Εκτύπωση αυτής της σελίδας
Τρίτη, 24 July 2018 21:42

Υπολογισμός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος.

Βαθμολογήστε αυτό το άρθρο
(10 ψήφοι)

solar panel 003

 

Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά (off-grid) είναι συστήματα ηλεκτροδότησης, που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

 

Τα αυτόνομα, διαφοροποιούνται από τα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά (grid-tied ή on grid) συστήματα στο ότι δεν απαιτείται διασύνδεση με το δημόσιο δίκτυο (πχ ΔΕΗ) για να λειτουργήσουν.

Συνήθως τα αυτόνομα συστήματα περιλαμβάνουν μπαταρίες (συσσωρευτές) και ονομάζονται αυτόνομα συστήματα με αποθήκευση.

Σε αυτά τα συστήματα και κατά την διάρκεια ανυπαρξίας της ηλιοφάνειας, το φορτίο τροφοδοτείται από τους συσσωρευτές.

Υπάρχουν και αυτόνομα συστήματα με απευθείας τροφοδότηση του φορτίου, χωρίς συσσωρευτές, τα οποία τροφοδοτούν μόνο όσο υπάρχει ηλιοφάνεια και ονομάζονται αυτόνομα συστήματα χωρίς αποθήκευση.

Ο υπολογισμός και η επιλογή των επιμέρους υποσυστημάτων ενός αυτόνομου συστήματος ηλεκτροδότησης είναι μια αναλυτική διαδικασία εκτίμησης των ενεργειακών αναγκών μας.

Τοποθετώντας σε έναν πίνακα, τα ηλεκτρικά φορτία και τις ώρες χρήσης τους ημερησίως, μπορεί κάποιος να υπολογίσει την απαιτούμενη ημερήσια ενέργεια (Ε).

Για παράδειγμα, ένα πλυντήριο ισχύος 2000Watts, το οποίο θα λειτουργήσει για 1 ώρα, θα καταναλώσει ηλεκτρική ενέργεια ίση με 2kWh.

{\displaystyle Eday=sum[Pi*Hi]} όπου {\displaystyle Pi} ή στιγμιαία ισχύς του i-οστού φορτίου, και {\displaystyle Hi} οι απαιτούμενες ώρες λειτουργίας ημερησίως.

Από την ημερήσια ενέργεια ({\displaystyle Eday}) υπολογίζουμε αρχικά την συνολική ισχύ και κατά συνέπεια τον αριθμό των φωτοβολταϊκών πλαισίων που θα χρησιμοποιηθούν.

Για παράδειγμα, αν απαιτούνται 10kWh για μια εξοχική κατοικία ημερησίως το καλοκαίρι, θα χρειαστούμε τουλάχιστον 10 πλαίσια των 250Watts, τα οποία θα αποδώσουν σε μία ηλιόλουστη μέρα τον Ιούλιο με Νότιο προσανατολισμό και κλίση περίπου 30 μοίρες, ενέργεια ίση με 10kWh.

{\displaystyle Ppv=[Eday*Pstc*m]/[Ehe*Lpv*Ltr]*[31]/[31-N]} , όπου

{\displaystyle Ppv}  : Ισχύς φωτοβολταϊκού (σε kWp)

{\displaystyle Eday}  : Ημερήσιες ανάγκες ενέργειας (σε kWh)

{\displaystyle Pstc}  : Ισχύς προσπίπτoυσας ακτινοβολίας σε κανονικές συνθήκες (1kW/sqm)

m  : Περιθώριο (συνήθως 1.2)

{\displaystyle Ehe}  : Ημερήσια προσπίπτουσα ακτινοβολία από τον ήλιο (για Αθήνα περίπου 3kWh/sqm/day το Δεκέμβριο και 7kWh/sqm/day τον Ιούνιο)

{\displaystyle Lpv}  : Απώλειες φωτοβολταϊκού (συνήθως 0.8)

{\displaystyle Ltr}  : Απώλειες μεταφοράς καλωδίων (συνήθως 0.9)

N  : Ημέρες αυτονομίας (συνήθως 2-4)

Ο αριθμός των ημερών αυτονομίας που απαιτούμε, μας υπαγορεύει τη χωρητικότητα της συστοιχίας των συσσωρευτών.

Έτσι, στο παραπάνω παράδειγμα, για 2 μέρες αυτονομία, θα πρέπει οι μπαταρίες να μπορούν να μας αποδώσουν χωρίς καθόλου βοήθεια από τον ήλιο, ενέργεια ίση με 20kWh.

Η τάση της συστοιχίας των συσσωρευτών, επιλέγεται ανάλογα με το μέγεθος του φωτοβολταϊκού. Έτσι αν έχουμε φωτοβολταϊκό έως 1kWp επιλέγουμε τάση 12Volts, από 1-4kWp επιλέγουμε 24Volts και από 4-5kWp και πάνω επιλέγουμε 48Volts.

Διαιρώντας την ενέργεια που θα πρέπει να έχει η μπαταρία με την τάση, βρίσκουμε την χωρητικότητα σε Ah της συστοιχίας.

Στο σημείο αυτό, υπενθυμίζεται ότι όταν έχουμε δυο μπαταρίες σε σειρά η χωρητικότητα παραμένει ίδια ενώ αθροίζεται η τάση (το αντίθετο συμβαίνει όταν παραλληλίζουμε δύο μπαταρίες).

