سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی

سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی

سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی به‌عنوان قلب تپنده‌ی امنیت و کارایی نیروگاه‌های فتوولتائیک شناخته می‌شود؛ زیرا هیچ نیروگاه خورشیدی—حتی با بهترین پنل‌ها، اینورترها و تجهیزات کنترلی—بدون یک سیستم ارتینگ حرفه‌ای نمی‌تواند به راندمان پایدار، طول عمر بالا و ایمنی الکتریکی قابل‌اعتماد دست پیدا کند. در سال‌های اخیر با افزایش سرمایه‌گذاری روی نیروگاه‌های خورشیدی و توسعه مزارع ۱ تا ۲۰ مگاواتی، نیاز به اجرای سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی استاندارد بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود؛ به همین دلیل شرکت نور فن آداک به‌عنوان یکی از معتبرترین مجریان تخصصی سیستم‌های ارتینگ، با ارائه خدمات مبتنی بر استانداردهای IEC 62561، IEEE 80، NFPA 780 و استفاده از تجهیزات باکیفیت برندهای معتبر جهانی، توانسته جایگاه ویژه‌ای در این صنعت پیدا کند. اهمیت سیستم ارت نیروگاه خورشیدی فقط در محافظت فیزیکی از تجهیزات نیست، بلکه در کیفیت تولید برق نیز اثر مستقیم دارد؛ زیرا نویزهای الکترومغناطیسی، اضافه ولتاژهای گذرا، نشتی جریان DC، تخلیه الکتروستاتیک و صاعقه همگی از عواملی هستند که بدون وجود یک سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی مهندسی‌شده، می‌توانند باعث کاهش راندمان، خرابی اینورترها و آتش‌سوزی‌های پرهزینه شوند. و حتی این آسیب ها را میتوانند به شبکه انتقال وارد نموده و آسیبهای بیشمار جدی وارد نمایند.

اجرای سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی

یکی از دلایلی که نور فن آداک در اجرای سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی موفق بوده، استفاده از تجهیزات برندهای معتبر مانند DEHN، OBO Bettermann، Erico، ABB، Schneider Electric، Phoenix Contact، Radpol، Galmar و همچنین برندهای داخلی توانمند مانند گستره ارت، الکترو پیشرو، خاور ارت، صاعقه‌پناه مهندسین، البرز الکتریک نور، ایران ارت است. هرکدام از این شرکت‌ها تجهیزاتی مانند رادهای کاپر باند ۲۵۰ میکرون، صفحات مسی الکترولیتی، سیم و کابل مسی خالص، ژل کاهنده مقاومت، بنتونیت اکتیو، هم‌بندی‌ها، کلمپ‌ها و تست‌لاک‌های مخصوص را تولید می‌کنند که کیفیت نهایی سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی وابسته به آن‌هاست. نور فن آداک پس از کارشناسی های بسیار و نمونه برداری های مختلف و ارزیابی های گسترده برای دستیابی به بهترین مقاومت زمین (معمولاً کمتر از ۲ اهم) از ترکیب رادهای دفنی عمقی، چاه ارت، شبکه مش مسی سطحی، مواد کاهنده و روش‌های ترکیبی استفاده می‌کند تا سیستم ارت نیروگاه خورشیدی از نظر الکتریکی پایدار و استاندارد باشد.

اجرای صحیح سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی بر پایه مهندسی خاک است؛ بنابراین اولین مرحله، انجام تست‌های Ground Resistivity و Fall of Potential است تا جنس خاک، مقاومت مخصوص، میزان رطوبت و عمق دفن الکترودها مشخص شود. در زمین‌های خشک کویری مانند یزد و کرمان که نور فن آداک پروژه‌های متعدد اجرا کرده است، استفاده از بنتونیت سوپر اکتیو و رادهای مسی با طول بیشتر، مقاومت زمین را تا ۴۰٪ کاهش داده و در پروژه‌های دشت‌های مرطوب استان‌های گیلان و کردستان، شبکه مش سطحی عملکرد بهتری داشته است. این تفاوت‌های مهندسی سبب شده هر سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی باید بر اساس شرایط اقلیمی منطقه و پروژه طراحی شود، نه اینکه یک نسخه ثابت برای همه پروژه‌ها استفاده شود.

