Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά - Βασικά Στοιχεία

Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά

Φωτοβολταϊκά Φωτοβολταϊκά Ρυθμιστής Φόρτισης Ρυθμιστής Φόρτισης Μπαταρίες Μπαταρίες Inverter Inverter Γενικός Πίνακας Γενικός Πίνακας Φορτία Φορτία

Νέο:Υπολογίστε on-line τα χαρακτηριστικά ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος που καλύπτει τις ανάγκες σας!


Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα (stand-alone / off-grid / island pv systems) είναι συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση Φωτοβολταϊκών τα οποία δεν είναι συνδεδεμένα με το δίκτυο και η ενέργεια που παράγουν χρησιμοποιείται άμεσα (άντληση νερού με τη χρήση ειδικής αντλίας, θέρμανση νερού με αντίσταση) ή αποθηκεύεται σε μπαταρίες ή άλλες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας με τη χρήση ρυθμιστών φόρτισης. Ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα μπορεί να καλύψει οποιεσδήποτε ανάγκες. Ο περιορισμός συνήθως είναι το διαθέσιμο κεφάλαιο και όχι η διαθέσιμη τεχνολογία. Όταν υπάρχει και άλλη πηγή ενέργειας στο σύστημα (π.χ. ανεμογεννήτρια, ηλεκτρογεννήτρια, υδροηλεκτρική γεννήτρια) αυτό λέγεται υβριδικό. Το ρεύμα που αποθηκεύεται στις μπαταρίες είναι συνεχές ρεύμα (DC), με ονομαστική τάση 12, 24 ή 48V. Μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε απ'ευθείας συνδέοντας συσκευές σχεδιασμένες για λειτουργία με συνεχές ρεύμα ονομαστικής τάσης ίδιας με αυτή της μπαταρίας. Αυτό είναι εξαιρετικά εύκολο εάν θέλουμε να τροφοδοτήσουμε μόνο φωτισμό καθώς υπάρχει μεγάλη διαθεσιμότητα λαμπτήρων 12/24/48V DC. Αυτό δεν είναι τόσο εύκολο και οικονομικό για τις υπόλοπες συσκευές (με ελάχιστες εξαιρέσεις όπως ανεμιστήρες, ραδιόφωνα), έτσι τα περισσότερα αυτόνομα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούν μετατροπείς (inverters), συσκευές οι οποίες μετατρέπουν το συνεχές ρεύμα της μπαταρίας σε εναλλασσόμενο (220V AC), το οποίο μπορεί να τροφοδοτήσει κάθε κοινή οικιακή συσκευή. Παρακάτω θα εξετάσουμε τα επιμέρους στοιχεία ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, αναλύοντας κάποια από τα χαρακτηριστικά τους.

Φωτοβολταϊκά πάνελ

Αποτελούν τη μονάδα παραγωγής της ενέργειας. Παράγουν ενέργεια όταν εκτίθενται στον ήλιο, με τη μεγαλύτερη παραγωγή όταν οι ακτίνες του πέφτουν κάθετα στην επιφάνειά τους. Αυτός είναι και ο λόγος που η ισχύς των φωτοβολταϊκών αναφέρεται σε Wp, όπου p σημαίνει peak(κορυφή ή "μέγιστο" στα αγγλικά). Η ισχύς εξόδου εξαρτάται από τη διαθέσιμη ηλιοφάνεια, τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων στην επιφάνεια του πάνελ και άλλες παραμέτρους (θερμοκρασία, καθαρότητα επιφάνειας, ποιότητα κλπ) και κυμαίνεται από 0 έως και πάνω από τη μέγιστη, σε περίπτωση που είναι μεσημέρι Χειμώνα με ηλιοφάνεια και κρύο. Σε περίπτωση εσφαλμένης εγκατάταστασης, υπάρχει ακόμη και η πιθανότητα κατανάλωσης ρεύματος από τη μπαταρία!

Μονοκρυσταλικά ή πολυκρυσταλλικά πάνελ;

Οι διαφορές ανάμεσα στις δυο τεχνολογίες είναι καθαρά τεχνικές και αφορούν στη διαδικασία κατασκευής. Ειδικά στα αυτόνομα συστήματα, η επιλογή ανάμεσα σε μονο- και πολυκρυσταλλικά πάνελ δέν έχει ιδιαίτερη σημασία. Η διαφορά στην επιφάνεια που απαιτείται και στην ετήσια παραγωγή είναι αμελητέα.

...ή μήπως Thin Film;

Τα Thin Film, άμορφα κλπ πάνελ συνήθως δεν έχουν πλαίσιο αλουμινίου, καθιστώντας τη στήριξη εξαιρετικά δυσκολότερη. Εάν συγκριθούν με κρυσταλλικά πάνελ σε συνδυασμό και με την σημαντικά μεγαλύτερη επιφάνεια την οποία απαιτούν η διαφορά στο κόστος στήριξης σε ένα μικρό σύστημα συνήθως αντισταθμίζει τυχόν διαφορά στο κόστος ανά Wp πάνελ. Η παραγωγή των Thin Film είναι (θεωρητικά) μεγαλύτερη λόγω της σχετικά καλύτερης συμπεριφοράς τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Στην πράξη αυτό δεν ισχύει καθώς είναι περισσότερο ευαίσθητα σε φαινόμενα PID (Potential Induced Degredation). Σε ένα διασυνδεδεμένο Φ/Β μεγάλης κλίμακας αυτό αντιμετωπίζεται με τη χρήση μετατροπέων με μεταστηματιστή γαλβανικής απομόνωσης και ίσως και τη χρήση ειδικών συσκευών εφαρμογής τάσης με αντίστροφη πολικότητα το βράδυ. Σε ένα αυτόνομο σύστημα αυτό δεν είναι πρακτικά εφικτό. Ακόμη και εξαιρετικά αξιόπιστοι κατασκευαστές thin film (First Solar, UniSolar) έχουν αντιμετωπίσει προβλήματα με πολύ γρήγορη και απότομη πτώση παραγωγής σε ορισμένες παρτίδες (έως και 30-40% εντός 2-3 ετών). Η τάση εξόδου είναι συνήθως πολύ υψηλή (60/100+V), κάτι το οποίο μπορεί εκ πρώτης όψεως να φαίνεται ότι ελαχιστοποιεί τις απώλειες κατά τη μεταφορά, αλλά επιβάλλει τη λήψη επιπλέον μέτρων και την εγκατάσταση επιπλέον διακοπτικού υλικού. Παράλληλα αυξάνεται ο κίνδυνος πολύ σοβαρής ηλεκτροπληξίας και απαιτείται η χρήση ρυθμιστή φόρτισης τύπου MPPT ακόμη και σε πολύ μικρά συστήματα, με πολλαπλάσιο κόστος και αναίτια αυξημένη πολυπλοκότητα και επικινδυνότητα. Για τους παραπάνω λόγους, συνήθως αποφεύγουμε τη χρήση πάνελ thin film σε αυτόνομα συστήματα.

