חשמל סולארי איכותי : מאפיינים ייחודיים של תחנות הכוח הסולאריות

מאת: אילן רון

עם התקדמות נושא המערכות הסולאריות הבינוניות, הולך וקרב הרגע שבו יתמודדו היזמים עם הצדדים הטכניים הייחודיים של מימוש הפרויקט. להבדיל ממתקנים קטנים, שמהווים מקורות אנרגיה מבוזרים ולא נשלטים, מדובר בתחנות כוח לכל דבר, אשר מפיקות את החשמל מאנרגיית השמש במקום לשרוף דלקים מזהמים. על המתקנים הבינוניים לעמוד במספר דרישות שמאפיינות תחנות כוח השונות מהותית ממתקנים קטנים.

איכות החיבור לרשת

בסופו של דבר, הצורך הוא בהעברה של מירב האנרגיה המופקת במתקן לרשת ההולכה. כאן כבר לא יעזרו משחקים עם מיקום המונה, כי מה שחשוב באמת הוא שאכן ההספק המופק יעבור ויזין את הרשת. ועל כן נושא הפסדי התמסורת מקבל משנה חשיבות.

הנה דוגמה מספרית קטנה: מערכת סולארית של 500 קילוואט הפועלת בשיא ההספק שלה, במצב זה ובתנאים אידיאלים (ללא הספק ראקטיבי) הזרם שצריך להיות מוזרם לרשת הוא 1250 אמפר! אם נשתמש בכבל של ארבעה גידים בעלי 150 מ"מ שטח חתך כל אחד, נקבל מפל מתח אופייני של כ 2.5 וולט לכל עשרה מטר, כלומר שמערכת הנמצאת במרחק 100 מטר מהשנאי צריכה לעבוד במתח של 25 וולט מעל מתח הרשת בכדי לפצות על מפל המתח הנ"ל.  מערכת במיקום כזה תפסיד כ- 30 קילוואט, כלומר 6%! על התחממות הכבל הנ"ל.

חשבו על הפרופורציה. אנחנו מתעקשים על שברי אחוזים בביצועי הממירים והפסדי צימוד של פאנלים ובה בעת מאבדים עוד שישה אחוזים! מובן שהפסדים אלו תלויים בזרם והוא לא כל כך גבוה כל הזמן, כך שנקבל ממוצע שהוא בסביבות 1.5%. אבל המשמעות הכלכלית של עוד 1.5% הפסדים למשך עשרים שנה היא כ- 350 אלף שקל. בנוסף, אם נסתכל בתמונה הנ"ל נוכל להבין כי לא כל ממיר ימוקם בקרבת החיבור לשנאי, כך שיתווספו עוד מרחקים וההפסדים הקשורים להם. אגב, למרות הטענה הרווחת, הפסדי הקו ב- DC הם לאו דווקא הגדולים יותר (גם עקב ההבדל העקרוני בין DC ל- AC וגם כתוצאה ממתח העבודה הגבוה יותר לרוב ב- DC)

נושא נוסף הקשור לאיכות החיבור הוא צורת הגל המופקת על ידיד תחנת הכוח. לכאורה זה אמור להיות גל בצורת סינוס טהור וללא רעשים אשר מתאים בדיוק לאותה צורת גל של הרשת. בפועל הגל מלווה ברעשים שונים הנובעים מהתנהגות הממירים ותנאי הסביבה, כך שככל שיש צורך להפעיל יותר ממירים יחדיו, רמת הרעש של האות עלולה להפוך לבלתי קבילה על ידי חברת חשמל. התקנים מבטאים זאת בהגדרות של עיוות הרמוני כולל (THD).  ממיר בודד שעומד בתקנים הנ"ל לא מבטיח שמאה כמוהו באותו האתר יצרו יחד סיגנל נקי מספיק בכדי שיהיה קביל לחיבור לרשת.

היבט נוסף הוא מקדם ההספק. לא אכביר כאן במילים בכדי להבהיר את משמעותו ועיקרון ההפעלה שלו ברשת, רק אומר שהוא חיוני לטובת איזון הרשת וייצובה, מה שמביא אותי לנושא האחרון – שליטה ובקרה. בכדי לאפשר וויסות של מתח הרשת, על מתקנים סולאריים בינוניים להיות ניתנים לשליטה, כשם שתחנות כוח נדרשות לשליטה על ידי חברת החשמל. נכון שאופן השליטה שונה, אבל העיקרון שמפעיל הרשת יוכל לשנות בזמן אמת את רכיבי ההספק ואף לעיתים את כמותו, בכדי לווסת את מתח הרשת, עומד ביסוד הפעלת רשתות חשמל. נושא זה הולך ומתפתח בעולם יותר ויותר ומביא לידי ביטוי יכולות שקיימות במעגלי ההספק של ממירים ואינן קיימות בטורבינות קלאסיות, אשר ישפרו בסופו של דבר את התנהגות הרשת ויכולתה לתת מענה מהיר ויעיל לדרישה המשתנה.

מה כל זה אומר על מתקנים פוטו-וולטאים בינוניים?

המשמעות היא שכל ממיר מתח במתקן הסולארי חייב בלהיות מחובר לאמצעי תקשורת לא רק לשם ניטור אלא גם לשם בקרה על התנהגותו, מה שמחייב פתרונות תקשורת מתאימים, כמו גם תכונות בממירים המאפשרות את אותה שליטה מרחוק. לא כל ממיר מסוגל לתת מענה לדרישות הנ"ל. היבט נוסף הוא כמות הממירים באתר. ברור כי ככל שמספרם גדל כך קשה יותר לשלוט עליהם ולתזמן את השינויים והתגובות למצבי הרשת הנדרשים בחלקי שנייה.

לסיכום

בהתייחסות למתקנים פוטו-וולטאים בינוניים, נושא המתקן הסולארי והתאמת הממירים עדיין תופס מקום מרכזי ומכובד, אבל השורה התחתונה היא יכולת העברת הספק חשמל איכותי לרשת באופן יעיל. לשם כך נדרשת התייחסות ממוקדת לכל שיקולי חיבור המערכת לרשת, ואלו משליכים בעצם גם על בחירת הממירים, מיקומם וצורת החיבור שלהם.

הכותב הוא מנכ"ל חברת אנרייט טכנולוגיות בע"מ

המאמר פורסם לראשונה בגיליון נובמבר-דצמבר של מגזין תשתיות סביבה ואנרגיה