عصر 2000 فولت قادم: هل وحداتك الشمسية
جدول المحتويات
إجابة سريعة: تتجه صناعة الطاقة الكهروضوئية نحو جهود نظامية تبلغ 2000 فولت، ارتفاعًا من 1500 فولت المعيارية اليوم ومستويات 1000 فولت و600 فولت قبل ذلك. ينشأ هذا التغيير من جانب النظام، حيث يسمح جهد التيار المستمر الأعلى لسلسلة واحدة بحمل المزيد من الوحدات ويقلل عدد العواكس وأجهزة الدمج ومسارات الكابلات لنفس السعة المركبة — ولهذا يتحرك الموضوع بسرعة في تخطيط المرافق على نطاق واسع. بالنسبة لمصنّعي الوحدات والخلايا، النتيجة هي متطلب اختبار وليس تغييرًا في التصميم: يجب تحديد اختبارات العزل واختبار الجهد العالي وتسرب الرطوبة جميعها عند فئة الجهد الأعلى، وتصبح المسافات الداخلية للوحدة وقوة العزل الكهربائي لمادة التغليف عوامل مقيدة. يُطلب بالفعل من المصنّعين الذين يمتلكون قدرة إنتاجية في فئة 5 غيغاواط تقديم عروض أسعار وفقًا لمعيار الجهد الأعلى في مراحل المعارض مثل SNEC 2026.
تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech
عصر 2000 فولت قادم: هل ألواحك وخلاياك الشمسية جاهزة؟
مؤخرًا، السؤال الذي يسمعه صانع الوحدات لاو لي أكثر من غيره بسيط: "متى ستكون وحداتك بجهد 2000 فولت جاهزة؟"
ليس لديه إجابة واضحة بعد.
كفاءة الخلية ليست المشكلة الحقيقية. الشركات الرائدة TOPCon تقوم بالفعل بدفع كفاءة الإنتاج الضخم نحو 27%، حيث أعلنت Zhonghuan New Energy عن 27.2%. في SNEC 2026، قدمت الشركات الرائدة أيضًا أرقام كفاءة الوحدات فوق عتبة 27%.
ما يبقيه مستيقظًا هو شيء أقل وضوحًا: هل بضعة سنتيمترات من مسار العزل بين الخلايا الشمسية والإطار الألومنيوم كافية لنظام 2000 فولت؟
هذا القلق لا يقتصر على مصنع واحد. في مارس 2026، حصلت وحدة Huasun HJT بجهد 2000 فولت على شهادة من TÜV SÜD. في وقت سابق، حصلت JinkoSolar وTrina Solar بالفعل على شهادة UL لوحدات 2000 فولت. تطوير الوحدات يتحرك بسرعة، لكن التفاصيل التقنية وراء هذا الانتقال في الجهد لا تزال غير مفهومة على نطاق واسع.
تركز هذه المقالة على أحد أهم الأبعاد وأكثرها تجاهلاً في تصميم وحدات 2000 فولت: مسافة الزحف.
لماذا الانتقال إلى 2000 فولت؟
تاريخ ترقيات جهد النظام الكهروضوئي هو أيضًا تاريخ تقليل الكابلات والأساسات وهياكل التركيب ومتطلبات الأرض:
600 فولت ← 1000 فولت ← 1500 فولت ← 2000 فولت
يسمح جهد نظام أعلى بتوصيل المزيد من الوحدات في سلسلة واحدة. الانتقال من 1500 فولت إلى 2000 فولت يمثل زيادة بنسبة 33% في الجهد لأن 2000 ÷ 1500 = 1.333. من الناحية النظرية، يمكن أن يزيد عدد الوحدات في كل سلسلة بنسبة مماثلة.
يمكن أن تقلل السلاسل الأطول من كمية الكابلات DC، وأجهزة التركيب، والأساسات، والأرض اللازمة لمشروع شمسي على نطاق المرافق.
