أ احمد عبدالخالق

في مشاريع الاستصلاح الزراعي العملاقة، يُنفق المستثمرون الملايين لشراء أحدث الإنفرترات وأجود أنواع الخلايا الكيميائية لضمان عمل طلمبات الري طوال الليل. ولكن، بمجرد وصول المعدات إلى الموقع، يرتكب العديد من الفنيين والمقاولين "جريمة هندسية" صامتة أثناء عملية التركيب، جريمة لا تكتشفها أجهزة القياس العادية في البداية، ولكنها تتكفل بتدمير ربع سعة البطاريات في غضون أشهر قليلة. نتحدث هنا عن طريقة توصيل كابلات التيار المستمر (DC Wiring Topology) بين البطاريات وبعضها البعض.

يتعامل الكثيرون مع الكابلات النحاسية وكأنها مجرد "مواسير" تنقل الكهرباء، معتقدين أن توصيل 4 بطاريات معاً في صف واحد (Daisy Chain) سيجعلها تعمل ككتلة واحدة. هذا التبسيط المخل يتجاهل قوانين الفيزياء الأساسية والمقاومة الكهربائية التي تتضخم بشكل مرعب في أنظمة الجهد المنخفض والتيار العالي. في هذا الدليل الهندسي المتقدم، سنشرح لك ميكانيكا انتقال الإلكترونات، ولماذا يعتبر التوصيل الخاطئ لكابل لا يتجاوز طوله المتر هو السبب الخفي وراء فصل نظام الري فجأة، واحتراق أطراف البطاريات، والانهيار السريع لعمرها الافتراضي.

فيزياء الجهد المنخفض: عندما يصبح الـ 48 فولت وحشاً كاسراً

لكي نفهم حجم الكارثة، يجب أن نتذكر قانون القدرة الكهربائية (القدرة = الجهد × التيار).
عندما تقوم بتشغيل مضخة غاطسة بقدرة 10 أحصنة (حوالي 7.5 كيلووات) من شبكة الحكومة (380 فولت)، فإن التيار المسحوب يكون ضعيفاً جداً (حوالي 15 أمبيراً).
ولكن، عندما تقوم بتشغيل نفس المضخة من بنك بطاريات يعمل بجهد 48 فولت، فإن التيار اللحظي المسحوب يقفز إلى أرقام مرعبة تتجاوز الـ 160 إلى 200 أمبير!

عند هذه التيارات الهائلة، يتغير سلوك الكابلات النحاسية تماماً. السلك النحاسي القصير والسميك، والذي تبدو مقاومته صفراً في الظروف العادية (مثلاً 0.002 أوم)، يتحول فجأة إلى "مقاومة ملموسة" تبتلع الجهد (Voltage Drop) وتولد حرارة (P = I²R). هذا الفقد البسيط جداً في الفولتية هو الذي يصنع الفارق بين بطارية تعيش 15 عاماً وبطارية تحترق في عامها الأول.

فخ التوصيل المتسلسل (Daisy Chain): متلازمة "الأول يموت مبكراً"

الطريقة الأسهل والأكثر شيوعاً (وخاطئة تماماً) لربط 4 بطاريات على التوازي هي توصيل الموجب بالموجب والسالب بالسالب في خط مستقيم، ثم أخذ الكابلين الرئيسيين للإنفرتر من "البطارية الأولى" في الصف. هذا يُعرف بتوصيل (Daisy Chain).

ماذا يحدث فيزيائياً داخل هذا النظام؟
عندما يطلب الإنفرتر 200 أمبير لتشغيل المضخة، يعتقد الفني أن كل بطارية ستقدم 50 أمبيراً بالتساوي. ولكن التيار الكهربائي "كسول" ويسلك دائماً المسار الأقل مقاومة.

• []البطارية رقم (1) متصلة مباشرة بالإنفرتر، مسارها هو الأقصر ومقاومتها هي الأقل.
  []البطارية رقم (4) تبعد عن الإنفرتر بمسافة 3 كابلات ربط إضافية (Jumpers)، مما يضيف مقاومة تراكمية لمسارها.

