אפיון ותכנון מערכת סולארית

תכנון המערכת הסולארית הוא השלב הראשון בהקמת המערכת. לאחר שסיימנו את פיתוח המערכת

(= רישוי, קבלת היתרים, התאמת השעון וכו', כל הפעולות שמביאות אותנו להיות מסוגלים להתחיל בהקמת המערכת), אנחנו נכנסים שלב ההקמה,

או בלשון מקצועית EPC (Engineering, Procurement, Construction), שמשמעותו הנדסה, רכש והקמה.

תכנון המערכת הוא חלק משלב ההנדסה. במהלך המאמר נפרט מה כולל שלב התכנון.

שלב התכנון נשלט ע"י המהנדסים המתכננים, שהם כמעט תמיד מהנדסי חשמל. בהיותם כאלה, רוב תשומת הלב שלהם מכוונת לתכנון נכון לפי כללי התכנון החשמלי, קרי הכנסת מקסימום הספק מותקן לגג, מיצוי מקסימום ההספק המיוצר, חלוקה נכונה לסטרינגים, מתחם וזרמים נכונים בכל מעגל וכו'.

אולם לעיתים אין מנוס מהתחושה שהתכנון אינו מביא לידי ביטוי ערכים אחרים, כגון גישה לתחזוקה קלה, אמינות, בטיחות, וכד'.

יודגש, כי מטרתו של המאמר אינו לייתר מתכנן מקצועי, מה גם שנדרשת חתימת מהנדס חשמל על התוכנית. למעשה, המאמר כלל לא יעסוק בסוגיות חשמליות בתכנון. מטרת המאמר הינה לתת לבעלי רישיונות ידע עיוני ורשימת עשה/אל תעשה בתחום האספקטים הלא חשמליים של התכנון, כדי להקנות הבנה טובה יותר של יסודות התכנון הנכון של המערכת הסולארית, וכדי להפוך אותם לצרכני שירות טובים ומבינים יותר, היכולים להיות מעורבים באופן אקטיבי בהכנת התכנית והוצאתה לפועל.

מטרות התכנון במערכת סולארית

תפוקתיות ייצור גבוה של חשמל בהתאם לכמות האור הזמינה

אמינות וזמינות משך הזמן בין תקלות והזמן שהמערכת עובדת חלקי כלל הזמן

תחזוקתיות המידה שבה המערכת קלה ונוחה לתחזוקה

בטיחות המידה שהמערכת בטוחה לשימוש, הפעלה ותחזוקה וההסתברות לתאונות במערכת

שלבי תכנון מערכת סולארית

• מדידה סופית של הגג ואלמנטים מצלילים

• קביעת היצרנים והדגמים של הציוד העיקרי: פאנלים וממירים

• פריסת פאנלים (Layout). קביעת כמות הפאנלים, אזימוט, זוית הגבהה. מניעת הצללות

• תכנון חשמלי: סטרינגים, גדלי ממירים, כמות ממירים. מיקום קופסאות חשמל. מפסקים. כבלים: סוג, חתך, אורך

• תכנון סופי להעמדת הציוד שאינו פאנלים, תכנון התשתית

• סימולציית PVSYST. אומדן התפוקה השנתית ויחס הביצועים (PR)

• הגשת תיק התכנון לאישור הלקוח

תכנון לתפוקתיות - 6 הגורמים העיקריים שמשפיעים על התפוקה

• איכות הרכיבים

• זווית האזימוט וזוויות ההגבהה

• טמפרטורת הפאנלים והממירים

• חתכי הכבלים

• יחס העמסה DC/AC

• ניקיון הפאנלים

בחירת הרכיבים למערכת הסולארית

למרות שהרכיבים הם אינם הגורם היחיד שמשפיע על תוצאות המערכת – בחירתם חשובה מאוד. להלן הגורמים שיש להשגיח עליהם בעת רכש הציוד:

1. תעזרו ביועצים ובקבלנים, אבל תהיו מפוכחים ומציאותיים. פעמים רבות יש להם, מבלי שתדעו, הסכמי רכש אצל יצרנים/ספקים שמקנים להן טובות הנאה ומחירים מיוחדים. כבדהו וחשדהו. יש לבדוק כל הצעה.

