نویسنده: محسن فرزان، کارشناس ارشد انرژی‌های تجدیدپذیر 
زمان مطالعه: ۳ دقیقه
آتش‌سوزی به‌عنوان یک ریسک بالقوه و قابل‌توجه در سیستم‌های خورشیدی فتوولتاییک مطرح است. از بین رفتن اجزای نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک همچون، ماژول‌های فتوولتاییک، کابل‌ها، اینورترهای خورشیدی و همچنین آسیب به ساختمان محل نصب نیروگاه، از جمله آسیب‌های ناشی از آتش‌سوزی در نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک است.
وقوع آرک، علت اصلی آتش‌سوزی در سیستم‌های برق خورشیدی
کمپانی هوآوی (Huawei)، یکی از تولیدکنندگان مطرح اینورترهای خورشیدی معتقد است که وقوع آرک یا قوس الکتریکی در سیستم‌های سولار علت اصلی آتش‌سوزی در این سیستم‌ها است. به گفته هوآوی، ۶۰ درصد از آتش‌سوزی‌ها در نیروگاه‌ها خورشیدی پشت‌بامی ناشی از وقوع آرک در این نیروگاه‌ها است.
تولیدکنندگان، توسعه‌دهندگان و سازمان‌های دولتی سال‌هاست به دنبال اجرای اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از وقوع آرک و آتش‌سوزی در نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک بوده‌اند و اکنون هوش‌مصنوعی به‌عنوان یک راه‌حل جهت افزایش ایمنی این نیروگاه‌ها مطرح شده است.
آرک در قسمت جریان مستقیم (DC) نیروگاه‌های خورشیدی می‌تواند به دلایل مختلف رخ دهد. از جمله این عوامل می توان به خرابی ترمینال‌ها، اتصالات ضعیف، کابل‌های آسیب‌دیده، مواد عایق قدیمی، کربونیزاسیون، نفوذ رطوبت در سیم‌ها، خوردگی و ترک‌های موجود در لایه عایق، اشاره کرد.
پیشنهاد مطالعه: اهمیت مدیریت کابل‌ها در احداث نیروگاه‌های خورشیدی
ضعف اینورترهای خورشیدی در تشخیص سریع وقوع آرک
سیستم‌های فتوولتاییک خانگی و کوچک مقیاس، اغلب روی پشت‌بام ساختمان‌ها نصب می‌شوند. به گفته آقای بن شی، مدیر ارشد محصولات کمپانی هوآوی، این امر باعث می‌شود که کارشناسان در طی یک بازدید متداول از نیروگاه، متوجه تمامی ریسک‌ها و خطرهای احتمالی نشوند.
تشخیص وقوع آرک به دلیل استفاده از اتصالات و کابل‌های معیوب، ضعیف و فرسوده‌شده، در سمت DC سیستم خورشیدی که سطح ولتاژ بالای ورودی به اینورتر را تحمل می‌کند، نیازمند میزان زیادی از دقت مهندسی است. دستگاه قطع‌کننده مدار خطای آرک (arc-fault circuit interrupter (AFCI) ) به‌عنوان یک سپر حفاظتی برای نیروگاه‌های فتوولتاییک پشت‌بامی عمل می‌کند. فناوری AFCI، در زمان تشخیص سیگنال‌های مربوط به آرک مدار الکتریکی، برای جلوگیری از آتش‌سوزی و اتصال کوتاه، مدار را قطع می‌کند.
اغلب کشورهای جهان، استانداردهای ایمنی و حفاظتی مربوط به نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک پشت‌بامی را منتشر کرده‌اند. زمانی‌که موسسه PV Evolution Labs (PVEL) برای گزارش‌های خود تست‌های مربوط به اینورترهای خورشیدی را انجام داد، دریافتند که ۳۰ درصد از اینورترهای تحت آزمایش آن‌گونه که انتظار می‌رفت، قادر به تشخیص آرک در سیستم خورشیدی، نبودند.