Η απόδοση και η ..."απόδοση"

Ώς απόδοση ενός φωτοβολταϊκού ορίζεται ο λόγος της μέγιστης ισχύος εξόδου του προς την ισχύ της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας πάνω στην επιφάνειά του σε κανονικές συνθήκες, οι οποίες για τα πάνελ ονομάζονται STC ή Standard Test Conditions. Σε κανονικές συνθήκες, η ισχύς της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας λαμβάνεται ώς 1000W ανά τετραγωνικό μέτρο. Εάν η μέγιστη ισχύς εξόδου ενός πάνελ με επιφάνεια 1τ.μ. είναι 150Wp, η απόδοσή του είναι 150/1000=0,15 ή 15% Αν το συγκρίνουμε με ένα πάνελ με επιφάνεια 1,2 τ.μ. και την ίδια μέγιστη ισχύ εξόδου (150Wp) τότε στη δεύτερη περίπτωση η απόδοση θα είναι 150/1200=12,5%. Ποιό από τα δύο πάνελ θα μας δώσει περισσότερη ενέργεια; Κανένα. Θεωρητικά, θα έχουν ακριβώς την ίδια παραγωγή. Το πρώτο πάνελ απαιτεί 1 τετραγωνικό μέτρο για την εγκατάσταση, ενώ το δεύτερο 1,2. Δυστυχώς σε παραπλανητικό σχεδόν βαθμό, η απόδοση παρουσιάζεται με τρόπο ασαφή σε πολλές περιπτώσεις έτσι ώστε ο πελάτης να αγοράζει κάτι το οποίο θεωρεί ότι θα παράγει περισσότερη ενέργεια και το πληρώνει ακριβότερα, με μοναδικό πλεονέκτημα την απαίτηση μικρότερης επιφάνειας για την εγκατάσταση - εφ'όσον μας ενδιαφέρει, κάτι σπάνιο σε μικρές αυτόνομες εγκαταστάσεις. Γιατί ένα πάνελ των 150Wp είναι...150Wp.

Ρυθμιστές Φόρτισης

Είναι ένα βασικότατο στοιχείο σχεδόν κάθε αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος. Ρυθμίζει την τάση με την οποία φορτίζονται τις μπαταρίες έτσι ώστε να είναι η ιδανική για κάθε περίπτωση, σταματά τη φόρτιση όταν οι μπαταρίες γεμίσουν και κόβει τα φορτία τα οποία ελέγχει όταν η μπαταρία έχει πέσει κάτω από το σημείο ασφαλείας. Η ιδανική επιλογή δεν είναι πάντα προφανής, και απαιτεί ένα βαθμό ανάλυσης. Οι δύο πιο διαδεδομένοι τύπoι ρυθμιστών φόρτισης σε χρήση σήμερα είναι οι PWM (Pulse Width Modulation) και MPPT (Maximum Power Point Tracking). Και οι δύο τύποι προσαρμόζουν το ρυθμό φόρτισης ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, έτσι ώστε η μπαταρία να φορτίζεται όσο περισσότερο γίνεται χωρίς να υπερφορτίζεται ή να υπερθερμαίνεται. Οι δύο τεχνολογίες είναι διαφορετικές, η κάθε μία με τα πλεονεκτήματά της.

Φωτοβολταϊκά πάνελ 12V

Τα πάνελ για χρήση σε συστήματα 12V παραδοσιακά αποτελούνται από 36 κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά με μια τάση εξόδου περίπου 18V DC. Για να φορτιστεί μια μπαταρία 12V χρειάζονται περίπου 13,5-14V. Τα επιπλέον 4V στην έξοδο έχουν σκοπό να καλύψουν διάφορες μικροαπώλειες λόγω ελαφρών σκιάσεων καθώς και απώλειες (πτώση τάσης) κατά τη μεταφορά. Ο MPPT μπορεί να μετατρέψει τυχόν επιπλέον τάση την οποία δίνουν τα πάνελ σε ρεύμα. Εάν λοιπόν θεωρήσουμε ένα πάνελ με τάση λειτουργίας 18V και ρεύμα 5Α, ο PWM θα δώσει στη μπαταρία στα 13,5V δηλαδή 67,5W. Αντίστοιχα, ένας MPPT ρυθμιστής με ακρίβεια 99% και απόδοση 97% στις ίδιες συνθήκες θα δώσει στη μπαταρία περίπου 6,4Α στα 13,5V δηλαδή 86,4W ή 25-30% επιπλέον ρεύμα. Να σημειωθεί ότι η ονομαστική ισχύς του πάνελ αυτού είναι 90Wp.

Θερμοκρασία / Πτώση τάσης

Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας και/ή το μήκος των καλωδίων από τα πάνελ στον Ρ/Φ αυξάνεται η τάση στα άκρα του Ρ/Φ μειώνεται. Όταν η τάση αυτή είναι περίπου 15-16V, τότε η διαφορά στην απόδοση ανάμεσα σε PWM και MPPT θα είναι αρκετά μικρότερη. Άν χρησιμοποιήσουμε το πάνελ των 90Wp, ο PWM θα μας δώσει και πάλι 67,5W, ενώ ο MPPT θα μας δώσει 76W ή μόλις 12% επιπλέον ρεύμα.

Σχέση Πάνελ / Καταναλώσεων

Εάν η παραγώμενη ενέργεια καλύπτει τις καταναλώσεις όλο το χρόνο και ο PWM μπορεί να ανταπεξέλθει, τότε δεν χρειάζεται να ξοδέψουμε παραπάνω χρήματα για MPPT.

Μέγεθος πάνελ - Κόστος

Συνήθως σε μικρά συστήματα δεν προτείνεται η χρήση MPPT καθαρά για λόγους κόστους. Γιατί να χρησιμοποιήσουμε έναν MPPT των 130€ για ένα πάνελ των 100€, (συνολικό κόστος 230€) όταν μπορούμε με τη χρήση ενός απλού PWM των 25€ να λειτουργήσουμε 2 πάνελ των 100€ με συνολικό κόστος 225€ και διπλάσια εγκατεστημένη ισχύ; Γενικά για πάνελ με ισχύ μικρότερη από 200Wp πολύ σπάνια συμφέρει η χρήση ρυθμιστή MPPT.

