מהו ממיר סולארי?

בעוד העולם צועד קדימה במרדף אחר פתרונות אנרגיה בני קיימא ונקיים, אנרגיה סולארית צצה כמובילה במרוץ לעבר עתיד ירוק יותר. מערכות סולאריות פוטו-וולטאיות (PV), המנצלות את האנרגיה השופעת והמתחדשת של השמש, צברו פופולריות נרחבת, וסללו את הדרך לשינוי יוצא דופן באופן שבו אנו מייצרים חשמל. בלב כל מערכת סולארית פוטו-וולטאית נמצא רכיב מכריע המאפשר המרת אור שמש לאנרגיה שמישה:ממיר סולאריממירים סולאריים, המשמשים כגשר בין פאנלים סולאריים לרשת החשמל, ממלאים תפקיד חיוני בניצול יעיל של אנרגיה סולארית. הבנת עקרון הפעולה שלהם וחקר הסוגים השונים שלהם הם המפתח להבנת המכניקה המרתקת שמאחורי המרת אנרגיה סולארית. Hאיך עושה אSאולרIממירWאורק? ממיר סולארי הוא מכשיר אלקטרוני הממיר את זרם החשמל הישר (DC) המופק על ידי פאנלים סולאריים לזרם חילופין (AC) שניתן להשתמש בו כדי להפעיל מכשירי חשמל ביתיים ולהזין אותו לרשת החשמל. עקרון הפעולה של ממיר סולארי ניתן לחלק לשלושה שלבים עיקריים: המרה, בקרה ופלט. הֲמָרָה: ממיר הסולארי מקבל תחילה את חשמל DC המופק על ידי הפאנלים הסולאריים. חשמל DC זה הוא בדרך כלל בצורת מתח משתנה המשתנה עם עוצמת אור השמש. המשימה העיקרית של הממיר היא להמיר את מתח DC המשתנה הזה למתח AC יציב המתאים לצריכה. תהליך ההמרה כולל שני רכיבים עיקריים: סט של מתגי הספק אלקטרוניים (בדרך כלל טרנזיסטורים דו-קוטביים בעלי שער מבודד או IGBT) ושנאי תדר גבוה. המתגים אחראים על הדלקה וכיבוי מהירים של מתח הישר, ויוצרים אות פולס בתדר גבוה. לאחר מכן, השנאי מעלה את המתח לרמת מתח החילופין הרצויה. לִשְׁלוֹט: שלב הבקרה של ממיר סולארי מבטיח שתהליך ההמרה יפעל ביעילות ובבטחה. הוא כרוך בשימוש באלגוריתמי בקרה וחיישנים מתוחכמים כדי לנטר ולשלוט בפרמטרים שונים. כמה פונקציות בקרה חשובות כוללות: א. מעקב אחר נקודת הספק מקסימלית (MPPT): פאנלים סולאריים בעלי נקודת פעולה אופטימלית הנקראת נקודת הספק מקסימלית (MPP), שבה הם מייצרים את ההספק המקסימלי עבור עוצמת אור שמש נתונה. אלגוריתם ה-MPPT מתאים באופן רציף את נקודת הפעולה של הפאנלים הסולאריים כדי למקסם את תפוקת ההספק על ידי מעקב אחר ה-MPP. ב. ויסות מתח ותדר: מערכת הבקרה של הממיר שומרת על מתח ותדר יציאה AC יציבים, בדרך כלל בהתאם לתקני רשת החשמל. זה מבטיח תאימות עם מכשירים חשמליים אחרים ומאפשר אינטגרציה חלקה עם הרשת. ג. סנכרון רשת: ממירים סולאריים המחוברים לרשת מסנכרנים את הפאזה והתדר של פלט הזרם החילופין עם רשת החשמל. סנכרון זה מאפשר לממיר להזרים עודפי חשמל בחזרה לרשת או לשאוב חשמל מהרשת כאשר ייצור האנרגיה הסולארית אינו מספיק. תְפוּקָה: בשלב הסופי, ממיר האנרגיה הסולארי מספק את זרם החילופין המומר לעומסים החשמליים או לרשת החשמל. ניתן לנצל את הפלט בשתי דרכים: א. מערכות מחוברות לרשת החשמל או לרשת החשמל: במערכות המחוברות לרשת החשמל, ממיר האנרגיה הסולארי מזין את חשמל AC