Αυτόνομα οικιακά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

[Προέλλην]

Προσεχώς, για όσους δεν θέλουν να έχουν έναν φούρνο στην αυλή που θα τον φτυαρίζουν με φθηνό και άφθονο λιγνίτη

[Adminović]

Subscribed

[Προέλλην]

Θα αρχίσουμε με απλή διευκρίνηση κάποιων βασικών εννοιών και ορισμών, προς διευκόλυνση καθ εαυτού συζήτησης.


Ηλεκτρικό ρεύμα:

η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων κατά μήκος ενός ηλεκτροφόρου αγωγού.

Το μέγεθος που μετρά το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, που ορίζεται ως: I = dQ/dt

Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος εκφράζει το πόσο φορτίο περνά στη μονάδα του χρόνου

Το μέγεθος είναι διανυσματικό, τo ηλεκτρικό φορτίο δηλαδή έχει κατεύθυνση, κινούμενο πάντα από σημείο υψηλού δυναμικού προς σημείο χαμηλότερου δυναμικού. Ως μονάδα μέτρησης έχει το Ampere (Α).

Παρακάτω ένα απλό μοντέλο, αποτελούμενο απο μια πηγή, έναν αγωγό και μία αντίσταση (καταναλωτή):






Ηλεκτρική Τάση (διαφορά δυναμικού):

είναι η τιμή της διαφοράς του ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ δύο σημείων. Μπορεί να είναι θετική, αρνητική ή μηδενική και έχει διαστάσεις ενέργειας προς ηλεκτρικό φορτίο. Μετριέται σε Volts (V).




Νόμος Ohm:

Mε βάση το απλό μοντέλο στο χήμα παραπάνω: V =I * R




Hλεκτρική Iσχύς:

ο ρυθμός με το οποίον ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η μονάδα ισχύος είναι το Watt (W).

P = V * I

P = I^2 * R

Οι παραπάνω τύποι εκφράζουν την ενεργή/πραγματική ισχύ. Υπάρχει και η άεργη ( σύμβολο Q, μονάδα Var) και η φαινόμενη ή συνολική ισχύς (σύμβολο S, μονάδα VA)

S = P + Q * j





Συντελεστής ισχύος ορίζεται ο λόγος: φ = P / S

Εκφράζει το ποσοστό της προσφερόμενης ισχύος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή έργου.

Πx αν ο συντελεστής ισχύος είναι 0,8 σημαίνει ότι το 80% της προσφερόμενης ισχύος χρησιμοποιείται για την παραγωγή έργου (πραγματική ισχύς) ενώ το 20% σπαταλάται (άεργη ισχύς).

Ας πούμε, όταν βλέπεται μια γεννήτρια βενζίνης να γράφει 6,5 kVA, η πραγματική ισχύς της είναι διαφορετική, π.χ. δεν μπορεί να τροφοδοτήσει καταναλωτές 6,5 kW.

Πραγματική ισχύς (kW) = φαινόμενη (kVA) * συντελεστή ισχύος, o oποίος είναι συνήθως κάτω της μονάδας κάπου στο 0.8-0.9

Οι καταναλωτές υψηλής ενεργειακής απόδοσης, έχουν συντελεστές ισχύος που τείνουν όσο το δυνατόν περισσότερο στη μονάδα.

[Προέλλην]

.

Συνεχές ρεύμα (DC):

Στο συνεχές ρεύμα, τα ηλεκτρόνια ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση. Η διαφορά αυτή διακρίνει το συνεχές από το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC).



Εναλλασόμενο ρεύμα (AC):

είναι ηλεκτρικό ρεύμα του οποίου η ένταση και η κατεύθυνση μεταβάλλονται περιοδικά. Το εναλλασσόμενο ρεύμα, λόγω της ευκολότερης και οικονομικότερης μετάδοσής του (μικρότερες απώλειες κατά τη μεταφορά του και λεπτότερα καλώδια μεταφοράς) καθώς και λόγω της ευκολίας που παρέχει στη μετατροπή της τάσης του σε υψηλότερες ή χαμηλότερες τιμές, επικράτησε έναντι του συνεχούς στην διανομή ηλεκτρικής ενέργειας.









Για όσους τα παραπάνω διαγράμματα δεν είναι σαφή, σκεφτείτε το ρεύμα κάτι σαν το νερό.

Συνεχές ρεύμα, κυλάει προς μία κατεύθυνση:




Εναλλασόμενο ρεύμα, πάει μπρος-πίσω:

[Προέλλην]

Το ρεύμα που έρχεται στο σπίτι μας, είναι εναλασσόμενο. Οι ενεργοβόρες συσκευές/καταναλωτές, χρησιμοποιούν εναλασσόμενο ρεύμα, πχ η ηλεκτρική κουζίνα, το θερμοσίφωνο, ενώ οι υπολογιστές, τα κινητά, κτλ, χρησιμοποιούν συνεχές. Ας πούμε, στο πισί έχετε τροφοδοτικό, στο καλώδιο του λαπτοπ ή του κινητού, μια γκουμούτσα μετασχηματιστή. Αυτά, μετατρέπουν το εναλασσόμενο της πρίζας σε συνεχές.

Κρατείστε το αυτό σαν ιδέα, γιατί έχει σημασία όταν παρακάτω δούμε για τους αντιστροφείς στα οικιακά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, oι οποίοι επιτελούν το ακριβώς αντίθετο των μετασχηματιστών (συνεχές -> εναλασσόμενο).

