ارتفاع درجة حرارة حامل مصهر الطاقة الشمسية (PV Fuse Holder): 7 أسباب وحلول عملية لمشاريع الطاقة الشمسية في المناطق الصحراوية

إن ارتفاع درجة حرارة حامل مصهر الطاقة الشمسية ليس مجرد مشكلة “طقس حار”. ففي صندوق تجميع الطاقة الشمسية، يتم توليد الحرارة بواسطة وصلة المصهر، ومقاومة التلامس، والأطراف، والموصلات، ثم تُحبس داخل الصندوق. وعند إضافة درجات حرارة محيطة مرتفعة، أو غبار، أو تهوية ضعيفة، أو عدم تطابق المكونات، يمكن أن يتلاشى الهامش الحراري الصغير بسرعة.

هذا الأمر مهم بشكل خاص في المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة وعمان وقطر وغيرها من الأسواق ذات المناخ الحار. يمكن لصندوق التجميع المعرض لأشعة الشمس المباشرة أن يعمل عند درجة حرارة داخلية أعلى بكثير من درجة حرارة الهواء الخارجي المعلنة. وقد تكون النتيجة تشغيل المصهر بشكل مزعج، أو تغير لون البلاستيك، أو تلف العزل، أو عدم استقرار ضغط التلامس، أو في الحالات الشديدة، حدوث واقعة حرارية موضعية.

يشرح هذا الدليل سبعة أسباب شائعة لارتفاع درجة حرارة حامل مصهر الطاقة الشمسية، وكيفية تشخيصها، وما يجب على فرق الهندسة والمشتريات (EPC) التحقق منه قبل الموافقة على مجموعات مصاهر gPV بجهد 1000 فولت أو 1500 فولت.

لماذا يولد حامل مصهر الطاقة الشمسية الحرارة

كل وصلة ناقلة للتيار لها مقاومة. الحرارة الناتجة عند الوصلة تتبع العلاقة التالية:

فقدان الطاقة = التيار² × المقاومة

هذا الأمر مهم لأن زيادة بسيطة في المقاومة يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع كبير في درجة الحرارة عندما تعمل الدائرة بالقرب من حد التيار المستمر الخاص بها. كما أن وصلة المصهر (gPV) تحتوي على مقاومة مقصودة لأنها يجب أن تنصهر بأمان في ظل ظروف أعطال محددة. يجب أن يتحمل الحامل هذا التيار، ويحافظ على ضغط تلامس موثوق، ويقوم بتصريف الحرارة إلى الهواء المحيط.

لذلك، تعمل وصلة المصهر والحامل كوحدة حرارية واحدة. ولا يكفي اختيار كل عنصر بناءً على تصنيف التيار الرئيسي الخاص به فقط.

1. حامل المصهر يعمل بالقرب جداً من تصنيفه الحالي

أحد أكثر الأخطاء شيوعاً هو التعامل مع تصنيف الحامل 32 أمبير أو 63 أمبير كتيار تشغيل مستمر مضمون في جميع الظروف. يتم تحديد تصنيفات المختبر في ظل ظروف اختبار محددة. قد يحتوي صندوق التجميع المغلق في منشأة صحراوية على تدفق هواء أقل، ومصادر حرارة مجاورة أكثر، ودرجة حرارة محيطة داخلية أعلى بكثير.

تشير شركة إيتون (Eaton) إلى أن حوامل المصهرات تتطلب عموماً خفضاً في التصنيف (derating)، وأن درجة الحرارة، ودورات التيار، وظروف الحاوية، وتدفق الهواء قد تتطلب هامشاً إضافياً. كما تنص إرشادات تطبيقات الطاقة الكهروضوئية الخاصة بها على أن خفض التصنيف الإضافي قد يكون ضرورياً عند تركيب المصهر في بيئة ذات درجة حرارة عالية.