اینورترهای خورشیدی برپایه هوش مصنوعی؛ واکنش سریع به وقوع آرک
در سال ۲۰۱۹، کمپانی اینورتر خورشیدی هوآوی، اولین اینورتر هوشمند خورشیدی خود را براساس هوش مصنوعی برای نیروگاه‌های خورشیدی مقیاس کوچک، معرفی کرد. این محصول، به‌طور گسترده‌ای از طرف صنعت سولار جهان مورد تشویق قرار گرفت، به‌طوری‌که جایزه InterSolar را به دلیل استفاده از هوش مصنوعی برای افزایش سطح ایمنی اینورترهای خورشیدی را بدست‌آورد.
استفاده از هوش مصنوعی مزایای متعددی به‌همراه دارد؛ هوش مصنوعی به‌طور پیوسته در حال خود آموزی جهت تشخیص میلیون‌ها شاخص مربوط وقوع آرک در سیستم‌های خورشیدی و گردآوری آن‌ها در کتابخانه خود جهت استفاده بعدی از آن‌هاست.
به‌منظور بهبود عملکرد الگوریتم هوش مصنوعی تشخیص آرک در سیستم‌های خورشیدی، هوآوی بیش از ۱۰۰ نمونه آزمایش با درنظر گرفتن فاکتورهای چندگانه، از قبیل دمای محیط، وضعیت شبکه، تعداد آرایه‌ها، رگولاسیون توان راکتیو، انجام داده است.
به گفته آقای بن شی، استفاده از تراشه‌های قدرتمند محاسبه‌گر باعث دقت بالای تشخیص وقوع آرک در سیستم‌های خورشیدی، توسط اینورترهای سری SUN2000 هوآوی شده است. با تشخیص وقوع آرک در این اینورترها، در کمتر از ۴۰۰ میلی‌ثانیه اینورتر خاموش و تولید انرژی قطع می‌شود. این میزان بسیار کمتر از ۲.۵ ثانیه که استاندارد فعلی صنعت است، می‌باشد که باعث می‌شود از وقوع آتش‌سوزی جلوگیری‌شده و ایمنی نیروگاه تضمین شود.
پیشنهاد مطالعه: اینورترهای خورشیدی در مقابل حملات سایبری
تصویر ۱: اینورتر خورشیدی سری SUN2000 کمپانی هوآوی
یک نمونه واقعی از عملکرد اینورتر خورشیدی هوشمند هوآوی
عملکرد اینورتر خورشیدی هوآوی SUN2000-20KTL-M0 (دانلود دیتاشیت) که از هوش مصنوعی بهره می‌برد، در تشخیص آرک در یک نیروگاه خورشیدی ۱۵۰ کیلوواتی در کشور چین، موفقیت‌آمیز بوده است. هوآوی اذعان داشته است که در ۲۷ جولای سال ۲۰۱۹، پس از تشخیص آرک در سمت DC نیروگاه، اینورترها به‌سرعت مدار الکتریکی را قطع کرده و خاموش شده‌اند. پس از آن، سیستم مدیریت هوآوی به‌طور اتوماتیک به تیم تعمیرونگهداری نیروگاه، هشدار لازم را ارسال کرده است و آن‌ها با حضور در سایت نیروگاه به دقت ترمینالهای DC را بررسی کرده‌اند. مهندسان تیم تعمیرونگهداری متوجه شدند که ترمینالهای DC به خوبی متصل نشده‌اند و دوربین حرارتی نشان می‌داد که دمای ترمینالهای DC بسیار بالا است. ازاین‌رو، اینورتر با عملکرد به‌موقع خود از وقوع آتش‌سوزی جلوگیری کرده است.
استفاده از هوش مصنوعی در اینورترهای خورشیدی می‌تواند در افزایش ایمنی نیروگاه‌های فتوولتاییک بسیار موثر باشد. کمپانی هوآوی در ماه می سال ۲۰۲۰ میلادی اعلام کرد که استفاده از هوش مصنوعی را در اینورترهای استرینگ خود، توسعه خواهد داد.
منبع: pv-magazine
دیدگاهتان را بنویسید