Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά

Υποσυστήματα Αυτόνομων Φωτοβολταϊκών

Ας δούμε ένα-ένα τα επιμέρους τμήματα του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος με μπαταρίες.

· Φωτοβολταϊκά πάνελ

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική, διαδικασία βασισμένη στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Πρωτίστως τροφοδοτούν τα φορτία του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος και η περίσσεια της παραγωγής τους κατά τις ώρες ηλιοφάνειας αποθηκεύεται στις μπαταρίες ώστε να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της νύχτας ή όταν έχει συννεφιά.

· Ρυθμιστής φόρτισης

Ο ρυθμιστής φόρτισης λαμβάνει την ενέργεια των φωτοβολταϊκών πάνελ και ρυθμίζει τη φόρτιση των μπαταριών. Προτιμούμε «έξυπνους» ρυθμιστές φόρτισης με MPPT αλγόριθμο που διαχειρίζονται βέλτιστα την ενέργεια των φωτοβολταϊκών πάνελ, καθώς απορροφούν ό,τι ενέργεια είναι δυνατόν να ληφθεί από τα φωτοβολταϊκά πάνελ στις εκάστοτε συνθήκες ηλιοφάνειας, ακόμα και σε συννεφιασμένο καιρό. Σε σχέση με τους παλιότερους PWM ρυθμιστές φόρτισης απορροφούν ως και 30% περισσότερη ενέργεια από τον ήλιο. Ταυτόχρονα με τον «έξυπνο» αλγόριθμο πολλαπλών σταδίων βελτιστοποιείται η φόρτιση των μπαταριών, συμβάλλοντας στην ορθή τους χρήση και τη μεγιστοποίηση της διάρκειας ζωής τους.

· Μπαταρίες

Οι μπαταρίες ή συσσωρευτές είναι το τμήμα που προσδίδει στο αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα αυτό για το οποίο προορίζεται, την ενεργειακή αυτονομία. Η ηλεκτρική ενέργεια αν δεν καταναλώνεται τη στιγμή που παράγεται, χάνεται. Στο αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα όταν τα φωτοβολταϊκά πάνελ παράγουν ενέργεια την οποία τα φορτία που τροφοδοτεί το σύστημα δεν χρειάζονται, αυτή η ενέργεια δεν πάει χαμένη αλλά αποθηκεύεται στις μπαταρίες. Όταν τα φωτοβολταϊκά πάνελ δεν παράγουν – νύχτα, συννεφιά – τα φορτία λαμβάνουν την ενέργεια από τις μπαταρίες.

· Αντιστροφέας

Ο αντιστροφέας (inverter) μετατρέπει το ρεύμα των μπαταριών και του συστήματος φωτοβολταϊκά πάνελ-ρυθμιστής φόρτισης από μορφή στην οποία δεν μπορεί να τροφοδοτήσει τα φορτία (συνεχές ρεύμα, DC) σε μορφή «χρήσιμη» υπό την οποία μπορούν να τροφοδοτηθούν οι συσκευές του σπιτιού ή της επιχείρησης (εναλλασσόμενο ρεύμα, AC).

· Μετατροπέας (προαιρετικά)

Εάν υπάρχουν συνεχή φορτία απαιτείται για την τροφοδοσία τους μετατροπέας (converter), που λειτουργεί ανεξάρτητα από τον αντιστροφέα που τροφοδοτεί τα εναλλασσόμενα φορτία. Αν τα φορτία που πρέπει να τροφοδοτηθούν είναι μόνο συνεχή – συνήθεις περιπτώσεις είναι φωτισμός, ηλεκτρονικές συσκευές, συστήματα  ασφαλείας και συναγερμού – δεν απαιτείται αντιστροφέας, αλλά μόνο μετατροπέας.

· Γεννήτρια υγρών καυσίμων (προαιρετικά)

Η γεννήτρια υγρών καυσίμων (ντίζελ ή βενζίνη) μπορεί να υπάρχει στο σύστημα για να χρησιμοποιηθεί για την επικουρική φόρτιση των μπαταριών σε έκτακτες συνθήκες παρατεταμένης συννεφιάς, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος να μείνουν οι μπαταρίες πλημμελώς φορτισμένες, ή και για να αναλάβει πλήρως την ηλεκτροδότηση του ακινήτου παρακάμπτοντας το αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα σε έκτακτες περιπτώσεις όπου για παράδειγμα χρειάζεται service ο inverter.

· Φορτιστής μπαταριών (προαιρετικά)

Ο φορτιστής μπαταριών χρειάζεται για την φόρτιση των μπαταριών από τη γεννήτρια υγρών καυσίμων στην περίπτωση που ο αντιστροφέας του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος δεν είναι ταυτόχρονα και φορτιστής μπαταριών.

