חשמל אוטונומי – חשמל בר קיימא

מערכת סולארית עצמאית מורכבת מ 4 אלמנטים עיקריים, המחוברים ומותאמים אחד לשני:

• פנלים סולאריים – פנלים סולאריים הם קולטי אור המשנים את אנרגית האור או את האנרגיה הסולארית לאנרגיה חשמלית. הפנל הסולארי מורכב מתאי סיליקון שהם חומר מוליך למחצה.
  אנרגית האור הנקלטת על גבי תאי הסיליקון מאפשרת ‘הקפצה’ של אלקטרונים אל מוליכים הנמצאים בפנל הסולארי, האלקטרונים הנ”ל מייצרים זרם חשמלי היוצא אל הכבלים ומשם לכיוון בקר טעינה למצברים סולארים.
• בקר טעינה למצברים סולאריים – בקר הטעינה, כשמו כן הוא- מבקר את טעינת המצברים הסולאריים. ככל שהבקר הסולארי יפעל טוב יותר כך למצברים הסולאריים יהיו חיים ארוכים יותר. פעולת הבקר נעשית בכמה אופנים: 1. ויסות המתח החשמלי המגיע מהפנל הסולארי כך שיתאים למתח מהדקי המצבר. 2. עצירת הטעינה כדי להימנע מטעינת יתר. ו-3. ישנם בקרים סולאריים מתקדמים וחכמים יותר שפועלים למצוא את נקודת העבודה האופטימלית, כלומר הם מחפשים באיזה נקודה תהיה התאמה מרבית בין המתח והזרם שיוצאים מהפנל הסולארי כך שבאותה הנקודה נקבל הספק מקסימלי. בקר סולארי כזה נקרא בקר MPPT. בקר זה מעלה את תפוקת המערכת הסולארי בכ- 20%.  בקר הטענה MPPT מומלץ מאוד והתוספת במחיר בינו לבין בקר טעינה פשוט הוא לא גדול ביחס למחיר המערכת.
• מצברים סולאריים – מצברים סולאריים הם לרוב מצברים עם פריקה עמוקה כלומר, מצבר היכול לפרוק עד 80% מהחשמל האגור בו ועדיין לשמור על כמות גדולה של  פריקה וטעינה . (עם זאת מומלץ לא לפרוק את המצבר ביותר מ 50% כדי לשמור על אורך חיים אופטימלי.) ישנם חומרים שונים מהם עשויים מצברים כגון מצברי ג’ל (יבש) ומצבר חומצה (רטוב) , וכמו כן מצברים עם מתחים וזרמים שונים. תפקיד המצברים הסולאריים הוא לספק חשמל לצרכנים השונים וצריך להתייחס אליו כמו אל בנק חשמל. בנק זה נטען כשאין אור ולכן כאשר ניגשים לתכנון מערכת סולארית עצמאית, על הלקוח להחליט כמה ימים הוא לוקח בחשבון שלא תהיה שמש להטענת המצברים ובמידה וירצה לבטח את עצמו ליומיים (לדוגמא) הוא יצטרך לרכוש בנק מצברים כפול וכן הלאה…
• ממיר מתח סולארי – ממיר מתח סולארי הוא האחרון בקצה השרשרת החשמלית לפני צרכני החשמל. הממיר הסולארי מקבל מתח DC / מתח ישר מהמצבר הסולארי וממיר אותו למתח AC/חילופין שניתן לשימוש. הממיר הסולארי למעשה מגדיר לנו כמה צרכני חשמל אפשר להפעיל בו זמנית.

בדרכך להתקנת מערכת סולארית עצמאית יש לשאול שאלות מסוימות להבנת סוג, גודל וכמובן ההשקעה הכספית הכרוכה בזה. השאלה הראשונה והחשובה ביותר היא מה אני רוצה שהמערכת הסולארית העצמאית תעשה? הגודל, סוגי הרכיבים והעלות יכולים להשתנות בצורה משמעותית בהתאם לצורך שלך במערכת סולארית עצמאית. במאמר זה אנו נתייחס לשיקולים הבסיסיים לקראת התקנת מערכת סולארית עצמאית וניקח לדוגמא שטח גג פנוי של 100 מ”ר.
 