Πάνελ 60 κελιών (Δικτύου)

Στην περίπτωση των πάνελ ονομαστικής τάσης 12V (36 κυψελών) όπως αναλύσαμε παραπάνω, η επιλογή PWM ή MPPT είναι υπό συζήτηση. Γενικά, τα πάνελ με 60 κυψέλες είναι φτηνότερα και διαθέσιμα σε μεγάλες ποσότητες. Όταν θέλουμε να τα χρησιμοποιήσουμε, τότε επιβάλλεται η χρήση του MPPT. Η τάση εξόδου ενός πάνελ δικτύου των 60 κυψελών είναι πολύ υψηλή για έναν ρυθμιστή PWM συνδεδεμένο σε σύστημα 12V. Ακόμη και να είναι εντός ορίων αντοχής του Ρ/Φ αφ'ενός θα λειτουργεί σε τάση πολύ υψηλότερη από την τάση σχεδιασμού και αφ'ετέρου το ποσοστό της ενέργειας η οποία θα πηγαίνει χαμένη θα είναι πολύ υψηλό. Αν θεωρήσουμε ένα πάνελ δικτύου των 250Wp το οποίο παράγει 8Α στα 31.25V και συνδέθηκε σε έναν απλό PWM στα 12V η μέγιστη ισχύς την οποία θα μπορεί να δώσει στη μπαταρία θα είναι περίπου 100W, δηλαδή το 40%(απώλειες της τάξης του 60%!) Εάν το ίδιο πάνελ εγκατασταθεί σε σύστημα 24V με PWM χωρίς προσεκτικό σχεδιασμό μπορεί να μη φορτίζει τη μπαταρία πάνω από 40-50% - εάν δηλαδή η χωρητικότητά της είναι 200Ah, να μη την φορτίσει ποτέ πάνω από 100Ah. Προφανώς είναι επίσης αναγκαστική η επιλογή του MPPT εάν χρησιμοποιήσουμε πάνελ thin film, με τάση εξόδου η οποία κυμαίνεται συνήθως από 60-100V (μια επιλογή η οποία γίνεται ολοένα και σπανιότερη όσο πέφτει το κόστος των κρυσταλλικών πάνελ). Σε περιπτώσεις μεγάλων αυτόνομων συστημάτων, είναι πιθανόν να μη χρησιμοποιηθεί καθόλου ρυθμιστής φόρτισης και η σύνδεση των πάνελ να γίνει απ'ευθείας σε έναν inverter δικτύου, η έξοδος του οποίου συνδέεται στην είσοδο AC ενός αυτόνομου inverter όπως ο Sunny Island της SMA ο οποίος διαχειρίζεται τη φόρτιση των μπαταριών και την τροφοδότηση των φορτίων (AC Coupling). Συμπέρασμα: Η επιλογή του κατάλληλου ρυθμιστή φόρτισης για κάθε περίπτωση πρέπει να γίνει μετά από σκέψη και προσεκτική ανάλυση των παραμέτρων, και αφού συμβουλευτούμε κάποιον ειδικό!

Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζονται οι διαφορές των δυο τύπων ρυθμιστή φόρτισης:

Σύγκριση Ρυθμιστών φόρτισης PWM/MPPT
 Ρ/Φ PWMΡ/Φ MPPT
ΚόστοςΣυνήθως χαμηλόΥψηλό
Τάση Φ/ΒΠρέπει να "ταιριάζει" με την τάση της μπαταρίαςΗ τάση του Φ/Β μπορεί να είναι αρκετά υψηλότερη
Μέγεθος ΣυστήματοςΣυμφέρει σε μικρά συστήματαΣυνήθως συμφέρει σε συστήματα>200Wp
Τύπος Φ/ΒΑκατάλληλο για πάνελ δικτύου ή Thin FilmΜπορεί να χρησιμοποιηθεί με κάθε τύπο πάνελ
ΔιαστασιολόγησηΓίνεται με βάση τα Ampere εξόδου του Φ/ΒΓίνεται με βάση τα Wp του πάνελ και την τάση της μπαταρίας

Μπαταρίες

Οι μπαταρίες ή συσσωρευτές είναι το πιο ευπαθές και επικίνδυνο κομμάτι του συστήματος. Φθείρονται με τη χρήση, και η διάρκεια ζωής τους είναι μεν περιορισμένη (από 1 εώς και 10 χρόνια), αλλά επεκτείνεται με την εφαρμογή κανόνων κατά τη χρήση. Οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τις μπαταρίες είναι:
  • Σοβαρός τραυματισμός λόγω κακού χειρισμού κατά τη μεταφορά, πτώσης ή κακής τοποθέτησης
  • Ηλεκτροπληξία λόγω γυμνών επαφών,λάθος συνδεσμολογίας, κακού χειρισμού ή άγνοιας. Πρίν την πρώτη ηλεκτροπληξία από μπαταρία όλοι πιστεύουμε ότι το ρεύμα είναι χαμηλής τάσης και ακίνδυνο...
  • Κίνδυνος έκρηξης από εκρηκτικά αέρια (Υδρογόνο)
  • Κίνδυνος χημικού εγκαύματος από τον ηλεκτρολύτη (διάλυμα θεϊκού οξέος)

Λόγω των παραπάνω σοβαρών κινδύνων, συνιστάται η εγκατάσταση των μπαταριών από επαγγελματία, ειδικά εάν είναι ανοικτού τύπου ή η χωρητικότητά τους είναι μεγάλη.


Οι μπαταρίες φορτίζονται όταν η παραγωγή του Φ/Β υπερκαλύπτει τη ζήτηση και εκφορτίζονται κάθε άλλη στιγμή.Ακόμη και σε κατάσταση ηρεμίας, οι μπαταρίες εκφορτίζονται σε ποσοστό από 1-3% μηνιαίως. Το διάστημα από το τέλος μιας περιόδου φόρτισης, δηλαδή από τη στιγμή που θα σταματήσει η φόρτιση της μπαταρίας μέχρι τη στιγμή που θα αδειάσει ή θα αρχίσει και πάλι η φόρτιση ονομάζεται "κύκλος". Ιδανικά, σε κάθε κύκλο οι μπαταρίες πρέπει να φορτίζονται στο 100% της χωρητικότητάς τους πριν αρχίσουν να εκφορτίζονται, και δεν πρέπει ποτέ να εκφορτίζονται πλήρως. Η κάθε μπαταρία μπορεί να αντέξει ορισμένους κύκλους, ο αριθμός των οποίων κυμαίνεται από 5000 για τις μπαταρίες βαθειάς εκφόρτισης υψηλής ποιότητας έως και κάτω από δέκα για μπαταρίες αυτοκινήτου οι οποίες δεν πρέπει γενικά να χρησιμοποιούνται σε Φ/Β συστήματα. Κανένα άλλο στοιχείο του συστήματος δεν επηρεάζεται τόσο από το μέγεθος και τη χρήση του φορτίου όσο οι μπαταρίες. Εάν το φορτίο είναι συνδεδεμένο απ'ευθείας στη μπαταρία χωρίς έλεγχο, η ανεξέλεγκτη κατανάλωση μπορεί να αδειάσει τη μπαταρία σε βαθμό πρόκλησης μη αναστρέψιμης ζημιάς. Το ίδιο μπορεί να συμβεί άν στη μπαταρία συνδεθεί υπερβολικά μεγάλο φορτίο έστω και για σχετικά μικρό χρονικό διάστημα. Εάν η φόρτιση της μπαταρίας δεν είναι ελεγχόμενη και αντίστοιχη με τον τύπο και την ονομαστική τάση της, η μπαταρία και πάλι μπορεί να υποστεί ζημιά. Οι μπαταρίες πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε να μπορούν να εξυπηρετήσουν το φορτίο και να φορτίζονται σωστά με τα διαθέσιμα μέσα. Αφού γίνει αυτή η επιλογή το σύστημα φόρτισης θα πρέπει να μπορεί να φορτίσει πλήρως τη μπαταρία με τη σωστή τάση ανά στάδιο φόρτισης για το συγκεκριμένο τύπο μπαταρίας.