· Ανεμογεννήτρια (προαιρετικά)

Σε περιοχές με τεκμηριωμένα υψηλό αιολικό δυναμικό όπως η Ανατολική Αττική, η Εύβοια και οι Κυκλάδες η ανεμογεννήτρια συμπληρώνει το αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα προσφέροντας επιπρόσθετη ενέργεια στο σύστημα και βοηθητική φόρτιση των μπαταριών, λειτουργώντας μάλιστα αντικατοπτρικά σε σχέση με τα φωτοβολταϊκά πάνελ – συνήθως φυσάει περισσότερο τη νύχτα…

· Σύστημα τηλεμετρίας (προαιρετικά)

Με το σύστημα τηλεμετρίας ο χρήστης και ο μηχανικός έχουν απομακρυσμένη εποπτεία όλων των μεγεθών του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος καθώς και τη δυνατότητα για αλλαγή ρυθμίσεων, αν χρειαστεί, μέσω laptop ή smartphone.

Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά Παραδείγματα

· Εξοχική κατοικία

 Η κατοικία προορίζεται για καλοκαιρινή κυρίως χρήση και η μελέτη ξεκινάει με την καταγραφή των ενεργειακών αναγκών της κατοικίας, τι συσκευές υπάρχουν και πόσες ώρες τη μέρα λειτουργούν το καλοκαίρι – καταγράφουμε ώρες λειτουργίας των φορτίων ημερησίως το καλοκαίρι.

1. Φωτοβολταϊκά πάνελ

Από τις ημερήσιες κιλοβατώρες ενέργειας που απαιτούνται προκύπτει ο αριθμός των φωτοβολταϊκών πάνελ που θα πρέπει να ικανοποιούν αυτή την κατανάλωση. Δύο μονοκρυσταλλικά για αυτόνομα φωτοβολταϊκά πάνελ των 310 Βατ παράγουν 3-4 κιλοβατώρες ημερησίως το καλοκαίρι, ενέργεια που καλύπτει την κατανάλωση των 2.590 Βατώρων. Η ημερήσια παραγωγή το χειμώνα είναι περίπου 3 φορές λιγότερη οπότε θα πρέπει να υπολογίζονται ώρες λειτουργίας των φορτίων 3 φορές λιγότερες.

2. Μπαταρία

Η χωρητικότητα της μπαταρίας προσδιορίζεται από τις ημέρες αυτονομίας που θέλουμε σε συννεφιασμένο καιρό στην χειρότερη περίπτωση από άποψη ηλιοφάνειας, το χειμώνα. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία για την Ελλάδα η επιλογή 2-3 ημερών αυτονομίας είναι μία λογική τιμή και με βάση αυτό το δεδομένο η χωρητικότητα της μπαταρίας σε ενέργεια υπολογίζεται χοντρικά να είναι τετραπλάσια της ημερήσιας παραγωγής των φωτοβολταϊκών πάνελ το χειμώνα. Η τάση του συστήματος των μπαταριών επιλέγεται με βάση την ισχύ των φωτοβολταϊκών πάνελ. Για ισχύ κάτω από 3 κιλοβάτ επιλέγουμε τάση μπαταριών 24 Βολτ. Ως εκ τούτου, χρειαζόμαστε μπαταρία 250 Αμπερώρια στα 24 Βολτ. Επειδή το σύστημα δεν προορίζεται για καθημερινή χρήση επιλέγουμε 2 12βολτες VRLA κλειστού τύπου μπαταρίες 250 Αμπερώρια βαθιάς εκφόρτισης με AGM τεχνολογία ή GEL ηλεκτρολύτη - προτιμούμε GEL ηλεκτρολύτη λόγω των περισσότερων κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης, 1.200 περίπου για βάθος εκφόρτισης 50%. Να σημειωθεί ότι κρίσιμο μέγεθος στις μπαταρίες για τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα

είναι το βάθος εκφόρτισης, το οποίο συνήθως επιλέγουμε στο 50%. Δε θέλουμε να εκφορτίζεται η μπαταρία καθημερινά περισσότερο απ’ το μισό γιατί μειώνεται η διάρκεια ζωής της. Οι χρήστες μπορούν φυσικά να επισκέπτονται το εξοχικό και το χειμώνα – πχ τα Σαββατοκύριακα -, οι μπαταρίες θα φορτίζονται εντός εβδομάδας και την επόμενη Παρασκευή το βράδυ θα είναι έτοιμες προς χρήση για την επίσκεψη του Σαββατοκύριακου.

1. Ρυθμιστής φόρτισης

Το μέγεθος του ρυθμιστή φόρτισης υπολογίζεται από την ισχύ των φωτοβολταϊκών πάνελ. Στη συγκεκριμένη περίπτωση απαιτείται ρυθμιστής φόρτισης MPPT 30 Αμπέρ στα 24 Βολτ που μπορεί να «χωρέσει» την ισχύ των 620 Βατ των φωτοβολταϊκών πάνελ.

2. Αντιστροφέας

Το μέγεθος του αντιστροφέα υπολογίζεται από το άθροισμα των ισχύων των συσκευών που θέλουμε να λειτουργούν ταυτόχρονα. Στη συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγουμε αντιστροφέα 1.200 VA, που μπορεί να στηρίξει «ωφέλιμα» 1.000 Βατ συνολικά.

