يسمى مفهوم حماية الشبكات الكهربائية المتصلة مع أنظمة الطاقة الشمسية بمصطلح حماية الواجهة (Interface Protection) الذي يعد العناصر الأساسي في أنظمة الطاقة الشمسية المرتبطة بالشبكة الكهربائية التي تفوق قدرتها ١١ كيلو واط حسب خبرتي في المناطق التي عملت بها . وتهدف هذه الحماية إلى ضمان إستقرار الشبكة وسلامة التشغيل لكل من النظام الشمسي والشبكة العامة من خلال التحكم في الإتصال بينهما وفصل النظام الشمسي عن الشبكة في حال وجود أي أعطال.
ما هي مفهوم حماية الواجهة؟
حماية الواجهة هي آلية توضع عند نقطة إتصال النظام الشمسي بالشبكة وتعمل على رصد حالات الجهد والتردد والتغيرات غير الطبيعية. إذا كانت هناك تغييرات تهدد إستقرار الشبكة، مثل انخفاض الجهد أو تذبذب التردد، تقوم هذه الحماية بفصل النظام عن الشبكة تلقائياً لحماية النظام والمستخدمين والمعدات الأخرى.
أهمية حماية الواجهة في الأنظمة الشمسية
- ضمان استقرار الشبكة: يمنع هذا النوع من الحماية تأثر الشبكة بتقلبات الطاقة الشمسية، مثل الإرتفاع والإنخفاض السريع في الإنتاج، ما يحافظ على استقرار الشبكة الكهربائية.
- الحماية من التدفق العكسي: في بعض الحالات، يمكن أن يتسبب النظام الشمسي بتدفق عكسي للطاقة إلى الشبكة، مما قد يشكل خطراً على الموظفين العاملين في الصيانة. تسهم حماية الواجهة في قطع الاتصال بشكل فوري لتفادي هذه المخاطر.
- التحكم في جودة الطاقة: تراقب حماية الواجهة المعايير المطلوبة، مثل تردد الشبكة والجهد، لتضمن توافق الطاقة المرسلة مع الشبكة، الأمر الذي يحافظ على جودة الطاقة المقدمة للمستهلكين.
آليات وأنواع حماية الواجهة
تشمل أنظمة حماية الواجهة في الطاقة الشمسية تقنيات مثل:
- مرحلات الجهد والتردد: تراقب الجهد والتردد وتقوم بقطع الإتصال إذا خرجت القيم عن الحدود المسموح بها.
- قواطع التحكم التلقائي: تفصل النظام عن الشبكة في حال وجود إرتفاع غير طبيعي في التيار.
- أجهزة مراقبة الخطأ أو العطل الأرضي: التي تكتشف أي عطل يحدث بسبب تسرب تيار إلى الأرض وتفصل النظام لمنع التلف.
من الأجهزة المشهورة التي تعاملت معها ، مرحل ABB CM-UFD.M33 وهو المرحّل متعدد الوظائف لحماية الشبكة مصمم لمراقبة الجهد والتردد في الأنظمة أحادية وثلاثية الطور. يمكنه العمل مع أنظمة التيار المتردد ذات الأسلاك الثنائية، الثلاثية، أو الرباعية. يعتمد المرحّل على أكواد ANSI، بما في ذلك الأكواد 59، 27، 81H، 81L، 78، و81R. يمتلك مدى قياس للجهد بين الأطوار (L-L) من 0 إلى 550 فولت تيار متردد، وبين الطور والنيوترال (L-N) من 0 إلى 317 فولت تيار متردد.
حماية الواجهة ABB IP
مرحلات ABB IP هي أجهزة متخصصة في مراقبة حالات الطوارئ على الشبكة. تقوم هذه المرحلات بالتدخل الفوري في حال حدوث أي أعطال، مثل انخفاض الجهد أو التذبذب في التردد، ما يساعد على منع تدفق الطاقة العكسي أو الأضرار المحتملة للنظام أو للمستخدمين.
تتميز مرحلات ABB IP بالقدرة على رصد المعايير الكهربائية بسرعة عالية والاتصال الفوري بالشبكة في حالة انقطاع. كما تتيح هذه المرحلات العديد من المزايا، مثل:
- التجاوب السريع: حيث تُفعل نظام الحماية عند حدوث أي عطل بشكل آني.
- الإعدادات المرنة: توفر إمكانية تخصيص الإعدادات بما يتناسب مع متطلبات النظام الشمسي والشبكة.
- الحماية المتقدمة: تقدم مستويات حماية مختلفة، بما في ذلك المراقبة الدقيقة للجهد والتيار والتردد.
التحديات والتطورات
مع زيادة الاعتماد على الطاقة الشمسية، أصبح تحسين أنظمة حماية الواجهة ضرورة، خاصة في شبكات الطاقة الذكية. هذه الحماية تزداد تعقيداً مع ازدياد إنتشار الأنظمة اللامركزية، مما يتطلب تطويرات في البرمجيات والمعدات لتحسين سرعة الإستجابة وحماية المكونات الحيوية.
كما أن السعر العالي لهذه المنظومة يشكل إحدى التحديات التي تجعل أنظمة الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة الصغيرة نسبياً ليست ذات جدوى إقتصادية.
الخلاصة
تعد حماية الواجهة أمراً لايمكن التهاون فيه لأجل إستقرار أنظمة الطاقة الشمسية وسلامتها. فهي تضمن التشغيل الآمن والتكامل السلس مع الشبكة، مما يسهم في استقرار النظام العام للطاقة. لكن لابد من البحث والتطوير للتغلب على تحديات هذه الحماية ، فهل من متطوعين؟!!