Οι μπαταρίες αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων χαρακτηρίζονται από τη χωρητικότητά τους σε Αμπερώρια (Ah) σε συγκεκριμένο ρυθμό εκφόρτισης (C) και το βάθος εκφόρτισης για το οποίο είναι σχεδιασμένες.

Χωρητικότητα

Η χωρητικότητα είναι το ρεύμα που μπορεί να δώσει η μπαταρία σε Αμπέρ(A) επί τις ώρες(h) για τις οποίες μπορεί να το δώσει. Μια μπαταρία με χωρητικότητα 10Αh τι μπορεί να δώσει 1Α για 10 ώρες. Εκ πρώτης όψεως, μία μπαταρία 200 αμπερωρίων (Ah) θα έπρεπε να μπορεί να δώσει 200A για μία ώρα, 50Α για 4 ώρες, 1Α για 200 ώρες κ.ο.κ. Αυτό δεν ισχύει. Η χωρητικότητα της μπαταρίας δίδεται σε συνάρτηση και με το βαθμό εκφόρτισης (C). Γενικά όσο αυξάνεται ο βαθμός εκφόρτισης, τόσο μειώνεται η πραγματική χωρητικότητα. Για παράδειγμα, όταν μια μπαταρία αναφέρεται ώς 200Ah (C10), αυτό σημαίνει ότι η χωρητικότητα ισχύει για εκφόρτιση εντός 10 ωρών, δηλαδή ρεύμα 20Α για 10 ώρες. Εάν από την ίδια μπαταρία ζητήσουμε ρεύμα 30Α, ίσως να μπορεί να το δώσει για 5-6 ώρες (χωρητικότητα 150-180Ah). Αυτό λειτουργεί και αντίστροφα, δηλαδή η ίδια μπαταρία θα να μπορεί να δώσει ρεύμα 5Α για 45 ώρες, με ουσιαστική χωρητικότητα 225Ah. Η θερμοκρασία της μπαταρίας και του περιβάλλοντος χώρου επηρεάζει επίσης τη χωρητικότητα. Υψηλότερη θερμοκρασία έχει αποτέλεσμα ελαφρώς μεγαλύτερη χωρητικότητα αλλά μπορεί να αυξήσει την εξάτμιση νερού σε ανοικτές μπαταρίες και να μειώσει τον αριθμό των κύκλων που θα αντέξει η μπαταρία πριν χρειαστεί αντικατάσταση. Όταν συγκρίνουμε τη χωρητικότητα μπαταριών, θα πρέπει να λαμβάνουμε υπ'οψιν μας και την ονομαστική τάση του συστήματος. Μια μπαταρία 200Ah στα 12V μπορεί να αποθηκεύσει 2400Wh. Μια μπαταρία 200Ah στα 24V (η οποία συνήθως αποτελείται από μια συστοιχία 2 μπαταριών 200Ah στα 12V συνδεδεμένων σε σειρά) μπορεί να αποθηκεύσει 4800Wh.

Βάθος Εκφόρτισης

Βάθος εκφόρτισης είναι το ποσοστό της συνολικής χωρητικότητας της μπαταρίας το οποίο θα χρησιμοποιηθεί σε έναν κύκλο φόρτισης/εκφόρτισης. Οι μπαταρίες βαθειάς εκφόρτισης είναι σχεδιασμένες να εκφορτίζονται σε ποσοστό 60-80% ανά κύκλο. Μπαταρίες οι οποίες δεν είναι βαθειάς εκφόρτισης (εκκίνησησς, έλξης κλπ) είναι σχεδιασμένες να εκφορτίζονται σε ποσοστό μόλις 15-30% ανά κύκλο. Αυτό σημαίνει ότι μια μπαταρία βαθειάς εκφόρτισης με χωρητικότητα 200Ah είναι σχεδιασμένη να παρέχει έως 120-160Ah ανά κύκλο χωρίς να πάθει ζημιά, ενώ μια αντίστοιχη μπαταρία εκκίνησης ή έλξης μόλις 30-60Ah ανά κύκλο.
Ακόμη και η διάρκεια ζωής των μπαταριών βαθειάς εκφόρτισης επηρεάζεται από το βάθος εκφόρτισης ανά κύκλο. Όσο βαθύτερος είναι ο κάθε κύκλος, τόσο μικρότερη είναι η αναμενόμενη διάρκεια ζωής, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα.

Διάρκεια ζωής μπαταριών σε φωτοβολταϊκά συστήματα σε σχέση με το βάθος εκφόρτισης

Κατάσταση Φόρτισης

Κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας είναι η τρέχουσα διαθέσιμη χωρητικότητά της. Μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια με βάση την ειδική πυκνότητα του ηλεκτρολύτη με τη χρήση πυκνόμετρου. Η κατάσταση φόρτισης μπορεί επίσης να προκύψει με βάση την τάση της μπαταρίας, με την προϋπόθεση η μπαταρία να παραμείνει σε ηρεμία (χωρίς να φορτίζεται ή να εκφορτίζεται) για 30-60 λεπτά πριν τη μέτρηση. Σε περίπτωση που η μπαταρία έχει υψηλή τάση αλλά όταν συνδέουμε κάποιο φορτίο η τάση πέφτει κατακόρυφα, η μέτρηση τάσης δεν μας δίνει αξιόπιστη ένδειξη για την κατάστασή της. Ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας μεταβάλλεται και το σημείο πήξης του ηλεκτρολύτη, η θερμοκρασία δηλαδή στην οποία παγώνει και η μπαταρία κινδυνεύει να καταστραφεί.
Κατάσταση Φόρτισης Μπαταρίας (Θερμ. Περιβάλλοντος: 27oC)
ΚατάστασηΕιδική ΠυκνότηταΤάση στοιχείου 2VΤάση μπαταρίας 12VΣημείο Πήξης (oC)
Πλήρως Φορτισμένη1.2652.12V12.70V-57oC
75%1.2252.10V12.60V-37oC
50%1.1902.08V12.45V-24oC
25%1.1552.03V12.20V-16oC
Πλήρως εκφορτισμένη1.1201.95V11.70V-8oC

