وحدات الطاقة الشمسية الصغيرة لمنتجات مصنعي المعدات الأصلية

لماذا تُعزى معظم حالات "فشل الألواح الشمسية" في منتجات الشركات المصنعة الأصلية إلى فشل التكامل؟

عندما يبلغ فريق الشركة المصنعة الأصلية عن عطل في لوحة الطاقة الشمسية، نادراً ما تكون اللوحة نفسها هي المشكلة.

عادة ما يكون السبب الحقيقي أحد ثلاثة أشياء: عدم تطابق الجهد مع البطارية أو وحدة التحكم، أو غلاف لم يتم بناؤه لطول النشر، أو تركيب ميكانيكي بدا جيدًا في الرسم وفشل في الميدان.

يُعد هذا التمييز مهمًا في كيفية تقييم الموردين. فاللوحة التي تُحقق قدرتها المُصنّفة في الاختبارات المعملية قد تُسبب عطلًا ميدانيًا بعد ستة أشهر، إذا لم يتم تصميم النظام المحيط بها بنفس الدقة.

تستعرض الأقسام التالية كل متغير بالترتيب الذي يمنع حدوث الأعطال فعليًا: تعريف التطبيق، وتحديد الحجم، وتكنولوجيا الخلايا، والتغليف، وتوافق الجهد، والتصميم الميكانيكي، وتقييم المورد.

حدد التطبيق قبل طلب عرض سعر

لا يستطيع المورّد التوصية بالوحدة المناسبة دون معرفة الجهاز الذي تُشغّله. قبل التواصل مع أي شخص، حدّد ما يلي:

• دورة التشغيل. هل يستيقظ الجهاز لفترة وجيزة كل ساعة، أم يعمل بشكل مستمر؟
• ميزانية الطاقة اليومية, ، بوحدة واط-ساعة، وليس فقط ذروة الاستهلاك.
• التركيب الكيميائي للبطارية ونطاق الجهد. تختلف طريقة شحن الليثيوم، وبطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم.
• نطاق جهد التشغيل مقبول من قبل وحدة التحكم بالشحن أو الجهاز الخاص بك.
• مساحة التركيب المتاحة, ، تم قياسها على الغلاف الفعلي، بما في ذلك المنحنيات.
• بيئةإن هواء البحر المالح، وحرارة الصحراء، ورذاذ البحر، أو الشتاء القارس، كلها عوامل تغير كل قرار لاحق.
• العمر الافتراضي المتوقع. يحتاج المنتج الذي يدوم لمدة عامين إلى تغليف مختلف، بينما يحتاج المنتج الذي يدوم لمدة 10 سنوات إلى تغليف مختلف.

قد يحتاج جهازان لهما نفس متطلبات الطاقة إلى وحدات مختلفة تمامًا. على سبيل المثال، قد يستهلك مستشعر LoRa الذي يستيقظ لفترة وجيزة كل ساعة ما بين 2 و4 واط/ساعة يوميًا. بينما قد تستهلك كاميرا 4G التي تبث عند رصد الحركة ما بين 10 و20 واط/ساعة يوميًا. إذا تم اختيار نفس الحجم لكليهما، فستحصل على جهاز ذي طاقة منخفضة ولوحة كبيرة الحجم.

كيف يتم تحديد حجم لوحة شمسية صغيرة لجهاز من إنتاج الشركة المصنعة الأصلية؟

بمجرد معرفة استهلاك الطاقة اليومي، يصبح تحديد الحجم عملية حسابية، وليس مجرد تخمين.

الصيغة العملية:

1. استخدم ساعات سطوع الشمس في فصل الشتاء، وليس المتوسطات السنوية. لا تحصل العديد من المواقع الواقعة في خطوط العرض المتوسطة إلا على ساعتين إلى أربع ساعات فقط من ذروة سطوع الشمس الفعالة في الشتاء. إذا صممت الموقع خصيصاً للصيف، فستضمن فشله في الشتاء.
2. قم بتطبيق عامل كفاءة واقعي. تؤدي خسائر وحدة التحكم، وخسائر شحن/تفريغ البطارية، والأوساخ، وانخفاض القدرة الحرارية، وخسائر الأسلاك عادةً إلى انخفاض الناتج الفعلي إلى 50-70% من حساب الواط البسيط مضروبًا في ساعات الشمس، حتى في نظام جيد البناء.