توقعت S&P Global أن العرض العالمي لمنتجات 2000 فولت قد يرتفع من أقل من 5 جيجاواط في 2026 إلى 380 جيجاواط في 2030. بحلول نهاية 2030، من المتوقع أن تمثل منتجات 2000 فولت 77% من سوق مشاريع المرافق العالمية.
قامت شركة Huasun بحساب الجدوى الاقتصادية لمشروع طاقة شمسية بحرية في جيمو، شاندونغ. مقارنةً بحل TOPCon بجهد 1500 فولت، تم الإبلاغ عن أن حل HJT بجهد 2000 فولت يقلل تكاليف توازن النظام بحوالي 0.24 يوان صيني لكل واط. بالنسبة لمحطة طاقة بقدرة 1 جيجاواط، يمثل ذلك وفورات محتملة تبلغ حوالي 240 مليون يوان صيني. كما قُدر أن معدل العائد الداخلي للمشروع سيزيد بمقدار 0.35 نقطة مئوية.
لكن جهد 2000 فولت لا يخلو من مخاطر إضافية. وفقًا لتعريفات UL، يعتبر جهد 2000 فولت تيار مستمر بالفعل جهدًا عاليًا. يواجه النظام مخاطر أكبر من الانهيار العازل، والتيار التسربي، والقوس الكهربائي، والصدمة الكهربائية، والحريق.
كل مبلغ يتم توفيره على مستوى النظام يجب أن يكون مدعومًا بعزل أقوى على مستوى الوحدة.
السؤال الأساسي
السؤال المطروح هنا واضح: عند جهد 2000 فولت، كيف يمكن أن يظل مسار العزل بين الأجزاء الحية الداخلية والأجزاء الموصلة التي يمكن الوصول إليها كافيًا، وكيف يمكن للمصنعين تحقيق ذلك دون التضحية بالكثير من المساحة النشطة؟
ما معنى مسافة الزحف فعليًا
مسافتان: واحدة تتعامل مع العابر، والأخرى يجب أن تدوم لعقود
يتم استخدام مسافتين مختلفتين في تصميم سلامة الوحدات، وغالبًا ما يتم الخلط بينهما.
الخلوص هو أقصر مسافة عبر الهواء بين جزأين موصلين. يحمي من الأحداث قصيرة المدة مثل الصواعق والارتفاعات الكهربائية. بعد تفريغ قصير، يمكن للهواء استعادة خصائصه العازلة.
مسافة الزحف هي أقصر مسار بين جزأين موصلين يُقاس على طول سطح مادة عازلة. تحمي من التتبع السطحي. يمتص الغبار الرطوبة، ويخلق التيار التسربي حرارة، ويبدأ السطح في التفحم، ويمكن أن يتشكل مسار موصل دائم. على عكس الهواء بعد تفريغ قصير، لا يتعافى سطح العزل التالف.
مقارنة شائعة في الصناعة تستخدم نملتين. الخلوص هو الطريق الذي تسلكه نملة بأجنحة، تطير مباشرة عبر الهواء. الزحف هو الطريق الذي تسلكه نملة بدون أجنحة، تزحف على طول السطح. نظرًا لأن ليس كل مسار تفريغ يمكن أن ينتقل عبر الهواء، فإن مسافة الزحف المطلوبة عادةً ما تكون أطول من مسافة الخلوص.
التتبع الكهربائي: مشكلة مزمنة للوحدات الخارجية
تهدف مسافة الزحف بشكل أساسي إلى منع التتبع الكهربائي. تبدو سلسلة الفشل كما يلي:
يتجمع الغبار والرطوبة على السطح ← يتشكل غشاء إلكتروليتي ← يولد تيار التسرب تحت جهد التشغيل حرارة جول ← تتبخر الرطوبة ويتفحم السطح ← يتطور مسار موصل غير مرئي ← يفشل العزل بشكل دائم ← يصبح قصر الدائرة أو الحريق ممكنًا
تتعرض الوحدات الخارجية بشكل خاص. يمكن أن يساهم الغبار ورذاذ الملح والتكاثف وفضلات الطيور في تكوين غشاء إلكتروليتي.