مشخصات سیستم ارت نیروگاه 

سیستم ارت نیروگاه خورشیدی معمولاً شامل دو بخش است: ارت حفاظتی و ارت عملیاتی. ارت حفاظتی (با نام سرج ارستر) وظیفه تخلیه صاعقه، اضافه‌ولتاژ و جریان‌های خطا را بر عهده دارد، اما ارت عملیاتی بیشتر برای تثبیت ولتاژ، کاهش نویز الکترومغناطیسی و بهبود عملکرد اینورتر و تجهیزات DC به‌کار می‌رود. هنگامی که هر دو بخش با هم اجرا شوند، سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی به نهایت کارایی خود می‌رسد و تأثیر آن در کاهش خاموشی‌های ناگهانی، کاهش خطاهای داخلی اینورتر، افزایش طول عمر کابل‌ها و کاهش استهلاک تجهیزات مشهود است. نور فن آداک در پروژه‌های ۵ مگاواتی استان فارس و ۱۰ مگاواتی همدان، با اجرای این دو بخش به‌صورت موازی توانسته راندمان عملیاتی نیروگاه را تا ۱۲٪ افزایش دهد.

قیمت سیستم ارت نیروگاه خورشیدی

از نظر قیمت، هزینه اجرای سیستم ارت نیروگاه خورشیدی تابع عوامل مختلفی است:
۱. عمق و مقاومت خاک – هرچه خاک خشک‌تر باشد، هزینه افزایش می‌یابد.
۲. نوع متریال – رادهای مسی خالص گران‌تر ولی بادوام‌ترند؛ رادهای گالوانیزه ارزان‌ترند اما عمر کوتاه‌تری دارند.
۳. نوع بنتونیت – بنتونیت سوپر اکتیو و یا اکتیو خارجی مانند برند Power G گران‌تر اما بسیار مؤثرتر از انواع معمولی است.
۴. استانداردهای اجرایی – اجرای مطابق IEC هزینه بیشتری دارد ولی بازده نیروگاه را تضمین می‌کند.
۵. متراژ شبکه مش – هرچه نیروگاه بزرگ‌تر باشد، هزینه هادی مسی افزایش می‌یابد.

با وجود این، تجربه نشان داده که استفاده از متریال با کیفیت بالا، گرچه در ابتدا هزینه بیشتری دارد، اما از توقف تولید، خرابی اینورترها و خسارات صاعقه جلوگیری می‌کند و در مجموع کم‌هزینه‌تر است. دقیقاً به همین دلیل، نور فن آداک در پروژه‌های مهم از تجهیزات سطح A استفاده می‌کند تا ضمن حفاظت از سیستم از جان افراد نیز محافظت شود.

از نظر فنی، سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی علاوه‌بر حفاظت، باعث افزایش راندمان انرژی نیز می‌شود. وقتی مقاومت زمین پایین باشد، نویز DC کمتر شده و MPPT اینورتر عملکرد دقیق‌تری دارد. در پروژه‌های تحلیل‌شده، کاهش نویز باعث افزایش تولید سالانه انرژی بین ۴ تا ۶ درصد شده است که این بهره وری در هنگام فروش انرژی تولید شده اثر چشم گیری دارد. همچنین ارتینگ مناسب از ایجاد Hot Spot در پنل‌ها جلوگیری کرده و از آسیب به تابلوهای DC و AC جلوگیری می‌کند.

در مثال‌های اجرایی نور فن آداک، در نیروگاه‌ خورشیدی ۷ مگاواتی اصفهان با خاک سخت، استفاده از الکترودهای کاپر باند ۲۰۰ میکرون و شبکه ۳۰×۳۰ سانتی‌متری مسی باعث ثبت مقاومت زمین ۱.۸ اهم شد که عددی بسیار مناسب است. در پروژه‌ای دیگر در ارومیه، با استفاده از الکترود صفحات گرافیتی و نانوبنتونیت نسل جدید، مقاومت زمین از ۱۲ اهم به ۲.۹ اهم کاهش یافت که رکورد قابل‌توجهی محسوب می‌شود. چنین نمونه‌هایی نشان می‌دهد یک سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی حرفه‌ای می‌تواند کیفیت و عمر مفید تجهیزات را به‌طور واقعی افزایش دهد.

