ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ – ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ
Τα αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα είναι τα συστήματα που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια και που, εδώ και πολλά χρόνια, χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροδότηση μη διασυνδεδεμένων στο ηλεκτρικό δίκτυο καταναλώσεων. Δορυφόροι, φάροι και απομονωμένα σπίτια χρησιμοποιούν τα φωτοβολταϊκά συστήματα για την ηλεκτροδότησή τους. Ο ήλιος η πρώτη ύλη για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος δεν πρόκειται να εξαντληθεί. Πολύ σύντομα, το ρεύμα από τη στέγη θα είναι φθηνότερο απ’ ο,τι το ρεύμα από την πρίζα. Ως εκ τούτου, η ηλιακή ενέργεια βαδίζει στο σωστό δρόμο, ώστε να καταστεί η τεχνολογία-κλειδί για ανανεώσιμη οικονομική ανάπτυξη, σε αντιστοιχία με την ατμομηχανή, το αυτοκίνητο ή τον ηλεκτρονικό υπολογιστή στο παρελθόν. Η ηλιακή ενέργεια δεν εξαρτάται από ηλεκτρικά δίκτυα και καύσιμα. Αποτελεί την ιδανική πηγή για μια ως επί το πλείστον ιδιωτική, αποκεντρωμένη, οικολογική, δίκαιη και παντού διαθέσιμη ηλεκτρική τροφοδοσία.
Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα και η ομάδα αυτών ονομάζονται επίσης αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα (ή PVA). Αποτελούνται από ή ηλιακή γεννήτρια , είναι ένα σύστημα ηλιακής ενέργειας στο οποίο τα ηλιακά κύτταρα μετατρέπουν ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια . Ο τυπικός άμεσος τύπος μετατροπής ενέργειας ονομάζεται φωτοβολταϊκό . Αντίθετα, άλλες εγκαταστάσεις ηλιακής ενέργειας (π.χ. ηλιακοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί ) χρησιμοποιούν τις ενδιάμεσες βαθμίδες θερμότητα και μηχανική ενέργεια.
Εξάντληση πόρων, καταστροφή του περιβάλλοντος και βλαπτική επίδραση στο κλίμα, αυτά είναι τα προφανέστερα μειονεκτήματα του πετρελαίου, του αερίου και του λιγνίτη. Επιπλέον, οι ορυκτές πρώτες ύλες, οι σταθμοί παραγωγής και τα ηλεκτρικά δίκτυα κάνουν την κοινωνία μας να
εξαρτάται από μεγαλοομίλους. Για τις αναπτυσσόμενες χώρες, τα κεφάλαια για τέτοιου είδους γιγαντιαίες υποδομές είναι ούτως ή άλλως αδύνατον να ανεβρεθούν. Συνεπώς, μια οικολογική και κοινωνικά αποδεκτή ενεργειακή τροφοδοσία μπορεί στο μέλλον να διασφαλιστεί μόνο μέσα από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ούτε καν η ατομική ενέργεια αποτελεί εναλλακτική λύση, αφού όχι μόνο ενέχει υψηλό κίνδυνο, αλλά στην πραγματικότητα είναι ακριβή, πεπερασμένη και σε καμία περίπτωση ασφαλής για το περιβάλλον.
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούν όπως αναφέρθηκε και παραπάνω μια από τις εφαρμογές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, με τεράστιο ενδιαφέρον για την Ελλάδα. Εκμεταλλευόμενο το φωτοβολταϊκό φαινόμενο το φωτοβολταϊκό σύστημα παράγει ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ενέργεια. Αρχικά θα δούμε τι είναι το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και πως ανακαλύφθηκε και στη συνέχεια θα δούμε πως λειτουργεί ένα ολοκληρωμένο φωτοβολταϊκό σύστημα και θα εστιάσουμε στην ανάλυση των κυκλωμάτων και τη λειτουργία των επιμέρους(φωτοβολταϊκό πάνελ, inverter, φορτιστής, μπαταρία).
