Μια αυτόνομη φωτοβολταϊκή σύστημα είναι ένα σύστημα που χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά (PV) μόντουλ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το ήλιο και δεν εξαρτάται από το δίκτυο ηλεκτροδότησης ή οποιαδήποτε άλλη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Μια αυτόνομη φωτοβολταϊκή σύστημα μπορεί να παρέχει ενέργεια για διάφορες εφαρμογές, όπως φωτισμό, ανύψωση νερού, αερισμό, επικοινωνία και ψυχαγωγία, σε απομακρυσμένες ή μη συνδεδεμένες σε δίκτυο τοποθεσίες όπου η ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου είναι μη διαθέσιμη ή αναξιόπιστη.

Μια αυτόνομη φωτοβολταϊκή σύστημα συνήθως αποτελείται από τέσσερα βασικά συστατικά μέρη:

• Φωτοβολταϊκά μόντουλ ή πλήθη που μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια σε άμεση ηλεκτρική τάση (DC).

• Έναν ρυθμιστή φόρτισης ή έναν εντοπιστή μέγιστου σημείου ισχύος (MPPT) που ρυθμίζει την τάση και την ένταση από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ προς τη μπαταρία και το φορτίο.

• Μια μπαταρία ή ένα σύνολο μπαταριών που αποθηκεύει την υπερβολική ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά μόντουλ κατά τη διάρκεια της ημέρας και την παρέχει στο φορτίο όταν χρειάζεται, ειδικά τη νύχτα ή κατά τη διάρκεια συννεφιάς.

• Έναν αντιστροφέα που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε άμεση ηλεκτρική τάση (DC) από τη μπαταρία ή τα φωτοβολταϊκά μόντουλ σε εναλλακτική ηλεκτρική τάση (AC) για φορτία AC.

Εξαρτώμενο από τον τύπο και το μέγεθος του φορτίου, μια αυτόνομη φωτοβολταϊκή σύστημα μπορεί να ρυθμιστεί με διαφορετικούς τρόπους. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τέσσερα κοινά τύπους αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.

Αυτόνομο Φωτοβολταϊκό Σύστημα με Μόνο DC Φορτίο

Αυτό είναι ο πιο απλός τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, καθώς απαιτεί μόνο δύο βασικά συστατικά μέρη: ένα φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος και ένα DC φορτίο. Το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος είναι άμεσα συνδεδεμένο με το DC φορτίο, όπως ένας ανεμιστήρας, ένας πάμπ, ή ένα φως, χωρίς κανένα ενδιάμεσο συστατικό. Αυτό το σύστημα μπορεί να λειτουργήσει μόνο κατά τη διάρκεια των ωρών της ημέρας όταν υπάρχει αρκετό φως του ήλιου για την ενέργεια του φορτίου.

Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι η χαμηλή του κόστος και απλότητα, καθώς δεν χρειάζεται μπαταρία, ρυθμιστής φόρτισης ή αντιστροφέας. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι η περιορισμένη εφαρμογή και απόδοση, καθώς δεν μπορεί να παρέχει ενέργεια τη νύχτα ή κατά τη διάρκεια χαμηλής έντασης φωτός. Επιπλέον, η εξόδος τάσης και έντασης από το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος μεταβάλλεται ανάλογα με την ένταση και τη γωνία του φωτός του ήλιου, το οποίο μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του φορτίου.

Αυτόνομο Φωτοβολταϊκό Σύστημα με DC Φορτίο και Ηλεκτρονικό Ελεγκτικό Κύκλωμα

Αυτός ο τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος βελτιώνει το προηγούμενο προσθέτοντας ένα ηλεκτρονικό ελεγκτικό κύκλωμα μεταξύ του φωτοβολταϊκού μόντουλ ή πλήθους και του DC φορτίου. Το ηλεκτρονικό ελεγκτικό κύκλωμα μπορεί να είναι είτε ένας ρυθμιστής φόρτισης είτε ένας MPPT. Ο ρυθμιστής φόρτισης ρυθμίζει την τάση και την ένταση από το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος για να προλάβει την υπερφόρτιση ή την υποφόρτιση της μπαταρίας (αν υπάρχει) και για να προστατεύσει το φορτίο από τις διακυμάνσεις τάσης. Ο MPPT βελτιώνει την ισχύ παραγωγής από το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος παρακολουθώντας το μέγιστο σημείο ισχύος υπό διαφορετικές συνθήκες φωτός του ήλιου.

Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι ενισχύει την αξιοποίηση και απόδοση του φωτοβολταϊκού μόντουλ ή πλήθους και επεκτείνει τη διάρκεια ζωής του. Επίσης, βελτιώνει την απόδοση και την αξιοπιστία του φορτίου παρέχοντας σταθερή τάση και ένταση. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι αυξάνει το κόστος και την πολυπλοκότητα του συστήματος, καθώς απαιτεί ένα επιπλέον συστατικό και σύνδεση. Επιπλέον, αυτό το σύστημα δεν μπορεί να παρέχει ενέργεια τη νύχτα ή κατά τη διάρκεια χαμηλής έντασης φωτός χωρίς μπαταρία.

Αυτόνομο Φωτοβολταϊκό Σύστημα με DC Φορτίο, Ηλεκτρονικό Ελεγκτικό Κύκλωμα και Μπαταρία

Αυτός ο τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος προσθέτει μια μπαταρία ή ένα σύνολο μπαταριών στο προηγούμενο για να επιτρέψει την παροχή ενέργειας τη νύχτα ή κατά τη διάρκεια χαμηλής έντασης φωτός. Η μπαταρία αποθηκεύει την υπερβολική ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος κατά τη διάρκεια της ημέρας και την παρέχει στο φορτίο όταν χρειάζεται. Το ηλεκτρονικό ελεγκτικό κύκλωμα ρυθμίζει τη φόρτιση και την απόφορτιση της μπαταρίας και την προστατεύει από την υπερφόρτιση ή την υποφόρτιση.

Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι μπορεί να παρέχει συνεχή και αξιόπιστη ενέργεια για εφαρμογές και της ημέρας και της νύχτας. Μπορεί επίσης να αντιμετωπίσει μεταβλητά φορτία και κορυφαίες απαιτήσεις χρησιμοποιώντας διαφορετικά μεγέθη και τύπους μπαταριών. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι αυξάνει περαιτέρω το κόστος και την πολυπλοκότητα του συστήματος, καθώς απαιτεί περισσότερα συστατικά και συντήρηση. Η μπαταρία επίσης προσθέτει βάρος και όγκο στο σύστημα και έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής και απόδοση.

Αυτόνομο Φωτοβολταϊκό Σύστημα με AC/DC Φορτίο, Ηλεκτρονικό Ελεγκτικό Κύκλωμα και Αντιστροφέας

Αυτός ο τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος προσθέτει έναν αντιστροφέα στο προηγούμενο για να επιτρέψει τη χρήση φορτίων AC, όπως οικιακά ηλεκτρικά, υπολογιστές, τηλεοράσεις και φωτιστικά, καθώς και DC φορτίων. Ο αντιστροφέας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε άμεση ηλεκτρική τάση (DC) από τη μπαταρία ή το φωτοβολταϊκό μόντουλ ή πλήθος σε εναλλακτική ηλεκτρική τάση (AC) της επιθυμητής τάσης και συχνότητας. Ο αντιστροφέας μπορεί να είναι είτε ένα ανεξάρτητο συστατικό είτε ενσωματωμένο με τον ρυθμιστή φόρτισης ή τον MPPT.

Το πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι ότι μπορεί να παρέχει και AC και DC ενέργεια για μια ευρεία γama εφαρμογών και συσκευών. Μπορεί επίσης να είναι πιο αποδοτικό και ευέλικτο από τη χρήση ξεχωριστών συστημάτων για φορτία AC και DC. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι αυξάνει περαιτέρω το κόστος και την πολυπλοκότητα του συστήματος, καθώς απαιτεί ένα επιπλέον συστατικό και σύνδεση. Ο αντιστροφέας επίσης προσθέτει απώλειες και θόρυβο στο σύστημα και μπορεί να χρειαστεί προστασία από πλήξεις και παρανομαλίες.