בתור מתכנן מערכות פוטו-וולטאיות, בכל מתקן שאני מתכנן עולה תמיד השאלה מהו היחס הנכון בין הספק הגנרטור של המערכת הפוטו-וולטאית (סך הספק הפאנלים) ובין הספק הממירים

מציאת היחס האופטימלי להעמסת ממירים במערכת סולארית פוטו-וולטאית

ממירי מתח במערכת סולארית -צילום: סאן אלקטרה

מאת: אבירם בר-עקיבא

מהנדס חשמל, סמנכ"ל ד.בר-עקיבא מהנדסים יועצים

בתור מתכנן מערכות פוטו-וולטאיות, בכל מתקן שאני מתכנן עולה תמיד השאלה מהו היחס הנכון בין הספק הגנרטור של המערכת הפוטו-וולטאית (סך הספק הפאנלים) ובין הספק הממירים אשר מעבירים את ההספק המיוצר אל רשת החלוקה אליה מחובר המתקן. כל מתקן דורש התייחסות פרטנית ולא תמיד התשובה ברורה. שאלה זו התחדדה אצלי בעקבות השינוי במדיניות המכסות שנקבעה עבור חיבור מערכות קטנות לצריכה עצמית. על פי אמות המידה שהתפרסמו לאחרונה, נקבע כי הספק מתקן ייצור פוטו-וולטאי יקבע על פי הספק הממירים שבו ולא על פי הספק הגנרטור הפוטו-וולטאי כפי שהיה מקובל במכסות קודמות.

הגורם החשוב ביותר בחיבור הפאנלים אל הממיר הוא שמירה על מתח MPP שנוצר בשרשרת (סטרינג) פאנלים במערך במשך כל תנאי העבודה, בתחום עקיבת המתחים של הממיר. המתח והזרם יושפעו מסוג הפאנל והטמפרטורה במקום ההתקנה. סכום כל הפאנלים המחוברים לממיר ייתן את ההספק המכסימלי אשר המערכת תייצר בזרם הישר (DC). אותו הספק על הממיר להמיר לזרם חלופין (AC) למסירה לרשת החלוקה. יחס העמסת הממיר נקבע על פי היחס שבין גודל הגנרטור לבין גודל הממיר. יחס זה יכול להשתנות על פי סכומי הפאנלים ותצורת החיבור אל הממיר שהספקו הנומינלי ידוע לנו.

בארצות בעלות מזג אוויר ממוזג וקריר נהוג להתקין ממיר בהספק קטן יותר מאשר גודל הגנרטור, לעיתים עד 20% יותר מהספק הנומינלי של הממיר. הדבר נובע מהרצון לנצל את טווח הפעולה של הממיר באופן טוב יותר. באותן ארצות קרירות, בדר"כ ארצות צפוניות (אני אתייחס לארצות צפוניות אך הכוונה גם לארצות דרומיות כאשר מדובר על חצי הכדור הדרומי) הספק מכסימלי המיוצר בפאנלים אינו  אירוע אשר נמשך זמן רב במשך היום וגם אם כבר קורה, מדובר בימים מעטים לאורך של השנה. הממיר, בזמן שיא לא יספק יותר מהספקו הנומינלי, גם אם הייצור בפאנלים הפוטו-וולטאים גדול יותר מהספקו. אותו ממיר בימים אחרים בשנה, אשר מספרם גדול יותר מימי השיא, יעבוד באופן רציף בטווח האופטימלי שלו וייתן תפוקה גדולה יותר בסיכום השנתי.

לצורך השוואה בין ביצועי ממירים, בהתבסס על נצילותם, הוגדר המושג נצילות אירופאית – (European efficiency (ηEuro. נתון זה מחשב את נצילות הממיר בתנאי אקלים שונים במשך השנה, המתאימים לארצות מרכז אירופה:

על פי המודל הזה הממיר עובד בעומס ממוצע של 100% למשך 20% מסך כל עבודתו במשך השנה (0.20Xη_100%) ואילו בעומס 50% כמעט 50% במשך השנה  (0.48Xη_50%). לכן יצרני הממירים מייצרים את הממיר לפעולה אופטימלית בטווח הקרוב ל 50% מהספקו הנומינלי.

כל ההסבר ומודל הנצילות המתואר טוב לארצות אירופאיות קרירות, אך מהו המודל האידיאלי לארצות חמות יותר? כיצד יתפקד ממיר כאשר הקרינה במשך השנה חזקה יותר מארצות צפוניות וטמפרטורת הסביבה שבה הוא מותקן גבוהה יותר?

חלק מיצרני הממירים אינם ממליצים להגיע ליחסים גבוהים אשר קרובים ל 100% ואף יותר מזה במדינות חמות כמו ישראל. המלצתם היא להישאר בטווח 85-95% העמסה של הממיר ולא יותר מזה. לטענת היצרנים עבודה של ממיר ביחס של 100% וגבוה מזה תגרום לבלאי מואץ על הממיר ובטווח הארוך תפגע ביעילותו וביעילות כל המערכת. מה עוד שיתכן כי מספר המקרים בו יקוצץ הספק השיא יהיה גדול יותר ויפגע משמעותית בכמות הייצור השנתית.

מבחינה כלכלית ממיר קטן יותר עולה פחות, ומה עוד שעל פי מודלים אירופאים יתכן כי ייתן יותר תפוקה שנתית. אך אם נשכלל את כל גורמים אלה, אותו הפרש במחיר ההקמה, מול התפוקה הגדולה יותר שכביכול נקבל, עדיין מדובר בהפרש כמעט זניח שאני לא חושב שנוכל בכלל לחשב או לאמוד מהתפוקות השנתיות של המערכות שכבר מותקנות ומייצרות.

את השיקול בכמה להעמיס את הממירים יש להשאיר בידי מתקין המערכת והמתכנן שלה. ישנם גורמים רבים אשר יכולים להשפיע על פעולת המערכת ונצילות הממירים – מקום האתר ומקום התקנת הממירים באתר, גובה האתר, סוג הפאנלים וזוויות ההתקנה שלהם, וכמן כן שאר חלקי המערכת וגורמי תחזוקת המתקן בכללותו. מתכנן טוב ובעל ניסיון שיודע להתחשב בכל אלה יקבע את רכיבי המערכת ותצורת הממירים שבה בצורה אופטימלית. מה שיישאר קבוע הוא שההספק המכסימלי של המערכת יקבע בסופו של דבר על פי גודל הגנרטור ולא על פי גודל הממירים. מערכת מותקנת בגודל גנרטור מסוים וקבוע לא תוכל לספק לרשת החלוקה הספק גדול יותר מסכום הפאנלים אשר מותקנים בה.