טרקרים במערכות סולאריות

אבי בן תורה
מנהל שיווק ישראל / אבי בן תורה
01-07-2024

"הנוכחות של טרקרים במערכת סולארית היא לא חיונית לפעולת הפאנלים, אבל בלעדיה הביצועים יהיו מופחתים". (Sabry & Raichle, 2021).

כל מערכת סולארית מורכבת מכמה רכיבים מרכזיים – פאנלים שקולטים את אור השמש, ממיר שממיר את האנרגיה המיוצרת לחשמל וקונסטרוקציה שאוחזת את כל המבנה. 
ככל שהפאנלים במערכת חשופים יותר לקרינת השמש, כך תפוקתם תהיה גבוהה יותר בהתאם. זווית המפגש בין קרני השמש לפאנל הסולארי, המכונה "זווית השפל" (angle of incidence), היא זו שקובעת עד כמה הפאנל יוכל להמיר את האור לאנרגיה. ככל שהזווית צרה יותר, כך תופק אנרגיה גבוהה בהתאמה. זווית 0º, למשל, מבטאת מצב שבו השמש נמצאת בדיוק מעל הנקודה המסוימת . 

לא בכדי, כמו הקולטים של דודי השמש, גם פאנלים במערכות סולאריות מסחריות מותקנים בד"כ לכיוון דרום. בעקבות התקדמות הטכנולוגיה בתחום ישנן כיום מערכות סולאריות עם "טרקרים" (עוקבים), שבהן הפאנלים מוצבים על קונסטרוקציה שנעה בהתאם למסלול השמש. כלומר, עוקבים שעוזרים למזער את "זווית השפל", על ידי שינוי כיוון הפאנלים לאורך שעות היום ועונות השנה. 

איך זה עובד? 

רוב מערכות העקיבה פועלות על  שילוב של חומרה ותוכנה – הטרקר עצמו, אלגוריתם המעקב, יחידת הבקרה, מערכת המיקום, מנגנון ההנעה ואמצעי חישה (חיישנים). ישנם שני סוגי אלגוריתמים – אלגוריתם אסטרונומי שמבוסס על התנועה הצפויה של השמש מול כדור הארץ ואלגוריתם שמקבל נתונים מחיישנים בזמן אמת לגבי עוצמת האור. 

יחידת הבקרה מחשבת את הזוויות לפי האלגוריתמים הללו ומתפעלת את מערכת המיקום ומנגנון ההנעה. מערכת ההנעה, שיכולה להיות הידראולית או חשמלית, ממקמת את הפאנלים בזווית האופטימלית מול קרינת השמש .  

מערכת דו צירית וחד צירית

מערכות סולאריות מסחריות עוקבות שמש מסוגלות להגדיל את תפוקת ייצור האנרגיה באופן משמעותי ביחס למערכות עם זווית קבועה. הן קיימות כיום בשני סוגים עיקריים:

  • מערכת חד צירית שמשנה את ההטיה בציר אחד, בד"כ ממזרח למערב.
  • מערכת דו צירית (או ציר כפול) שיכולה לנוע גם בציר מזרח-מערב וגם בציר צפון-דרום. 
     

מערכות עם ציר בודד הן הנפוצות ביותר משום שהן מדגימות נתונים נאים במתח שבין עלות ההתקנה לשיפור ביעילות. מרביתן מבצעות מעקב אחר השמש בציר מזרח-מערב, אם כי יש גם שפועלות בציר דרום-צפון. 

מערכת עם ציר כפול שמסוגלת לנוע במקביל גם בציר מזרח-מערב וגם בציר דרום-צפון, מבצעת מעקב שמש ברמה מאד יסודית ומדויקת, אך עלות ההתקנה שלה היא בהתאם, ובשל המחיר הגבוה היא מתאימה בעיקר לפרויקטים גדולים. 

מה השיפור הצפוי בתפוקה? 

שוק העוקבים הסולאריים נמצא בתנופה. קצב הצמיחה השנתי המורכב שלו (CAGR) בין השנים 2023-2030 אמור לעמוד על כ-12.44%. בשנת 2030 השוק יהיה שווה לפי ההערכות כ-19.06 מיליארד דולרים (חד צירי ודו צירי). 

מערכות סולאריות עם טרקרים נפוצות בעיקר במערכות מסחריות גדולות. בראש ובראשונה בשל השיקול הכלכלי ועלות המערכת בשלב ההתקנה. ברוב המקרים הן יותקנו במיזמים שמיועדים לייצר לפחות 100-150 קילוואט, אם כי ישנם גם פתרונות למערכות בהיקף קטן יותר, 15-30 קילוואט, המבוססות על מתווה של דו-שימוש במגזר החקלאי. 

הבחירה במערכת סולארית עם טרקרים היא החלטה שמומלץ לקבל לפני ההתקנה כיוון שחיבור טרקרים למערכת קיימת ידרוש החלפה של הקונסטרוקציה על כל המשתמע מכך מבחינת עלויות, לוחות זמנים וכדומה.

