12V, 24V, 48V או HV – איך לבחור מתח מערכת סולארית?

מתח מערכת סולארית – איך לבחור נכון בין 12V, 24V, 48V או HV?

בחירה נכונה של מתח מערכת סולארית היא אחת ההחלטות החשובות ביותר בתכנון מערכת סולארית.
האם לעבוד ב-12V, ב-24V, ב-48V או במערכת HV? ההחלטה הזו משפיעה על הזרמים במערכת, על הפסדי האנרגיה בכבלים, על סוג המצברים והממירים, ועל היכולת להרחיב את המערכת בעתיד.

במערכות קטנות ניתן לעבוד במתח 12V או 24V, אך במערכות ביתיות ובמערכות אגירת אנרגיה מודרניות הסטנדרט הוא בדרך כלל 48V. במערכות גדולות יותר עוברים לעיתים למערכות HV – High Voltage.

להבנה רחבה יותר של מערכות סולאריות ניתן לקרוא גם את המדריך:

איך מפיקים אנרגיה סולארית – המדריך המלא
.

למה מתח מערכת סולארית חשוב כל כך?

כאשר בוחנים מתח מערכת סולארית, חשוב להבין שלא מדובר רק בשאלה טכנית אלא בהחלטה שמשפיעה על כל מבנה המערכת – מהפאנלים והבקרים ועד למצברים, הכבלים והממיר.

הקשר הבסיסי בין מתח, זרם והספק הוא הבסיס לתכנון מערכת סולארית.

P = V × I

כאשר:

• P – הספק בוואט
• V – מתח
• I – זרם

נניח שמערכת צורכת 3000W.

• במערכת 12V הזרם יהיה כ-250A
• במערכת 24V הזרם יהיה כ-125A
• במערכת 48V הזרם יהיה כ-62.5A

ככל שהזרם גבוה יותר כך גדלים:

• הפסדי האנרגיה בכבלים
• עובי הכבלים הדרוש
• התחממות הרכיבים
• העלות הכוללת של המערכת

הפסדי אנרגיה בכבלים – הסיבה המרכזית למעבר למתח גבוה

אחד הגורמים החשובים בתכנון מערכת סולארית הוא הפסדי האנרגיה בכבלים.
הפסד האנרגיה מחושב לפי:

Power Loss = I² × R

כלומר ההפסד גדל לפי ריבוע הזרם.

אם למשל הזרם במערכת יורד מ-100A ל-50A, ההפסד התאורטי בכבל לא קטן רק פי 2 – אלא בערך פי 4.
זו אחת הסיבות המרכזיות לכך שמערכות גדולות עוברות לעבוד במתח גבוה יותר.

אם אתם רוצים לחשב את התכנון הכולל של מערכת לפי צריכה ועומסים, אפשר להיעזר גם ב
מחשבון מערכת סולארית לפי צריכת חשמל
וגם ב
מחשבון כבל חשמל סולארי.

מערכת סולארית 12V

מערכות 12V הן הפשוטות ביותר ונפוצות בעיקר במערכות קטנות.

• קרוואנים
• קמפינג
• מערכות תאורה
• טעינת ציוד קטן
• מערכות ניסוי

יתרונות:

• פשטות
• ציוד זמין
• התאמה לצרכני 12V
• מתאים במיוחד למערכות קטנות וניידות

חסרונות:

• זרמים גבוהים מאוד בעומסים בינוניים
• כבלים עבים
• מגבלה על הספק המערכת
• פחות מתאים לממירים חזקים

לכן מערכות 12V מתאימות בעיקר כאשר מדובר בצרכנים קטנים יחסית או במערכות בהן הפשטות חשובה יותר מההתרחבות העתידית.

מערכת סולארית 24V

מערכות 24V הן פתרון ביניים למערכות בינוניות.

הן נפוצות למשל ב:

• מערכות השקיה
• משאבות מים קטנות
• מערכות שטח גדולות
• מערכות אוף גריד קטנות
• קרוואנים עם צריכה בינונית

בהשוואה ל-12V הזרם קטן פי שניים ולכן ההפסדים קטנים יותר.

מצד שני, ברגע שמגיעים להספקים של מספר קילוואטים, גם 24V מתחיל להיות מוגבל יחסית – במיוחד אם יש כבלים ארוכים או עומסים כבדים.

מערכת סולארית 48V – הסטנדרט למערכות ביתיות

מערכות 48V הן כיום הסטנדרט ברוב מערכות האגירה הביתיות ובמערכות אוף גריד רציניות.

היתרונות המרכזיים:

• זרמים נמוכים יותר
• יעילות גבוהה יותר
• יכולת הפעלת עומסים גדולים
• תמיכה רחבה בממירים היברידיים
• פתרון נכון יותר להתרחבות מערכת

רוב הממירים ההיברידיים הנפוצים עובדים עם מצברי ליתיום במתח זה.
ניתן לראות פתרונות לדוגמה בקטגוריית

מערכות אגירה ביתיות
.

אם אתם בודקים גם מצברים והתאמה בין טכנולוגיות שונות, כדאי לעיין גם ב:
מה ההבדל בין מצבר ג'ל לליתיום.

מערכות HV – מתח גבוה

במערכות אגירה מודרניות רבות משתמשים במערכות מתח גבוה.
במערכות אלה המצברים מחוברים בטור ומגיעים למתחים של:

• 150V
• 300V
• 500V

היתרונות:

• זרמים נמוכים מאוד
• יעילות גבוהה
• יכולת עבודה עם ממירים תלת פאזיים גדולים
• התאמה טובה למערכות ביתיות גדולות ולמערכות מסחריות

עם זאת, מערכות HV דורשות תכנון מדויק יותר, ציוד תואם, וסביבת התקנה מסודרת יותר.
לכן הן נפוצות בעיקר בפתרונות אגירה מתקדמים ולא במערכות פשוטות.

