبارة عن MOSFET بقوة 40 إلى 175 فولت مع V_س تتراوح من 40 فولت إلى 170 فولت وتوفر إمكانات تيار عالية تصل إلى 600 أمبير. يمكن للمصممين التحكم في المزيد من الطاقة بمساحة أقل مطلوبة بفضل الجمع بين تصنيفات التيار العالي لهذه الأجهزة وبدائل التغليف المدمجة التي يمكن الوصول إليها. بالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه الأجهزة على تعزيز دمج الأجهزة عن طريق تقليل أو إلغاء الحاجة إلى العديد من أجهزة MOSFET المتوازية ذات التصنيفات الحالية المنخفضة في تطبيقات التبديل عالية الطاقة.

محسن الطاقة

عند الجهد الذي يحدده العاكس، تقوم أجهزة تحسين الطاقة بتتبع نقطة الطاقة القصوى لكل مدخل وإرسال كل الطاقة المتاحة إلى الإخراج. القيام بذلك لا يتطلب أي نوع من التفاعل بين المحسنين والعاكس. ضع في اعتبارك أنه ليست كل الأنظمة الكهروضوئية التي تعتمد على محولات السلسلة ستتضمن محسنات الطاقة.

يظهر الرسم التخطيطي لمُحسِّن الطاقة في الشكل 4، حيث يمكن تكرار كل كتلة رأسية ن مرات. بالنسبة لمحول DC/DC المعزز أو المعزز، يلزم وجود وحدات MOSFET ذات تبديل عالي التردد، وثنائيات TVS لحماية الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) من عابري الجهد، وNTC للكشف عن درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن ضوء الشمس الزائد أو فشل مكونات الطاقة. تتحكم برامج تشغيل البوابة في تحويل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) ويتم دمجها مع صمامات TVS الثنائية لحماية الجهاز من أحداث التحميل الزائد العابرة. لحماية وحدة التحكم، التي تدمج الأجهزة المنطقية القابلة للبرمجة وواجهات الاتصال، من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والعابرين الكهربائيين السريعين (EFTs)، يتم استخدام مصفوفات الصمام الثنائي TVS عادةً.

يوضح الجدول الموجود على يمين الشكل 4 مجموعة مختارة من حلول Littelfuse المناسبة لهذا التطبيق. على سبيل المثال، لمنع الضرر الناتج عن ESD وEFTs والارتفاعات المفاجئة الناجمة عن البرق، تم تصميم مصفوفة الصمام الثنائي SP712 TVS خصيصًا لحماية تطبيقات RS-485 بجهود عمل غير متماثلة (-7 فولت إلى 12 فولت). يعمل بشكل آمن على تبديد ما يصل إلى 20 أمبير من 8/20-ميكروثانية من التيار المفاجئ (IEC 61000-4-5) مع جهد تثبيت منخفض جدًا، ويمكن أن يتحمل SP712 ضربات ESD المتكررة فوق المستوى الأقصى المنصوص عليه في IEC 61000-4-2 دون أن يتدهور أداء.

العاكس سلسلة

على الرغم من وجود العديد من الطبولوجيا بما في ذلك محولات السلسلة، من أجل البساطة، سننظر في الهيكل الأساسي. يظهر الرسم التخطيطي لنظام عاكس السلسلة في الشكل 5. تتضمن كتلة عاكس السلسلة وحدة التحكم التي، إلى جانب التوصيلات السلكية، قد تتضمن أيضًا واجهات لاسلكية، مثل BLE وZigbee والمزيد.

يتم توصيل الألواح الشمسية بمدخل كتلة عاكس السلسلة عبر حماية المدخلات والمرشحات. عادةً ما يتم استخدام مكثفات أكسيد المعدن (MOVs) لهذا الغرض، للحماية من انتقال الجهد الكهربي وارتفاع الإضاءة. سلسلة Littelfuse SM20 عبارة عن متغيرات SMD مدمجة (20 مم) للاستخدام في تطبيقات مثل هذه، والتي تتطلب طاقة عالية وقدرة تيار عابر.

وبالمثل، يتم وضع المرشحات والحماية المكونة من MOVs والصمامات وأنابيب تفريغ الغاز عند مخرج عاكس السلسلة. تعتبر تطبيقات العزل العالي والحماية من زيادة التيار مثل هذه، بالإضافة إلى تلك التي تتضمن الفولتية المتحيزة أو مستويات الإشارة بعدة مئات من الفولتات، مثالية لعائلة Littelfuse CG3 من مانعات بلازما الغاز، التي تحتوي على طرفين وتعمل بفولتية تتراوح من 1.0 إلى 7.5 كيلو فولت.

يعد استخدام مصادر الطاقة المتجددة نهجا حاسما في الجهود الملحة لمعالجة تغير المناخ. تبرز الطاقة الشمسية السكنية كحل واعد، لأنها لا توفر توليد الطاقة المستدامة فحسب، بل تمكن الأفراد أيضًا من المشاركة بنشاط في التحدي المتمثل في الحد من انبعاثات الكربون. وفي السعي إلى إزالة الكربون، فإن استخدام حلول فعالة وموثوقة وصغيرة الحجم في الطاقة الشمسية المحلية يسهل توليد كهرباء صديقة للبيئة ومستدامة.

مرجع

¹ليتيلفوس. (2023). “حلول الطاقة الشمسية السكنية من Littlefuse.”

تفضل بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

التدوينة قيادة عملية إزالة الكربون من خلال الحلول الرائدة للطاقة الشمسية السكنية ظهرت لأول مرة على أخبار إلكترونيات الطاقة.