טרקרים במערכות סולאריות

חשיבות "גודל השולחן" של המערכת

אחד המושגים החשובים במערכות סולאריות עם טרקרים הוא "גודל שולחן" (Table Size) שמבטא את מספר הפאנלים בשורה שמחוברים לאותו מנוע ונעים יחדיו. ככל שיותר פאנלים מחוברים למנוע יחיד, כך יש צורך גם במנועים כבדים ומאסיביים וגם בשטחים שמתאימים לפריסת הקונסטרוקציה. 

מערכות סטנדרטיות עובדות בד"כ על גודל שולחן של 80-100 פאנלים, אך קיימים פתרונות מתקדמים שמבוססים על מנועים קטנים שמזיזים רק 8-24 פאנלים בלבד. המנועים הקטנים שמפחיתים את "גודל השולחן" מקפלים בחובם מספר יתרונות משמעותיים. 

היתרון המרכזי שלהם הוא בגמישות בהתקנה. מנועים קטנים מאפשרים רמה גבוהה מאד של מודולריות וניצול מיטבי של השטח. לא כל מיזם סולארי הוא מלבני ומתאים להתקנה של שורות ארוכות של פאנלים. כך גם לעתים קרובות השטח לא מפולס ברמה הטופוגרפית ויש להתמודד עם שיפועים לאורכו ולרוחבו.  

ככל שניתן לחלק את המערכת למקטעים קטנים יותר ועדיין ליהנות מביצועים משופרים בזכות עקיבה מול השמש, התפוקה הסופית תהיה בהתאם. במידה שהמערכת מתוכננת להיות מותקנת על קרקע משופעת, החלוקה של שורות הפאנלים מאפשרת יישום גם בשיפועים משמעותיים (אפילו עד 30%). זאת מבלי להידרש ליותר מדי עבודות קרקע יקרות ומסובכות. 

מנועים קטנים הם גם מנועים קלים שנוח לתחזק מבלי להידרש לכלי עזר מורכבים או עבודת צוות (בניגוד למנועים מאסיביים וגדולים). משקלם הנמוך הופך אותם למתאימים להתקנה על קונסטורקציה גבוהה (למשל, בגובה של מספר מטרים מעל למטע או לפרדס), והרחבת היישומים בעולם של הדו-שימוש החקלאי (קראו כאן להרחבה על אגרי-PV).  

מהם החסרונות של מערכות העקיבה?

מערכות סולאריות עם טרקרים נדרשות להתמודד עם מספר חסרונות שכדאי להכיר. בראש ובראשונה מדובר כצפוי בעלות הגבוהה של ההתקנה ביחס למערכת סטנדרטית על קונסטרוקציה קבועה. בחישוב ה-ROI הצפוי (החזר ההשקעה) יש לקחת בחשבון לא רק את הגידול הצפוי בתפוקה, אלא גם את המשמעויות הכלכליות של ההתקנה והתחזוקה. 

בנושא התחזוקה, למרות השיפור הדרמטי שחל במערכות בשנים האחרונות, מדובר עדיין במערכת סולארית שיש לה יותר רכיבים וביניהם גם חלקים נעים. בניגוד למערכת סולארית עם קונסטורקציה קבועה שכמעט שאיננה דורשת תחזוקה כלל, מערכת סולארית עם טרקרים צריכה לעתים טיפולים תקופתיים או תיקונים אד-הוק. 

חיסרון נוסף הוא משקל המנוע והקונסטרוקציה. מערכות סולאריות עם טרקרים שמבוססות על גודל שולחן גדול פועלות בד"כ עם מנועים כבדים שלא ניתן להתקין על גגות והן יכולות להיות מיושמות רק ב"שדות סולאריים". 

במדינות שבהן יש מצוקת קרקעות וחוסר רצון "לבזבז" שטחים בתוליים על שדות סולאריים (כמו ישראל), מדובר בחיסרון משמעותי. עם זאת, כפי שכבר ציון קודם לכן, כאשר המערכות מגיעות עם מנועים קטנים וקלים, אפשר ליישם אותן גם בגובה ואפילו על גגות מסחריים, חממות, מעל גידולים חקלאיים פעילים, גגות בבנייה קלה ועוד. 

לסיכום,

מערכות סולאריות עם טרקרים יכולות להפיק יותר אנרגיה ממערכות סולאריות מסחריות עם קונסטרוקציה קבועה. בבחירה במערכת מסוג זה חשוב לקחת בחשבון את העלויות שכרוכות בהתקנה, אך גם את העובדה שמיזמים סולאריים נועדו לספק תשואה עשרות שנים קדימה. 

ברוב המקרים מדובר עדיין במערכות שמתאימות רק למיזמים סולאריים גדולים (100-150 קילוואט לפחות) או מקומות קטנים יותר במתווה של דו-שימוש במגזר החקלאי.