من الضروري فهم الفرق بين الواط (W) والفولت أمبير (VA) عند تصميم أو تركيب الأنظمة الكهربائية والشمسية. في كثير من الأحيان، يتعامل المحترفون مع الواط والفولت أمبير على أنهما قابلان للتبديل - وهو خطأ يؤدي إلى محولات كهربائية أقل من الحجم المطلوب، أو ارتفاع درجة حرارة الموصلات، أو التعثر المزعج، أو النفقات غير المتوقعة. تشرح هذه المقالة العمليات الحسابية، وتعرض أمثلة عملية، وتعطي قواعد أساسية تم اختبارها ميدانيًا حتى تتمكن من اختيار المعدات المناسبة من المرة الأولى.

الطاقة الحقيقية والقدرة الظاهرية ومعامل القدرة - الأساسيات

• واتس (W) القياس حقيقي الطاقة - الطاقة المحولة إلى عمل مفيد (الحرارة والحركة والضوء).

• فولت أمبير (VA) القياس ظاهر الطاقة - حاصل ضرب الجهد والتيار في الدائرة، بغض النظر عما إذا كان هذا التيار ينتج شغلًا مفيدًا أم لا.

• معامل القدرة (PF) هي نسبة القدرة الحقيقية إلى القدرة الظاهرة: PF = W / VA. وهي تتراوح من 0 إلى 1. الأحمال المقاومة (السخانات والمصابيح المتوهجة) تقترب من 1. الأحمال الاستقرائية (المحركات والمحولات) غالبًا ما تكون 0.6-0.95. تحتوي العديد من الأجهزة الإلكترونية المزودة بمصادر طاقة ذات وضع التبديل (محركات LED، محركات متغيرة السرعة) على عجلات PFs حوالي 0.9 أو أفضل عند تصميمها بشكل صحيح.

نظرًا لأن المحولات والمحولات وحماية التيار الكهربائي يتم تصنيفها بوحدة VA (أو kVA)، يجب تحويل الواط إلى VA عند تحديد حجم المعدات:
VA = W / PF
بدلاً من ذلك، عند التعامل مع الجهد والتيار مباشرة: VA = V × A (مرحلة واحدة) أو va = √3 × v_l × a (ثلاث مراحل، جهد خطي).

مثال عملي واضح - مرحلة واحدة

لديك حمولة تستهلك 1200 واط، ومعامل قدرة الحمل 0.8. ما سعة القدرة التي تحتاج إليها؟

الخطوة 1: اكتب الصيغة
VA = W / PF

الخطوة 2: الأرقام البديلة
القيمة المضافة = 1,200 1 ÷ 0.8

الخطوة 3: الحساب
1,200 ÷ 0.8 = 1,500

إذن القوة الظاهرة هي 1,500 1 فولت أمبير (1.5 كيلو فولت أمبير). وهذا يعني أن العاكس أو مزود الطاقة غير المنقطعة (UPS) الذي تبلغ قدرته 1.2 كيلوواط (1200 واط) ولكن 1.2 كيلو فولت أمبير فقط سيكون أقل من الحجم المطلوب - اختر 1.5 كيلو فولت أمبير على الأقل، بالإضافة إلى الهامش.

مثال على ثلاث مراحل - كيفية الحصول على تيار الخط

لنفترض أن لديك مضخة بقدرة 10000 واط (10 كيلوواط) على إمداد 400 فولت ثلاثي الأطوار مع عامل التردد البيروفلوري = 0.9. تريد معرفة تيار الخط لتحديد حجم الموصلات وأجهزة الحماية.

الطريقة: استخدام الصيغة الحالية لثلاث مراحل:
i = p / (√3 × v × pf)

الخطوة 1: احسب √3 × V × PF
√3 ≈ 1.732
1.732 × 400 = 692.8
692.8 × 0.9 = 623.52

الخطوة 2: قسمة P على حاصل الضرب
ط = 10,000 ÷ 623.52 ÷ 16.04 أ

لذا فإن الحمولة تسحب ≈16.0 أمبير لكل خط. استخدم هذا عند اختيار حجم الكابل وأجهزة الحماية من المنبع، وتذكر إضافة أي عوامل اشتقاق مطلوبة لدرجات الحرارة المحيطة والتجميع.

سبب أهمية تحديد حجم VA لأنظمة الطاقة الشمسية + البطارية

عادةً ما يتم تحديد مقاسات محولات الطاقة الشمسية ومحولات البطارية بالكيلوواط (الطاقة الحقيقية المستمرة) و kVA (الطاقة الظاهرة). إذا قمت بتحديد حجم العاكس بالواط فقط، فإنك تخاطر بزيادة التحميل على قدرته على حمل التيار عندما يكون PF < 1. الآثار العملية:

• العاكسات: يجب تزويد الطاقة الظاهرة أثناء إخراج التيار المتردد. إذا كان PF ضعيفًا، فقد يصل العاكس إلى الحد الحالي للعاكس قبل تصنيفه للواط.

• البطاريات: ترتبط التيارات في جانب التيار المستمر بقدرة العاكس؛ فالقدرة الظاهرية الأعلى في جانب التيار المتردد تُترجم إلى تيارات بطارية أعلى بعد حساب الكفاءة.

