מדריך מקיף לתכנון ותצורה של מערכת PV-Storage למגורים

מערכת אחסון פוטו-וולטאית (PV) למגורים מורכבת בעיקר ממודולי PV, סוללות אחסון אנרגיה, ממירי אחסון, התקני מדידה ומערכות ניהול ניטור. מטרתו היא להשיג אנרגיה עצמית, להפחית את עלויות האנרגיה, להפחית את פליטת הפחמן ולשפר את אמינות ההספק. הגדרת מערכת אחסון PV-מגורים היא תהליך מקיף הדורש התייחסות מדוקדקת של גורמים שונים כדי להבטיח פעולה יעילה ויציבה.

I. סקירה כללית של מערכות PV-Storage למגורים

לפני התחלת הגדרת המערכת, חיוני למדוד את התנגדות הבידוד של DC בין מסוף הכניסה של מערך ה-PV לבין האדמה. אם ההתנגדות קטנה מ-U…/30mA (U… מייצגת את מתח המוצא המרבי של מערך ה-PV), יש לנקוט באמצעי הארקה או בידוד נוספים.

הפונקציות העיקריות של מערכות אחסון PV-מגורים כוללות:

• צריכה עצמית: ניצול אנרגיה סולארית כדי לעמוד בדרישות האנרגיה הביתיות.
• גילוח פסגות ומילוי עמק: איזון צריכת האנרגיה בזמנים שונים כדי לחסוך בעלויות האנרגיה.
• כוח גיבוי: מתן אנרגיה אמינה במהלך הפסקות.
• ספק כוח חירום: תמיכה בעומסים קריטיים במהלך כשל ברשת.

תהליך הקונפיגורציה כולל ניתוח צרכי האנרגיה של המשתמש, תכנון PV ומערכות אחסון, בחירת רכיבים, הכנת תוכניות התקנה והתווית אמצעי תפעול ותחזוקה.

II. ניתוח ותכנון ביקוש

ניתוח ביקוש לאנרגיה

ניתוח דרישת אנרגיה מפורט הוא קריטי, כולל:

• טען פרופיל: זיהוי דרישות החשמל של מכשירים שונים.
• צריכה יומית: קביעת צריכת החשמל הממוצעת במהלך היום והלילה.
• תמחור חשמל: הבנת מבני תעריפים כדי לייעל את המערכת לחיסכון בעלויות.

תיאור מקרה

• פרופיל משתמש:
  • עומס מחובר כולל: 8.2 קילוואט
  • עומס קריטי: 3.6 קילוואט
  • צריכת אנרגיה בשעות היום: 10 קוט"ש
  • צריכת אנרגיה בלילה: 20 קילוואט
• תוכנית מערכת:
  • התקן מערכת היברידית לאחסון PV עם ייצור PV בשעות היום העומדת בדרישות העומס ואוגר עודף אנרגיה בסוללות לשימוש בלילה. הרשת פועלת כמקור כוח משלים כאשר PV ואחסון אינם מספיקים.

• III. תצורת מערכת ובחירת רכיבים

  1. עיצוב מערכת PV

  • גודל מערכת: בהתבסס על עומס 8.2 קילוואט של המשתמש וצריכה יומית של 30 קילוואט, מומלץ מערך PV של 12 קילוואט. מערך זה יכול לייצר כ-36 קילוואט-שעה ליום כדי לענות על הביקוש.
  • מודולי PV: השתמש ב-21 מודולים חד-גבישיים של 580Wp, והשגת הספק מותקן של 12.18 קילוואט. ודא סידור אופטימלי לחשיפה מקסימלית לאור השמש.

  הספק מקסימלי Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  מתח הפעלה אופטימלי Vmp [V]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  זרם הפעלה אופטימלי Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  מתח מעגל 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 כוח פלט	0~+3%
  מקדם טמפרטורה של הספק מרבי [Pmax]	-0.29%/℃
  מקדם טמפרטורה של מתח מעגל פתוח [Voc]	-0.25%/℃
  מקדם טמפרטורה של זרם קצר חשמלי [Isc]	0.045%/℃
  תנאי בדיקה סטנדרטיים (STC): עוצמת אור 1000W/m², טמפרטורת הסוללה 25℃, איכות אוויר 1.5

  2. מערכת אחסון אנרגיה

  • קיבולת סוללה: הגדר מערכת סוללות ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) של 25.6 קילוואט שעה. קיבולת זו מבטיחה גיבוי מספק לעומסים קריטיים (3.6 קילוואט) למשך כ-7 שעות במהלך הפסקות.
  • מודולי סוללה: השתמש בעיצובים מודולריים הניתנים לערמה עם מארזים בדירוג IP65 עבור התקנות פנימיות/חיצוניות. לכל מודול קיבולת של 2.56 קילוואט-שעה, כאשר 10 מודולים יוצרים את המערכת השלמה.

