التبريد الهجين: الحل الذكي لمواجهة الحرارة القصوى وتقلّبات الأحمال في محوّلات الطاقة الشمسية

في ظل التوسع العالمي المستمر لمشروعات الطاقة الشمسية وتخزين الكهرباء على النطاق الواسع، تواجه أنظمة الطاقة الإلكترونية تحديًا متناميًا يتعلق بإدارة الحرارة، لا سيما في البيئات الصحراوية أو المناطق ذات الظروف المناخية القاسية. تتسبّب درجات الحرارة العالية وتغيّرات الأحمال المفاجئة في إجهاد مكونات المحوّلات الكهربائية، ما يهدد كفاءة النظام واستقراره.

وفي هذا السياق، نشرت شركة Gamesa Electric  ورقة تقنية بعنوان: “أنظمة التبريد لمحوّلات الطاقة الشمسية وتخزين الكهرباء على النطاق الواسع“، استعرضت فيها أحدث الابتكارات في تكنولوجيا التبريد، وقدمت نظامها الهجين الجديد CoolBrid  الذي تم تطويره خصيصًا لسلسلة محوّلات Proteus.

التبريد الهجين: الجمع بين القوة والبساطة

يُعد نظام CoolBrid مثالًا متقدمًا على أنظمة التبريد الذكية، حيث يجمع بين طريقتين مختلفتين: التبريد بالهواء القسري والتبريد بالسائل، ما يوفّر أداءً حراريًا عالي الكفاءة مع المحافظة على بساطة التصميم وسهولة الصيانة.

في هذا النظام، يتم توزيع مهام التبريد وفقًا لأهمية الأجزاء المراد تبريدها:

• تعتمد الأجزاء الأكثر إنتاجًا للحرارة – مثل أشباه الموصلات وملف مرشح التيار – على نظام التبريد بالسائل لضمان استقرار درجة الحرارة.
• بينما يتم تبريد الأجزاء الثانوية مثل أنظمة التحكم والصمامات الكهربائية ودوائر الحماية باستخدام الهواء القسري عبر مراوح ذات سرعة متغيّرة.

تصميم ذكي لحماية مكوّنات المحوّل

من أبرز ما يميز نظام CoolBrid هو تصميمه الذي يأخذ بعين الاعتبار التحديات البيئية. فمثلاً:

• تم رفع فتحات الهواء إلى مستويات أعلى لتقليل احتمالية انسداد الفلاتر بالرمال أو الغبار.
• الجزء السفلي من المحوّل محكم الإغلاق بالكامل، مما يمنع دخول الجزيئات الدقيقة.
• تُستخدم أنظمة تهوية مستقلة لكل من كبائن الفلترة وكبائن المحوّلات، ما يسمح بتحكّم مستقل في تدفّق الهواء وتوزيعه.

تبريد سائل فعّال منخفض الضغط

يعتمد التبريد السائل على دورة مغلقة تمرّ فيها السوائل المبردة عبر المكوّنات الساخنة لتنتقل بعدها إلى مبادل حراري مدمج في أعلى المحوّل، حيث يتم تبريد السائل عبر مراوح ذات سرعة متغيرة يتم التحكم بها بواسطة مستشعرات حرارة ذكية.

يعمل هذا النظام بضغط منخفض لتقليل الإجهاد الميكانيكي، كما يتضمن مستشعرات ضغط تعمل على إيقاف النظام تلقائيًا في حال حدوث تسرّب أو خلل تقني، ما يعزّز مستوى الأمان والاستقرار التشغيلي.

التكيّف الذكي مع تغيّرات الظروف التشغيلية

يتميّز نظام التهوية الهوائية في CoolBrid بقدرته على التكيّف الفوري مع تغيّرات درجة الحرارة والضغط داخل المحوّل. فهو يعتمد على:

• مراوح طرد مركزي ذكية تنظّم تدفّق الهواء تلقائيًا بحسب البيانات المستلمة من مستشعرات الحرارة والضغط.
• فلاتر هوائية عالية الكفاءة تمنع دخول الغبار والماء، وتؤمّن حماية من الفئة IP55، وهي فئة مخصّصة للأجهزة التي تتعرّض لاختلاف الضغط الداخلي خلال التشغيل.

وفي حال انسداد الفلاتر، يقوم النظام بقياس الفارق في الضغط بين جانبي الفلتر، ويعمل على زيادة سرعة المروحة لتعويض انخفاض التدفّق الهوائي، كما يظهر إنذار فوري ينبه الفنيين إلى ضرورة صيانة الفلاتر، ما يمنع تراكم الأعطال ويحسّن كفاءة استهلاك الطاقة في الأنظمة المساعدة.

نتائج الأداء على أرض الواقع

بحسب ما ورد في الورقة الفنية، يبرهن نظام CoolBrid فعاليته من خلال بيانات أداء واقعية توضح مدى قدرته على الحفاظ على درجات حرارة تشغيل مثالية حتى في ظروف الحرارة القصوى أو التقلّبات السريعة في الحمل الكهربائي.

وقد خلصت Gamesa Electric إلى أن هذا النظام يمثّل توازنًا مثاليًا بين الأداء العالي لتبريد السوائل والتكلفة المنخفضة والموثوقية التي توفرها التهوية القسرية، وهو ما يساهم في تحسين استدامة وكفاءة أنظمة الطاقة المتجددة وتخزين الكهرباء.

التبريد الذكي خطوة حاسمة نحو موثوقية أعلى في أنظمة الطاقة

في بيئة تشغيلية أصبحت أكثر تحديًا من أي وقت مضى، خاصة في مشاريع الطاقة الشمسية الضخمة في المناطق الحارة، تبدو تقنيات التبريد الذكي مثل CoolBrid بمثابة خطوة ضرورية لتعزيز كفاءة وموثوقية الأنظمة.
ومع تزايد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة، تبرز أهمية إدارة الحرارة كعنصر أساسي يوازي أهمية الكفاءة الكهربائية، وهو ما يجعل هذه الابتكارات محورية في مستقبل الطاقة المستدامة.

📚  المصدر:

ورقة بيضاء صادرة عن شركة Gamesa Electric بعنوان “Cooling Systems for Utility-Scale Solar and Storage Inverters”

للحصول على الورقة يرجى اتباع الرابط