המדריך המלא לתכנון מערכת סולארית קטנה: עצמאות אנרגטית בדרכים ובשטח

תכנון מערכת סולארית קטנה

התקנת מערכת סולארית קטנה בקרוואן, נגרר או בתחנה סולארית חקלאית מאפשרת ליהנות מחשמל עצמאי וירוק בכל מקום. בין אם אתם מטיילים בטבע, עובדים בשטח או זקוקים לאספקת חשמל ניידת, מערכת סולארית מותאמת יכולה לספק את צרכי האנרגיה שלכם בצורה יעילה וחסכונית. במדריך זה, נפרט את כל השלבים הדרושים לתכנון מערכת סולארית קטנה, החל מהערכת הצרכים ועד לבחירת הרכיבים והתקנתם.

שלב 1: הערכת צרכי האנרגיה

הצעד הראשון בתכנון מערכת סולארית הוא להבין את צריכת האנרגיה המתוכננת שלכם. רשמו את כל המכשירים החשמליים שתפעילו ואת משך הזמן שבו הם יפעלו ביום.

• מכשירים לדוגמה בקרוואן/נגרר: תאורה, מקרר קטן, משאבת מים, טעינת טלפונים ומחשבים, טלוויזיה קטנה.
• מכשירים לדוגמה בתחנה חקלאית קטנה: תאורה, משאבת מים קטנה, כלי עבודה חשמליים קטנים (לזמן קצר), מערכות השקיה קטנות.

עבור כל מכשיר, רשמו את ההספק שלו (בוואט – W) ואת זמן השימוש היומי (בשעות – h). חשבו את צריכת האנרגיה היומית של כל מכשיר (הספק x זמן שימוש). סכמו את צריכת האנרגיה של כל המכשירים כדי לקבל את סך צריכת האנרגיה היומית שלכם (בוואט-שעה – Wh).

שלב 2: בחירת קיבולת הפאנלים הסולאריים

לאחר שחישבתם את צריכת האנרגיה היומית, עליכם לבחור פאנלים סולאריים שיספקו מספיק אנרגיה כדי לכסות צריכה זו, ואף יותר כדי להתחשב בימים פחות שטופי שמש וביעילות המערכת.

• חישוב הספק הפאנלים הנדרש: חלקו את סך צריכת האנרגיה היומית במספר שעות השמש האפקטיביות הממוצע באזורכם ביום (Peak Sun Hours – PSH). בישראל, PSH יכול לנוע בין 4 ל-6 שעות בממוצע, תלוי בעונה ובאזור. הכפילו את התוצאה במקדם של 1.2-1.3 כדי לפצות על אובדן יעילות ועל ימים פחות סולאריים.
  • נוסחה: הספק פאנלים נדרש (W) = (צריכת אנרגיה יומית (Wh) / שעות שמש אפקטיביות (h)) x מקדם יעילות
• בחירת סוג הפאנלים: קיימים סוגים שונים של פאנלים סולאריים (פוליקריסטליניים, מונוקריסטליניים). פאנלים מונוקריסטליניים בדרך כלל יעילים יותר ומתאימים למקומות עם שטח מוגבל.
• מתח הפאנלים: ודאו שמתח הפאנלים מתאים למתח בקר הטעינה והסוללות שתבחרו.

שלב 3: בחירת בקר טעינה סולארי

בקר הטעינה מווסת את זרם החשמל מהפאנלים לסוללות ומונע טעינת יתר או פריקת יתר.

• סוג בקר הטעינה:
  • PWM (Pulse Width Modulation): מתאים למערכות קטנות עם מתח פאנלים תואם למתח הסוללות. פחות יעיל במערכות עם הפרש מתח גדול.
  • MPPT (Maximum Power Point Tracking): יעיל יותר, במיוחד במערכות עם מתח פאנלים גבוה יותר ממתח הסוללות. מאפשר ניצול מרבי של אנרגיית השמש. מומלץ למערכות בינוניות וגדולות יותר.
• קיבולת בקר הטעינה: חשבו את הזרם המקסימלי שהפאנלים יכולים לייצר (הספק פאנלים / מתח הפאנלים). בחרו בקר טעינה עם דירוג זרם גבוה מהזרם המקסימלי של הפאנלים, בתוספת מקדם בטיחות של 25%.

שלב 4: בחירת מצברים (סוללות)

המצברים אוגרים את האנרגיה הסולארית ומספקים חשמל כאשר הפאנלים אינם מייצרים חשמל (בלילה או בימים מעוננים).