Κανόνες χρήσης μπαταρίας

  • Επιλέγουμε τη σωστή μπαταρία για την επιθυμητή χρήση
  • Φροντίζουμε για τη σωστή φόρτιση της μπαταρίας
  • Δεν εκφορτίζουμε τη μπαταρία εντελώς
  • Δεν αφήνουμε τη μπαταρία αφόρτιστη
  • Ελέγχουμε και συμπληρώνουμε απιονισμένο νερό
  • Δεν "ξεχειλίζουμε" με νερό τη μπαταρία

Inverter

Η πρώτη ερώτηση την οποία πρέπει να απαντήσουμε πριν την επιλογή μετατροπέα είναι "Μήπως μπορώ να τροφοδοτήσω τα φορτία μου απ'ευθείας από τη μπαταρία;" Όταν αυτό δεν είναι δυνατόν, τότε θα πρέπει να επιλέξουμε τον κατάλληλο μετατροπέα o οποίος θα αναλάβει να μετατρέψει το συνεχές ρεύμα (12-24-48V DC) των συσσωρευτών σε εναλλασσόμενο (220V AC).

Η κυματομορφή του εναλασσόμενου ρεύματος (AC) το οποίο παράγει μια καλή ηλεκτρογεννήτρια ή παρέχεται από το δίκτυο είναι αυτή η οποία φαίνεται στην εικόνα.

Εναλασσόμενο ρεύμα - κανονικό ημίτονο
Οι αλλαγές στην κατεύθυνση της ροής του ρεύματος είναι σταδιακές, καθώς οφείλονται στην περιστροφή του ρότορα, έτσι η γραφική παράσταση της τάσης ώς προς το χρόνο είναι αυτή του κανονικού ημιτόνου.

Η μετατροπή του συνεχούς ρεύματος (DC) σε εναλλασσόμενο (AC) μπορεί να γίνει με αρκετούς τρόπους.

Μπορούμε ακόμη και να συνδέσουμε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος σε μια ηλεκτρογεννήτρια. Αφού λύσουμε όλα τα προβλήματα μηχανικής σύνδεσης, σταθεροποίησης, ρύθμισης στροφών κλπ, θα παράγουμε εναλασσόμενο ρεύμα τέλειας ημιτονοειδούς μορφής από τη μπαταρία μας, με απόδοση της τάξης του 60-65%, δηλαδή για κάθε kWh που θα παράγουμε θα καταναλώνουμε περίπου 1,7. Στην πράξη, ο καλύτερος τρόπος εξαρτάται από το πόσο πιστά θέλουμε να αναπαράγουμε την ημιτονοειδή μορφή του ρεύματος, το διαθέσιμο κεφάλαιο και τη φύση των φορτίων μας.

Εμείς θα εξετάσουμε τη μετατροπή με τη χρήση των δύο τύπων μετατροπέων οι οποίοι έχουν επικρατήσει σε αυτόνομα συστήματα φωτοβολταϊκών με τη χρήση μπαταριών.

Όποιοδήποτε τύπο μετατροπέα και να επιλέξετε, μην ξεχνάτε ότι:

  • Είναι μια ηλεκτρονική συσκευή η οποία παράγει ρεύμα το οποίο μπορεί να προκαλέσει ηλεκτροπληξία
  • Πρέπει να συμβουλευτείτε το εγχειρίδιο πριν την εγκατάσταση, και ίσως χρειαστεί να απευθυνθείτε σε κάποιον ειδικό
  • Ο μετατροπέας πρέπει να τοποθετηθεί σε στεγνό, καθαρό και σχετικά δροσερό περιβάλλον, στη σωστή απόσταση από τη μπαταρία
  • Δεν είναι πάντα σωστό να επιλέγουμε μετατροπέα μεγαλύτερο από τις ανάγκες μας, καθώς η απόδοση λειτουργίας μειώνεται και οι απώλειες αυξάνονται

Μετατροπείς Κανονικού (ή "καθαρού") ημιτόνου

Αντίθετα με την αντίληψη που επικρατεί, η κυματομορφή του εναλασσόμενου ρεύματος (AC) το οποίο παράγει ένας ποιοτικός μετατροπέας κανονικού ή καθαρού ημιτόνου είναι μια πολύ καλή προσέγγιση της πραγματικά ημιτονοειδούς κυματομορφής και όχι 100% ημιτονοειδής, όπως φαίνεται στην εικόνα.
κανονικό ημίτονο μεατροπέα


Η προσέγγιση αυτή είναι τόσο καλή που δεν παρατηρείται οποιαδήποτε διαφορά στη λειτουργία ακόμη και ευαίσθητων ιατρικών οργάνων, καταγραφικών, χρονομέτρων κλπ. Οι παλμογράφοι των περισσότερων ασθενοφόρων τροφοδοτούνται από μετατροπείς καθαρού ημιτόνου υψηλής ποιότητας, όπως και τα καταγραφικά όργανα σε σεισμογραφικούς σταθμούς, καταγραφικά αιολικού δυναμικού κ.α. Η συμβατότητα δεν είναι θεωρητική, καθώς τα παραπάνω παραδείγματα είναι εφαρμογές για τις οποίες έχουμε προμηθεύσει μετατροπείς κανονικού ημιτόνου υψηλής ποιότητας και λειτουργούν χωρίς πρόβλημα εδώ και χρόνια. Γενικά λοιπόν, οι μετατροπείς κανονικού ημιτόνου είναι κατάλληλοι για κάθε συσκευή, έχουν όμως το υψηλότερο κόστος αγοράς.