Η απόδοση των συμβατικών φωτοβολταϊκών συστημάτων κυμαίνεται από τη χαμηλή μονοψήφια κλίμακα kW , όπως συνηθίζεται για τα συστήματα στέγης, σε μερικά MW για τα συστήματα εμπορικής στέγης, ενώ τα ηλιακά συστήματα ελεύθερου χώρου είναι συνήθως τουλάχιστον στην περιοχή MW. [1] Το πιο ισχυρό κράτος τον Ιανουάριο του 2017 φωτοβολταϊκό σύστημα βρίσκεται κοντά στο φράγμα Longyangxia στην Κίνα και έχει χωρητικότητα 850 MWp . [2]
Σε συστήματα off-grid , η ενέργεια αποθηκεύεται προσωρινά , εκτός αν χρησιμοποιείται απευθείας. Η εξοικονόμηση σε συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, συνήθως μπαταρίες μολύβδου-οξέος , απαιτεί τη χρήση ελεγκτή φορτίου ( ρυθμιστής φόρτισης) . Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η αποθηκευμένη ενέργεια για συμβατικές ηλεκτρικές συσκευές, μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα καθαρού ημιτόνου. Για συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο με συστήματα αποθήκευσης, υπάρχει τώρα μια τάση προς τις μπαταρίες λιθίου. Πλεονέκτημα: μικρότερες διαστάσεις με την ίδια χωρητικότητα αποθήκευσης. Μειονέκτημα: ακριβότερες τιμές.
Τα προαναφερθέντα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα, τα οποία λειτουργούν σε μόνιμη βάση χωρίς σύνδεση δικτύου, βασίζονται σε μικρότερες εφαρμογές σε ένα σύστημα τροφοδοτούμενου με 12 ή 24 βολτ DC. Ουσιαστικά, ένα τέτοιο σύστημα αποτελείται από τέσσερα στοιχεία: την ηλιακή γεννήτρια ( Φωτοβολταϊκό πάνελ) , τον ρυθμιστή φόρτισης , τις μπαταρίες και τον μετατροπέα – inverter. Οι προδιαγραφές ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού εξαρτιούνται από το σύνολο της ενέργειας και το ηλεκτρικό προφίλ των συσκευών προφίλ φορτίου του ηλεκτρικού φορτίου που πρέπει να προσαρμοστεί αναλόγως αρμονικά για να εξασφαλιστεί ένα υψηλό βαθμό χρησιμοποίησης.
Πόσο ρεύμα παράγει ένα φωτοβολταϊκό;
Ένα φωτοβολταϊκό θα παράγει κάθε μέρα την ονοματική ισχύ του επί περίπου 5 φορές το καλοκαίρι και επί περίπου 3,5 φορές το χειμώνα. Έτσι, από ένα φωτοβολταϊκό 100Wp μπορούμε να αναμένουμε 500 Watt/h (δηλ. 0,5 Kwh ή κιλοβατώρες) το καλοκαίρι και περίπου 350 Wh (δηλ. 0,35 KWh) το χειμώνα, ανά ημέρα και κατά μέσο όρο. Δηλαδή το χειμώνα, δεν θα παράγει 350 Wh κάθε μέρα, αλλά αν διαιρέσουμε την συνολική μηνιαία του παραγωγή σε KWh (πχ. τον Δεκέμβριο) δια 31, θα μας δώσει έναν αριθμό κοντά 0,35 KWh. Ανά 1.000 Watt/p φωτοβολταϊκών, η συνολική ετήσια παραγωγή σε κιλοβατώρες (KWh) θα είναι από 1.100 KWh (βόρεια Ελλάδα) έως 1400 Kwh (νότια Ελλάδα). Έτσι, ένα πάνελ 100 Wp θα παράγει από 110 Kwh έως 140 Kwh το χρόνο, ανάλογα με την περιοχή στην οποία θα εγκατασταθεί