• الكابلات والحماية: يجب أن تحمل التيار الحقيقي الذي يتوافق مع الطاقة الظاهرية؛ حيث يتسبب نقص الحجم في انخفاض الجهد والحرارة.

• بدء تشغيل المحرك والطفرة: يمكن للمحركات والضواغط سحب عدة أضعاف تيار التشغيل المقدر لها عند بدء التشغيل. قدرة العاكس على زيادة التيار (كيلو فولت أمبير لبضع دورات) أمر بالغ الأهمية.

تدفق التحجيم العملي لمركب الطاقة الشمسية/البطارية:

1. اجمع كل الأحمال الحقيقية المستمرة بالواط.

2. قدّر عامل الترجيح لكل حمولة (مقاوم ~ 1.0، ومصابيح LED/SMPS ~ 0.9، ومحرك ~ 0.6-0.85).

3. قم بتحويل كل منها إلى VA باستخدام VA = W / PF وإجمالي VA.

4. إضافة هامش (عادةً ما يكون 20-30% للتوسع المستقبلي ولتجنب التشغيل بالقرب من الحدود).

5. ضع في الحسبان كفاءة العاكس (على سبيل المثال، إذا كان العاكس 96% فعّالاً، فقم بزيادة طاقة جانب التيار المستمر وفقًا لذلك).

6. تحقق من تصنيفات الاندفاع المفاجئ للمحركات أو الأحمال الدافعة.

تصحيح معامل القدرة - عندما يكون مفيدًا

يقلل تحسين عامل الترجيح البيروفلوروسي من القدرة على توليد الطاقة لكل واط معين، مما قد يقلل من حجم المحول أو العاكس المطلوب. في البيئات الصناعية، يمكن أن تؤدي إضافة المكثفات إلى رفع عامل التركيز البيروفولطيسي من 0.8 إلى 0.95 وتقليل رسوم الطلب المفوترة بشكل كبير وكذلك حجم المعدات. أما بالنسبة لتركيبات الطاقة الشمسية السكنية الصغيرة، فإن تصحيح معامل الترجيح PF أقل شيوعًا، ولكن المحولات الحديثة غالبًا ما توفر معامل الترجيح شبه موحد حسب التصميم وتدعم التحكم في الطاقة التفاعلية عند الحاجة.

المزالق العملية وكيفية تجنبها

• بافتراض أن PF = 1.0 لجميع الأحمال. تحتوي العديد من المحركات والأحمال الإلكترونية على PF < 1. تحقق دائمًا من مواصفات الشركة المصنعة أو قم بالقياس في الموقع باستخدام مقياس طاقة RMS حقيقي.

• تجاهل متطلبات الطفرة المفاجئة. تتطلب المحركات والمضخات والثلاجات عاكسات ذات تصنيفات كبيرة لوقت قصير كيلو فولت أمبير.

• نسيان كفاءة العاكس. ضع في الحسبان دائمًا خسائر التحويل: مدخلات التيار المستمر المطلوبة = حمولة التيار المتردد / كفاءة العاكس.

• التغاضي عن التوافقيات. تخلق الأحمال غير الخطية التوافقيات التي يمكن أن تزيد من التسخين والتيار الفعال؛ اختر المعدات المصنفة للتشوه التوافقي المتوقع.

• إهمال الاشتقاق المحيط. تفقد المحولات والمحولات قدرتها في درجات الحرارة المرتفعة - راجع منحنيات الاستنقاص عند التركيب في حاويات ساخنة.

قائمة مراجعة سريعة للتحجيم الميداني

1. ضع قائمة بجميع الأحمال وقوتها الكهربائية.

2. تعيين قيم PF واقعية (أو قياس).

3. احسب VA لكل حمولة ومجموعها.

4. أضف هامش أمان 20-30%.

5. اختر محولاً/عاكسًا مزودًا بقدرة مستمرة kVA ≥ VA نهائية وقدرة على زيادة الأحمال عند بدء التشغيل.

6. حساب كفاءة العاكس وتيارات التيار المستمر من جانب البطارية.

7. قياس أحجام الكابلات والحماية باستخدام التيارات المحسوبة وعوامل الاستنقاص.

8. تحقق من التوافقيات واختر المعدات المصنفة للتيارات غير الجيبية إذا لزم الأمر.

الملاحظة الختامية

إن إتقان التحويل بين الواط و VA يسد الفجوة بين حسابات الحمل النظري والتركيبات القوية طويلة العمر. وسواء كان قياس حجم العاكس السكني أو محول تجاري أو محطة بطارية شمسية، فإن استخدام VA (وعامل القدرة) كمقياس أساسي لتحديد الحجم يمنع نقص المواصفات ويحسن الموثوقية. عندما تكون في شك، قم بالقياس - سيخبرك مقياس الطاقة الحقيقي المحمول باليد ومقياس التيار الكهربائي المشبك بالقصة الحقيقية في الميدان. لاختيار المعدات الاحترافية، اختر مكونات ذات تصنيفات واضحة للكيلو فولت أمبير، وقدرة كافية على زيادة التيار الكهربائي، ومنحنيات الاستخلاص المنشورة حتى يعمل نظامك كما هو مصمم في ظل ظروف العالم الحقيقي.