ישירות לרשת החשמל. זה מפחית את התלות בתחנות כוח מבוססות דלקים מאובנים ומאפשר מדידה נטו, שבה עודפי חשמל שנוצרו במהלך היום יכולים להיות מזוכים ושימוש בהם בתקופות של ייצור סולארי נמוך. ב. מערכות שאינן מחוברות לרשת החשמל: במערכות שאינן מחוברות לרשת החשמל, ממיר הסולארי טוען סוללת חשמל בנוסף לאספקת חשמל לעומסים החשמליים. הסוללות אוגרות אנרגיה סולארית עודפת, שניתן לנצל אותה בתקופות של ייצור סולארי נמוך או בלילה כאשר הפאנלים הסולאריים אינם מייצרים חשמל. מאפייני ממירים סולאריים: יְעִילוּת: ממירים סולאריים מתוכננים לפעול ביעילות גבוהה כדי למקסם את תפוקת האנרגיה של מערכת סולארית פוטו-וולטאית. יעילות גבוהה יותר מביאה לפחות אובדן אנרגיה במהלך תהליך ההמרה, מה שמבטיח ניצול יעיל של חלק גדול יותר מאנרגיית השמש. תפוקת כוח: ממירים סולאריים זמינים במגוון דירוגי הספק, החל ממערכות מגורים קטנות ועד להתקנות מסחריות בקנה מידה גדול. יש להתאים את תפוקת ההספק של הממיר לקיבולת של הפאנלים הסולאריים כדי להשיג ביצועים אופטימליים. עמידות ואמינות: ממירים סולאריים חשופים לתנאי סביבה משתנים, כולל תנודות טמפרטורה, לחות וקפיצות חשמל אפשריות. לכן, ממירים צריכים להיות בנויים מחומרים חזקים ולתכנן אותם לעמוד בתנאים אלה, תוך הבטחת אמינות לטווח ארוך. ניטור ותקשורת: ממירים סולאריים מודרניים רבים מצוידים במערכות ניטור המאפשרות למשתמשים לעקוב אחר ביצועי מערכת הפוטו-וולטאית הסולארית שלהם. חלק מהממירים יכולים גם לתקשר עם התקנים חיצוניים ופלטפורמות תוכנה, לספק נתונים בזמן אמת ולאפשר ניטור ובקרה מרחוק. תכונות בטיחות: ממירים סולאריים משלבים מגוון מאפייני בטיחות כדי להגן הן על המערכת והן על האנשים העובדים איתה. מאפיינים אלה כוללים הגנה מפני מתח יתר, הגנה מפני זרם יתר, גילוי תקלות הארקה והגנה מפני אי-התנגשות, המונעת מהממיר להזין חשמל לרשת במהלך הפסקות חשמל. סיווג ממיר סולארי לפי דירוג הספק ממירי PV, הידועים גם כממירי סולאריים, ניתנים לסווג לסוגים שונים בהתבסס על עיצובם, פונקציונליותם ויישומם. הבנת סיווגים אלה יכולה לסייע בבחירת הממיר המתאים ביותר למערכת סולארית PV ספציפית. להלן הסוגים העיקריים של ממירי PV המסווגים לפי רמת הספק: ממיר לפי רמת הספק: מחולק בעיקר לממיר מבוזר (ממיר מחרוזת וממיר מיקרו), ממיר מרכזי היפוך מחרוזתרים: ממירי מתח הם הסוג הנפוץ ביותר של ממירי PV במתקנים סולאריים למגורים ולמסחר, הם נועדו להתמודד עם מספר פאנלים סולאריים המחוברים בטור, ויוצרים "מחרוזת". מחרוזת PV (1-5 קילוואט) הפכה לממיר הפופולרי ביותר בשוק הבינלאומי כיום, הודות לממיר עם מעקב אחר שיא הספק מרבי בצד הזרם הישר וחיבור לרשת מקבילה בצד הזרם החילופין. חשמל הישר (DC) המופק על ידי פאנלים סולאריים מוזן לתוך ממיר המחרוזת, אשר ממיר אותו לחשמל AC לשימוש מיידי או לייצוא לרשת. ממירי מחרוזת ידועים בפשטותם, יעילותם כלכלית וקלות ההתקנה שלהם. עם זאת, ביצועי