  3. בחירת מהפך

  • מהפך היברידי: השתמש במהפך היברידי של 10 קילוואט עם יכולות משולבות PV וניהול אחסון. תכונות מפתח כוללות:
    • כניסת PV מקסימלית: 15 קילוואט
    • תפוקה: 10 קילוואט עבור פעולה מחוברת לרשת וגם מחוץ לרשת
    • הגנה: דירוג IP65 עם זמן מיתוג רשת מחוץ לרשת <10 אלפיות השנייה

  4. בחירת כבל PV

  כבלי PV מחברים מודולים סולאריים למהפך או לקופסת המשלב. הם חייבים לסבול טמפרטורות גבוהות, חשיפה ל-UV ותנאי חוץ.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • ליבה יחידה, מדורגת ל-1.5 קילו-וולט DC, עם עמידות מצוינת בפני UV ומזג אוויר.
  • TÜV PV1-F:
    • גמיש, מעכב בעירה, בעל טווח טמפרטורות רחב (-40°C עד +90°C).
  • UL 4703 PV Wire:
    • מבודד כפול, אידיאלי למערכות על הגג והקרקע.
  • AD8 כבל סולארי צף:
    • טבול ועמיד למים, מתאים לסביבות לחות או מימיות.
  • כבל סולארי ליבת אלומיניום:
    • קל משקל וחסכוני, בשימוש בהתקנות בקנה מידה גדול.

  5. בחירת כבל לאחסון אנרגיה

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

  • כבלים UL10269 ו-UL11627:
    • מבודד דופן דקה, מעכב בעירה וקומפקטי.
  • כבלים מבודדים XLPE:
    • מתח גבוה (עד 1500V DC) והתנגדות תרמית.
  • כבלי DC מתח גבוה:
    • מיועד לחיבור בין מודולי סוללה ואוטובוסי מתח גבוה.

  מפרטי כבלים מומלצים

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

IV. שילוב מערכת

שלב מודולי PV, אחסון אנרגיה וממירים למערכת שלמה:

1. מערכת PV: תכנן פריסת מודול והבטח בטיחות מבנית עם מערכות הרכבה מתאימות.
2. אחסון אנרגיה: התקן סוללות מודולריות עם אינטגרציה נכונה של BMS (מערכת ניהול סוללות) לניטור בזמן אמת.
3. מהפך היברידי: חבר מערכי PV וסוללות למהפך לניהול אנרגיה חלק.

V. התקנה ותחזוקה

הַתקָנָה:

• הערכת אתר: בדוק גגות או אזורי קרקע עבור תאימות מבנית וחשיפה לאור השמש.
• התקנת ציוד: הרכבה מאובטחת מודולי PV, סוללות וממירים.
• בדיקת מערכת: בדוק חיבורים חשמליים ובצע בדיקות תפקודיות.

תַחזוּקָה:

• בדיקות שגרתיות: בדוק אם יש בלאי או נזק בכבלים, מודולים וממירים.
• ניקוי: נקה באופן קבוע מודולים PV כדי לשמור על יעילות.
• ניטור מרחוק: השתמש בכלי תוכנה כדי לעקוב אחר ביצועי המערכת ולבצע אופטימיזציה של הגדרות.

VI. מַסְקָנָה

מערכת אחסון PV-מגורים מעוצבת היטב מספקת חיסכון באנרגיה, יתרונות סביבתיים ואמינות חשמל. בחירה קפדנית של רכיבים כגון מודולי PV, סוללות אחסון אנרגיה, ממירים וכבלים מבטיחים את יעילות המערכת ואריכות ימים. על ידי תכנון נכון,

פרוטוקולי התקנה ותחזוקה, בעלי בתים יכולים למקסם את היתרונות של ההשקעה שלהם.