• קיבולת המצברים: חשבו את צריכת האנרגיה היומית שלכם והכפילו במספר הימים שבהם תרצו אספקת חשמל ללא טעינה (בדרך כלל 1-3 ימים). קחו בחשבון את עומק הפריקה המומלץ של הסוללות (Depth of Discharge – DoD). לדוגמה, עבור סוללות עופרת-חומצה, DoD מומלץ הוא בדרך כלל 50%.
  • נוסחה: קיבולת מצברים נדרשת (Ah) = (צריכת אנרגיה יומית (Wh) x מספר ימי אוטונומיה) / (מתח המערכת (V) x עומק פריקה מותר (%))
• מתח המצברים: בחרו מתח מצברים התואם למתח בקר הטעינה והממיר (בדרך כלל 12V או 24V במערכות קטנות).
• סוג המצברים:
  • עופרת-חומצה (Deep Cycle): זולים יחסית, אך דורשים תחזוקה ויש להם עומק פריקה מוגבל.
  • ליתיום (LiFePO4): יקרים יותר, אך קלים יותר, בעלי אורך חיים ארוך יותר ועומק פריקה גבוה יותר. מומלצים למערכות ניידות בשל משקלם וביצועיהם.

שלב 5: בחירת ממיר מתח (אינוורטר)

אם אתם מתכננים להשתמש במכשירים הפועלים על זרם חילופין (AC) (כמו שקעים ביתיים), תצטרכו ממיר מתח שימיר את הזרם הישר (DC) מהסוללות לזרם חילופין (AC).

• הספק הממיר: סכמו את ההספקים של כל המכשירים שאתם מתכננים להפעיל בו זמנית. בחרו ממיר מתח עם הספק גבוה מסכום זה, בתוספת מקדם בטיחות של 20-25%.
• סוג הממיר:
  • גל סינוס טהור (Pure Sine Wave): מומלץ עבור רוב המכשירים, במיוחד אלקטרוניקה רגישה.
  • גל סינוס משופץ (Modified Sine Wave): זול יותר, אך עלול לגרום לבעיות עם מכשירים מסוימים.

שלב 6: בחירת מערכת הרכבה ומערכת חיווט

• מערכת הרכבה: התאימו את מערכת ההרכבה לסוג הפאנלים ולמקום ההתקנה (גג קרוואן, שלדת נגרר, קרקע). ודאו שהיא יציבה ובטוחה.
• מערכת חיווט: השתמשו בכבלים בעלי עובי מתאים לזרמים ולמרחקים השונים כדי למנוע אובדן מתח והתחממות. השתמשו במחברים איכותיים ומאובטחים. אל תשכחו על אמצעי הגנה כמו נתיכים ומפסקי זרם מתאימים.

שלב 7: התקנה ובדיקה

ההתקנה צריכה להתבצע על ידי אדם בעל ידע בחשמל ובמערכות סולאריות. הקפידו על הוראות היצרנים של כל הרכיבים ועל כללי הבטיחות. לאחר ההתקנה, בצעו בדיקה יסודית של כל החיבורים וודאו שהמערכת פועלת כהלכה.

דוגמה לתכנון מערכת סולארית קטנה לקרוואן:

• צריכה יומית: תאורה (50W x 4h = 200Wh), מקרר קטן (60W x 8h = 480Wh), טעינת טלפונים (20W x 2h = 40Wh), משאבת מים (80W x 0.5h = 40Wh). סך הכל: 760Wh.
• שעות שמש אפקטיביות: 5 שעות.
• הספק פאנלים נדרש: (760Wh / 5h) x 1.2 = 182.4W. נבחר 2 פאנלים של 100W (סה"כ 200W).
• בקר טעינה: MPPT 20A (מתאים לזרם המקסימלי של הפאנלים).
• מצברים: 2 מצברי 100Ah 12V (סה"כ 2400Wh). עם DoD של 50%, מספקים 1200Wh שמישים, יותר מהצריכה היומית.
• ממיר מתח: גל סינוס טהור 1000W (מספיק להפעלת רוב המכשירים הקטנים).

סיכום:

תכנון מערכת סולארית קטנה דורש הבנה של צרכי האנרגיה, בחירה נכונה של רכיבים והתקנה זהירה. על ידי ביצוע השלבים המפורטים במדריך זה, תוכלו ליצור מערכת סולארית אמינה ויעילה שתספק לכם עצמאות אנרגטית בכל מקום שתהיו. אל תשכחו להתייעץ עם מומחים בתחום הסולארי במידת הצורך.