لهذا السبب أيضًا تعد حواجز الرطوبة جزءًا من مناقشة مسافة الزحف. تعمل الرطوبة على تسريع التتبع السطحي. يؤدي حجب الرطوبة إلى إزالة أحد المكونات الرئيسية اللازمة للتفاعل.
CTI: المقاومة الطبيعية للمادة للتتبع
تختلف المواد العازلة بشكل كبير في مقاومتها للتتبع. تصنف المعايير هذا الأداء باستخدام CTI، أو مؤشر التتبع المقارن.
يمثل CTI أعلى جهد يمكن أن يتحمله سطح المادة مع 50 قطرة من محلول إلكتروليت دون حدوث فشل تتبع. يعني ارتفاع CTI مقاومة أفضل للتتبع وقد يسمح بمسافة زحف أقصر.
| مجموعة المواد | نطاق CTI |
|---|---|
| المجموعة الأولى | CTI ≥ 600 فولت |
| المجموعة الثانية | 400 فولت ≤ CTI < 600 فولت |
| المجموعة IIIa | 175 فولت ≤ CTI < 400 فولت |
| المجموعة IIIb | 100 فولت ≤ CTI < 175 فولت |
تبدأ تصميمات الوحدات الشمسية عادةً بافتراضات درجة التلوث 2 والمجموعة IIIa من المواد، ثم تحدد المسافة اللازمة وفقًا لجهد النظام والمعيار المطبق.
عندما يكون CTI للمادة أقل، تكون هناك حاجة إلى مسافة أطول للتعويض. هذه هي القاعدة الصارمة الأولى لتصميم مسافة الزحف.
أربع مناطق رئيسية لمسافة الزحف داخل الوحدة الشمسية
| منطقة الزحف | خصائص التصميم |
|---|---|
| الخلية الشمسية إلى إطار الألومنيوم | يمتد المسار على طول سطح التغليف. عادةً ما يكون أطول مسار وأكثرها فحصًا، مما يجعله الهدف الرئيسي لتحسين التصميم. |
| خلية إلى خلية أو سلسلة إلى سلسلة | المسافة المرجعية صغيرة نسبيًا. بالنسبة لنظام 1 كيلو فولت، تبلغ القيمة النظرية حوالي 1.71 مم. |
| شريط التوصيل أو السلك الرصاصي إلى حافة الوحدة | كانت المتطلبات بالفعل أكثر صرامة في عصر 1500 فولت. تصميم 2000 فولت يضع ضغطًا أكبر على هذا المجال. |
| أطراف صندوق التوصيل وسطح التلامس بين الطرف والهيكل | بالنسبة لنظام 1 كيلو فولت، القيمة المرجعية النظرية حوالي 14.3 ملم. هيكل صندوق التوصيل والمواد تصبح حاسمة مع زيادة الجهد. |
المسافة لا تزيد خطيًا مع الجهد
هناك حقيقة هندسية غير مريحة هنا. تصميم 1500 فولت قريب بالفعل من الحد الأعلى لجداول المعيار IEC 60664-1 وغالبًا ما يتطلب استيفاء. تصميم 2000 فولت يتجاوز النطاق التقليدي للجداول، لذا تعتمد متطلبات الشهادة على تفسيرات إضافية للمعيار واستقراء.
في أوائل عام 2024، أصدرت UL متطلبات لاعتماد وحدات 2000 فولت وفقًا لمعيار UL 61730. كان أحد أغراض هذا القرار هو تحديد كيفية تقييم هذه التصميمات ذات الجهد العالي.