نطاقات الأحجام العملية حسب فئة الجهاز:

تفترض هذه النطاقات ظروف تركيب متوسطة. تحتاج المواقع المظللة أو خطوط العرض العليا أو الأجهزة التي تعمل باستمرار إلى هامش أعلى من هذه الأرقام، وليس الحد الأدنى فقط.

ما هي تقنية الخلايا الشمسية المناسبة لمنتجات الشركات المصنعة الأصلية المدمجة؟

تحدد تقنية الخلايا كثافة الطاقة وكيفية صمود هذه الطاقة خارج ظروف المختبر.

تستحق خلايا التلامس الخلفي اهتمامًا أكبر في أعمال تصميم الشركات المصنعة للمعدات الأصلية على وجه الخصوص. لا توجد خطوط شبكية معدنية على السطح الأمامي, ، تلتقط خلايا BC المزيد من الضوء القابل للاستخدام لكل سنتيمتر مربع وتقدم سطحًا أنظف وغير منقطع، وهو أمر مهم عندما تكون اللوحة جزءًا من منتج مرئي يحمل علامة تجارية بدلاً من تركيب مرافق مخفي على سطح المبنى.

تحافظ خلايا BC أيضًا على إنتاجها بشكل أفضل عند زوايا الشمس المنخفضة، في ضوء الصباح الباكر وأواخر فترة ما بعد الظهر. بالنسبة للمنتجات التي تحتاج إلى العمل خلال أيام الشتاء القصيرة، يتراكم هذا الأداء في الإضاءة المنخفضة على مدار الموسم بدلاً من أن يظهر كمكسب لمرة واحدة.

ETFE أم PET: أي نوع من التغليف يجب أن تختار؟

تولد الخلية الكهرباء. ويحدد الغلاف مدة استمرارها في أداء هذه المهمة في الهواء الطلق.

يُعدّ البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) خيارًا مناسبًا للمنتجات ذات العمر الافتراضي القصير أو المنشآت التي تتعرض لأشعة الشمس بشكل محدود. أما بالنسبة لأي منتج يُتوقع تشغيله في الهواء الطلق لعدة سنوات، فإنّ مادة الإيثيلين تيريفثالات (ETFE) هي الخيار الهندسي الأمثل بلا منازع.

بالنسبة للمنتجات المرنة، تُنتج خلايا BC المدمجة مع غلاف ETFE وحدةً تنحني حول الهياكل المنحنية مع مقاومتها للتلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. وقد أصبح هذا المزيج معيارًا في المعدات البحرية، وملحقات المركبات الترفيهية، وتطبيقات الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني المنحنية.

لماذا تفشل الأجهزة المصنعة من قبل الشركات المصنعة الأصلية والتي تعمل بالطاقة الشمسية في الطقس البارد والطقس الحار؟

هذا هو نمط الفشل الذي نادراً ما يظهر في الاختبارات المعملية، ويظهر دائماً تقريباً بعد النشر - وهو يفاجئ فرق تصنيع المعدات الأصلية لأن البرودة والحرارة تدفعان الجهد في اتجاهين متعاكسين.

يتكون النظام الشمسي الصغير من سلسلة: لوحة شمسية ← منظم شحن ← بطارية ← جهاز. لكل حلقة نطاق جهد محدد، وتحدد الحلقة الأضيق الحد الأقصى لجهد النظام بأكمله.

هناك رقمان مهمان للغاية، وكلاهما يتغير بتغير درجة حرارة الخلية:

• جهد الدائرة المفتوحة (Voc)جهد اللوحة بدون حمل. Voc يرتفع مع انخفاض درجة حرارة الخلية - يمكن لصباح بارد ومشمس أن يدفعها إلى ما هو أعلى بكثير من القيمة الاسمية.
• جهد التشغيل عند أقصى قدرة (Vmp): الجهد تحت الحمل الحقيقي. Vmp السقوط مع ارتفاع درجة حرارة الخلية - يمكن أن يؤدي عصر يوم حار ومشمس إلى انخفاضها إلى ما دون القيمة الاسمية.

تُنشئ هذه العلاقة نمطين مختلفين ومتضادين من الفشل:

مخاطر الطقس البارد: في صباح بارد مشمس، قد يرتفع جهد الدائرة المفتوحة (Voc) للألواح الشمسية إلى مستوى يتجاوز الحد الأقصى لجهد الإدخال المسموح به لوحدة التحكم بالشحن، خاصةً عند توصيل عدة ألواح على التوالي. هذا يُشكل خطرًا على وحدة التحكم، وليس خطرًا على الشحن غير الكافي - يصبح الجهد أكثر أمانًا للشحن، ولكنه أكثر خطورة على وحدة التحكم.