כמו שציינו, בחירת גודל וסוג מערכת סולארית עצמאית שתרצה להתקין על גג ביתך תלוי במספר פרמטרים נוספים:

• צריכת חשמל ממוצעת ביום.

• גודל שטח פנוי להתקנת מערכת סולארית עצמאית.

• שינויים צפויים בשטח שסביב לגג העלולים ליצור הצללות למערכת הסולארית העצמאית.(עצים, בניינים…)

• זווית שיפוע הגג.

• כיווני הגג. (דרום, מזרח…)

• מספר שעות שמש ביום.

• צריכת חשמל נוספת הצפויה בהמשך הזמן.

• האם המערכת תשמש כמקור אספקת חשמל יחיד או האם המערכת הסולארית העצמאית תשמש כגיבוי למקור נוסף כגון גנרטור?

תכנון מערכת סולארית עצמאית – איך לחשב את מספר הפנלים הדרושים?

על מנת להבין את גודל המערכת הסולארית העצמאית עליך לדעת את המידע הבא:

• ממוצע צריכת החשמל היומית שלך בוואט. אם המערכת הסולארית העצמאית אמורה להיות על גג ביתך תוכל לראות את הממוצע בחשבון החשמל שלך. במידה ואין לך חשבון חשמל ממנו תשאב את האינפורמציה הזאת, יש לסכום את צריכת החשמל של כל מוצרי החשמל הפועלים בביתך לאורך שעות צריכה. לדוגמא: אם המזגן בביתך צורך 1000 וואט בזמן פעולתו ובממוצע אתה מפעיל את המזגן כ 4 שעות ביום אז צריכת החשמל היומית של המזגן היא 4000 וואט בשעה, בשפה מקצועית 4kwh ביום.

• מספר שעות שמש ממוצע ביום. (אפשר לקבל אינפורמציה זאת באתרי אקלים, אתרי קווי רוחב ואורך עולמיים וכו’…דוגמא:
  (http://www.climatetemp.info/israel/tel-aviv.html)

• ההספק החשמלי של הפנלים הסולאריים בהם תשתמש. (50 וואט/ 100 וואט / 200 וואט..)

• כמה אחוזים מצריכת החשמל היומית שלך תרצה שהמערכת הסולארית העצמאית תספק.

תכנון מערכת סולארית עצמאית – דוגמא לחישוב:

לשם הדוגמא, נניח צריכת חשמל יומית של 15000 וואט-לשעה. שיא צריכת חשמל 3500 וואט (הספק שיא ברגע), פנלים בגודל חשמלי של 100 וואט. 5 שעות שמש בממוצע ביום. נתחיל:

1. בהנחה שאנו לא רוצים לפרוק את המצברים הסולאריים ביותר מ 50% כדי למקסם את אורך חיי המצבר הסולארי אנו נצטרך להתקין בנק מצברים עם אנרגיה של 30,000 וואט שעה לכל יום. 
2. התאם את ממיר המתח הסולארי לשיא צריכת החשמל הרגעי.
3. חלק את צריכת החשמל היומית שלך במספר שעות שמש יומית ממוצעת. המספר שיצא לך (3000 וואט) הוא הספק החשמל שהמערכת הסולארית העצמאית שלך תצטרך לספק בכל שעה.
4. חלק את הספק החשמל שהמערכת הסולארית העצמאית שלך אמורה לספק (3000 וואט) בגודל החשמלי של הפנלים שבחרת להשתמש (100 וואט). המערכת הסולארית העצמאית שלך תכלול 30 פנלים על גבי הגג. 
5. חלק את כמות הפנלים לטורים חשמליים כך שהמתח וזרם הנכנסים אל תוך בקר הטעינה הסולארי לא יחרגו מערכים מקסימלים ומינימליים.