המחרוזת כולה תלויים בפאנל בעל הביצועים הנמוכים ביותר, דבר שיכול להשפיע על יעילות המערכת הכוללת. מיקרו-ממירים: מיקרו-ממירים הם ממירים קטנים המותקנים על כל פאנל סולארי בנפרד במערכת פוטו-וולטאית. בניגוד לממירי רשת, מיקרו-ממירים ממירים את זרם החשמל הישר (DC) לזרם חילופין (AC) ממש ברמת הפאנל. עיצוב זה מאפשר לכל פאנל לפעול באופן עצמאי, ובכך מייעל את תפוקת האנרגיה הכוללת של המערכת. מיקרו-ממירים מציעים מספר יתרונות, כולל מעקב אחר נקודת הספק מקסימלית (MPPT) ברמת הפאנל, ביצועי מערכת משופרים בפאנלים מוצלים או לא תואמים, בטיחות מוגברת עקב מתחי DC נמוכים יותר וניטור מפורט של ביצועי פאנלים בודדים. עם זאת, העלות הראשונית הגבוהה יותר והמורכבות הפוטנציאלית של ההתקנה הם גורמים שיש לקחת בחשבון. ממירים מרכזיים: ממירים מרכזיים, הידועים גם כממירים גדולים או ממירים בקנה מידה גדול (מעל 10 קילוואט), משמשים בדרך כלל במתקנים סולאריים פוטו-וולטאיים בקנה מידה גדול, כגון חוות סולאריות או פרויקטים סולאריים מסחריים. ממירים אלה נועדו להתמודד עם כניסות חשמל DC גבוהות משרשראות או מערכים מרובים של פאנלים סולאריים ולהמיר אותם לחשמל AC לחיבור לרשת. התכונה הבולטת ביותר היא ההספק הגבוה והעלות הנמוכה של המערכת, אך מכיוון שמתח המוצא והזרם של שרשראות פוטו-וולטאיות שונות לרוב אינם תואמים במדויק (במיוחד כאשר שרשראות ה-PV מוצלות חלקית עקב עכירות, צל, כתמים וכו'), השימוש בממיר מרכזי יוביל ליעילות נמוכה יותר של תהליך ההיפוך ולצריכת אנרגיה חשמלית ביתית נמוכה יותר. לממירים מרכזיים יש בדרך כלל קיבולת הספק גבוהה יותר בהשוואה לסוגים אחרים, החל מכמה קילוואט ועד כמה מגהוואט. הם מותקנים במיקום מרכזי או בתחנת ממיר, ומספר מחרוזות או מערכים של פאנלים סולאריים מחוברים אליהם במקביל. מה עושה ממיר סולארי? ממירים פוטו-וולטאיים משרתים מספר פונקציות, כולל המרת זרם חילופין (AC), אופטימיזציה של ביצועי תאים סולאריים והגנה על המערכת. פונקציות אלו כוללות הפעלה וכיבוי אוטומטיים, בקרת מעקב אחר הספק מקסימלי, מניעת אי-התנגשות (אי-אי) (עבור מערכות המחוברות לרשת), כוונון מתח אוטומטי (עבור מערכות המחוברות לרשת), גילוי זרם ישר (DC) (עבור מערכות המחוברות לרשת) וגילוי זרם ישר לאדמה (DC) (עבור מערכות המחוברות לרשת). בואו נסקור בקצרה את פונקציית ההפעלה והכיבוי האוטומטיים ואת פונקציית בקרת מעקב אחר הספק מקסימלי. 1) הפעלה אוטומטית ופונקציית כיבוי לאחר הזריחה בבוקר, עוצמת קרינת השמש עולה בהדרגה, ותפוקת התאים הסולאריים עולה בהתאם. כאשר מגיעים להספק המוצא הנדרש על ידי הממיר, הממיר מתחיל לפעול באופן אוטומטי. לאחר כניסתם למצב פעולה, הממיר יעקוב אחר תפוקת רכיבי התא הסולארי כל הזמן, כל עוד הספק המוצא של רכיבי התא הסולארי גדול מהספק המוצא הנדרש על ידי הממיר, הממיר ימשיך לפעול; עד שהשקיעה תפסיק, גם אם יורד גשם, הממיר גם יעבוד. כאשר תפוקת מודול התא הסולארי קטנה ותפוקת הממיר קרובה ל-0, הממיר ייכנס למצב המתנה. 