النتيجة الكارثية هي "عدم اتزان التيار" (Current Unbalance):
البطارية رقم (1) ستضطر لتقديم 80 أمبيراً، والبطارية رقم (2) ستقدم 60، ورقم (3) ستقدم 40، بينما البطارية الأخيرة رقم (4) ستقدم 20 أمبيراً فقط!

الانقطاع الوهمي والـ BMS المخدوع

هذا العبء غير المتكافئ يخلق سلسلة من الكوارث التشغيلية في المزرعة:

الإجهاد الحراري (Thermal Overload): البطارية رقم (1) تعمل بأقصى طاقتها، فتسخن خلاياها بشكل مفرط، ويتدهور عمرها الافتراضي (SoH) بسرعة مضاعفة مقارنة بالبطارية رقم (4).

الفصل المبكر للإنفرتر (Premature BMS Tripping): إذا كان الحد الأقصى المسموح به لكل بطارية هو 100 أمبير، وجاء تيار البدء (Inrush Current) للمضخة بقيمة 250 أمبيراً، فإن البطارية رقم (1) سيُطلب منها تقديم 110 أمبير، بينما البقية نائمة. في هذه اللحظة، سيقوم نظام الـ BMS الخاص بالبطارية الأولى بـ "فصل الطوارئ" لحماية نفسه.
بمجرد خروج البطارية الأولى من الخدمة، ينتقل العبء كاملاً للبطاريات المتبقية، فتفصل الواحدة تلو الأخرى كأحجار الدومينو في أجزاء من الثانية. تتوقف المياه، وينهار النظام، رغم أنك تمتلك سعة تخزينية كلية تكفي لتشغيل البئر!

الحل الهندسي الأول: التوصيل القطري (Diagonal / Cross-Corner Wiring)

إذا كنت مضطراً لاستخدام كابلات الربط المباشرة (Jumpers) بسبب ضيق المساحة، فإن الحل الهندسي الأبسط لضبط هذا الخلل هو "التوصيل القطري".
بدلاً من أخذ الكابل الموجب والسالب للإنفرتر من نفس البطارية (رقم 1)، نقوم بأخذ "الكابل الموجب" من البطارية الأولى (رقم 1)، و"الكابل السالب" من البطارية الأخيرة (رقم 4).

هذا التعديل البسيط الذي لا يكلف مليماً واحداً، يجبر التيار على قطع "نفس المسافة الكلية" ونفس قيمة المقاومة أياً كانت البطارية التي يخرج منها. مسار المقاومة للبطارية الأولى يعادله مسار المقاومة للبطارية الرابعة. النتيجة؟ استقرار مذهل، وتوزيع متساوٍ للتيار (50 أمبيراً من كل بطارية)، مما يمنع ارتفاع حرارة أي خلية، ويسمح للإنفرتر باستخراج السعة القصوى (100%) من كامل البنك.

الحل الجذري للمزارع العملاقة: طوبولوجيا النجمة وقضبان التجميع (Busbar Topology)

في المشاريع الزراعية التي تعتمد على بنوك تخزين تتجاوز الـ 100 كيلووات/ساعة، حتى التوصيل القطري لا يعود كافياً. الممارسة الهندسية القياسية هنا هي التخلي تماماً عن ربط البطاريات ببعضها البعض، والانتقال إلى نظام "قضبان التجميع النحاسية" (Common DC Busbars).

• []يتم تثبيت قضيبين ضخمين من النحاس النقي (موجب وسالب) على جدار غرفة الكهرباء.
  []يتم سحب كابل مستقل من كل بطارية إلى هذا القضيب (طوبولوجيا النجمة - Star Topology).
• الشرط الهندسي الحرج: يجب أن تكون جميع الكابلات من البطاريات إلى القضيب النحاسي بنفس الطول تماماً، وبنفس القطر، حتى لو كانت البطارية قريبة جداً من القضيب.

