מדריך מקיף לתכנון ותצורה של מערכות אחסון פוטו-וולטאיות למגורים

מערכת אחסון פוטו-וולטאית (PV) ביתית מורכבת בעיקר ממודולים פוטו-וולטאיים, סוללות אחסון אנרגיה, ממירים, התקני מדידה ומערכות ניהול ניטור. מטרתה היא להשיג עצמאות אנרגטית, להפחית עלויות אנרגיה, להפחית פליטות פחמן ולשפר את אמינות החשמל. הגדרת מערכת אחסון פוטו-וולטאית ביתית היא תהליך מקיף הדורש שיקול דעת מדוקדק של גורמים שונים כדי להבטיח פעולה יעילה ויציבה.

א. סקירה כללית של מערכות אחסון פוטו-וולטאיות למגורים

לפני תחילת התקנת המערכת, חיוני למדוד את התנגדות הבידוד של זרם ישר (DC) בין מסוף הקלט של מערך ה-PV לבין הארקה. אם ההתנגדות נמוכה מ-U…/30mA (U… מייצג את מתח המוצא המרבי של מערך ה-PV), יש לנקוט באמצעי הארקה או בידוד נוספים.

הפונקציות העיקריות של מערכות אחסון פוטו-וולטאיות ביתיות כוללות:

• צריכה עצמיתניצול אנרגיה סולארית כדי לענות על צרכי האנרגיה של משקי בית.
• גילוח פסגות ומילוי עמקיםאיזון צריכת האנרגיה בזמנים שונים כדי לחסוך בעלויות האנרגיה.
• כוח גיבויאספקת אנרגיה אמינה במהלך הפסקות חשמל.
• אספקת חשמל לשעת חירוםתמיכה בעומסים קריטיים במהלך כשל ברשת החשמל.

תהליך התצורה כולל ניתוח צרכי האנרגיה של המשתמשים, תכנון מערכות פוטו-וולטאיות ואחסון, בחירת רכיבים, הכנת תוכניות התקנה ותיאור אמצעי תפעול ותחזוקה.

II. ניתוח ותכנון ביקוש

ניתוח ביקוש לאנרגיה

ניתוח מפורט של צריכת האנרגיה הוא קריטי, כולל:

• פרופיל עומסזיהוי דרישות החשמל של מכשירים שונים.
• צריכה יומיתקביעת צריכת החשמל הממוצעת במהלך היום והלילה.
• תמחור חשמלהבנת מבני התעריפים לצורך אופטימיזציה של המערכת לחיסכון בעלויות.

מקרה בוחן

• פרופיל משתמש:
  • עומס מחובר כולל: 8.2 קילוואט
  • עומס קריטי: 3.6 קילוואט
  • צריכת אנרגיה בשעות היום: 10 קוט"ש
  • צריכת אנרגיה בלילה: 20 קוט"ש
• תוכנית מערכת:
  • התקינו מערכת היברידית של אנרגיה פוטו-וולטאית עם אחסון אנרגיה, הכוללת ייצור אנרגיה פוטו-וולטאית בשעות היום, העונה על דרישות העומס ואגירת אנרגיה עודפת בסוללות לשימוש בלילה. רשת החשמל משמשת כמקור חשמל משלים כאשר אנרגיה פוטו-וולטאית ואחסון אינם מספיקים.

• ג. תצורת מערכת ובחירת רכיבים

  1. תכנון מערכת פוטו-וולטאית

  • גודל המערכתבהתבסס על עומס של 8.2 קילוואט וצריכה יומית של 30 קילוואט-שעה של המשתמש, מומלץ להשתמש במערך פוטו-וולטאי של 12 קילוואט. מערך זה יכול לייצר כ-36 קילוואט-שעה ביום כדי לענות על הביקוש.
  • מודולים פוטו-וולטאייםניצול 21 מודולים בעלי גביש יחיד בהספק 580Wp, המגיעים להספק מותקן של 12.18 קילוואט-ואט. ודאו סידור אופטימלי לחשיפה מקסימלית לאור שמש.

  הספק מקסימלי Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  מתח פעולה אופטימלי Vmp [V]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  זרם פעולה אופטימלי Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  מתח במעגל פתוח Voc [V]	52.30	52.50	52.70	52.90	53.10	53.30
  זרם קצר חשמלי Isc [A]	13.89	13.95	14.01	14.07	14.13	14.19
  יעילות מודול [%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  סובלנות הספק פלט	0~+3%
  מקדם טמפרטורה של הספק מקסימלי [Pmax]	-0.29%/℃
  מקדם טמפרטורה של מתח במעגל פתוח [Voc]	-0.25%/℃
  מקדם טמפרטורה של זרם קצר חשמלי [Isc]	0.045%/℃
  תנאי בדיקה סטנדרטיים (STC): עוצמת אור 1000W/m², טמפרטורת סוללה 25℃, איכות אוויר 1.5

  2. מערכת אחסון אנרגיה

  • קיבולת הסוללההגדר מערכת סוללות ליתיום-ברזל פוספט (LiFePO4) בהספק של 25.6 קילוואט-שעה. קיבולת זו מבטיחה גיבוי מספיק לעומסים קריטיים (3.6 קילוואט) למשך כ-7 שעות במהלך הפסקות חשמל.
  • מודולי סוללההשתמשו בעיצובים מודולריים הניתנים לערום עם מארזים בעלי דירוג IP65 להתקנות פנימיות וחיצוניות. לכל מודול קיבולת של 2.56 קוט"ש, כאשר 10 מודולים יוצרים את המערכת השלמה.