2) פונקציית בקרת מעקב אחר הספק מרבי תפוקת מודול התא הסולארי משתנה בהתאם לעוצמת קרינת השמש ולטמפרטורת מודול התא הסולארי עצמו (טמפרטורת השבב). בנוסף, מכיוון שלמודול התא הסולארי יש את המאפיין שהמתח יורד עם עליית הזרם, כך שיש נקודת פעולה אופטימלית שיכולה להשיג את ההספק המרבי. עוצמת קרינת השמש משתנה, ברור שגם נקודת העבודה הטובה ביותר משתנה. יחסית לשינויים אלה, נקודת הפעולה של מודול התא הסולארי היא תמיד בנקודת ההספק המרבית, והמערכת תמיד מקבלת את תפוקת ההספק המרבית ממודול התא הסולארי. סוג זה של בקרה הוא בקרת מעקב אחר ההספק המרבי. התכונה הגדולה ביותר של הממיר המשמש במערכת ייצור חשמל סולארית היא פונקציית מעקב אחר נקודות הספק מרביות (MPPT). האינדיקטורים הטכניים העיקריים של ממיר פוטו-וולטאי 1. יציבות מתח המוצא במערכת פוטו-וולטאית, האנרגיה החשמלית הנוצרת על ידי התא הסולארי נאגרת תחילה על ידי הסוללה, ולאחר מכן מומרת לזרם חילופין של 220 וולט או 380 וולט דרך הממיר. עם זאת, הסוללה מושפעת מהטעינה והפריקה שלה, ומתח המוצא שלה משתנה בטווח רחב. לדוגמה, לסוללה נומינלית של 12 וולט יש ערך מתח שיכול לנוע בין 10.8 ל-14.4 וולט (מעבר לטווח זה עלול לגרום נזק לסוללה). עבור ממיר מוסמך, כאשר מתח מסוף הכניסה משתנה בטווח זה, השינוי במתח המוצא במצב יציב שלו לא אמור לעלות על Plusmn; 5% מהערך המדורג. יחד עם זאת, כאשר העומס משתנה פתאום, סטיית מתח המוצא שלו לא אמורה לעלות על ±10% מהערך המדורג. 2. עיוות צורת גל של מתח המוצא עבור ממירים של גל סינוס, יש לציין את עיוות צורת הגל המרבי המותר (או תוכן ההרמוני). זה מבוטא בדרך כלל על ידי עיוות צורת הגל הכולל של מתח המוצא, וערכה לא יעלה על 5% (10% מותר עבור פלט חד פאזי). מכיוון שזרם הרמוני מסדר גבוה המופק על ידי הממיר יגרום להפסדים נוספים כגון זרמי מערבולת על העומס האינדוקטיבי, אם עיוות צורת הגל של הממיר גדול מדי, הוא יגרום לחימום חמור של רכיבי העומס, דבר שאינו תורם לבטיחות הציוד החשמלי ומשפיע קשות על יעילות התפעול של המערכת. 3. תדר פלט מדורג עבור עומסים הכוללים מנועים, כגון מכונות כביסה, מקררים וכו', מכיוון שנקודת הפעולה האופטימלית של התדר של המנועים היא 50 הרץ, תדרים גבוהים מדי או נמוכים מדי יגרמו לציוד להתחמם, מה שמפחית את יעילות הפעולה ואת חיי השירות של המערכת, כך שתדר המוצא של הממיר צריך להיות ערך יציב יחסית, בדרך כלל תדר הספק 50 הרץ, וסטייתו צריכה להיות בטווח של Plusmn;l% בתנאי עבודה רגילים. 