Μετατροπείς Τροποποιημένου Ημιτόνου

Το παραγόμενο ρεύμα παρουσιάζει μια κυματομορφή η οποία προσπαθεί να προσεγγίσει το κανονικό ημίτονο όπως φαίνεται στην εικόνα. Η τάση παραμένει στις υψηλότερες (θετικές και αρνητικές) τιμές για μεγαλύτερο διάστημα, και η μετάβαση ανάμεσα στις τιμές γίνεται απότομα. Για πολλές συσκευές δεν υπάρχει διαφορά ή μπορούν να λειτουργήσουν για μικρά χρονικά διαστήματα χωρίς κανένα απολύτως πρόβλημα. Υπάρχουν όμως συσκευές οι οποίες δεν πρέπει να τροφοδοτούνται από τροποποιημένο ημίτονο.
τροποποιημένο ημίτονο μεατροπέα
Συσκευές οι οποίες δεν πρέπει να τροφοδοτούνται από τροποποιημένο ημίτονο:
  • Εκτυπωτές Laser, φωτοτυπικά
  • Φώτα με Dimmers
  • Εργαλεία & μοτέρ μεταβλητής ταχύτητας
  • Κλιματιστικά τεχνολογίας inverter
  • Μοτέρ τα οποία λειτουργούν συνεχώς για μεγάλα χρονικά διαστήματα
  • Ηχοσυστήματα υψηλής πιστότητας
  • Ηλεκτρονικά ρολόγια/μετρητές/καταγραφικά
  • Εξειδικευμένοι φορτιστές μπαταριών & παλμοτροφοδοτικά (π.χ. ιόντων λιθίου, πολυμερών κλπ)
Συσκευές οι οποίες λειτουργούν χωρίς κανένα πρόβλημα:
  • Θερμικά φορτία (αντιστάσεις, κουζίνες, φουρνάκια, βραστήρες, τοστιέρες)
  • Επιτραπέζιοι υπολογιστές
  • Τα περισσότερα laptop και tablets
  • Απλοί φορτιστές
  • Κάθε συσκευή η οποία ουσιαστικά λειτουργεί με συνεχές ρεύμα, καθώς η ανόρθωση εξαλείφει κάθε πρόβλημα σε σχέση με την κυματομορφή
Συσκευές οι οποίες μπορούν να λειτουργήσουν με τροποποιημένο ημίτονο υπό συνθήκες:
  • Ηλεκτρικά εργαλεία για 5-10 λεπτά (π.χ. δράπανο, τροχός κλπ)
  • Οι περισσότερες τηλεοράσεις, ραδιόφωνα κλπ
Χρειάζεται μεγάλη προσοχή όταν επιλέγουμε μετατροπέα τροποποιημένου ημιτόνου, καθώς υπάρχουν στην αγορά πολλά μοντέλα με καθαρά τετραγωνικό παλμό (και όχι τροποποιημένο ημίτονο) τα οποία μπορεί να δημιουργήσουν προβλήματα.

Μπορείτε να καταλάβετε καλύτερα τις διαφορές ανάμεσα στις κυματομορφές εάν τοποθετηθούν στο ίδιο διάγραμμα:

Κυματομορφές εξόδου

ηλεκτρολογικός πίνακας φωτοβολταϊκών

Γενικός Πίνακας

Όταν συνδέουμε έναν inverter 120W στη μπαταρία του αυτοκινήτου μας ή στο σκάφος για να τροφοδοτήσουμε το laptop για 1-2 ώρες και να ελέγξουμε τα e-mail μας ή να δούμε μια ταινία στις διακοπές δεν χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή - το όλο σύστημα είναι "plug 'n'play". Όταν όμως εγκαθιστούμε μπαταρίες, φωτοβολταϊκά, ρυθμιστές και inverter οι οποίοι μπορούν να τραβήξουν έως και 500A στιγμιαία, πρέπει να φροντίσουμε να εφαρμόσουμε όλους τους κανόνες της Τεχνικής και της Επιστήμης, να δώσουμε ιδιαίτερη σημασία στους κανόνες ασφαλείας και να εγκαταστήσουμε όλες τις απαραίτητες διατάξεις προστασίας ανάλογα με το είδος και την ισχύ της εγκατάστασης. Μην ξεχνάτε ότι :
  • Το συνεχές ρεύμα είναι το ίδιο ή και περισσότερο επικίνδυνο από το εναλλασσόμενο
  • Διατάξεις προστασίας οι οποίες προορίζονται για εναλασσόμενο ρεύμα δεν λειτουργούν και σε συνεχές
  • Εγκαταστάσεις οι οποίες βρίσκονται σε χαμηλή τάση (π.χ. 12V) ίσως να μήν αποτελούν κίνδυνο σοβαρής ηλεκτροπληξίας, μπορούν όμως σίγουρα να προκαλέσουν φωτιά.
  • Δεν θα πρέπει σε καμμία περίπτωση η εγκατάσταση να γίνεται ερασιτεχνικά
  • Το γεγονός ότι πολλές συσκευές (ρυθμιστές φόρτισης, inverter) διαθέτουν ενσωματωμένη προστασία από βραχυκύκλωμα, υπερένταση, αντίστροφη πολικότητα κλπ, δεν σημαίνει ότι εξαλείφεται η ανάγκη εγκατάστασης των προβλεπόμενων διατάξεων προστασίας ή ότι προστατεύεται και το υπόλοιπο κύκλωμα (καλωδιώσεις, μπαταρία κ.α.) σε περίπτωση σφάλματος.

Με δυο λόγια - Η σωστή ηλεκτρολογική εγκατάσταση και προστασία όλων των στοιχείων ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος έχει πολύ μεγάλη σημασία!

Ασφαλής ηλεκτρολογική εγκατάσταση φωτοβολταϊκών

Φορτία και καταναλώσεις

"Φορτίο" είναι οποιαδήποτε συσκευή τροφοδοτείται από το σύστημά μας. Η κατανάλωσή της μετριέται σε kWh ανά ημέρα (ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα χρόνου). Για να μπορέσουμε να αντιληφθούμε και να υπολογίσουμε την κατανάλωση θα πρέπει να καταλάβουμε τρείς βασικές έννοιες, το Έργο, την Ισχύ και την Ενέργεια.

Όταν μεταβάλλεται η κινητική κατάσταση ενός σώματος παράγεται έργο. Για να σηκώσουμε ένα βάρος περίπου 10kgr απαιτείται μια δύναμη περίπου 100N(Newton). Εάν το σηκώσουμε σε ύψος ενός μέτρου παράγουμε έργο (100x1=) 100Joule. Για να το καταφέρουμε αυτό, έχουμε σπαταλήσει 100Joule ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να διαθέτουμε την ενέργεια πριν παράγουμε το έργο και αυτή καταναλώνεται για την παραγωγή του. Εάν απλά διαθέτουμε την ενέργεια χωρίς να τη χρησιμοποιούμε, δεν παράγουμε έργο. Ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο παράγουμε έργο (ή καταναλώνουμε ενέργεια). Εάν χρειαστούμε 1 δευτερόλεπτο για να σπρώξουμε το σώμα, η ισχύς μας είναι 100W. Εάν χρειαστούμε 2 δευτερόλεπτα η ισχύς μας είναι 50W αλλά το παραγόμενο έργο και η καταναλισκόμενη ενέργεια εξακολουθούν να είναι 100J. Το Watt (W) ώς μονάδα ισχύος ισοδυναμεί με ένα J ανά δευτερόλεπτο δηλαδή 1J/sec. Αντίστοιχα, 1 Joule ισοδυναμεί με ένα W για ένα δευτερόλεπτο, δηλαδή 1Wx1sec.