  3. בחירת ממיר

  • ממיר היברידיהשתמש בממיר היברידי של 10 קילוואט עם יכולות משולבות של אנרגיה פוטו-וולטאית וניהול אחסון. התכונות העיקריות כוללות:
    • קלט פוטו-וולטאי מקסימלי: 15 קילוואט
    • תפוקה: 10 קילוואט הן לפעולה המחוברת לרשת והן לפעולה מחוץ לרשת
    • הגנה: דירוג IP65 עם זמן מיתוג בין רשת לרשת <10 אלפיות שנייה

  4. בחירת כבל PV

  כבלי PV מחברים מודולים סולאריים לממיר או לקופסת קומבינציה. הם חייבים לעמוד בטמפרטורות גבוהות, חשיפה לקרינת UV ותנאי חוץ.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • ליבה אחת, מדורג ל-1.5 קילו-וולט DC, עם עמידות מעולה בפני UV ומזג אוויר.
  • TÜV PV1-F:
    • גמיש, מעכב בעירה, עם טווח טמפרטורות רחב (-40°C עד +90°C).
  • חוט PV UL 4703:
    • בידוד כפול, אידיאלי למערכות המותקנות על גג ועל קרקע.
  • כבל סולארי צף AD8:
    • צולל ועמיד למים, מתאים לסביבות לחות או מימיות.
  • כבל סולארי ליבת אלומיניום:
    • קל משקל וחסכוני, משמש במתקנים בקנה מידה גדול.

  5. בחירת כבל אחסון אנרגיה

  כבלי אחסון מחברים סוללות לממירים. עליהם להתמודד עם זרמים גבוהים, לספק יציבות תרמית ולשמור על שלמות חשמלית.

  • כבלים UL10269 ו-UL11627:
    • מבודד בעל דופן דקה, מעכב בעירה וקומפקטי.
  • כבלים מבודדים XLPE:
    • מתח גבוה (עד 1500 וולט DC) ועמידות תרמית.
  • כבלי DC במתח גבוה:
    • מיועד לחיבור מודולי סוללה ואפיקי מתח גבוה.

  מפרט כבלים מומלץ

  סוג כבל	דגם מומלץ	בַּקָשָׁה
  כבל PV	EN 50618 H1Z2Z2-K	חיבור מודולי PV לממיר.
  כבל PV	חוט PV UL 4703	התקנות על גגות הדורשות בידוד גבוה.
  כבל אחסון אנרגיה	UL 10269, UL 11627	חיבורי סוללה קומפקטיים.
  כבל אחסון מסוכך	כבל סוללה מוגן EMI	הפחתת הפרעות במערכות רגישות.
  כבל מתח גבוה	כבל מבודד XLPE	חיבורי זרם גבוה במערכות סוללות.
  כבל PV צף	כבל סולארי צף AD8	סביבות נוטות למים או לחות.

IV. אינטגרציה של המערכת

שלב מודולים פוטו-וולטאיים, אגירת אנרגיה וממירי אנרגיה למערכת שלמה:

1. מערכת פוטו-וולטאיתתכנן את פריסת המודול והבטחת בטיחות מבנית באמצעות מערכות הרכבה מתאימות.
2. אחסון אנרגיההתקינו סוללות מודולריות עם שילוב BMS (מערכת ניהול סוללות) מתאימה לניטור בזמן אמת.
3. ממיר היברידיחברו מערכי PV וסוללות לממיר לניהול אנרגיה חלק.

ה. התקנה ותחזוקה

הַתקָנָה:

• הערכת אתרבדקו גגות או שטחי קרקע לצורך התאמה מבנית וחשיפה לאור שמש.
• התקנת ציודהרכבה מאובטחת של מודולי פוטו-וולטאי, סוללות וממירי מתח.
• בדיקות מערכתבדוק את החיבורים החשמליים ובצע בדיקות תפקוד.

תַחזוּקָה:

• בדיקות שגרתיותבדוק כבלים, מודולים וממירים לאיתור בלאי או נזק.
• ניקיוןיש לנקות באופן קבוע מודולי PV כדי לשמור על יעילות.
• ניטור מרחוקהשתמש בכלי תוכנה כדי לעקוב אחר ביצועי המערכת ולמטב את ההגדרות.

ו. סיכום

מערכת אחסון פוטו-וולטאית ביתית מתוכננת היטב מספקת חיסכון באנרגיה, יתרונות סביבתיים ואמינות חשמל. בחירה קפדנית של רכיבים כגון מודולי פוטו-וולטאיים, סוללות אחסון אנרגיה, ממירים וכבלים מבטיחה את יעילות המערכת ואריכות ימים. על ידי תכנון נכון,

באמצעות פרוטוקולי התקנה ותחזוקה, בעלי בתים יכולים למקסם את היתרונות של השקעתם.