-->

الاثنين، 4 مايو 2020

القدرة الغير الفعالة في المنظومات الشمسية

الشرح السابق:مكونات المحطات الشمسية المربوطة على الشبكات On Grid


 القدرة الغير الفعالة في المنظومات الشمسية    

       بداية ، كان ربط المحطات الشمسية بالشبكة على مستوى منظومة التوزيع وبأحجام تصل إلى مئات الـ kWs ، وكان دورها يقتصر في مصنع مثلا على تقليل الاعتماد على الــ Power القادمة من الشبكة العامة لتقليل الاستهالك وخفض فاتورة الكهرباء ، ولم يكن الأمر له علاقة بالجهد ولم يخطر على بال أحد أن يفكر في تأثير هذه الوحدات على الجهد اللهم إلا أن استخدام هذه المنظومة كان يقلل التيار المسحوب عبر خطوط التوزيع ومن ثم كان الجهد يتحسن نسبيا .

     لكن خفض فاتورة الكهرباء في المصنع نتيجة تقليل سحب الــ P من الشبكة لم يكن خيرا مطلقا ، فالواقع أن الأحمال الديناميكية (المحركات) تحتاج لقدرة غير فعالة ، وهذه القدرة كانت أحمال المصنع تسحبها من الشبكة في الوقت الذى تسحب القدرة الفعالة من المنظومة الشمسية ، وهذا جعل معامل القدرة في المصنع يصبح سيئا جدا ( P >> Q ) والمشكلة تظل موجودة حتى عند التحميل الخفيف بسبب سحب Q الخاصة بالــ Filters التي تضاف دائما على خرج الــ Inverters ، وبالتالي كانت هناك غرامات على هذه المصانع مالم تسارع بتحسين معامل القدرة بتركيب مكثفات.

      من جهة أخرى ، فإنه لما بدأ حجم الاعتماد على المنظومات الشمسية يرتفع أصبح لابد من دمج هذه القدرات الكبيرة (أكبر من MW 20) داخل منظومة النقل وليس داخل منظومة التوزيع. وهنا لم يعد مقبولا ألا يكون لهذه المنظومة دور في تنظيم الجهد ، ولم يعد مقبولا منها أن تنتج قدرة فعالة فقط ، بل أصبح من الضرورى أن تنتج أيضا قدرة غير فعالة سواء لتغذية الأحمال أو للمساعدة في تنظيم الجهد على الشبكة أو للاثنين معا كما في الشكل التالي:
      وقديما كان العائق أمام إنتاج قدرة غير فعالة من المنظومة الشمسية هو الحاجة لوجود مكثفات ضخمة لتبادل القدرة غير الفعالة بين الأحمال وبين هذه المكثفات. ثم بدأ التفكير في السؤال التالى : هل من الممكن أن نحصل على القدرة غير فعالة من الخلايا الشمسية بدون استخدام المكثفات الضخمة؟ 
    والإجابة نعم بواسطة الــ Smart Inverters  . فالـ GTI في الشبكات الكبيرة (أكبر من MW 20) أصبح مزودا بإمكانية إنتاج قدرة غير فعالة على عكس الــ GTI في شبكات التوزيع والذى كان الــ PF فيه يساوى واحد دائما ، وعلى عكس أيضا الــ Inverters العادية. فكيف يتم ذلك؟

    معلوم أن القدرة غير الفعالة لا تستهلك وإنما تتحرك ذهابا وإيابا بين الحمل والمصدر ، وكان هذا مفهوما في المصادر التقليدية فهى تمر في ملفات الحمل في نصف الدورة وترجع إلى ملفات المولد في النصف الثانى ، أما في المحطات الشمسية فإلى أين ستذهب القدرة غير الفعالة حين ترجع للمصدر(الخاليا الشمسية) ومعلوم أنه ليس بها ملفات ولا مكثفات؟ والحقيقة أنها لن ترجع للخلايا بل سترجع فقط إلى الــ  GTI.

