מערכת עקיבה – טרקרים 

השוק הפוטוולטאי מחובר הרשת בישראל נמצא כעת בעיצומו של מהפך. מאז החלה ההסדרה הראשונה בשנת 2008, הרוב המוחלט של ההספק המותקן היה בעיקר על מערכות קטנות המוצבות על גגות בתים פרטיים ומבנים מסחריים.

התהליך שהחל בשנה שעברה עם חיבורה לרשת המערכת הקרקעית הבינונית הראשונה בקטורה צפוי להמשיך ולגדול והשנה נתחיל לראות עוד ועוד מערכות קרקעיות קטנות, בינוניות ואולי אף גדולות מותקנות ומחוברות לרשת. במקביל לעליה בגודל המערכות המותקנות, אנחנו חווים ירידה עקבית בתעריף המכירה של החשמל. המגמה הזו צפויה להימשך ולהגיע למצב של Grid Parity במהלך השנתיים הקרובות.

קישור לכתבה מלאה בנושא מערכות עקיבה (טרקרים) במגזין תשתיות

כדי להתמודד עם ירידת התעריף ועדיין לשמור על כדאיות כלכלית, היזמים חייבים להעלות את נצילות המערכת עד כמה שאפשר. הפתרון הטבעי להגדלת הנצילות הוא השימוש במערכות עקיבה. מערכות אלו אמנם מייקרות את עלות הקנייה של המערכת, אבל תורמות לשיפור ניכר בתפוקת המערכת של עד 45% והן מחזירות את ההשקעה בזמן יחסית קצר. בעידן ה-Grid Parity, בו מחיר החשמל אינו תלוי מכסות ומוגבל ל-20 שנה, זמן פעולת המערכת מוגדר כ-30 ואפילו 50 שנים. במודל כזה, ברור לחלוטין שההשקעה הראשונית במערכת העקיבה היא זניחה לעומת התוספת בהכנסות המערכת במשך עשרות שנים.

יתרון גדול נוסף של מערכת סולארית עקיבה הוא שיפור גדול באמינות ההספקה של מערכות פוטוולטאיות. אחד הטענות נגד שילוב של מערכות פוטוולטאיות הוא שהתפוקה מהם לא קבועה ולאו דווקא מתאימה לצריכה. השימוש במערכת עקיבה גורם לתפוקה קבועה במשך כמעט כל שעות האור.

| תנועת השמש בשמיים

האנרגיה האצורה בקרינת השמש המגיעה אל הקרקע, משתנה במשך היום ובמשך השנה. הסיבה לשינוי היא השפעת האטמוספירה שמסביב לכדור הארץ על קרינת השמש. מולקולות הגזים הנמצאים באטמוספירה (אוזון, חנקן, חמצן, פחמן דו-חמצני וכו') משמשים כמסננת עבור אורכי גל מסוימים. ככל שהדרך של קרני האור באטמוספירה ארוכה יותר עד לקרקע, כך יותר אנרגיה אובדת כתוצאה מסינון זה. זו הסיבה לכך שהשמש נראית "צהובה" בצהרי היום כאשר היא הכי גבוהה בשמיים וקרני האור עושים את הדרך הכי קצרה לקרקע ואילו קרוב לשקיעה, היא נראית כמעט "כתומה", כאשר קרני האור עוברים דרך ארוכה פי שלושה. מאותה סיבה אנרגית קרני השמש נמוכה יותר בחורף, אז השמש נמוכה יותר בשמיים, מאשר בקיץ.

למרות כל זאת, למעט שעות הזריחה והשקיעה, ברוב שעות היממה וימות השנה האנרגיה המגיעה לקרקע די קבועה. לעומת זאת תפוקת מערכת פוטוולטאית משתנה באופן קיצוני במשך היום. הסיבה לכך מוסברת בצורה גיאומטרית פשוטה בתמונה 1. בגלל שקרני השמש אינם בדיוק מאונכים כלפי משטח הפאנל, השטח האפקטיבי של האור הפוגע בפאנל שווה לשטח הפאנל כפול קוסינוס הזווית. כתוצאה מכך, תפוקת מערכת פוטוולטאית סטטית יורדת בצורה מהירה לאחר צהרי היום ומתקבלת העקומה גיאוסיאנית המופיעה בתמונה 2.

המטרה של שימוש במערכות עקיבה היא לאפס את הפרש הזויות בין קרני השמש למשטח הפאנלים ול"רבע" (מלשון ריבוע) את העקומה.

סוגי מערכות עקיבה

את מערכות העקיבה ניתן לחלק לשלושה סוגים עיקריים לפי הציר על בסיסו המערכת עוקבת אחר השמש.

סוג א' – מערכת עקיבה חד צירית עונתית

במערכת זו, זוית ההטיה של הפאנל מן הקרקע (באנגלית inclination) משתנה במהלך השנה לפי גובה השמש בשמיים. בד"כ המערכות הללו אינן ממונעות והשינוי של הזוית נעשה באופן ידני. לכן, תדירות השינוי היא נמוכה ונעה בין פעמיים בשנה עד לפעם בחודש. השיפור המתקבל בתפוקת המערכת הוא עד כ- 6% בחישוב שנתי. מערכות אילו אינן פופולריות במיוחד בגלל השיפור הנמוך יחסית בתפוקה, והפעולה הידנית המסובכת יחסית הנדרשת.  כמו כן, המרחק הפיזי בין שורות הפאנלים מגביל מאד את טווח הזוויות שניתן להגיע אליהם.