عند 1500 فولت، قد تصل مسافة الزحف على جانب العاكس إلى حوالي 12.5–16 ملم بعد الاستيفاء. الأجزاء الداخلية للوحدة مغلفة بمواد عازلة، لذا يمكن أن تكون مسافاتها النظرية أصغر. ومع ذلك، زيادة جهد النظام من 1500 فولت إلى 2000 فولت لا تعني أن المسافة المطلوبة ترتفع بنسبة 33% فقط.
تركيز المجال الكهربائي وخطر التتبع يصبحان أكثر شدة عند الجهد العالي. لذلك يمكن أن يزيد تحدي العزل بشكل أسرع من نسبة الجهد الاسمي.
مترجمًا إلى لغة خط الإنتاج، المشكلة واضحة. إذا كانت المسافة بين الخلايا والإطار قصيرة جدًا، فقد تفشل الوحدة في اجتياز شهادة 2000 فولت. إذا زادت المسافة كثيرًا، فإن عددًا أقل من الخلايا يناسب المساحة المتاحة أو تنخفض المساحة النشطة، مما يقلل من طاقة الوحدة.
هذه هي مشكلة التصميم الحقيقية التي يجب على مهندسي الوحدات حلها في عصر 2000 فولت.
كيف يتم بناء وحدات 2000 فولت
النهج المستخدم في وحدة Huasun 760HV يستحق الفحص:
توفر تقنية الختم الجانبي بالبوتيل أداء عزل عالي جدًا مع تقليل متطلب مسافة الزحف بشكل كبير، مما يسمح لوحدة بالحجم القياسي بدعم جهد نظام 2000 فولت.
ببساطة، التصميمات التقليدية تستخدم المزيد من المسافة لكسب الأمان. هذا النهج يستخدم مواد أفضل المواد لاستعادة جزء من تلك المسافة.
لماذا يعمل مانع التسرب البوتيلي
يعتمد مانع التسرب البوتيلي بشكل أساسي على مطاط البوتيل، أو IIR، والبولي إيزوبوتيلين، أو PIB. ويؤدي ثلاث وظائف مهمة:
العزل الكهربائي: تتميز المواد البوتيلية بمقاومة حجمية عالية. يمكن أن يعمل شريط الختم الحافي أيضًا كحاجز عزل.
الحماية من الرطوبة: تتميز مواد منع التسرب البوتيلية بمعدلات نفاذية بخار رطوبة منخفضة جدًا مقارنة بمواد التغليف التقليدية من EVA أو POE. يساعد حجب الرطوبة عند الحافة في إزالة محفز رئيسي للتتبع الكهربائي.
مقاومة البيئة: يمكن لمواد منع التسرب البوتيلية توفير مقاومة لرذاذ الملح والأمونيا والاهتزاز. هذه الخصائص مهمة بشكل خاص للمشاريع البحرية والبيئات الساحلية والمزارع ومواقع الصناعات الكيميائية.
مادة واحدة تعالج مشكلتين في نفس الوقت. تساعد في تقصير مسار العزل الفيزيائي المطلوب في التصميم وتقلل من دخول الرطوبة التي يمكن أن تعزز التتبع السطحي.
هذا هو أيضًا السبب في أن منتج البوتيل من First Applied Material حصل على ما وُصف بأنه أول شهادة TÜV بموجب معيار IEC 62788-5-1 لمواد الختم الحافي لوحدات الطاقة الشمسية. جانب المواد في الصناعة يستعد بالفعل لنشر أوسع لأنظمة 2000V.
تستخدم Huasun الختم الحافي البوتيلي عبر مجموعة وحدات HJT الخاصة بها. وقد اجتازت وحداتها اختبار جهد النبض 42.3kV، وهو أعلى من متطلب 34kV المشار إليه في إصدار 2023 من معيار IEC 61730-1.