Αν προσπαθήσουμε να επεκτείνουμε το παραπάνω παράδειγμα για ηλεκτρικά φορτία σε ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα αγνοώντας απώλειες μετατροπής κλπ:
Έστω ότι θέλουμε να θερμάνουμε (ή να ψύξουμε) ένα σπίτι για 8 ώρες με ένα air-condition το οποίο έχει σταθερή ισχύ εισόδου 2000W (δηλαδή 2000 Joule/sec). Ας αγνοήσουμε χάριν παραδείγματος το γεγονός ότι τα A/C λειτουργούν σαν αντλίες θερμότητας παράγοντας (φαινομενικά) περισσότερο έργο από την ενέργεια που καταναλώνουν θεωρώντας έναν συντελεστή απόδοσης (COP)=1. Το έργο που θα παραχθεί από το A/C θα είναι: 8 (ώρες)x3600(δευτερόλεπτα/ώρα)x2000(Joule/sec)=57.600.000 Joules ή Wxsec. Εάν θελήσουμε να χρησιμοποιήσουμε μια πιο βολική μονάδα, όπως για παράδειγμα W x hour ή "Βατώρα" τότε θα πρέπει να διαιρέσουμε το αποτέλεσμα με το 3600 οπότε προκύπτουν 16.000Wh ή "Βατώρες". Εάν χρησιμοποιήσουμε το πρόθεμα "k" ή "kilo", για μεγαλύτερη ευκολία, η συνολική ενέργεια θα είναι 16kWh (κιλο-βατ-ώρες), μια μονάδα γνώριμη από το λογαριασμό της ΔΕΗ.

Η ενέργεια λοιπόν την οποία θα καταναλώνει το A/C κάθε 8ωρο λειτουργίας είναι 16kWh. Σε περίπτωση που έχουμε και άλλα φορτία αρκεί να υπολογίσουμε την ημερήσια κατανάλωση του καθενός με τον ίδιο τρόπο και να αθροίσουμε τις καταναλώσεις. Η ενέργεια αυτή θα πρέπει να παράγεται καθημερινά από το φωτοβολταϊκό μας και να είναι διαθέσιμη πρίν καταναλωθεί.

Οικονομία

Όταν μια εγκατάσταση τροφοδοτείται από το Δίκτυο, συνήθως δεν δίνουμε πολλή σημασία στην κατανάλωση. Εάν πάρουμε την απόφαση να τροφοδοτήσουμε το σπίτι μας ή την επιχείρησή μας από ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα, θα πρέπει να κάνουμε όσο το δυνατόν περισσότερη οικονομία γιατί σε περίπτωση που δεν επαρκεί η παραγώμενη / αποθηκευμένη ενέργεια, σε κάποια χρονική στιγμή, (συνήθως την περισσότερο άβολη και ενοχλητική), η τάση της μπαταρίας θα πέσει κάτω από το όριο ασφαλείας, ο inverter θα κλείσει και δεν θα έχουμε ρεύμα!

Γενικά, εφαρμόζουμε τους παρακάτω κανόνες:

  • Ό,τι δεν είναι απαραίτητο είναι περιττό
  • Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι απαραίτητος
  • Το μαγείρεμα είναι καλύτερο με υγραέριο και στα κάρβουνα(εάν τηρούμε όλους τους κανόνες ασφαλείας)
  • Οι ηλεκτρικές θερμάστρες είναι ασύμφορες
  • Οι αντλίες θερμότητας / Air Condition με Inverter είναι μια βιώσιμη λύση
  • Το ψυγείο πρέπει να είναι οικονομικό και η πόρτα να ανοίγει για λίγο και μόνο όταν χρειάζεται
  • Δεν αφήνουμε συσκευές στο stand-by
  • Ο inverter πρέπει να είναι στο κατάλληλο μέγεθος, όχι πολύ μεγαλύτερος

Χαρακτηριστικά Αυτόνομου Φωτοβολταϊκού

Για να μπορέσουμε να περιγράψουμε, να συγκρίνουμε, να παραγγείλουμε και να κατασκευάσουμε ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα θα πρέπει να ξέρουμε τα χαρακτηριστικά του, τα κυριότερα από τα οποία είναι:
  • Η εγκατεστημένη ισχύς των φωτοβολταϊκών σε Wp
  • Η αναμενόμενη ημερήσια παραγωγή του συστήματος kWh
  • Η δυνατότητα αποθήκευσης των μπαταριών σε Ah και σε Wh
  • Η αυτονομία του συστήματος
  • Η ονομαστική τάση λειτουργίας (DC)
  • Η μέγιστη ισχύς του μετατροπέα (W ή VA)
  • Η ισχύς εκκίνησης του μετατροπέα (W ή VA)

Εγκατεστημένη Ισχύς

Για να υπολογίσουμε κατά προσέγγιση την απαραίτητη εγκατεστημένη ισχύ φωτοβολταϊκών διαιρούμε την ημερήσια κατανάλωση σε kWh με 6h εάν χρησιμοποιούμε το σύστημα μόνο το καλοκαίρι και με 2h εάν το χρησιμοποιούμε όλο το χρόνο. Εάν το σύστημα είναι "mission critical", δηλαδή πρέπει να δουλεύει κάθε μέρα του χρόνου ανεξαιρέτως και τυχόν αστοχία είναι δραματική, πολλαπλασιάζουμε με το 1.5 (ή και το 2, ανάλογα με το συντελεστή ασφαλείας που επιθυμούμε). Έτσι προκύπτει η ισχύς των φωτοβολταϊκών σε kW. Στην περίπτωση του A/C που απαιτεί 16kWh ημερησίως η ισχύς είναι περίπου 2.7kWp για λειτουργία μόνο το καλοκαίρι και 8kWp για λειτουργία όλο το χρόνο. Εάν η εγκατάσταση είναι "mission critical", η εγκ. ισχύς διαμορφώνεται αντίστοιχα σε 4 και 12kWp. Η εγκατεστημένη ισχύς επηρεάζεται επίσης από τα διαθέσιμα φωτοβολταϊκά. Εάν η απαιτούμενη ισχύς είναι 2.7kWp και τα διαθέσιμα πάνελ είναι των 200W θα επιλέξουμε 14x200=2.8kWp. Εάν αυτό περιορίζεται από τη μέγιστη τάση ή ρεύμα εισόδου του ρυθμιστή φόρτισης ή του inverter δικτύου όπου θα τα συνδέσουμε, ίσως χρειαστεί να επανεξετάσουμε το σχεδιασμό μας ή να επιλέξουμε διαφορετικά υλικά. Όταν συγκρίνουμε δυο συστήματα, μικροδιαφορές στην εγκατεστημένη ισχύ (έως και 5%) δεν έχουν και τόση σημασία.