الحل العملي

• الحصول على منحنى خفض التصنيف الحراري الخاص بالشركة المصنعة لكل من وصلة المصهر والحامل.
• استخدام القيمة المتوقعة درجة حرارة الغلاف الداخلي, ، وليس فقط توقعات الطقس.
• تحقق من تيار السلسلة المستمر، وتيار القصر (Isc) للوحدة، وعوامل أمان التصميم، وقدرة تحمل الكابلات للتيار معاً.
• لا تقم “بحل” مشكلة التشغيل المزعج عن طريق تركيب مصهر (فيوز) أكبر دون مراجعة حدود حماية الموصلات والوحدات.

2. وصلة المصهر (Fuse Link) وحامل المصهر من نوع gPV غير متوافقين بشكل معتمد

قد تتناسب وصلة المصهر مادياً داخل الحامل ولكنها تظل غير متوافقة حرارياً بشكل جيد. يمكن أن تختلف وصلات المصاهر في تبديد الطاقة، وأبعاد الأغطية الطرفية، وتشطيبات الأسطح، وخصائص التشغيل. قد يؤدي التجميع المختلط إلى زيادة مقاومة التلامس أو نقل حرارة أكبر إلى الحامل مما صُمم لتحمله.

يزداد الخطر عندما يجمع المشروع بين:

• وصلة مصهر من سلسلة معينة مع حامل غير مرتبط بها؛;
• المكونات ذات المقاسات 10×38 أو 14×51 أو 10×85 أو 14×85 التي يتم اختيارها بناءً على الحجم فقط؛;
• استخدام حامل مصهر بجهد 1000 فولت في تصميم بجهد 1500 فولت؛;
• استخدام مصهر صناعي قياسي بدلاً من مصهر ضوئي (gPV) مخصص للطاقة الشمسية.

تحدد المواصفة القياسية IEC 60269-6 متطلبات تكميلية لوصلات المصهرات المستخدمة لحماية سلاسل ومصفوفات الخلايا الكهروضوئية حتى جهد 1500 فولت تيار مستمر. يجب على المشروع التحقق من التجميع الكامل وبيانات التطبيق الخاصة به، وعدم الاعتماد على المظهر الخارجي فقط.

الحل العملي

اطلب من المورد تحديد زوج المصهر/الحامل المعتمد، والجهد المقنن، ونطاق التيار، وبيانات فقدان الطاقة، والمعيار المطبق، وحدود درجة الحرارة. بالنسبة لصناديق التجميع (Combiner Boxes) الخاصة بمصنعي المعدات الأصلية (OEM)، يجب تثبيت التركيبة المعتمدة في قائمة المواد (BOM) بحيث لا يمكن للإنتاج استبدال جزء من التجميع دون مراجعة هندسية.

3. الأطراف المفكوكة أو عزم الربط غير الصحيح

يؤدي طرف التوصيل اللولبي المفكوك إلى اتصال ذي مقاومة عالية. ونظراً لأن الحرارة تزداد مع مربع التيار، فإن أي زيادة طفيفة في مقاومة الطرف يمكن أن تؤدي إلى بؤرة حرارية مركزة. كما أن التكرار اليومي لعمليات التسخين والتبريد يمكن أن يؤدي إلى تفاقم سوء الاتصال.

تشمل الأسباب الشائعة ما يلي:

• الموصلات التي لم يتم إدخالها إلى العمق المحدد؛;
• الربط بالتقدير الحسي بدلاً من استخدام مفتاح عزم معاير؛;
• استخدام كابلات ذات شعيرات دقيقة دون استخدام الحلقات الطرفية (ferrules) المناسبة؛;
• إعادة استخدام طرف توصيل تالف؛;
• زحف الموصل (conductor creep) بعد التشغيل؛;
• الاهتزاز أثناء النقل أو التركيب.

الحل العملي

استخدم بيانات عزم الربط ونطاق الموصلات المحددة من قبل الشركة المصنعة. سجل قيمة عزم الربط أثناء الإنتاج أو التشغيل، ثم افحص عينة بعد دورات التمدد الحراري. إذا أظهر التصوير الحراري وجود طرف توصيل ساخن بينما يظل جسم المصهر بارداً نسبياً، فقم بفحص التوصيلة قبل تغيير تصنيف المصهر.