تدابير تصميم أخرى
الختم الحافي البوتيلي ليس الطريقة الوحيدة. يجمع المصنعون بين عدة طرق:
مكونات عزل الحافة: يمكن إدخال مكون عازل بين حافة الرقاقة والإطار الألومنيومي. هذا يطيل المسار السطحي دون الحاجة إلى نفس الزيادة في تباعد حافة الزجاج. طورت شركات بما في ذلك JinkoSolar تخطيطات براءات اختراع في هذا المجال.
هياكل محسّنة لصندوق التوصيل: الأضلاع الأعلى، والحواجز الداخلية، وأضلاع الزحف الكهربائي تمدد المسار السطحي بين الأطراف. معايير الاعتماد لـ 2000V صندوق التوصيلes والموصلات كانت قد بدأت بالفعل في عام 2023.
مواد ذات مؤشر CTI أعلى: يمكن أن يؤدي ترقية أغلفة صناديق التوصيل والأجزاء العازلة الأخرى إلى مجموعة مواد أفضل إلى خلق هامش تصميم أكبر دون الاعتماد كليًا على المسافة الفيزيائية.
تصف براءة اختراع من EGing Photovoltaic مسافة زحف حافة لا تقل عن 15 مم. يهدف التصميم إلى تحسين أداء تحمل الجهد للوحدة ودعم جهد نظام 2000 فولت مع اختبار جهد نبضي أعلى من 24 كيلو فولت.
كم تبلغ التكلفة؟
مانع التسرب البوتيلي ليس مجانيًا. فهو يضيف متطلبات مواد ويقدم نقاط تحكم إضافية في العملية.
لا يزال الحساب على مستوى النظام أكثر أهمية. أفادت Huasun بتوفير في تكاليف النظام بمقدار 0.24 يوان صيني/واط، بينما قد تُقاس التكلفة الإضافية للمواد لكل وحدة بعشرات اليوانات. إذا كانت هذه الأرقام صحيحة على مستوى المشروع، فإن توفير النظام أكبر بكثير من زيادة التكلفة على مستوى الوحدة.
هذا هو المنطق الاقتصادي الأساسي الداعم للانتقال إلى 2000 فولت.
ثلاث مشاكل لم تُحل بالكامل
مسافة الزحف مقابل مساحة توليد الطاقة النشطة
مسافة الزحف تعمل مثل إيجار يُدفع من مساحة الوحدة. كلما زادت المساحة المحجوزة للعزل، قلت المساحة المتاحة لتوليد الطاقة.
تستخدم Huasun 760HV مانع التسرب البوتيلي لاستعادة جزء من تلك المساحة. يُذكر أن نسبة مساحة الخلية إلى الوحدة تبلغ 95.8%، مع زيادة بنسبة 2.1% في مساحة توليد الطاقة الفعالة، وزيادة قدرها 20 واط في طاقة الوحدة، وزيادة بنسبة 0.66% في الكفاءة.
ستتنافس وحدات 2000 فولت جزئيًا على سؤال واحد: من يمكنه تحقيق عزل كافٍ بمساحة حافة غير نشطة أقل؟
الوحدات تتحرك أسرع من المعدات الداعمة
تعتبر الصناعة بشكل متزايد أن وحدات 2000 فولت مجدية تجاريًا، لكن الترقيات في العاكسات، وصناديق التجميع، والمفاتيح، والموصلات، وغيرها من معدات النظام لا تزال جارية.
في منتدى النظام البيئي للجهد العالي في 2026، تم استخدام بيانات تشغيلية من عاكس Huawei بقدرة 460 كيلو واط في محطة تجريبية لإظهار أن قدرته على تحمل الجهد يمكن أن تلبي متطلبات النظام.
تتحرك الوحدات حاليًا قبل أجزاء من النظام الكهربائي الداعم. هذه هي الحالة الحقيقية لسوق 2000 فولت.