Ημερήσια Παραγωγή

Η ημερήσια παραγωγή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος δεν είναι σταθερή, και εξαρτάται (εκτός από την εγκατεστημένη ισχύ) από παράγοντες όπως:
  • Η εποχή του έτους. Το χειμώνα η παραγωγή μπορεί να είναι μέχρι και 4 φορές μικρότερη απ'ότι το καλοκαίρι
  • Η τοποθεσία εγκατάστασης. Στην Κρήτη και την Πελοπόννησο η παραγωγή μπορεί να είναι από 20 μέχρι και 35% παραπάνω απ'ότι στη Μακεδονία
  • Οι καιρικές συνθήκες. Μια συννεφιασμένη ή βροχερή ημέρα, η παραγωγή μπορεί να είναι σχεδόν μηδενική
  • Η κατάσταση των συλλεκτών. Εάν η επιφάνεια είναι λερωμένη, η παραγωγή μπορεί να είναι δραματικά μειωμένη
  • Μόνιμες σκιάσεις. Εάν υπάρχουν στο σημείο εγκατάστασης η παραγωγή θα είναι μειωμένη
  • Κλίση εγκατάστασης (γωνία σε σχέση με το οριζόντιο επίεδο) Διαφορετικές γωνίες ευνοούν την παραγωγή σε διαφορετικές εποχές του χρόνου
  • Κατεύθυνση εγκατάστασης (Γωνία σε σχέση με τη διεύθυνση του Βορρά)

Η δυνατότητα αποθήκευσης των μπαταριών σε Ah και σε Wh

Η χωρητικότητα των μπαταριών σε Ah συνήθως αναγράφεται. Προσοχή στο ρυθμό εκφόρτισης (C) στον οποίο έχει υπολογιστεί, καθώς μια μπαταρία 12V/100Ah(C10) έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα από μια μπαταρία 12V/100Ah(C100). Όταν έχουμε συστοιχία μπαταριών συνδεδεμένων παράλληλα η συνολική χωρητικότητα προκύπτει από το άθροισμα όλων. Όταν είναι συνδεδεμένες σε σειρά η χωρητικότητα παραμένει ίδια ενώ αυξάνεται η τάση. Εάν δηλαδή υποθέσουμε ότι έχουμε δυο μπαταρίες 200Ah/12V, εάν τις συνδέσουμε παράλληλα η συνολική χωρητικότητα είναι 400Ah@12V, ενώ αν τις συνδέσουμε σε σειρά είναι 200Ah@24V. Και στις δυο περιπτώσεις, η χωρητικότητα σε Wh είναι η ίδια, δηλαδή 4800Wh (400x12 = 200x24)

Η αυτονομία του συστήματος

Αυτονομία του συστήματος είναι οι συνολικές ημέρες τις οποίες μπορεί να λειτουργήσει εάν δεν υπάρχει ηλιοφάνεια, και προκύπτει διαιρόντας τη συνολική χωρητικότητα των μπαταριών σε kWh με την ημερήσια κατανάλωση σε kWh. Εάν καταναλώνουμε 1kWh ημερησίως και οι μπαταρίες μας έχουν 4800Wh, ή 4.8kWh, τότε η αυτονομία μας είναι σχεδόν 5 ημέρες.

Η ονομαστική τάση λειτουργίας (DC)

Η ονομαστική τάση του συστήματος είναι η τάση των μπαταριών. Γενικά, όσο μεγαλύτερη τόσο καλύτερα καθώς ένα σύστημα 48V απαιτεί μικρότερα ρεύματα για την ίδια ισχύ.

Η μέγιστη ισχύς του μετατροπέα (W ή VA)

Η μέγιστη ισχύς του μετατροπέα μας πρέπει να υπερκαλύπτει τη μέγιστη ισχύ όλων των φορτίων που θέλουμε να λειτουργήσουμε παράλληλα. Εάν έχουμε για παράδειγμα μια τοστιέρα (1000W) και μία καφετιέρα (1000W), εάν θέλουμε να λειτουργούμε και τις δυο συσκευές παράλληλα χρειαζόμαστε έναν μετατροπέα μέγιστης ισχύος 2kVA. Εάν τις λειτουργούμε εκ περιτροπής, αρκεί ένας μετατροπέας ισχύος 1000W. Και οι δύο συσκευές είναι καθαρά ωμικά φορτία (αντιστάσεις), οπότε η φαινόμενη ισχύς τους (kVA) είναι ίση με την ενεργό ισχύ τους (kW). Σε περίπτωση που τα φορτία μας ήταν επαγωγικά φορτία (λάμπες φθορισμού, κινητήρες) θα έπρεπε να συνυπολογίσουμε και τον συντελεστή ισχύος. Εάν ο συντελεστής ισχύος ήταν 80%, τότε η απαραίτητη φαινόμενη ισχύς του μετατροπέα (kVA) θα έπρεπε να είναι μεγαλύτερη κατά 20%. Εάν δηλαδή το φορτίο μας ήταν κινητήρας με μέγιστη ισχύ 1000W, ο μετατροπέας θα έπρεπε να έχει ισχύ τουλάχιστον 1200VA. Στη συγκεκριμένη βέβαια περίπτωση, γενικά θα ήταν καλό να επιλέξουμε έτσι κι'αλλιώς αρκετά μεγαλύτερο μετατροπέα, καθώς οι περισσότεροι κινητήρες απαιτουν γενικά αρκετά μεγαλύτερη ισχύ εκκίνησης...

Η ισχύς εκκίνησης του μετατροπέα (W ή VA)

Πολλά φορτία έχουν αρκετά μεγαλύτερη ισχύ εκκίνησης, δηλαδή απαιτούν πολλαπλάσια ισχύ κατά την εκκίνησή τους. Το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμα είναι το μοτέρ των ψυγείων, το οποίο ενώ μπορεί να έχει ισχύ 100W, κατά τις εκκινήσεις μπορεί να απαιτεί στιγμιαία έως και 2000VA, ανάλογα με την παλαιότητα, την κατάσταση και την τεχνολογία.

Μπορείτε να υπολογίσετε on-line τα χαρακτηριστικά ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος που καλύπτει τις ανάγκες σας! Εάν χρειάζεστε βοήθεια ή μια προσφορά για αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα, επικοινωνείστε μαζί μας.


Εναλλακτικά, μπορείτε να κατεβάσετε το φύλλο υπολογισμού αυτόνομων συστημάτων. Θα πρέπει να έχετε εγκατεστημένο το Microsoft Excel στον υπολογιστή σας με ενεργοποιημένα τα Macros