Δείτε προσφορές αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα στο mp-energy.gr

· Μόνιμη κατοικία

Η μελέτη γίνεται ώστε να καλύπτεται η χειρότερη περίπτωση από άποψη ηλιοφάνειας, ο χειμώνας – καταγράφουμε ώρες λειτουργίας των φορτίων ημερησίως το χειμώνα.

1.  Φωτοβολταϊκά πάνελ

Από τις ημερήσιες κιλοβατώρες ενέργειας που απαιτούνται προκύπτει ο αριθμός των φωτοβολταϊκών πάνελ που θα πρέπει να ικανοποιούν αυτή την κατανάλωση. 18 μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πάνελ των 310 Βατ παράγουν 11-12 κιλοβατώρες ημερησίως το χειμώνα, ενέργεια που καλύπτει την κατανάλωση των 10.080 Βατώρων. Η ημερήσια παραγωγή το καλοκαίρι είναι τριπλάσια, οπότε μπορεί να στηριχτεί τριπλάσια κατανάλωση, τριπλάσιες ώρες λειτουργίας των φορτίων.

1. Μπαταρία

Λόγω του μεγέθους του φωτοβολταϊκού συστήματος επιλέγουμε τάση του συστήματος των μπαταριών στα 48 Βολτ. Για 2-3 μέρες αυτονομίας σε περίπτωση συννεφιάς η χωρητικότητα της μπαταρίας σε ενέργεια λαμβάνεται χοντρικά τετραπλάσια της ημερήσιας παραγωγής των φωτοβολταϊκών πάνελ το χειμώνα. Ως εκ τούτου, χρειαζόμαστε μπαταρία 1.000 τουλάχιστον Αμπερώρια στα 48 Βολτ. Επειδή το σύστημα προορίζεται για καθημερινή χρήση επιλέγουμε 24 2βολτες SOPzS ανοικτού τύπου μπαταρίες 1.380 Αμπερώρια C120 (ρυθμός εκφόρτισης σε 120 ώρες, σε λιγότερες ώρες δίνει λιγότερα Αμπερώρια) βαθιάς εκφόρτισης με υγρό ηλεκτρολύτη και 2.500 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης περίπου για βάθος εκφόρτισης 50%. Για ακόμα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μπορούμε να επιλέξουμε 2βολτες SOPzV μπαταρίες με GEL ηλεκτρολύτη που επιπροσθέτως δε χρειάζονται συντήρηση με συμπλήρωση απιονισμένου νερού και εγκατάσταση σε καλά αεριζόμενο χώρο, όπως οι SOPzS.

2. Ρυθμιστής φόρτισης

Το μέγεθος του ρυθμιστή φόρτισης υπολογίζεται από την ισχύ των φωτοβολταϊκών πάνελ. Στη συγκεκριμένη περίπτωση απαιτείται ρυθμιστής φόρτισης MPPT 100 Αμπέρ στα 48 Βολτ που μπορεί να «χωρέσει» την ισχύ των 5.580 Βατ των φωτοβολταϊκών πάνελ.

3. Αντιστροφέας

Το μέγεθος του αντιστροφέα υπολογίζεται από το άθροισμα των ισχύων των συσκευών που θέλουμε να τροφοδοτούνται ταυτόχρονα. Στη συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγουμε αντιστροφέα 10 kVA, που μπορεί να στηρίξει «ωφέλιμα» 8 κιλοβάτ συνολικά. Σε τέτοια μεγάλα συστήματα προτιμούμε αντιστροφέα ο οποίος να είναι ταυτόχρονα και φορτιστής μπαταριών, ώστε αν χρειαστεί να μπορούμε να συμπληρώσουμε τις μπαταρίες επικουρικά από γεννήτρια υγρών καυσίμων.

Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα με μπαταρίες παρέχει το αίσθημα της απόλυτης ελευθερίας και δεν είναι λίγες οι φορές που αρκετοί αποφασίζουν να «κόψουν» την υπάρχουσα σύνδεση και να εγκαταστήσουν αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα ξεχνώντας την πάγια διαδικασία του να λαμβάνεται κάθε τόσο το χαρτί του λογαριασμού του ρεύματος…Εκτός από την ενεργειακή ανεξαρτησία τέλος, λόγοι περιβαλλοντικής ευαισθησίας ωθούν αρκετούς να αυτονομηθούν ηλεκτρικά και να ζήσουν έναν διαφορετικό τρόπο ζωής, αυτάρκη και οικολογικό…

Άρθρο του κ. Μιχαήλ Νικ. Πέτσιου, Διδάκτορος ΕΜΠ
Διπλ. Ηλεκτρολόγου Μηχανικού ΕΜΠ
Γενικός Δ/ντής της MP-Energy

Μάθετε περισσότερα στο mp-energy.gr