إذا كان الكابل الأول طوله متران، يجب أن تقطع الكابل الأخير بطول مترين أيضاً (حتى لو قمت بلف الفائض منه). هذا التطابق في طول الكابلات يضمن تطابق المقاومة الأومية بالملي-أوم، مما يضمن أن تتنفس جميع البطاريات معاً، وتشحن معاً، وتفرغ معاً بتناسق يشبه الأوركسترا.

عزم الدوران (Torque Specs) وظاهرة الانصهار الموضعي

هناك تفصيل ميكانيكي دقيق يغفله 99% من الفنيين: قوة ربط المسامير.
أطراف البطاريات (Terminals) ليست مجرد مسامير عادية، بل هي بوابات مرور لتيارات هائلة. إذا قام العامل بربط المسمار بيده دون استخدام "مفتاح عزم" (Torque Wrench) مطابق لمواصفات المصنع (مثلاً 10 نيوتن متر)، فإن التلامس المعدني لن يكون مثالياً.
هذا الارتخاء الميكروي (Micro-looseness) يخلق مقاومة تلامس عالية، وتتولد شرارات دقيقة جداً (Micro-arcing) تحت الحلقة النحاسية للترملة (Lug). بمرور الأسابيع، تتحول نقطة الربط هذه إلى سخان كهربائي صغير يرفع حرارة القطب إلى 90 أو 100 درجة مئوية، مما يؤدي لانصهار الغلاف البلاستيكي للبطارية، وتلف دوائر الـ BMS الداخلية من فرط الحرارة الموضعية.

القيمة الحقيقية للاستثمار: لماذا لا يجب استرخاص البنية التحتية؟

عندما يعكف المحلل المالي في مزرعتك على دراسة الجدوى وتفنيد سعر بطاريات الليثيوم للطاقة الشمسية، يجب أن يدرك أن شراء بطارية (Grade A) هو مجرد نصف المهمة. النصف الآخر، والأهم لضمان العائد على الاستثمار، هو جودة "البنية التحتية للتيار المستمر" (DC Infrastructure).

الاسترخاص في شراء كابلات نحاسية معتمدة من القصدير (Tinned Copper Cables) لتقليل الأكسدة، أو توفير ثمن قضبان التجميع النحاسية الثقيلة، سيكلفك لاحقاً خسارة 25% من قدرة بطارياتك بسبب تيارات الاختناق. سعر الكابلات الصحيحة قد يضيف 2% إلى إجمالي مقايسة المحطة، لكنه يضمن لك استخراج 100% من الطاقة التي خزنتها في بطارياتك، ويطيل عمر المنظومة ليتجاوز العقد ونصف من الزمان دون حوادث حرارية.

الخاتمة: هندسة التفاصيل غير المرئية

الكهرباء لا تعترف بالنوايا الطيبة أو التوصيلات التي "تبدو جيدة بالعين". التيار المستمر في محطات الطاقة الشمسية الهجينة يتصرف كفيضان من المياه؛ إذا لم تصمم مجراه بخنق ومقاومات متساوية، فإنه سيجرف أضعف نقطة في طريقها ويدمر المنظومة.

في نيو اينرجي (Neo Energy)، نحن نعتبر تصميم مسارات التيار المستمر (DC Routing) فناً هندسياً لا يقل أهمية عن اختيار الألواح والإنفرترات. نحن نستخدم كابلات معايرة بالمليمتر، وقضبان تجميع نحاسية نقية مصممة خصيصاً لتحمل أقصى تيارات القصر (Short Circuit Withstand). مهندسونا يستخدمون الكاميرات الحرارية (Thermal Imaging) ومفاتيح العزم الرقمية عند تسليم أي بنك بطاريات، لنضمن أن كل إلكترون يتحرك في مزرعتك بانسجام تام، لتستمتع بري ليلي مستقر، آمن، ومحصن ضد كوارث التوصيلات العشوائية.

__________________
silvia marble