סוג ב' – מערכת עקיבה חד צירית

במערכת זו הפאנלים מתכווננים לכיוון השמש במהלך היום ממזרח למערב, כאשר זווית ההטיה (inclination) שלהם נשארת קבועה. מערכות אלו בד"כ מונעות ע"י בוכנה המסובבת את הפאנלים על ציר במהלך היום כך שיעקבו אחר מיקום השמש. השיפור המתקבל בתפוקת המערכת הוא עד 25% בחישוב שנתי. מערכות עקיבה אלו הן הפופלריות ביותר בגלל השיפור הגבוה בביצועי המערכת והפשטות היחסית שלהן. ניתן להתקין מערכות חד ציריות גם על גבי גגות.

סוג ג' – מערכת עקיבה דו צירית

במערכת זו הפאנלים עוקבים אחר השמש במהלך היום ומשנים גם את זווית ההטיה (inclination) שלהם ואת האזימוט שלהם. משטח הפאנל תמיד נמא מאונך לקרני השמש. מערכות אלו בד"כ מונעות שני מנועים, בוכנה המשנה את זווית ההטיה ומנוע סבובי המשנה את האזימוט. השיפור המתקבל בתפוקת המערכת הוא עד 45% בחישוב שנתי. מערכות עקיבה יקרות ומסובכות יותר מהמערכות החד ציריות.

שיטות בקרה

בעולם קיימים שני סוגים של בקרים למערכות עקיבה. הבקרים הללו הם המוח של מערכת העקיבה וקובעים את כיוון הפאנלים בכל רגע ביום. הסוג הראשון הוא בקרים מבוססים על מידע גאוגרפי ואלגוריתמי מחשב. מערכות אלו פועלות בחוג פתוח, כלומר אינם זקוקים לכל מידע חיצוני מחישנים. עבור כל פרויקט, לאחר קבלת המידע הגיאוגרפי המדויק של הטרקר כולל הגופים המצלילים באזור, נכתב אלגוריתם מחשב הקובע את כיוון הפאנלים בכל רגע נתון ועל פיו פועלים מנועי המערכת.

החיסרון של בקרים אלו הוא שכל שינוי באתר, דורש תכנות מחדש של הבקר. בנוסף, אם הקרקע או עמוד הטרקר ישנו את מיקומם במשך הזמן, אפילו במעט, הביצועים של המערכת ייפגעו.

הסוג השני של הבקרים הוא בקרים המבוססים על חישני אור. מערכות אלו פועלות בחוג סגור, כלומר הנתונים מהחיישנים חוזרים אל הבקר וגורמים לשינוי בכיוון הפאנלים עד לקבלת תוצאה אופטימלית. החיסרון של מערכות אלו הוא שהם יותר מסובכים (עוד רכיבים).

בתחום של מערכות מרכזות, בו יש חשיבות עליונה לדיוק המערכת, כל הבקרים הם מבוססי חיישנים, אך בתחום המערכות הפוטוולטאיות הרגילות אין העדפה לסוג מסוים.

הטרקרים הכי גדולים בישראל

התקנת מערכות סולאריות על גבי מערכות עקיבה, מעלות את רמת הסיבוכיות של ההתקנה בסדרי גודל. אם עד היום, סף הכניסה לשוק הזה היה מאד נמוך וכל בעל מקצוע עם קצת יוזמה פתח חברת התקנות, בעידן מערכות העקיבה המצב הפוך לחלוטין. בתחום זה נדרשים יכולות וכלים הנדסיים בתכנון ובהתקנה. בגלל המחיר הגבוה של המערכות והחשיבות של ההתקנה הנכונה להגדלת אורך החיים של המערכת, אין ליזמים מקום לטעויות. כדי לתת מענה לביקוש הצפוי להתקנת מערכות קרקעיות ומערכות עקיבה, אורמש קיבלה החלטה אסטרטגית למנף את הניסיון הרב שלה בתכנון והתקנת מערכות על גבי גגות ולתפוס נתח נכבד גם משוק הציוד וה-EPC למערכות הקרקעיות.

לאחרונה, בשיתוף עם היזמית הסולארית סאן-עד (בבעלות יורם זמוש), שכרה אורמש שטחי קרקע וגג בקיבוץ עין צורים והקימה פרויקט בקיבוץ עין צורים הכולל בתוכו 44 קילוואט המותקנים קרקעית על גבי מערכות עקיבה דו ציריות. טרקרים אלו הם הגדולים ביותר עד היום שהותקנו בישראל. כדי למקסם את נצילות המערכת, הותקנו פאנלים מתוצרת חברת סולאר אנרטק, בעלי נצילות גבוהה במיוחד של 15.7%. כתוצאה מכך, על כל טרקר ניתן היה להתקין 11 קילוואט. המערכות הקרקעיות הותקנו בחצר מפעל ולכן כדי למנוע הצללות אפשריות הותקנו הטרקרים על גבי עמודים בגובה 8 מטר. ניתן לראות חלק מהפרויקט בשלבי הקמה שונים בתמונות.