מערכת סולארית עצמאית היא מערכת שמשתמשת במודולים פוטו-וולטיים (PV) להפקת חשמל מאור השמש ולא מתבססת על רשת החשמל או מקור חשמל אחר. מערכת סולארית עצמאית יכולה לספק חשמל למגוון שימושים, כגון תאורה, שאיבת מים, אוורור, תקשורת ופנאי, באזורים מרוחקים או ללא גישה לרשת חשמל שם החשמל מהרשת אינו זמין או לא אמצעי.

מערכת סולארית עצמאית בדרך כלל כוללת ארבעה מרכיבים עיקריים:

• מודולי PV או מערכים הממירים אור שמש לחשמל ישר (DC).

• בקר טעינה או בקר נקודת מקסימום של כוח (MPPT) שמתאים את המתח והזרם מהמודולים הסולאריים לבראש ולנטל.

• בראש או מערך בראשים שמחזיר את החשמל עודף שנוצר על ידי המודולים הסולאריים במהלך היום ומגיש אותו לנטל כאשר יש צורך, במיוחד בלילה או בתנאי שמש מעטים.

• מומר שממיר חשמל ישר (DC) מהבראש או מהמודולים הסולאריים לחשמל חילופין (AC) עבור נטל AC.

בהתאם לסוג והגודל של הנטל, ניתן לתכנן מערכת סולארית עצמאית בצורה שונה. בערך זה נדון בארבעה סוגים נפוצים של מערכות סולאריות עצמאיות ויתרונותיהם וחסרונותיהם.

מערכת סולארית עצמאית עם נטל DC בלבד

זו היא מערכת הסולארית העצמאית הפשוטה ביותר, שכן היא דורשת רק שני מרכיבים עיקריים: מודול PV או מערך ונטל DC. המודול או המערך מחוברים ישירות לנטל DC, כגון מאוורר, משאבה או תאורה, ללא מכשיר ביניים. המערכת יכולה לפעול רק במהלך שעות היום כאשר יש מספיק אור שמש כדי להפעיל את הנטל.

יתרון המערכת הוא שהיא זולה ופשוטה, כי אין צורך בבראש, בקר טעינה או ממור. אך החיסרון הוא שהיישום שלה מוגבל וביצועיה מוגבלים, כי היא אינה יכולה לספק חשמל בלילה או בתנאי שמש מעטים. בנוסף, המתח והזרם הנפלטים מהמודול או המערך משתנים בהתאם לעוצמה הזווית של האור, מה שיכול להשפיע על פעולת הנטל.

מערכת סולארית עצמאית עם נטל DC וمدار בקרה אלקטרוני

סוג זה של מערכת סולארית עצמאית משפר את הקודמת על ידי הוספת מدار בקרה אלקטרוני בין המודול או המערך לנטל DC. המדריך הבקרה יכול להיות בקר טעינה או MPPT. הבקר טעינה מתקנת את המתח והזרם מהמודול או המערך למנוע טעינה יתר או טעינה מוגברת של הראש (אם קיים) ולהגן על הנטל מהתנודות במתח. MPPT מיטיב את הפלט החשמלי מהמודול או המערך על ידי מעקב אחר נקודת הכוח המקסימלית שלו בתנאי שמש שונים.

יתרון המערכת הוא שהיא מגבירה את השימוש והיעילות של המודול או המערך ומאריכה את תקופת החיים שלו. היא גם משפרת את הביצועים והאמינות של הנטל על ידי מסירת מתח וזרם יציבים. אך החיסרון הוא שהיא מגבירה את עלות והמורכבות של המערכת, שכן היא דורשת מכשיר נוסף וחיבורים נוספים. בנוסף, המערכת עדיין אינה יכולה לספק חשמל בלילה או בתנאי שמש מעטים ללא ראש.

מערכת סולארית עצמאית עם נטל DC, מ Abed Control Circuit ובראש

סוג זה של מערכת סולארית עצמאית מוסיף ראש או מערך ראשי לקודמת כדי לאפשר אספקת חשמל בלילה או בתנאי שמש מעטים. הראש מאחסן את החשמל עודף שנוצר על ידי המודול או המערך במהלך היום ומגיש אותו לנטל כאשר יש צורך. המדריך הבקרה מתקנת את הטעינה והפריקה של הראש ומגנה עליו מטעינה יתר או טעינה מוגברת.

יתרון המערכת הוא שהיא יכולה לספק חשמל רציף ואמצעי לשימושים יומיים וליליים. היא יכולה גם להתמודד עם נטל משתנה ושיאי דרישה באמצעות שימוש בגדלים שונים וסוגי ראשי שונים. אך החיסרון הוא שהיא מגבירה את עלות והמורכבות של המערכת, שכן היא דורשת יותר מרכיביםaintenance. הראש גם מוסיף משקל ופחית למערכת ויש לו תקופת חיים ומגבלות יעילות.

מערכת סולארית עצמאית עם נטל AC/DC, מ Abed Control Circuit ומומר

סוג זה של מערכת סולארית עצמאית מוסיף ממור לקודמת כדי לאפשר שימוש בנטל AC, כגון מכשירי חשמל, מחשבים, טלוויזיות ותאורה, כמו גם נטל DC. המומר ממיר את החשמל הישר (DC) מהראש או מהמודול או המערך לחשמל חילופין (AC) ברמה הנדרשת. המומר יכול להיות מכשיר עצמאי או מוטמע בבקר טעינה או MPPT.

יתרון המערכת הוא שהיא יכולה לספק חשמל AC ו-DC למגוון רחב של שימושים ומכשירים. היא יכולה להיות יעילה ומשתלבת יותר מאשר בשימוש במערכות נפרדות לנטל AC ו-DC. אך החיסרון הוא שהיא מגבירה את עלות והמורכבות של המערכת, שכן היא דורשת מכשיר נוסף וחיבורים נוספים. המומר גם מוסיף אבדות ורעש למערכת ואולי יידרש הגנה מפרצות ותקלות.

מסקנה

מערכות סולאריות עצמאיות הן אפשרויות שימושיות ושייכות לספק חשמל באזורים מרוחקים או ללא גישה לרשת חשמל שם החשמל מהרשת אינו זמין או לא אמצעי. הן יכולות גם לשמש להשלמת חשמל הרשת או להפחית את התלות בחומרים מאובנים. בהתאם לסוג והגודל של הנטל, ניתן לתכנן מערכות סולאריות עצמאיות שונות עם מרכיבים שונים, כגון מודולי PV או מערכים, בקרי טעינה או MPPT, ראשי, ממורים ונטל AC/DC. לכל סוג של מערכת יש יתרונות וחסרונות משלה במונחים של עלות, מורכבות, ביצועים, אמינות והגנה.

כדי לתכנן מערכת סולארית עצמאית מתאימה לשימוש מסוים, יש לקחת בחשבון מספר גורמים, כגון:

• מאפייני הנטל (כח, מתח, זרם, תדירות, AC/DC)

• זמינות המשאבים הסולאריים (שעות אור, עוצמה, זווית)

• גודל המערכת (גודל מודול PV או מערך, קיבולת ראש, דרגת ממור)

• תצורת המערכת (חיבור סדרה או מקביל של מודולים או ראשי)

• הגנה על המערכת (פוזרים, מפסקים, מגני צפיפות)

• מעקב אחר המערכת (מדדים, מדבקים, חיישנים)

הצהרה: לכבוד המקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, במידה והיו הפרות זכויות יוצרים אנא צור קשר למחיקה.