از نظر فناوری روز دنیا، سیستم‌های ارتینگ مدرن به سمت تکنولوژی‌های GEM، NANOGEL، الکترودهای کربنی، Rodless Grounding Systems و پایش هوشمند حرکت کرده‌اند. شرکت‌های پیشرو مانند Siemens، DEHN، Galmar دستگاه‌های مانیتورینگ آنلاین مقاومت زمین تولید می‌کنند که تغییرات رطوبت و دما را پایش کرده و عملکرد سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی را دائماً گزارش می‌دهند. این تکنولوژی‌ها در آینده نزدیک استاندارد خواهند شد و نور فن آداک نیز در حال برنامه‌ریزی برای استفاده از این تکنولوژی‌ها در پروژه‌های جدید خود است.

سیستم ارت نیروگاه خورشیدی

عدم وجود سیستم ارتینگ 

پیش از پایان مطلب نظر خوانندگان را به تمامی آسیب‌های جدی ناشی عدم وجود سیستم ارت مناسب در نیروگاه خورشیدی جلب مینماییم.

1. آسیب‌دیدگی اینورترها (Inverter Failure)

اینورترها حساس‌ترین بخش نیروگاه خورشیدی هستند و کوچک‌ترین اضافه‌ولتاژ ناشی از صاعقه، نشت جریان، القای الکترومغناطیسی یا نویز الکتریکی می‌تواند موجب سوختن مادربرد، IGBT یا برد کنترل شود.
بدون ارت مناسب، اینورتر عملاً بدون مسیر تخلیه‌ی امن کار می‌کند.

برآورد خسارت برای نیروگاه ۱ مگاواتی:
1- خسارت وارده به اینورترها
تعداد اینورترهای معمول: ۱۰ تا ۲۰ عدد (بسته به نوع مرکزی / استرینگ)
هزینه هر اینورتر صنعتی: ۲۰۰ تا ۴۵۰ میلیون تومان
احتمال سوختگی سالانه بدون ارت: ۵۰٪ تا ۷۰٪
نتیجه خسارت احتمالی سالانه:
۲ تا ۶ میلیارد تومان

2- سوختن پنل‌های خورشیدی و ایجاد Hot Spot

وقتی سیستم ارت وجود ندارد، تخلیه‌ی الکتریکی روی فریم‌ها و سازه‌ها باقی می‌ماند و بخشی از آن وارد سلول‌ها می‌شود. این موضوع باعث:
داغ شدن نقطه‌ای (Hot Spot)
کاهش راندمان دائمی پنل
از کار افتادن بای‌پس دیودها

برآورد خسارت
کاهش راندمان سالانه: ۲٪ تا ۵٪
ارزش انرژی تولیدی ۱ MW در سال ≈ ۱.۶ تا ۲ میلیارد تومان
خسارت کاهش راندمان:
۳۲ تا ۱۰۰ میلیون تومان در سال

سوختگی یا خرابی کامل پنل‌ها:
قیمت هر پنل: بطور ۷ تا ۹ میلیون
احتمال خرابی سالانه بدون ارت: ۰.۵٪ تا ۱٪ (۴۰ تا ۸۰ پنل)
خسارت تعویض پنل‌ها:
۳۰۰ تا ۷۰۰ میلیون تومان

—

3- آتش‌سوزی و ذوب‌شدن کابل‌ها

اضافه‌ولتاژ بدون ارت مناسب در مسیر کابل جریان پیدا می‌کند و باعث:
جرقه الکتریکی، افزایش دما، سوختن عایق، آتش‌سوزی DC یا ACمی‌شود. این نوع آتش‌سوزی در پروژه‌های بزرگ خورشیدی مرگبار و بسیار پرهزینه بوده است.

برآورد خسارت
خسارت تعویض کابل‌ها: ۲۰۰ تا ۳۵۰ میلیون تومان
خسارت آتش‌سوزی گسترده در استرینگ‌ها: ۱ تا ۳ میلیارد تومان
توقف نیروگاه: روزانه ۳ تا ۶ میلیون تومان ضرر تولید انرژی

جمع خسارت:
۱.۲ تا ۳.۵ میلیارد تومان

4- آسیب شدید بر اثر صاعقه (Lightning Strike)

بدون ارتینگ:

انرژی صاعقه وارد سازه فلزی، پنل‌ها، اینورتر و تابلوها می‌شود
تا ۹۰٪ از نیروگاه می‌تواند آسیب ببیند
عمده خسارت‌ها خارج از شمول بیمه می‌شود