2. באופן מפתיע, אל תייחסו משקל רב מדי למחיר. השוק תחרותי מאוד ואין הבדלים גדולים במחירים. להבדלים במחיר אין כמעט השפעה על תוצאות המודל הכלכלי. זה מאוד מפתיע אבל גם מאוד נכון. היזהרו מיועצים ואנשי מכירות שהופכים עולם בגלל סנט או שניים לוואט. זה לא מוצדק. המחיר משמעותי במיוחד עבור הקבלנים, שהרווח שלהם גזור מההפרש החד פעמי בין התקבולים שהם מקבלים מהלקוח לעלות הרכיבים והעבודה שלהם. עבור הבעלים המחיר הרבה פחות חשוב, כי יש לו השפעה מועטה על תוצאות התכנית העסקית.

3. את הרכיבים יש לרכוש רק מהחברות הגדולות שיש להן התקנות רבות ונציגות יציבה בישראל. לידיעתכם – אין כמעט שום סיכוי לממש אחריות בינלאומית בלי נציג ישראלי. אל תיסחפו אחרי שום הוקוס פוקוס בנושא הציוד. רכיבים זולים הם זולים בגלל סיבה.

4. גם סימולציית ה- PVSYST וגם התכנית העסקית הם מסמכים שאינם יכולים לצפות סטטיסטיקה של תקלות. הם מניחים פעולה תקינה של הרכיבים – הנחה שאין לה שום בסיס. לכן, אין תחליף לניסיון בבחירת הציוד.

זווית ההגבהה והקשר בין ההספק המותקן להספק המיוצר

אחד הנושאים החשובים בקביעת התפוקה, או ההספק המיוצר, הוא זווית ההגבהה (Tilt angel) של הפאנלים. ככל שהזווית גבוהה יותר, לכיוון ה- 22-24 מעלות, ההספק המיוצר גבוה יותר.

יחד עם זאת, גם הצל ארוך יותר, ואיתו גדל המרווח בין השורות = הספק מותקן נמוך יותר. לכן, עם עליית זווית הפאנלים יש Trade off בין ההספק המותקן להספק המיוצר.

חשוב לדעת: ככל שההספק המיוצר פר יחידת הספק מותקן נמוך יותר – תשואת המערכת נמוכה יותר, ולהיפך.

זה נובע מהעובדה שההספק המותקן נמצא בצד ההוצאות (עלות בניית המערכת) ואילו ההספק המיוצר נמצא בצד ההכנסות (תפוקת המערכת).

אם הבעלים מבקש להשיא את ערך ה- NPV, פונקציית המטרה צריכה להיות ההספק המיוצר, אולם אם הבעלים מבקש להשיא את ערך ה- IRR, פונקציית המטרה צריכה להיות ההספק המיוצר ביחס להספק המותקן.

אבל בכל מקרה פונקציית המטרה לא צריכה להיות גודל ההספק המותקן! אל תחתמו הסכמים שמתגמלים את הקבלן רק על מיקסום הגודל המותקן של המערכת!

טמפרטורת הפאנלים – המלחמה על הרוח

מרגע שהמערכת הותקנה ונקבעו בה כל הפרמטרים התכנוניים, יש שני גורמים עיקריים ששולטים בתפוקת המערכת:

1. טמפרטורת הפאנלים

2. ניקיון הפאנלים

אנחנו לא שולטים בכיוון ועוצמת הרוח, אבל אנחנו שולטים באופן שבו בנינו את המערכת. כשבונים את המערכת, בעיקר בשלב מערכת האחיזה של הפאנלים, יש לחשוב על האופן שבו נוכל להכניס מקס מהרוח הקיימת באתר לתוך המערכת לצורך קירור הפאנלים.