Στο παράδειγμά μας λοιπόν θα επιλέξουμε 24Volts (ισχύς φωτοβολταϊκού 2.5kWp) και χωρητικότητα μπαταρίας τουλάχιστον 30kWh (=1250Ah στα 24V), δηλαδή 12 μπαταρίες των 2V με χωρητικότητα 1250Αh συνδεδεμένες εν σειρά.

{\displaystyle C=[(N+p)*m*Eday]/[Lo*Ltr*Ddis*V]} , όπου

C  : Χωρητικότητα συστοιχίας συσσωρευτών (σε Ah)

N  : Ημέρες αυτονομίας (συνήθως 2-4)

p  : Ποσοστό φορτίων που τροφοδοτούνται από τον συσσωρευτή (για παράδειγμα ένα φορτίο που δουλεύει μόνο νύχτα έχει p=1)

m  : Περιθώριο (συνήθως 1.2)

{\displaystyle Eday}  : Ημερήσιες ανάγκες ενέργειας (σε kWh)

{\displaystyle Lo}  : Απώλειες γήρανσης (συνήθως 0.8)

{\displaystyle Ltr}  : Απώλειες μεταφοράς καλωδίων (συνήθως 0.9)

{\displaystyle Ddis}  : Βάθος εκφόρτισης (από 0.4 έως 0.8 ανάλογα με τις μέρες αυτονομίας)

V  : Τάση συστοιχίας συσσωρευτών (σε Volts)

Η επιλογή της ισχύος των φωτοβολταϊκών πλαισίων και της τάσης των συσσωρευτών, μας ορίζει την επιλογή του ρυθμιστή φόρτισης.

Στο παράδειγμα που αναφέραμε, θα επιλέξουμε ένα ρυθμιστή φόρτισης στα 24Volts, που θα μπορεί να "σηκώσει" ισχύ 2.5kWp, από τα φωτοβολταϊκά.

Τέλος, επιλέγουμε τον αντιστροφέα (inverter), σύμφωνα με την μέγιστη στιγμιαία ισχύ, των φορτίων που λειτουργούν ταυτόχρονα.

Προφανώς, η τάση του αντιστροφέα (inverter), επιλέγεται σύμφωνα με την τάση των συσσωρευτών. Αν για παράδειγμα θέλουμε να λειτουργούν ταυτόχρονα 5 λάμπες των 10Watts, μία τηλεόραση των 200Watts, ένα ψυγείο των 200Watts και ένα πλυντήριο των 2300Watts θα επιλέξουμε ισχύ αντιστροφέα τουλάχιστον 3.000Watts.

Πάντα συνυπολογίζουμε, την μειωμένη απόδοση των αντιστροφέων αυξανόμενης της θερμοκρασίας περιβάλλοντος αλλά και τις αυξημένες απαιτήσεις των κινητήρων σε ρεύμα εκκίνηση.

Να σημειωθεί ότι, όλοι οι αντιστροφείς αυτόνομων φωτοβολταϊκών, έχουν τη δυνατότητα ρεύματος εκκίνησης τουλάχιστον δύο φορές περισσότερο από το ονομαστικό τους.

Τα αυτόνομα φωτοβολταικά συστήματα ηλεκτροδότησης, χρησιμοποιούνται σε κτίρια, που είναι απομακρυσμένη η σύνδεση με το δημόσιο δίκτυο και κατά συνέπεια κοστοβόρα ή αδύνατη, σε πλωτά σκάφη, εξοχικά, τροχόσπιτα κ.α.

Δεν είναι λίγοι οικισμοί στην Αφρικανική ήπειρο που τροφοδοτούνται πλήρως από αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Επίσης χρησιμοποιείται ως back-up λύση σε περιπτώσεις αυξημένης συχνότητας διακοπών ρεύματος κυρίως για επιχειρήσεις με ευαίσθητα προϊόντα (για παράδειγμα ένα κρεοπωλείο σε ένα τουριστικό νησί, για προστασία από ένα black-out).

Στην Ελλάδα, γίνεται χρήση κατα κόρον σε εξοχικά σπίτια που δεν έχουν ρεύμα. Τα τελευταία χρόνια η αύξηση του κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας αύξησε κατακόρυφα τη ζήτηση τέτοιων συστημάτων σε επιχειρήσεις κυρίως τουριστικές (απομακρυσμένα μικρά ξενοδοχεία, καντίνες κ.α.) αλλά και σε κύριες κατοικίες.

Η ραγδαία πτώση των τιμών των φωτοβολταϊκών πλαισίων τα τελευταία χρόνια και η αύξηση της ποιότητας των επιμέρους υλικών, έχει συμβάλλει στην αύξηση της αξιοπιστίας των εν λόγω συστημάτων σε λογικά κόστη. Πριν μερικές δεκαετίες η φήμη των αυτόνομων φωτοβολταϊκών ήταν αρκετά κακή κυρίως λόγω των συχνών βλαβών που παρουσίαζαν οι αντιστροφείς και λόγω της μειωμένης διάρκειας ζωής των συσσωρευτών. 'Ομως, οι τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις, έχουν λύσει και τα δύο παραπάνω προβλήματα, προσφέροντας τη δυνατότητα για ασφαλή, αξιόπιστα και ποιοτικά αυτόνομα συστήματα ηλεκτροδότησης.


Διαβάστηκε 2772 φορές