الفهرس
مقدمة
يتطلع العالم اليوم إلى استبدال استخدام الوقود الأحفوري في إنتاج الطاقة بتقنيات الطاقة المتجددة نظراً لمزاياها وقدرتها على المساهمة في الحد من التلوث والانبعاثات الضارة، إضافةً لكونها مصدراً أكثر استدامةً وديمومة من الوقود الأحفوري.
إلا أن أنظمة توليد الطاقة الشمسية المتصلة بالشبكة تواجه ظاهرة تُعرف بـ «تجزّر الأنظمة الكهروضوئية – Photovoltaic Islanding» والتي تشكل أخطاراً مختلفة على الشبكة الكهربائية.
نتعرف اليوم بشكل مفصل مفهوم تجزّر الأنظمة الكهروضوئية، و أسباب حدوثه، وأثره على شبكة الكهرباء وكيفية الوقاية منه.
ما هي ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية؟
تعرف ظاهرة تجزّر الأنظمة الكهروضوئية بشكل عام بأنها حالة حرجة وغير آمنة نطلقها على أنظمة التوليد الموزع التي تستمر بتوليد الطاقة وتغذية الشبكة والأحمال المتصلة بها، بالرغم من انقطاع التغذية في الشبكة سواء لأغراض الصيانة أو نتيجة لعطل ما. وتكثر في «أنظمة التوليد الموزع – DG»: وهي أنظمة تولد الطاقة الكهربائية لتغذية أحمال معينة (منزلية أو تجارية أو صناعية) بالاعتماد على أحد أو مجموعة من مصادر الطاقة المتجددة (مثل الألواح الشمسية أو عنفات الرياح أو خلايا الوقود أو الغاز الحيوي أو الطاقة الحرارية الأرضية أو الطاقة الكهرومائية الصغيرة) وهي عبارة عن أنظمة لامركزية متصلة بالشبكة الكهربائية.
مخاطر تجزّر الأنظمة الكهروضوئية
يشكل الكشف عن حدوث التجزّر ومعالجته أمراً هاماً لما يترتب على هذه الظاهرة من مخاطر، وأبرزها:
- تعرض الشبكة الكهربائية العامة لمستويات غير طبيعية من الجهود والترددات والتي تؤثر سلباً على جودة الطاقة الكهربائية.
- حدوث خلل وتداخل في أنظمة الحماية الكهربائية للشبكة بسبب انعكاس اتجاه تدفق الطاقة الكهربائية.
- حدوث أضرار للمعدات والأجهزة الكهربائية المتصلة بالشبكة بسبب تغير الجهد والترددات الواصلة لهذه الأجهزة.
- تشكل خطراً على سلامة العمال والفنيين، إذ أن التجزر يمكن أن يكون عملية خطيرة وتشكل خطرًا على حياتهم.
طرق اكتشاف ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية
هناك عدة طرق لاكتشاف ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية. وفيما يلي بعض الطرق الشائعة وأين يتم استخدام كل منها:
- طرق الكشف الفعلية (Active Methods): تعتمد هذه الطريقة على عملية حقن بعض الإشارات عند خرج أنظمة التوزيع، وفي حالة تجزر الأنظمة الكهروضوئية فإن ذلك سيتسبب بإضطراب كبير في النظام، أما إذا كانت أنظمة التوزيع متصلة فإن تأثير حقن الإشارات يكاد لا يذكر، ويمكن الكشف عن التجزر في هذه الحالة حتى وإن كان التوليد يتناسب مع الحمل وهذا ما لا ينطبق في الطريقة الثانية. وتستخدم هذه الطريقة إذا كان النظام كبيراً أومعقداً، ويحتاج إلى حساسية عالية أو كشف سريع لظاهرة التجزر.
- طرق الكشف الرد فعلية (Passive Methods): تعتمد هذه الطريقة على رصد بعض الكميات الكهربائية مثل الجهد والتيار والتردد لاكتشاف أي تغيرات تشير إلى وجود ظاهرة التجزر. إذ أنه عند مراقبة هذه المعلومات واختلافها عن القيم الإسمية الطبيعية للشبكة، فهذا يعني أن الشبكة متوقفة ويجب إيقاف تشغيل النظام الشمسي، وتستخدم هذه الطريقة عندما يكون النظام صغيراً ومنخفض التكلفة ولا يحتاج إلى حساسية عالية أو كشف سريع لظاهرة التجزر.
الحماية ضد الظاهرة
تتميز بعض العواكس بخاصية الكشف والحماية ضد ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية من خلال فصل النظام عن الشبكة بشكل تلقائي وفوري، وهناك أيضاً عواكس تم تصميمها بشكل خاص للعمل في الأنظمة المتصلة بالشبكة فقط ولا تتميز بهذه الخاصية.
تعتمد القدرة على الكشف عن التجزر على تصميم العاكس وميزاته الخاصة. لذلك، عند اختيار عاكس لنظام الطاقة الشمسية، يجب التحقق من مواصفاته وقدراته وما إذا كان يحتوي على خاصية حماية ضد ظاهرة التجزر أم لا. وإذا سمعت شخصاً ما يقول إن العاكس الخاص به مزود بخاصية الحماية ضد ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية فهذا يعني ببساطة بأن العاكس الخاص به قادر على اكتشاف ظاهرة التجزر (غالبا ما يعتمد على اكتشاف وتحسس الجهد والتردد) ويمكن أن يكتشف عندما تكون الشبكة معطلة، و بهذه الطريقة يمكن للعاكس إيقاف تغذية الطاقة إلى الشبكة وحماية عمال الصيانة.
يستطيع العاكس التمييز بين الأوقات التي يجب أن يغذي الشبكة الكهربائية بالطاقة، والأوقات التي يستهلك الطاقة من الشبكة وتتم هذه العملية مراعيةً خاصية التزامن مع الشبكة الكهربائية، بشكل سريع ومستمر، إضافة إلى ذلك، يجب على العاكس فصل نظام الطاقة الشمسية الخاص بك عن الشبكة في حالة ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية.
يجب الإشارة الى أن تجزّر الأنظمة الكهروضوئية هي ظاهرة خطيرة لكن يمكن حلها بسهولة، ويجب التأكد عند عملية اختيار العاكس أن بإمكانه إكتشاف هذه الظاهرة وقدرته على فصل نظام الطاقة عن الشبكة.
كما يجب عدم الخلط بين ظاهرة تجزر الأنظمة الكهروضوئية والأنظمة المفصولة عن الشبكة، إذ يعرف النوع الأخير بأنه نظام الطاقة الشمسية الذي يولد 100٪ من الكهرباء دون الاعتماد على الشبكة الكهربائية العامة، بحيث تحتاج هذه الأنظمة عادةً إلى نظام لتخزين الطاقة الكهربائية المتولدة نهاراّ لإعادة استخدامها ليلاً ولا يتم ذلك إلا بتوفر بطاريات احتياطية كبيرة لتخزين الفائض من الكهرباء المتولدة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: شركة «بلاميتو-Palmetto»
ورقة بحثية منشورة بعنوان: Review of islanding detection methods for distributed generation