مخاطر الطقس الحار: تصل درجة حرارة خلايا الألواح الشمسية عادةً إلى 60-70 درجة مئوية أو أكثر تحت أشعة الشمس المباشرة في المناخات الدافئة، وهي أعلى بكثير من 25 درجة مئوية المستخدمة في تصنيفات لوحة البيانات (STC). ومع انخفاض جهد التشغيل الأمثل (Vmp) نتيجةً لهذه الحرارة، قد ينخفض الجهد عن الجهد اللازم لاستمرار شحن البطارية، مما يؤدي إلى نقص شحن النظام في الأيام التي تستهلك فيها مراوح التبريد أو الأحمال النشطة أكبر قدر من التيار.

إعادة التشغيل التي تراها فعليًا في الميدان عادة ما تكون مشكلة ثالثة منفصلة: انخفاض جهد البطارية. تفقد كيمياء البطاريات - وخاصة بطاريات الرصاص الحمضية، مع العلم أن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ليست بمنأى عن ذلك - سعتها الفعالة ودعمها للجهد تحت الحمل مع انخفاض درجة الحرارة. قد ينخفض جهد بطارية مُفرغة جزئيًا، تعمل بشكل جيد عند 20 درجة مئوية، إلى ما دون الحد الأدنى لجهد تشغيل الجهاز في صباح بارد، حتى وإن كانت اللوحة الشمسية نفسها تُنتج جهدًا طبيعيًا أو مرتفعًا.

التصميم الميكانيكي: مواطن ضعف الألواح الجيدة في الميدان

غالباً ما تكون الأرقام الكهربائية صحيحة في جداول المواصفات أكثر بكثير من التصميم الميكانيكي.

التركيب

• تأكد من مطابقة زاوية رؤية السماء المطلوبة للوحة مع زاوية التركيب الفعلية للمنتج. فزاوية الرؤية المثالية للكاميرا وزاوية الشمس المثالية للوحة ليستا بالضرورة على نفس السطح.
• استخدم دعامات مصممة خصيصاً لهذا الغرض بدلاً من استخدام أدوات مرتجلة.
• للنشر على نطاق واسع، قم بمحاذاة فتحات التثبيت مع نمط الغلاف أو دعامة العمود قبل استخدام الأدوات، وليس بعد أن يكشف التثبيت الميداني الأول عن عدم التطابق.

الكابلات والموصلات

• قم بمطابقة نوع الموصل مع البيئة: حشوات محكمة الإغلاق للمواقع الخارجية القاسية، وMC4 للتكامل الشمسي القياسي، وUSB أو DC للأجهزة الموجهة للمستهلك.
• قم بزيادة سُمك الكابل للمسافات الطويلة. فالكابل الرفيع والطويل يتسبب في انخفاض الجهد مما يُشابه مشكلة في أداء اللوحة، ويتم تشخيصه خطأً على أنه عطل في اللوحة.
• أضف نظام تخفيف الضغط ومانع تسرب الماء عند كل نقطة توصيل. في بيانات ميدانية من مختلف عمليات نشر الشركات المصنعة للمعدات الأصلية، يتعطل الموصل قبل اللوحة، وبشكل أكثر تكرارًا مما يتوقعه المشترون.

ما هي أسباب معظم الأعطال الميدانية في الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية من الشركات المصنعة الأصلية؟

استخدم هذا الجدول لتشخيص نمط الفشل وصولاً إلى سببه الجذري، بدلاً من استبدال اللوحة بشكل افتراضي.

الأخطاء الشائعة في اختيار مصادر وحدات الطاقة الشمسية من الشركات المصنعة الأصلية (وكيفية تجنبها)

التخصيص من قِبل مُصنِّع المعدات الأصلية: حيث يلتقي التصميم الهندسي مع هوية العلامة التجارية

بالنسبة لخط إنتاج، تعتبر الوحدة الشمسية جزءًا هيكليًا مرئيًا من الجهاز، وليست مجرد مصدر طاقة مخفي تحته.

التخصيص الهيكلي:

• أبعاد مخصصة وأنماط فتحات تثبيت تتناسب مع غلافك
• حواف أو قضبان تثبيت مدمجة، بدلاً من أجهزة عامة منفصلة
• تصميم منحني أو مثبت بشكل متساوٍ مع السطح، بحيث تبدو اللوحة وكأنها جزء لا يتجزأ من التصميم وليست إضافة خارجية.