برآورد خسارت
خسارت مستقیم تجهیزات: ۳ تا ۸ میلیارد تومان
خسارت ناشی از توقف نیروگاه: ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیون تومان

خسارت کل احتمالی:
۳ تا ۸.۵ میلیارد تومان

5- افزایش تلفات انرژی و کاهش راندمان سیستم

بدون ارت:
نویز الکتریکی در مسیر DC و AC افزایش می‌یابد
اینورتر در حالت Derate کار می‌کند
راندمان تبدیل ۱ تا ۳٪ افت می‌کند

برآورد خسارت
۱ MW → تولید سالانه ۱.۶ GWh
۱٪ افت = حدود ۱۶,۰۰۰ kWh
ارزش = ۱۶ تا ۳۰ میلیون تومان در سال

۳٪ افت = ۵۰ تا ۹۰ میلیون تومان در سال

6- آسیب به تابلوهای DC و AC، SPD و کلیدهای حفاظتی

بدون ارت مناسب:
SPD عملاً کار نمی‌کند و اضافه‌ولتاژ آزاد می‌ماند
کلیدها و بریکرها سریع‌تر خراب می‌شوند
تابلوهای DC می‌توانند آتش بگیرند

برآورد خسارت
تعویض تابلوهای DC/AC: ۱۵۰ تا ۳۰۰ میلیون تومان
تعویض کلیدها، فیوزها، SPD: ۵۰ تا ۱۲۰ میلیون تومان

خسارت احتمالی:
۲۰۰ تا ۴۲۰ میلیون تومان

7- کاهش عمر مفید کل نیروگاه

بدون ارتینگ، فرسایش الکتریکی دائمی باعث می‌شود:
عمر پنل‌ها از ۲۵ سال به ۱۸–۲۰ سال کاهش یابد
عمر اینورترها از ۱۰ سال به ۳–۵ سال برسد

خسارت بلندمدت
کاهش عمر اینورترها: ۱ تا ۳ میلیارد تومان
کاهش عمر پنل‌ها: ۵۰۰ تا ۱۲۰۰ میلیون تومان

جمع:
۱.۵ تا ۴.۲ میلیارد تومان

جمع‌بندی نهایی میزان خسارت نیروگاه ۱ مگاواتی در صورت نداشتن ارت
نوع خسارت مبلغ تقریبی
آسیب اینورترها ۲ تا ۶ میلیارد
آسیب پنل‌ها و Hot Spot ۳۰۰ تا ۸۰۰ میلیون
آتش‌سوزی، خرابی کابل‌ها ۱.۲ تا ۳.۵ میلیارد
صاعقه ۳ تا ۸.۵ میلیارد
تلفات انرژی ۳۰ تا ۹۰ میلیون
خرابی تابلوها و کلیدها ۲۰۰ تا ۴۲۰ میلیون
کاهش عمر مفید تجهیزات ۱.۵ تا ۴.۲ میلیارد

خسارت کل احتمالی نیروگاه ۱MW بدون ارت مناسب:
۸ تا ۲۰ میلیارد تومان

نتیجه‌گیری نهایی

در جمع‌بندی باید گفت که سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی یکی از مهم‌ترین بخش‌های پنهان مهندسی اما تأثیرگذار در عملکرد یک نیروگاه است. کیفیت اجرای سیستم ارت نیروگاه خورشیدی نه‌تنها امنیت و حفاظت تجهیزات را تضمین می‌کند، بلکه مستقیماً بر راندمان، پایداری و عمر مفید سیستم تأثیر می‌گذارد. شرکت نور فن آداک با تجربه وسیع، تجهیزات استاندارد و استفاده از برندهای معتبر جهانی، توانسته پروژه‌های متعددی را با بهترین نتایج اجرا کند و نمونه‌ای از یک مجری حرفه‌ای در این حوزه باشد. آینده صنعت ارتینگ به سمت هوشمندسازی، مواد پیشرفته و تجهیزات با طول عمر بالا حرکت می‌کند و با ورود این فناوری‌ها، سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی به سطحی از کارایی خواهد رسید که حتی کوچک‌ترین مشکلات الکتریکی نیز قابل‌مدیریت و کنترل باشد.