לכן, יש להקפיד על:

1. להגביה את המערכת ככל האפשר בגבולות ההיגיון והתקציב. בכל מקרה, רצוי שהחלק התחתון של הפאנלים יוגבה מהגג כ- 50 ס"מ. וכל המרבה הרי זה משובח.

2. להימנע מבניית "חצאיות" דקורטיביות בשולי הגג לצורך הסתרת הפאנלים. במערכות ישנות, בהן היה צורך בהיתר בניה, לפעמים הועדות המקומיות לתו"ב חייבו את בעלי המערכות לבנות חצאיות כאלו כתנאי להוצאת ההיתר. כיום ה לא נדרש וכדאי להימנע מזה.

3. זווית הצבה גבוהה יותר מכניסה יותר רוח למערכת. עוד סיבה למה לא להנמיך את זווית ההצבה כדי "לדחוף" יותר הספק מותקן לגג.

4. לבחון בזהירות "מכשולי רוח" סביב המערכת. כדאי לשלוט בנוף של העצים בכפוף לחוק.

טמפרטורת הממירים

טמפרטורת הממירים חשובה גם לתפוקה, גם לאמינות, וגם לאורך החיים של הממיר. להלן דגשים לאופן הצבת הממירים:

1. מומלץ לא לתכנן את יחס ההעמסה ב- 100% מאישור האחריות של היצרן, אלא ב- 80% לכל היותר.

2. הממירים חייבים להיות מקורים ולא חשופים לשמש ישירה.

3. מאווררים. חשופים לתנועת אויר.

4. אם הם בחדר סגור החדר צריך להיות מאוורר, ועדיף ממוזג.

5. אחת לחצי שנה יש לבדוק שפתחי המאווררים/צלעות הקירור נקיים מלכלוך.

חתכי כבלים

חתכי הכבלים הם נושא רגיש וקריטי במערכת. ככל שחתך הכבל קטן יותר התנגדות הכבל גבוהה יותר והוא הופך יותר מהחשמל העובר דרכו לחום ("הפסדים"). החתך הרצוי של הכבל הוא פונקציה של גודל המערכת והמרחק שהכבל מגשר עליו.

יש נוסחה שמשמשת לחישוב חתך הכבל. מתכנן המערכת אחראי על חישוב חתכי הכבלים למערכת.

הכבל החשוב הינו הכבל שמוביל את זרם החילופין מהממיר לארון האיסוף/מניה ("כבל ה- AC"). כבל זה הינו רגיש מאוד כיוון שהמרחק מהממיר לארון עלול להיות גדול מאוד. אם בעל המערכת יודע שהמרחק גדול (מעל 50 מטר), יש להשגיח על החישוב ועל ביצוע הנחת הכבל באופן אישי.

קופסאות וארונות

יש להקפיד שקופסאות וארונות ה- DC וה- AC יהיו גדולים מספיק, יפים ומסודרים. ארונות מסודרים, מאורגנים ואסתטיים הם בדר"כ סימן לקבלנות טובה (לא תמיד). ארונות קטנים וצפופים יוצרים חום, ולאורך זמן נתקים, קצרים ובלאי תרמי של הבידוד.

הארון החשוב הוא ארון ה- AC האחרון, שאליו מתנקז כל הזרם של המערכת.

רצוי לבקש מהמתכנן לאפיין את גודל הארון הזה (להגזים כלפי מעלה) ולוודא שהקבלן מספק את הארון בגודל המתוכנן.

הערת סיום

כבל ה- AC וארון ה- AC הסופי הם שני רכיבים יקרים שמעיקים על התקציב של הקבלן המבצע. ככל שמרחק ה- AC גדול יותר, יש להשגיח עליהם הן בשלב התכנון והן בשלב הביצוע.

ניתן להיעזר ביועץ חשמל צד ג' כדי לאשר תוכניות שמגיש לכם הקבלן. זה כסף קטן שיכול להביא לחיסכון גדול (או לתפוקה מוגברת) לאורך השנים.