لا تقم أبداً بفتح أو صيانة حامل مصهر التيار المستمر (DC) وهو تحت الجهد. اعزل المصدر، واتبع إجراءات الإغلاق والوسم (lockout) الخاصة بالمشروع، وتأكد من خلو الدائرة من الجهد باستخدام طريقة مناسبة.

درجة حرارة صندوق التجميع (Combiner-Box) أعلى من الافتراضات التصميمية.

يمكن للإشعاع الشمسي المباشر أن يحول الصندوق الخارجي إلى مصيدة حرارية. فأسطح الصناديق الداكنة، والمساحات المحدودة، وتكدس أجهزة السكك الحديدية (DIN-rail)، وضعف الدوران الداخلي للهواء، كلها عوامل ترفع من درجة حرارة المكونات. قد تكون درجة الحرارة المحلية بجوار صف من حوامل المصهرات أعلى بكثير من درجة حرارة الهواء خارج الصندوق.

يجب أن يأخذ التصميم في المناخات الحارة في الاعتبار أيضاً:

• الحرارة الناتجة عن أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs)، والأطراف، والأجهزة المجاورة؛;
• التحميل المتزامن للعديد من السلاسل المتوازية؛;
• انخفاض الحمل الحراري الطبيعي في الصناديق المحكمة الإغلاق؛;
• تراكم الغبار على الأسطح الخارجية؛;
• التركيب على جدار ساخن أو بدون واقي من الشمس.

تؤكد توجيهات تركيب الطاقة الشمسية الكهروضوئية في أبوظبي على ضرورة ملاءمة المعدات والكابلات لبيئة التركيب، ودرجات الحرارة المرتفعة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية. يجب تطبيق نفس التفكير البيئي على مجموعات الحماية الموجودة داخل الصناديق الخارجية.

الحل العملي

قم بنمذجة أو قياس أسوأ حالة لدرجة الحرارة الداخلية. وفر مسافات التباعد وفقاً لتعليمات المعدات، واستخدم لون حاوية مناسباً وواقيات من الشمس، وتجنب وضع صندوق التجميع في أماكن لا يمكن للحرارة الهروب منها. عند الضرورة، تحقق من التجميع النهائي باختبار ارتفاع درجة الحرارة عند حمل تمثيلي.

5. الغبار أو الرطوبة أو التآكل أدى إلى زيادة مقاومة التلامس.

يمكن للغبار الصحراوي الناعم الدخول أثناء التركيب أو الصيانة. قد تواجه المشاريع الساحلية أيضاً الرطوبة والأملاح المحمولة جواً. يمكن أن يؤثر التلوث على الأطراف وأسطح التلامس والعزل، بينما يؤدي التآكل تدريجياً إلى زيادة المقاومة.

قد لا تظهر الأعراض على شكل تسخين موحد. غالباً ما يؤدي التلامس الملوث أو المتآكل إلى فرق حراري موضعي بين سلاسل متطابقة في الظروف العادية.

الحل العملي

• اختر حاوية ونظام دخول كابلات بتصنيف حماية (IP) مناسب.
• حافظ على إغلاق مداخل الكابلات غير المستخدمة.
• حدد فترات التنظيف والفحص بناءً على مستويات الغبار والملوحة المحلية.
• استبدل الحوامل التالفة بدلاً من صقل أسطح التلامس أو إجراء إصلاحات ارتجالية لها.
• تحقق من وجود تغير في اللون، أو رائحة، أو هشاشة في البلاستيك، أو تنقير، أو انخفاض في ضغط الزنبرك.

6. حجم الكابل، أو حلقة التوصيل (Ferrule)، أو توافق الطرفية غير صحيح.

يمكن للكابل ذي التصنيف المناسب أن يتسبب في توصيل سيئ إذا كان تركيبه لا يتوافق مع الطرفية. قد لا تستقر الموصلات كبيرة الحجم بشكل صحيح، بينما قد لا يتم تثبيت الموصلات صغيرة الحجم بإحكام. كما تضيف حلقات التوصيل (Ferrules) التي تم كبسها بشكل سيئ واجهة مقاومة إضافية.

تحقق أيضاً من تصنيف درجة حرارة الطرفية. يحذر دليل تطبيقات الطاقة الكهروضوئية (PV) من شركة إيتون (Eaton) من ضرورة تنسيق تصنيفات درجة حرارة المكون والطرفية والموصل. إن استخدام كابل مصنف لدرجة حرارة 90 درجة مئوية لا يعني تلقائياً السماح لكل طرفية متصلة بالعمل عند درجة حرارة 90 درجة مئوية.

الحل العملي

تحقق من ذلك:

1. مادة الموصل والمقطع العرضي؛;
2. التركيب المصمت، أو المجدول، أو المجدول بدقة؛;
3. نوع حلقة التوصيل (Ferrule) المعتمد وشكل الكبس؛;
4. طول التعري وعمق الإدخال؛;
5. terminal temperature rating;
6. cable ampacity after ambient and grouping correction.

7. The Fuse Is Correctly Responding to an Abnormal Circuit

Not every hot fuse holder is caused by the holder. Higher-than-expected current, reverse current from parallel strings, an intermittent fault or an incorrect string configuration can raise the fuse temperature. Replacing the holder without finding the electrical cause may only reset the clock.

Compare current between similar strings and review inverter data, module configuration, polarity and insulation-test results. A recurring problem on one circuit deserves electrical investigation, not just another replacement part.

PV Fuse Holder Overheating Diagnostic Checklist

Use this sequence during a planned, safe inspection:

يجب إجراء المقارنات الحرارية في ظل ظروف تحميل وبيئة متشابهة. إن قيمة درجة الحرارة بدون سياق التحميل قد تكون مضللة.

كيفية تحديد مواصفات مجموعة منصهرات gPV أكثر أماناً

بالنسبة لمشروع في الشرق الأوسط، يجب أن تتضمن مواصفات الشراء أكثر من مجرد الجهد والتيار:

• خصائص منصهرات gPV المخصصة للأنظمة الكهروضوئية؛;
• تصنيف نظام تيار مستمر (DC) بجهد 1000 فولت أو 1500 فولت حسب الحاجة؛;
• سلسلة متوافقة من وصلات المنصهرات وحواملها؛;
• قدرة القطع وبيانات الزمن والتيار؛;
• معلومات فقدان الطاقة وخفض التصنيف الحراري؛;
• نطاق الموصلات وعزم الربط؛;
• terminal temperature rating;
• نطاق درجة حرارة التشغيل؛;
• وثائق IEC أو UL المعمول بها؛;
• إمكانية تتبع الدفعة؛;
• مسافات التباعد الخاصة بالصندوق وتعليمات التركيب؛;
• وصلات المصهرات الاحتياطية وحوامل الاستبدال.

بالنسبة لتطبيقات مستوى السلسلة (string-level)، يمكن استخدام التنسيقات الأسطوانية المدمجة مثل 10×38 و14×51 و10×85 و14×85 وفقاً لمتطلبات الجهد والتيار. قد تتطلب دوائر التجميع ذات التيار العالي أو العاكسات أو دوائر تخزين الطاقة أنظمة مصهرات ذات جسم مربع. يجب اختيار التنسيق بناءً على ظروف الدائرة الفعلية وليس بناءً على مساحة اللوحة فقط.

متى يجب استبدال حامل المصهر الساخن؟

استبدل الحامل إذا ظهر عليه ذوبان أو تغير في لون البلاستيك، أو فقدان في ضغط التلامس، أو تلف في الأطراف، أو تنقير، أو تآكل، أو تشقق، أو ارتفاع متكرر في درجة الحرارة بعد معالجة السبب الخارجي. استبدل وصلة المصهر المرتبطة به إذا تعرضت لحرارة غير طبيعية أو إذا كانت الشركة المصنعة تتطلب الاستبدال كمجموعة واحدة.

Do not reuse a heat-damaged holder simply because it still conducts electricity. Thermal damage can change spring force, insulation strength and creepage performance.

الخاتمة

PV fuse holder overheating usually comes from a combination of current, resistance and insufficient heat dissipation. In desert solar projects, the design must account for the real enclosure temperature, a verified gPV fuse-link/holder match, terminal workmanship, contamination and maintenance access.

A reliable specification connects the electrical calculation to the complete installed assembly. That approach reduces nuisance failures, improves traceability and gives EPC and O&M teams a practical basis for thermal inspection.

KUANGYA supplies 1000V and 1500V gPV fuse links and matching fuse holders for photovoltaic strings, combiner boxes, inverters and energy-storage DC circuits. Share your system voltage, string Isc, target current, enclosure temperature and preferred fuse format with our engineering team for a component recommendation.

Explore KUANGYA PV fuses and holders: https://cnkuangya.com/dc-fuse/

الأسئلة الشائعة

Is it normal for a PV fuse holder to feel warm?

Some temperature rise is normal because the fuse link and contacts have resistance. However, a holder that is much hotter than identical neighboring units, shows discoloration or produces odor requires investigation. Judge temperature together with load, ambient conditions and manufacturer limits.

Can I install a higher-current fuse to stop overheating?

لا يتم ذلك دون مراجعة شاملة للحماية. قد يفشل المصهر الأكبر في حماية أسلاك الوحدة أو الموصل بشكل صحيح. حدد أولاً ما إذا كان السبب هو درجة الحرارة المحيطة، أو خفض التصنيف (derating)، أو وجود توصيلة مرتخية، أو حامل غير متوافق، أو تيار دائرة غير طبيعي.

هل يجب خفض تصنيف حوامل المصهرات في الصناديق الكهربائية الساخنة؟

بشكل عام، نعم. يعتمد الهامش المطلوب على وصلة المصهر المحددة، والحامل، وتدفق الهواء، ودرجة حرارة الصندوق، والتباعد، ودورات التيار. استخدم بيانات الشركة المصنعة وتحقق من التجميع النهائي في ظل ظروف واقعية.

ما هو المعيار المطبق على وصلات مصهرات الأنظمة الكهروضوئية؟

يوفر المعيار IEC 60269-6 متطلبات تكميلية لوصلات المصهرات المستخدمة لحماية سلاسل ومصفوفات الأنظمة الكهروضوئية في دوائر التيار المستمر بجهد يصل إلى 1500 فولت.

ما هي المعلومات التي يجب أن أرسلها لمورد مصهرات الأنظمة الكهروضوئية؟

أرسل أقصى جهد للنظام، وجهد الدائرة المفتوحة (Voc) وتيار القصر (Isc) للوحدة، وعدد السلاسل المتوازية، وتيار المصهر المطلوب، وحجم الموصل، ودرجة حرارة الصندوق، ونمط التركيب، والمعيار المطبق للمشروع.

المراجع الهندسية

• IEC 60269-6، متطلبات وصلات الصمامات الكهروضوئية: https://webstore.iec.ch/en/publication/1245
• إيتون (Eaton)، دليل تطبيقات حماية الدوائر الشمسية: https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/electrical-circuit-protection/fuses/bussmann-series-photovoltaic-fuses/bus-ele-an-10191-pv-app-guide.pdf
• إيتون (Eaton)، اختيار حامل الصمامات وخفض التصنيف: https://www.eaton.com/vn/vi-vn/products/electronic-components/topics/how-to-select-a-fuse-holder.html
• ميرسين (Mersen)، مثال على خفض تصنيف الصمامات الكهروضوئية بناءً على درجة الحرارة المحيطة: https://www.mersen.com/sites/default/files/medias/PIM/files/720872.SLDDRW.pdf
• دائرة الطاقة في أبوظبي، توجيهات تركيب الأنظمة الشمسية الكهروضوئية: https://doe.gov.ae/-/media/project/doe/department-of-energy/media-center-publications/english-files/solar_pv_installation_guidance_document.pdf