الشرح السابق:ما معنى الـــ FAULT RIDE THROUGH في محطات الطاقة الشمسية PV ؟
تأثير وجود المحطات الشمسية على استقرار الشبكة
بداية يجب أن نجيب على السؤال التالى:
ماهى الـــ Inertia ؟
عموما يقصد بالــ Inertia القدرة على مقاومة التغير ، وكهربائيا في الشبكة الموحدة يقصد بها
كميـة الــ Kinetic Energy المخــزنة في الآلات الدوارة Gen+Motors) Rotating machines) فمجموع كتلة هذه الآلات تعطى للشبكة العامة الــ
Inertia اللازمة لمقاومة أية هزات تحدث في الشبكة نتيجة تغير مفاجئ في توازن التوليد و الأحمال.
هذا التغير في العلاقة بين التوليد والأحمال يظهر أثره على تغير قيمة الــ Frequency ، وحجم هذا
التغير يتأثر بالـ Inertia الموجودة في الشبكة وكلما كبرت الــ Inertia كلما كان التغير بطيئا وهو بالطبع
ما نريده حتى نعطى فترة زمنية أطول لأجهزة التحكم لاسترجاع التوازن بين التوليد والأحمال. علما بأن التفسير الفيزيائي لذلك هو أن هذه الآلات الدوارة تمتص بعضا من الــ Kinetic Energy التي تظهر بعد
العطل فتقلل من تأثيرها على التردد وهو ما يسمى بالــ Internal Response .
لماذا تتناقص الــ Inertia في الشبكة العامة؟
السبب الأول هو التوسع في دمج المحطات الشمسية وكذلك محطات الرياح فى الشبكة العامة وهى
محطات ليس لها أية Inertia . ورغم أن محطات الرياح لها Rotor لكنه لا يدور متزامنا مع الشبكة
العامة مثل المولدات التقليدية بل هو معزول عن الشبكة بواسطة الــ Inverter ، بمعنى آخر أن الــ Rotating mass لا تتصل مباشرة بالشبكة وإنما من خلال Inverters ، لذا تصنف أيضا هذه المحطات
على أنها No inertia مثل المحطات الشمسية.
والسبب الثانى لنقص الــ Inertia في الشبكة هو التوسع في بعض الدول في نقل الطاقة بواسطة الــ
HVDC فالطاقة القادمة ورغم ضخامتها لكنها أيضا جاءت من خلال أجهزة الــ Inverters وليس لها
أيضا أية Inertia .
والتوابع الخطيرة لتناقص الــ Inertia هي أن أي تغير في توازن الأحمال والتوليد سينتج تغير أكبر وأطول
من الشبكات التي لها Inertia عالية. ويمكن فهم ذلك رياضيا من خلال المعادلة التالية:
واضح أنه كلما كانت J كبيرة كلما قل تأثير تغير ΔT على تغير قيمة الــ Rotor angle.
في بعض البلاد الإسكندنافية حيث هذه المشكلة ظاهرة جدا بسبب النسبة العالية للــ Energy sources Renewable فإنهم أحيانا يضطرون لخفض الإنتاج من أكبر محطة حين تصبح الــ Inertia
منخفضة تحسبا لوقوع أعطال ، وبالطبع هذا ليس الحل الأمثل لكنه الحل المتاح حتى الآن وبالطبع
يحتاجون
أيضا لــ Fast activated reserve Power ليكون الحل نموذجيا.
مفهوم ISLANDING
أحد المتطلبات الهامة من المحطات الشمسية المتصلة بالشبكة أن تكون مزودة بــ Anti-Islanding بمعنى أمكانية اكتشاف أن الشبكة العامة قد فصلت وأن المحطة الشمسية أصبحت تغذى الحمل بمفردها
وهو الوضع الذى نسميه Islanding وهو وضع غير مرغوب فيه خاصة أن عمال الصيانة على الشبكة
(لاسيما في شبكات التوزيع) قد يظن أن الشبكة مفصولة لكن قد يفاجئوا بوصول الكهرباء إليهم من جهة
الحمل فيصابوا بالصعقة الكهربائية.
وهناك أسلوبان لاكتشاف المحطة الشمسية لحالة الــ Islanding :
الأول هو Passive methods ويقصد به اكتشاف الحالة بدون استخدام أجهزة إضافية وإنما فقط من تتبع التغير في قيم الجهد أو التيار
أو التوافقيات إلخ.
أما الأسلوب الثانى فيعتمد على حقن الشبكة بإشارات معينة وتتبع التغير فيها ولذا يسمى Active method.
تأثير الغيوم على الخلايا الشمسية؟
بالطبع سينخفض الناتج من المحطة بسبب الغيوم ، مع ملاحظة أن هناك جزء من الخلايا يوصل على
التوالي والناتج من هذه التوصيلة يمثل الخرج لأضعف خلية من المجموعة المتصلة على التوالي ، ولذا
بدأت بعض الشركات في تزويد كل مجموعة خلايا بما يسمى Optimizer (العنصر الأسود أسفل كل
Panel في الشكل أسفله) وهو متصل بالــ Inverter وبالتالي يمكن للــ Inverter أن يتعامل مع كل
Panel بصورة مستقلة ، وبالتالى ضمان أنه لو وجدت خلية بها مشكلة وتؤثر على الــ String فإنه يقوم
باستبعادها للمحافظة على أقصى إنتاج ممكن من مجموعة الخلايا المتصلة على التوالي.
(ملحوظة : في الجهود العالية يفضل تنظيم الجهد باستخدام الملفات دخولا وخروجا ، أما في الجهود
المتوسطة فيفضل استخدام المكثفات دخولا وخروجا).