תכנון חוות סולאריות – ריכוז מול ביזור

מאת: אבי בן ארוש

המפתח להחזר ההשקעה בחוות סולאריות

חוות סולאריות גדולות עתידות לקום בארץ בשנים הקרובות. מטרתן לייצר אנרגיה חלופית זמינה שתפחית את זיהום האוויר, לעומת ייצור החשמל המסורתי. בכדי להקים חווה סולארית גדולה שתחזיר את ההשקעה באופן הגבוה ביותר, יש לתכנן ולהיערך בהתאם. המפתח להחזר ההשקעה בצורה הטובה הטובה ביותר, הוא תכנון המערכות הסולאריות בהתאם למפרט הדרישות של המשקיע, תוך התחייבות לתפוקה גבוהה. במונח תפוקה אנו כוללים את הנצילות, הזמינות והאמינות הנדרשת לתקופה של לפחות 20 שנה ויותר. מתכנן המערכות הסולאריות מחויב למשקיע לתפוקה מסוימת, אי עמידה בהתחייבות זו תגרור דרישה לפיצוי, הפסד משמעותי לכל הדעות.

כיצד מתכננים בניית חווה סולארית?

בעת תכנון החווה סולארית בקנה מידה בינוני עד גדול, נדרשים היזמים והמתכננים לקבלת החלטות מהותית שישפיעו על פעילות החווה לכל אורך שנות פעילותה. בבסיס ההחלטות ניצבת ההכרעה האם החווה שתוקם תתבסס על מערכת ריכוזית (centralize), או מערכת מבוזרת המורכבת מתתי מערכות קטנות (decentralize).

יתרונות וחסרונות המערכות

מערכת מבוזרת

מערכת בינונית מבוזרת בעלת הספק של 500KW מורכבת לדוגמה מ-25 תת מערכות שכל אחת מהן היא 20KW, או לחלופין, מערכת מסוג מרכזית הבנויה לדוגמה מ- 6 מערכות בלבד של 100KW.

מערכת מבוזרת פוגעת בנצילות מאחר וישנם עיבודי הספק בכבלים גבוהים בצד של ה- AC היות וקיים הספק השראתי הגורם להפחתה בהספק הייצור. הממירים במערכת מבוזרת מותקנים בחוץ וחשופים לתנאי מזג האוויר. לדוגמא, חום גבוה מפחית נצילות ומקצר את אורך החיים של הממיר בשבע עד תשע שנים בממוצע. בנוסף הממיר חשוף לפגיעה זדונית וגנבות.

בעיה נוספת, הנגרמת מריבוי ממירים הפועלים במקביל היא ניתוקי שווא בתדירות גבוהה, וזאת בשל אי יכולתו לבצע פעולת סנכרון לרשת החשמל והעדר התאמה מוחלטת בגל הסינוס. מצב זה קריטי מכוון שלמעשה ישנה פגיעה ישירה בנצילות המערכת ובממיר עצמו, בעיה בלתי הפיכה. כמו-כן, ריבוי ממירים עשוי לגרום להפרעות ברשת החשמל והרמוניות גבוהות, כאשר כל אחד מהם מייצר 3 עד 4 אחוז הפסד. ההרמוניות מגדילות את ההפסדים על הקווים והשנאים וגורמות להתחממות יתר, ירידה בכושר הולכה והזדקנות מואצת של המערכת.
בנוסף, מערכת מבוזרת מצריכה השקעה ראשונית גבוהה בשל ריבוי כבלים, לוחות חשמל ומערכות מדידה.

יחד עם זאת ישנם גם צדדים חיוביים למערכת מבוזרת. כתוצאה ממעקב הדוק לתתי המערכות קיים שיפור בנצילות. מעקב המתבצע בצורה יעילה יותר לערך המרבי של זרם ומתח תת מערכת, וכן, המעבר קל ומהיר להחלפה.

מערכת מרכזית

מערכת מרכזית מאפשרת נצילות גבוהה בשל עיבודי הספק בכבלים נמוכים מאוד מאחר וכבלי ה- AC קצרים והמתח גבוה. הממירים מותקנים בתוך חדר חשמל עם פתחי אוורור טבעי וטמפרטורה נמוכה, מה שמוביל לנצילות גבוה, הגנה מפני וונדליזם וגנבות ומאפשר אורך חיים ארוך יותר.

הממירים המרכזיים הם למעשה לוחות חשמל המורכבים מחלקים תעשייתיים סטנדרטים הניתנים להחלפה ותחזוקה למשך כל תקופת החוזה. בהיבט של ניתוקי שווא והרמוניות לא קיימת בעיה מאחר וכמות הממירים קטנה מאוד ולא משפיעה בהיבט זה. החיסרון המרכזי של מערכת מרכזית קשור לפעולת עקיבה לערך מרבי של הזרם והמתח, אשר נעשית עבור מספר רב של רצועות פנלים.

הכותב הוא הוא ראש תחום סולאר בשניידר אלקטריק ישראל