   ولفهم كيف تتعامل GTI مع القدرة غير الفعالة فيجب أن تعرف أن من ضمن ما تتميز به الــ GTI عن الـــ Inverters التقليدية ما يلى:
     1 .وجود الـ Fly Wheel Diode  كما في الشكل أسفله الذى يسمح بمرور تيار بعد فتح الــ Switch (معلوم أن الــ Inductive Current  مثلا يستمر في المرور حتى بعد فتح الــ Switch).

 ملحوظة: التحكم في الــ diodes + Switches يسمى Four-Quadrant Operation  ، وبالتالي تسمح للــ GTI بالتعامل أو لنقل تسمح لها بــعمل handling للقدرة غير الفعالة.

     2 .فى الــ GTI الكبيرة أيضا توجد Special Controllers  ليتحكم في الزاوية بين الجهد والتيار المنتجين خلال الــ GTI ، وبالتالي يمكن للــ GTI أن يصبح مصدرا للقدرة غير الفعالة بأسلوب مبتكر وهو التحكم في الزاوية بين الجهد والتيار إلكترونيا وليس من خلال مكثفات وملفات كما في الطرق التقليدية (نفس فكرة أجهزة الــ Statcom).وتتحرك القدرة غير الفعالة ذهابا وإيابا عبر الــ الأحمال من جهة وعبر الــ diodes wheel Fly من الجهة الثانية.

      من المهم أن نعلم أيضا أن إنتاج (handling) القدرة غير الفعالة لن يؤثر على القدرة الفعالة المنتجة من الخلايا ، أي أن الــ Inverter أصبح محطة لتداول وتحريك هذه القدرة عبر الــ Inverter وتظل القدرة الفعالة كما هي كما هو واضح في الشكل التالي.
       فالجزء السفلى هو ممر للمرور القدرة غير الفعالة عبر الــ Diodes ، ومن خلال التحكم في الــ Inverter يمكن أن نجعل مرور التيار lead or Lag للجهد وكأن المسار السفلى يمكن أن يصبح وكأنه ملف أو مكثف حسب اختيارنا.

    وهذه النقطة الأخيرة ضرورية لاسيما في حالة الــ GTI الكبيرة ، فهذه الـ GTI Smart تعتبر الأرخص في مصادر إنتاج القدرة غير الفعالة ـ والأهم من ذلك أنه لا حدود على الكمية المنتجة من الــ Q منها بخلاف المصادر التقليدية مثل 
الــ  Synchronous Gen الذى توجد عليه حدود على الكمية المنتجة. 

     والميزة الأخرى في هذه الــ Smart GTI  أنه عند انخفاض الإشعاع الشمسي إلى 10 % مثلا ستكون الــ P المنتجة صغيرة جدا ، لكن في هذه الحالة يمكن استغلال الــ 90 % الأخرى في إنتاج (أو تداول handling) قدرة غير فعالة بين الشبكة وبين الــ Inverter

    لكن بالطبع إذا استخدم الــ GTI في إنتاج Q فيجب أن يزيد الــ Rating قليلا ، فلو كان مثلا قادرا على إنتاج 2710A في حالة إنتاج pure active power  فإنه سيحتاج أن يكون مقننا على 3000A كى ينتج نفس الـ P السابقة لكن بمعامل قدرة قدره 0.91 . بسبب مرور تيار الــ power reactive أيضا خلاله. ولذا ستلاحظ أن الــ GTI المزودة بهذه الخاصية تعرف بالـــ KVA وليس بالـــ kW . 

    لاحظ أنه لو كان مطلوبا من الــ GTI أن يجعل معامل القدرة لا يقل عن 9.0 عند نقطة الاتصال بشبكة النقل (Point of Common Coupling (PCC فهذا يعنى أنه يحتاج لقدرة غير فعالة أكبر من المحسوبة لتعويض القدرة غير الفعالة في الكابلات ومحولات التوزيع قبل الوصول إلى PCC .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق