Σχεδιασμός και Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων
Η σύγχρονη κοινωνία εξαρτάται από την ενέργεια για τις καθημερινές ανάγκες όπως βιομηχανία, θέρμανση, μεταφορά και γεωργία, που κυρίως καλύπτονται από μη ανανεώσιμες πηγές (άνθρακα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο). Ωστόσο, αυτές προκαλούν περιβαλλοντική βλάβη, είναι ανομοιογενώς διανεμημένες και αντιμετωπίζουν ταλαντώσεις τιμών λόγω περιορισμένων αποθεμάτων, που αυξάνουν τη ζήτηση για ανανεώσιμη ενέργεια.
Η ηλιακή ενέργεια, πλούσια και ικανή να καλύψει παγκόσμιες ανάγκες, ξεχωρίζει. Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα (Εικ. 1) προσφέρουν ενεργειακή ανεξαρτησία από τις επιχειρήσεις ενέργειας. Παρακάτω παρουσιάζεται μια επισκόπηση του σχεδιασμού, σχεδιασμού και εγκατάστασής τους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Προγραμματισμός Αυτόνομου Φωτοβολταϊκού Συστήματος
Αξιολόγηση και Έρευνα Τόπου:
Μείωση Σκιών: Να εξασφαλιστεί ότι ο τόπος εγκατάστασης (στέγη ή έδαφος) είναι ελεύθερος από κατασκευές που προκαλούν σκίαση και ότι μελλοντικές κατασκευές δεν θα εμποδίσουν την ηλιακή ακτινοβολία.
Επιφάνεια: Να καθοριστεί η επιφάνεια του τόπου για να εκτιμηθεί το πλήθος/το μέγεθος των φωτοβολταϊκών πλακών και να προγραμματιστεί η τοποθέτηση των αντιστροφέων, μετατροπέων και των ομάδων μπαταριών.
Στοιχεία Στέγης: Για κλιτές στέγες, να σημειωθεί ο γωνία κλίσης και να χρησιμοποιηθεί κατάλληλη εγκατάσταση για τον επίτευξη της μέγιστης ηλιακής εισπράξεως (επιθυμητά κάθετα στις πλάκες).
Προγραμματισμός Διαδρομών Καλωδίων: Να προγραμματιστούν οι διαδρομές των καλωδίων (που συνδέουν αντιστροφές, ομάδες μπαταριών, ελεγκτής φόρτισης και φωτοβολταϊκό σύστημα) για να μειωθεί η χρήση καλωδίων και η πτώση τάσης, εξισορροπώντας αποτελεσματικότητα και κόστος.
Αξιολόγηση Ηλιακών Πόρων:
Δεδομένα Ηλιακής Εισπράξεως: Μέτρηση ή απόκτηση (από μετεωρολογικά σταθμούς) της ηλιακής ενέργειας που λαμβάνεται, χρησιμοποιώντας είτε kilowatt-hours ανά τετραγωνικό μέτρο ανά ημέρα (kWh/m²/ημέρα) ή ημερήσιες Ώρες Παρούσιας Ήλιου (PSH, ώρες με μέση εισπρακτική δύναμη 1000 W/m²).
Βασικός Μετρικός: Χρήση PSH για απλοποιημένους υπολογισμούς (διακρίνοντας από "μέσες ώρες ήλιου," που αντικατοπτρίζουν τη διάρκεια παρά την ενέργεια). Ανάληψη της χαμηλότερης μηνιαίας μέσης ηλιακής εισπράξεως για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία του συστήματος κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής ηλιακής εισπράξεως.
Στοιχεία για Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά Συστήματα
1. Υπολογισμός Ζήτησης Ενέργειας
Το μέγεθος του συστήματος εξαρτάται από τη ζήτηση φορτίου, υπολογιζόμενη ως:
Ημερήσια ζήτηση ενέργειας (Wh) = Άθροισμα (ισχύς συσκευής σε watts × ημερήσιες ώρες λειτουργίας).
Χρήση της υψηλότερης ημερήσιας ζήτησης για την ισορροπία αξιοπιστίας και κόστους (εξασφαλίζει λειτουργία κατά την κορυφαία χρήση, αν και αυτό αυξάνει το κόστος του συστήματος).
2. Προσαρμογή Αντιστροφού και Ελεγκτή Φόρτισης
Αντιστρόφος: Πιστοποιημένο 25% υψηλότερο από το συνολικό φορτίο (για την λογική των απωλειών).
Παράδειγμα: Για φορτίο 2400W, απαιτείται αντιστρόφος 3000W (2400W × 1.25).
Ελεγκτής Φόρτισης: Ροή ρεύματος = 125% της ροής ρεύματος στον κατακόρυφο ρευστό ρεύματος των φωτοβολταϊκών πλακών (παράγοντας ασφάλειας).
Παράδειγμα: 4 πλάκες με 10A κατακόρυφη ροή ρεύματος απαιτούν ελεγκτή 50A (4×10A ×1.25).
Σημείωση: Οι MPPT ελεγκτές ακολουθούν τις προδιαγραφές του κατασκευαστή.
3. Ημερήσια Ενέργεια στον Αντιστρόφο
Λογαριασμός για την αποδοτικότητα του αντιστρόφου (π.χ., 90%):
4. Τάση Συστήματος
Καθορίζεται από την τάση της μπαταρίας (συνήθως 12V, 24V, κλπ.), με υψηλότερες τάσεις να μειώνουν την απώλεια καλωδίων. Παράδειγμα: 24V σύστημα.
5. Προσαρμογή Μπαταριών
Βασικά παράμετροι: βάθος απολήξεως (DOD), ημέρες αυτονομίας και τάση συστήματος.
Χρησιμοποιήσιμη ικανότητα = Ah μπαταρίας × DOD.
Απαιτούμενη ικανότητα φόρτισης = Ενέργεια από τη μπαταρία / τάση συστήματος.
Παράδειγμα: 3000Wh από τη μπαταρία σε 24V σύστημα → 125Ah απαιτούνται.
Για 12V, 100Ah μπαταρίες (70% DOD):
Άρα, συνολικά θα υπάρξουν τέσσερις μπαταρίες 12 V, 100 Ah. Δύο συνδεδεμένες σε σειρά και δύο σε παράλληλη. Επίσης, η απαιτούμενη ικανότητα των μπαταριών μπορεί να βρεθεί με την ακόλουθη τύπο.
Προσαρμογή του Φωτοβολταϊκού Πλέγματος
Συνολική ικανότητα του φωτοβολταϊκού πλέγματος (W): Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις χαμηλότερες ημερήσιες Ώρες Παρούσιας Ήλιου (ή Τεχνικό Παράγωγο Πλέγματος, PFG) και την ημερήσια ζήτηση ενέργειας:
Συνολικό W_peak = (Ημερήσια ζήτηση ενέργειας (Wh) / PFG) × 1.25 (παράγοντας κλίμακας για απώλειες).
Αριθμός μονάδων: Διαίρεση του συνολικού W_peak με την πιστοποιημένη ισχύ μιας μονάδας (π.χ., 160W).
Παράδειγμα: Για ημερήσια ζήτηση 3000Wh και PFG = 3.2, συνολικό W_peak = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Με 160W πλάκες, απαιτούνται 6 μονάδες (931 / 160 ≈ 5.8, στρογγυλοποιημένος προς τα πάνω).
Παράγοντες απώλειας (για προσαρμογή PFG): Συμπεριλαμβάνουν τη γωνία ηλιακής ακτινοβολίας (5%), μη μέγιστο σημείο ισχύος (10%, εξαιρετικά για MPPT), βρωμιά (5%), γήρανση (10%) και υψηλή θερμοκρασία (>25°C, 15%).
Προσαρμογή των Καλωδίων
Βασικά στοιχεία: Ικανότητα ροής ρεύματος, ελάχιστη πτώση τάσης (<2%), απώλειες αντίστασης, αντοχή στο κλίμα (άνευ νερού/UV).
Τύπος διατομής:
A = (ρ × I_m × L / VD) × 2
(ρ = αντίσταση, I_m = μέγιστη ροή ρεύματος, L = μήκος καλωδίου, VD = επιτρεπτή πτώση τάσης).
Ισορροπία: Να αποφεύγεται η υποδιάρθρωση (απώλεια ενέργειας/ατυχήματα) ή η υπερδιάρθρωση (αναποτελεσματικό κόστος). Χρήση κατάλληλων προστατικών και συνδετήρων.