الشهادة تتقدم على الأدلة الميدانية طويلة الأجل
حصلت JinkoSolar على ما وُصف بأنه أول شهادة UL عالمية لوحدة 2000 فولت في 2024. في سبتمبر 2025، تم إنشاء أول قاعدة لإصدار شهادات العرض الميداني لأنظمة 2000 فولت في ونشانغ، هاينان، وتديرها Datang Hainan.
تتعلق الشهادة بما إذا كان التصميم يلبي متطلبات المختبر المحددة. بينما يتعلق التحقق الميداني بما إذا كان التصميم قادرًا على البقاء لمدة 25 عامًا في الهواء الطلق.
السؤال الثاني بدأ للتو في الإجابة عليه.
استنتاجات عملية
وجهة نظر شائعة في الصناعة هي أن النافذة الرئيسية لاعتماد أنظمة 2000 فولت قد تصل بين أواخر 2027 و2028. إذا كان هذا التوقع صحيحًا، فهذه هي فترة التخطيط وليس وقت الانتظار.
يجب على ثلاث مجموعات إيلاء اهتمام خاص.
لمهندسي الوحدات: المتغير التصميمي الأول في عصر 2000 فولت يتحول من الكفاءة وحدها إلى مسار العزل الكامل. احسب مسافة الزحف قبل الانتهاء من تخطيط الخلية. عكس هذا الترتيب يمكن أن يخلق مشاكل اعتماد مكلفة لاحقًا.
لمهندسي العمليات والمواد: سيصبح تطبيق البوتيل نقطة تحكم جديدة في العملية. تجانس الطلاء، والالتصاق بالزجاج و الطبقة الخلفيةs، وأبعاد المواد، واستمرارية الحواف، وسلوك المعالجة أو التشابك يمكن أن تؤثر جميعها على الإنتاجية والموثوقية. يجب اختبار هذه العمليات على خط الإنتاج قبل أن تدخل منتجات 2000V مرحلة التصنيع بكميات كبيرة.
لمهندسي الجودة والاعتماد: الانتقال من 1500 فولت إلى 2000 فولت يغير الهامش المطلوب لاختبارات تحمل العزل، والتسرب الرطب، ومقاومة العزل، واختبار الجهد النبضي. فهم متطلبات اختبار 2000 فولت المطبقة قد يصبح أحد أكثر المهارات التقنية قيمة في العامين المقبلين.
النقطة الأخيرة بسيطة: تحدد الخلايا الشمسية الحد الأعلى لكفاءة التحويل، لكن مواد الحواف قد تحدد الحد الأعلى لجهد النظام. أمضت صناعة الطاقة الشمسية سنوات في مناقشة الكفاءة. ستُخاض المعركة الهندسية الكبرى القادمة حول العزل.
استطلاع القراء
متى تعتقد أن أنظمة الطاقة الشمسية 2000 فولت ستصل إلى اعتماد واسع النطاق؟
شارك رأيك وأخبرنا إلى أي مدى تقدمت شركتك في تطوير وحدات 2000 فولت.
المواضيع: وحدات 2000 فولت، تكنولوجيا الطاقة الشمسية، مسافة الزحف، مانع التسرب البوتيلي، HJT، TOPCon، تصميم الوحدات
رؤية Ooitech
سيكون التحدي الإنتاجي الرئيسي هو التحكم في عملية عزل الحواف بالكامل، وليس مجرد إضافة مادة مانعة للتسرب من البوتيل إلى تصميم الوحدة الحالي. يجب أن يعمل وضع المواد، ودقة التجميع، وسلوك التصفيح، وتفاوتات التأطير، واختبار تسرب الرطوبة، وفحص EL كإطار عملية واحد. يمكن لوحدة 2000 فولت أن تجتاز اختبار النموذج الأولي وما زالت تواجه صعوبات في الإنتاج الضخم إذا لم تكن هذه التفاوتات مدمجة في خط الإنتاج منذ البداية.