למידע נוסף על יסודות האנרגיה הסולארית אפשר לקרוא גם באתר:

Solar Energy Basics – U.S Department of Energy
.

טבלת השוואה מקצועית – 12V מול 24V מול 48V מול HV

דוגמה אמיתית – מערכת של 3kW

נניח שאתם מתכננים מערכת בה העומס הרציף יכול להגיע ל-3000W.

• ב-12V הזרם יהיה כ-250A
• ב-24V הזרם יהיה כ-125A
• ב-48V הזרם יהיה כ-62.5A

במצב כזה, מערכת 12V כבר פחות מעשית ברוב המקרים.
הכבלים עבים מאוד, המפסקים וההגנות צריכים להתמודד עם זרם גבוה מאוד, והפסדי האנרגיה גדלים.
לעומת זאת 48V הופך להיות הרבה יותר סביר, יעיל ונוח לעבודה.

דוגמה אמיתית – מערכת של 10kW

נניח שמדובר במערכת גדולה יותר – לדוגמה מערכת אגירה ביתית או מערכת מסחרית קטנה בה העומס מגיע ל-10000W.

• ב-12V הזרם יהיה כ-833A
• ב-24V הזרם יהיה כ-416A
• ב-48V הזרם יהיה כ-208A

במקרה כזה ברור לחלוטין ש-12V או 24V אינם פתרון מתאים.
גם 48V כבר דורש תכנון רציני מאוד, ובמקרים רבים מערכות כאלה יעברו למבנה HV כדי להקטין זרמים, להפחית הפסדים ולשפר את היעילות הכוללת.

מה הקשר בין MPPT לבין מתח מערכת סולארית?

כאשר מתכננים מתח מערכת סולארית, לא בוחרים רק את מתח המצברים – אלא גם את מתח ה-PV המגיע מהפאנלים.
כאן נכנס לתמונה בקר MPPT או ממיר עם MPPT מובנה.

MPPT יודע לקחת מתח גבוה יותר מהפאנלים ולהמיר אותו בצורה יעילה יותר למתח העבודה של המצברים או של המערכת.
לכן במקרים רבים הפאנלים עצמם עובדים במתח גבוה יחסית, גם אם המצברים הם 12V, 24V או 48V.

לדוגמה:

• מערכת מצברים 12V יכולה לקבל פאנל או מחרוזת במתח גבוה יותר דרך MPPT מתאים
• מערכת 48V תיהנה לעיתים קרובות מ-PV במתח גבוה יותר, כי זה מאפשר זרם נמוך יותר בצד הפאנלים
• במערכות HV, גם צד הסוללה וגם צד ה-PV עובדים במתחים גבוהים יותר

אם אתם רוצים לחשב כמה וואט פאנלים ניתן לחבר לבקר, אפשר להיעזר גם ב
מחשבון MPPT – כמה וואט פאנלים ניתן לחבר לבקר.

למה MPPT "אוהב" מתח PV גבוה יותר?

כאשר צד הפאנלים עובד במתח גבוה יותר, עבור אותו הספק הזרם קטן יותר.
זה עוזר ב-3 דברים חשובים:

• כבלים דקים יותר בין הפאנלים לבקר או לממיר
• פחות הפסדי מתח לאורך המרחק
• עבודה יעילה יותר של הבקר בטווח העבודה שלו

כמובן, חייבים תמיד לעבוד לפי מגבלות היצרן של הממיר או בקר ה-MPPT – במיוחד מבחינת מתח פתוח מקסימלי (Voc), זרם כניסה וטווח MPPT בפועל.

איך בוחרים מתח נכון למערכת סולארית?

הבחירה ב-מתח מערכת סולארית צריכה להתבסס על מספר גורמים:

• גודל המערכת המתוכנן
• צריכת החשמל בפועל
• אורך הכבלים
• סוג הממיר והמצברים
• אפשרות הרחבה עתידית

כלל אצבע פשוט:

• מערכות קטנות – 12V
• מערכות בינוניות – 24V
• מערכות ביתיות – 48V
• מערכות גדולות או מתקדמות – HV

טעות נפוצה בתכנון מערכות סולאריות

טעות נפוצה היא להתחיל מערכת במתח נמוך מדי ואז לנסות להגדיל אותה.

כאשר המערכת גדלה, הזרמים גדלים מאוד והמערכת הופכת פחות יעילה. במקרים רבים עדיף לתכנן מראש מערכת במתח גבוה יותר, גם אם הצריכה הראשונית קטנה.

למי שמתכנן מערכת חכמה או רחבה יותר, כדאי לעיין גם ב:
מדריך מלא לתכנון מערכת סולארית חכמה.

סיכום

בחירת מתח מערכת סולארית היא אחד השלבים החשובים ביותר בתכנון נכון של מערכת סולארית יעילה, בטוחה ונוחה להרחבה.

• מערכות קטנות – 12V
• מערכות בינוניות – 24V
• מערכות ביתיות – 48V
• מערכות גדולות – HV

ככל שהמערכת גדלה, כך היתרון של מתח גבוה יותר נהיה ברור יותר – פחות זרם, פחות הפסדים, פחות עומס על הכבלים ויותר יכולת להתרחב.

לכן, בחירת מתח מערכת סולארית צריכה להתבצע לפי גודל המערכת, סוג הצרכנים, מרחקי החיווט, סוג האגירה ותכנון ההתרחבות העתידית.

לתכנון נכון של מערכת ניתן לעיין גם במרכז המידע:

מערכות סולאריות – מרכז מידע
.

לייעוץ מקצועי:

08-9366011

052-6285821

[email protected]