موضوع احترافي متقدم عن Thermal Derating

 

📘 Thermal Derating في أنظمة الطاقة الشمسية والإنفرترات

الفهم الهندسي – الحسابات – التأثير على التصميم

---

🔹 ما هو Thermal Derating؟
Thermal Derating هو:

اقتبـاس ،، تخفيض القدرة التشغيلية للمعدة عند ارتفاع درجة الحرارة لحمايتها من التلف.

كل الأجهزة الكهربائية لها قدرة اسمية محددة عند درجة حرارة معينة (عادة 25°C أو 40°C).
عند تجاوز هذه الحرارة، يبدأ الجهاز بتقليل قدرته تلقائيًا.

---

🔹 لماذا يحدث Thermal Derating؟
الحرارة تؤثر على:

• المكونات الإلكترونية (IGBT / MOSFET)
  
• المكثفات
  
• العوازل
  
• الدوائر المطبوعة
  

كلما زادت الحرارة:

• تقل كفاءة التحويل
  
• يزداد الفقد الحراري
  
• ينخفض العمر التشغيلي
  

لذلك يقوم الإنفرتر بخفض القدرة لحماية نفسه.

---

🔹 مثال عملي
إنفرتر قدرته الاسمية 50kW
مصمم للعمل عند 40°C
إذا ارتفعت الحرارة إلى 55°C
قد تنخفض القدرة إلى 42–45kW
هذا هو Thermal Derating.

---

🔹 أين يظهر Thermal Derating في أنظمة PV؟
1️⃣ داخل الإنفرتر
2️⃣ في القواطع MCCB
3️⃣ في الكابلات
4️⃣ في المحولات
5️⃣ في لوحات التوزيع

---

🔹 العلاقة بين الحرارة والكفاءة
كل 10 درجات مئوية إضافية تقريبًا:

• قد تقلل عمر المكونات للنصف (قاعدة هندسية تقريبية)
  
• تزيد مقاومة الموصلات
  
• ترفع الفقد الحراري
  

---

🔹 قراءة منحنى Derating من Datasheet
الشركات تضع منحنى مثل:

• 100٪ قدرة حتى 40°C
  
• من 40–50°C يبدأ التخفيض التدريجي
  
• عند 60°C قد يصل التخفيض إلى 70٪ فقط
  

هذه البيانات يجب أن تُقرأ قبل التصميم.

---

🔹 مثال حسابي متقدم
إنفرتر 100kW
منحنى الشركة:

• حتى 45°C = 100kW
  
• عند 55°C = 90kW
  
• عند 60°C = 80kW
  

الموقع في منطقة صيفها يصل إلى 58°C داخل غرفة المعدات.
إذن القدرة الحقيقية ≈ 85kW تقريبًا.
إذا صممت النظام على 100kW بدون حساب Derating
ستفقد 15٪ من الإنتاج في الصيف.

---

🔹 Thermal Derating vs Oversizing
إذا كان لديك Oversizing بنسبة 1.3
ومع حرارة عالية
قد يحدث:

• Clipping
  
• • Derating
    
• = فقد مزدوج في الذروة
  

وهنا الخطأ التصميمي الكبير.

---

🔹 Thermal Derating للكابلات
كل كابل له قدرة تيار عند 30°C.
إذا ارتفعت الحرارة إلى 50°C
قد تحتاج لزيادة مقطع السلك بنسبة 10–20٪.
مثال:
كابل يتحمل 100A عند 30°C
عند 50°C قد يتحمل فقط 82–88A.

---

🔹 تأثيره على القواطع الكهربائية
القواطع الحرارية (Thermal Breakers):

• تتأثر مباشرة بالحرارة المحيطة
  
• قد تفصل عند تيار أقل من الاسمي في الجو الحار
  

وهذا يسبب فصل متكرر صيفًا.

---

🔹 Thermal Derating في غرف الإنفرترات
أخطاء شائعة:
❌ تركيب الإنفرتر في غرفة بدون تهوية
❌ تعريضه للشمس المباشرة
❌ تركيب عدة إنفرترات متلاصقة
❌ عدم وجود مسافة تهوية خلف الجهاز

---

🔹 كيف نقلل Thermal Derating؟
✔ تحسين التهوية
✔ استخدام مراوح إضافية
✔ تركيب الإنفرتر في مكان مظلل
✔ استخدام غرف مكيفة في الأنظمة الكبيرة
✔ ترك مسافة بين الأجهزة
✔ تنظيف الفلاتر بانتظام

---

🔹 حساب مبسط لتأثير الحرارة على الإنتاج السنوي
إذا كان Derating يخفض القدرة 10٪
ويحدث ذلك لمدة 4 ساعات يوميًا
لمدة 120 يومًا صيفًا
الخسارة ≈
10٪ × 4 ساعات × 120 يوم
قد تعادل عدة آلاف كيلوواط سنويًا
في الأنظمة الكبيرة.

---

🔹 الفرق بين Thermal Derating و Thermal Shutdown
Thermal Derating
→ تخفيض قدرة تدريجي
Thermal Shutdown
→ إيقاف كامل لحماية الجهاز
الأول طبيعي
الثاني مؤشر خطر تصميمي.

---

🔥 القاعدة الذهبية
لا تصمم النظام على القدرة الاسمية فقط…
بل صمّم على القدرة الواقعية في أسوأ ظروف الحرارة.

---

🔹 خطأ تصميمي شائع
تصميم نظام 100kW
في منطقة حارة
وتركيب إنفرتر 100kW
بدون دراسة Derating
النتيجة:
النظام يعمل فعليًا 85–90kW في الصيف
وتبدأ شكاوى العميل.

---

🔹 متى يكون Derating خطيرًا جدًا؟
⚠ في الأنظمة الصناعية
⚠ في المشاريع التجارية الكبيرة
⚠ في المناطق الصحراوية
⚠ عند ضعف التهوية

---

🔥 الخلاصة الهندسية القوية
Thermal Derating ليس عطلًا…
بل سلوك حماية طبيعي.
المهندس المحترف هو من:
✔ يحسبه مسبقًا
✔ يصمم بناءً عليه
✔ يقلله قدر الإمكان