تخصيص المظهر والعلامة التجارية:

• تشطيبات الإطار والدعامة بألوان خاصة بالعلامة التجارية
• طباعة الشعارات، أو الوسم بالليزر، أو وضع ملصقات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية مصممة للاستخدام الخارجي
• صناديق توصيل أو لوحات خلفية أو إطارات تحمل علامات تجارية

الألواح الشمسية المصنعة حسب الطلب من قبل الشركات المصنعة الأصلية مقابل الألواح الجاهزة: أيهما يجب أن تختار؟

لا يُعد أي من المسارين أفضل بالضرورة. يكمن الخطأ في اختيار مُصنِّع المعدات الأصلية المُخصَّص لمشروع تجريبي ذي حجم إنتاج منخفض، أو اختيار منتج جاهز لخط إنتاج يُشحن آلاف الوحدات إلى بيئات قاسية وغير مراقبة.

من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم: الخطوة التي تتخطى معظم الفرق

من الأخطاء الشائعة والمكلفة الانتقال مباشرةً من مرحلة تقديم العروض إلى الإنتاج الضخم. أما مسار التطوير المنظم فيبدو كالتالي:

1. مناقشة فنية ومراجعة للمتطلبات
2. الموافقة على الرسم الهندسي
3. إنتاج النماذج الأولية
4. الاختبارات الكهربائية
5. التحقق الميكانيكي (التركيب، التوصيلات، الملاءمة)
6. الاختبارات البيئية (الأشعة فوق البنفسجية، دورات حرارية، رذاذ الملح، الاهتزاز)
7. تشغيل تجريبي للإنتاج
8. إنتاج متسلسل

الخطوة السابعة هي الأكثر إهمالاً تحت ضغط المواعيد النهائية، وهي التي تكشف عن معظم المشاكل. تكشف دفعة تجريبية من 50 إلى 200 وحدة عن مشاكل في التجميع، ومشاكل في تركيب الموصلات، وفجوات في التغليف، وهي مشاكل نادراً ما تظهر في نموذج أولي واحد. إن الانتقال مباشرة من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم الكامل يُضحي بتأخير بسيط الآن مقابل مشكلة أكبر بكثير بمجرد توزيع آلاف الوحدات.

كيف تقيّم موردًا صغيرًا للألواح الشمسية؟

ينبغي على مورد المعدات الأصلية الكفؤ أن يجيب بوضوح على جميع الأسئلة التالية، مدعومة بالبيانات، وليس مجرد تأكيدات:

• ما هي تقنية الخلايا الموصى بها لهذا التطبيق، ولماذا؟
• هل يُعدّ التغليف بمادة ETFE أو PET مناسبًا بالنظر إلى العمر التشغيلي المتوقع؟
• ما هو مدى تحمل الطاقة الفعلي عبر دفعة إنتاجية، وليس فقط التصنيف المذكور على لوحة البيانات؟
• هل يمكن توفير بيانات اختبار مستقلة للأشعة فوق البنفسجية، والتغيرات الحرارية، والحرارة الرطبة، ورذاذ الملح؟
• ما هي معاملات درجة حرارة Voc و Vmp للوحة، وهل تم فحص النظام مقابل أبرد وأسخن درجات حرارة التشغيل المتوقعة؟
• كيف يتم التحقق من مقاومة الماء، وما هو تصنيف IP المطلوب؟
• هل يمكن تخصيص أنماط التركيب وأنواع الموصلات وأطوال الكابلات وفقًا للمواصفات؟
• ما هي الاختبارات الداخلية الموسعة التي يتم تطبيقها للتأكد من أن الأداء يفي أو يتجاوز معايير الصناعة المعترف بها، علماً بأن التصميم نفسه مخصص؟
• ما هو الوقت المتوقع للتنفيذ، بما في ذلك مرحلة الإنتاج التجريبية؟
• ما نوع الدعم المتاح في حال ظهور مشكلة ميدانية بعد النشر؟

المورد الذي يقدم وثائق كدليل على قدراته الهندسية. أما المورد الذي يقدم عرض سعر سريع فقط، فيدل على شيء آخر.

الأسئلة الشائعة: وحدات الطاقة الشمسية الصغيرة لمنتجات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية

النقاط الرئيسية