4. גורם הספק עומס אפיין את יכולתו של הממיר עם עומס אינדוקטיבי או עומס קיבולי. מקדם ההספק של ממיר גל סינוס הוא 0.7~0.9, והערך המדורג הוא 0.9. במקרה של הספק עומס מסוים, אם מקדם ההספק של הממיר נמוך, הקיבולת של הממיר הנדרש תגדל. מצד אחד, העלות תגדל, ובמקביל, ההספק הנראה לעין של מעגל זרם החילופין של המערכת הפוטו-וולטאית תגדל. ככל שהזרם גדל, ההפסד יגדל בהכרח, וגם יעילות המערכת תפחת. 5. יעילות ממיר יעילות הממיר מתייחסת ליחס בין הספק המוצא שלו להספק הקלט בתנאי עבודה מוגדרים, מבוטא באחוזים. באופן כללי, היעילות הנומינלית של ממיר פוטו-וולטאי מתייחסת לעומס התנגדות טהור. בתנאי יעילות עומס של 80%. מכיוון שהעלות הכוללת של מערכת פוטו-וולטאית גבוהה, יש למקסם את יעילות הממיר הפוטו-וולטאית כדי להפחית את עלות המערכת ולשפר את ביצועי העלות של המערכת הפוטו-וולטאית. כיום, היעילות הנומינלית של ממירים מרכזיים היא בין 80% ל-95%, והיעילות של ממירים בעלי הספק נמוך נדרשת להיות לא פחות מ-85%. בתהליך התכנון בפועל של מערכת פוטו-וולטאית, יש לבחור לא רק ממיר בעל יעילות גבוהה, אלא גם להשתמש בתצורה סבירה של המערכת כדי לגרום לעומס של המערכת הפוטו-וולטאית לעבוד קרוב לנקודת היעילות הטובה ביותר ככל האפשר. 6. זרם יציאה מדורג (או קיבולת יציאה מדורג) מציין את זרם המוצא המדורג של הממיר בטווח מקדם הספק העומס שצוין. חלק ממוצרי הממיר מציגים את קיבולת המוצא המדורגת, ויחידתה מתבטאת ב-VA או kVA. הקיבולת המדורגת של הממיר היא מכפלת מתח המוצא המדורג וזרם המוצא המדורג כאשר מקדם הספק המוצא הוא 1 (כלומר, עומס התנגדותי טהור). 7. אמצעי הגנה ממיר בעל ביצועים מצוינים צריך להיות בעל פונקציות או אמצעי הגנה מלאים להתמודדות עם מצבים חריגים שונים המתרחשים במהלך השימוש בפועל, על מנת להגן על הממיר עצמו ועל רכיבים אחרים במערכת מפני נזק. 1) הזן את חשבון ביטוח תת-מתח: כאשר מתח מסוף הקלט נמוך מ-85% מהמתח המדורג, על הממיר להיות מצויד בהגנה ותצוגה. 2) מגן מתח יתר בכניסה: כאשר מתח מסוף הקלט גבוה מ-130% מהמתח המדורג, על הממיר להיות מצויד בהגנה ובתצוגה. 3) הגנה מפני זרם יתר: הגנת זרם יתר של הממיר צריכה להיות מסוגלת להבטיח פעולה בזמן כאשר העומס קצר או שהזרם עולה על הערך המותר, כדי למנוע נזק מזרם הנחשול. כאשר זרם העבודה עולה על 150% מהערך המדורג, הממיר צריך להיות מסוגל להגן באופן אוטומטי. 4) הגנה מפני קצר חשמלי בפלט זמן הפעולה של הגנה מפני קצר חשמלי של הממיר לא יעלה על 0.5 שניות. 5) הגנה מפני קוטביות הפוכה בקלט: כאשר הקטבים החיוביים והשליליים של מסוף הקלט מתהפכים, לממיר צריכה להיות פונקציית הגנה ותצוגה. 6) הגנה מפני ברקים: על הממיר להיות מוגן מפני ברקים. 7) הגנה מפני טמפרטורה גבוהה וכו'. בנוסף, עבור ממירים ללא אמצעי ייצוב מתח, על הממיר להיות מצויד גם באמצעי הגנה מפני מתח יתר ביציאה כדי להגן על העומס מפני נזקי מתח יתר. 8. מאפייני התחלה לאפיין את יכולתו של הממיר להתניע תחת עומס ואת הביצועים שלו במהלך פעולה דינמית. על הממיר להבטיח התנעה אמינה תחת עומס נקוב. 9. רעש רכיבים כגון שנאים, סלילי מסנן, מתגים אלקטרומגנטיים ומאווררים בציוד אלקטרוניקה ייצרו רעש. כאשר הממיר פועל כרגיל, הרעש שלו לא יעלה על 80dB, והרעש של ממיר קטן לא יעלה על 65dB. מיומנויות בחירה של ממירים סולאריים