[Προέλλην]

.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΠΑΝΕΛΣ






για να μην τα πολυλογούμε με όλες τις τεχνικές λεπτομέρεις τι και πως, ας καταλήξουμε ότι τα ΦΒ πάνελς είναι κάτι πάνελς που τα βαράει ο ήλιος και αυτά παράγουν συνεχές ρεύμα, τάσης είτε 12 είτε 24 Volt.

Το κάθε ένα έχει δύο καλώδια με πόλους +/-, και όλα μαζί μπορούν να συνδεθούν βάσει διαφορετικών συνδεσμολογιών σε σειρά ή/και παράλληλα, με αποτέλεσμα να δημιουργούν συνολικά διαφορετικές τάσεις και εντάσεις ρεύματος.

Παραδείγματα:

σε σειρά: αθροίζεται η τάση του κάθε πάνελ, το ρεύμα παραμένει το ίδιο




παράλληλα: αθροίζεται το ρεύμα του κάθε πάνελ, η τάση παραμένει η ίδια




Και φυσικά μπορούν να γίνει και συνδυασμός των άνωθεν συνδεσμολογιών. Στο παράδειγμα που ακολουθεί, 2 τετράδες πάνελς σε σειρά η κάθε μία, και μετά παράλληλα μεταξύ τους:

ΚΡΥΦΟ ΚΕΙΜΕΝΟ: ΕΜΦΑΝΙΣΗ

Γιατί έχουν σημασία όλα αυτά; Γιατί τα υπόλοιπα εξαρτήματα του συστήματος έχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις/περιορισμούς όσον αφορά το πόσο ρεύμα και τάση μπορείς να τα ταϊσεις. Οπότε ή επιλέγεις ας πούμε ρυθμιστή φόρτισης (θα τον δούμε παρακάτω) των μπαταριών βάσει την συνδεσμολογίας των πανελ και του τι παραδίδουν όλα μαζί, ή συνδέεις τα πάνελ με τέτοιο τρόπο ώστε να εξυπηρετούν τον ρυμιστή φόρτιστης. Στο πολύ περίπου αυτά, γιατί φυσικά δεν σημαίνει ότι ο κάθε ρυθμιστής μπορεί να σηκώσει τον όποιο αριθμό των όποιων πάνελ απλά γιατί τα σύνδεσες έτσι ή αλλιώς.

Παρακάτω θα δούμε που βρίσκουμε στα τεχνικά χαρακτηριστικά του πανελ αυτά που χρειαζόμαστε για τις προαναφερθείσες συνδεσμολογίες και υπολογισμούς, καθώς και γενικότερες πληροφορίες για την επιλογή του πάνελ που ταιριάζει στο μπάτζετ και στον τεχνικό σχεδιασμό μας.

[Προέλλην]

.
Eίπαμε ότι η τάση των ΦΒ πάνελς, είναι είτε 12V είτε 24V. Aυτή η τιμή είναι η ονομαστική (nominal voltage). Όταν ρίξετε μια ματιά στα τεχνικά χαρακτηριστικά του κάθε πάνελ, θα δείτε μεγέθη όπως τα κάτωθι, όλα ή κάποια απο αυτά:

Τάση ανοικτού κυκλώματος (Voc)
Η τάση που θα μετρήσετε με ένα βολτόμετρο στους δύο ακροδέκτες του πάνελ χωρίς να το έχετε συνδέσει πουθενά αλλού.

Τάση σημείου μεγίστης ισχύος (Vmp)
Η τάση όταν το πάνελ είναι συνδεμένο με τα άλλα στοιχεία του συστήματος και όταν λειτουργεί πιάνοντας τις πλήρες δυνατότητές του, σε τυπικές συνθήκες (θερμοκρασία 25'C αν δεν απατώμαι).

Ρεύμα βραχυκύκλωσης (Isc)
Η τιμή ρεύματος που μετράται όταν ο θετικός και αρνητικός ακροδέκτης του πάνελ συνδεθούν μεταξύ τους με ένα αμπερόμετρο σε σειρά. Αποτελεί την μεγαλύτερη τιμή ρεύματος που μπορεί να παράξει το πάνελ σε τυπικές συνθήκες. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης αν και δεν αντιπροσωπεύει το πραγματικό σενάριο χρήσης (δεν έχει συνδεμένο φορτίο) έχει αξία ως μέγεθος για να αξιολογήσουμε την συμπεριφορά του πάνελ όταν αυτό είναι συνδεμένο σε έναν ρυθμιστή φόρτισης.

Ρεύμα σημείου μεγίστης ισχύος (Imp)
Η τιμή ρεύματος που όταν το πάνελ αποδίδει τα μέγιστα συνδεμένο στο σύστημα.

[Προέλλην]

Στην πιο απλή του μορφή, ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα απο αποτελείται απο:/

(1) Φ/Β πάνελς
(2) Ρυθμιστή φόρτισης
(3) Μπαταρίες



Σε αυτή την μορφή, μπορεί να τροφοδοτήσει μόνο συσκευές συνεχούς ρεύματος (DC), λ.χ. 12V ή 24V ή 48V.

Αν κάποιος μπορεί να ζήσει μόνο με συνεχές ρεύμα, εκλείπει η αναγκαιότητα έξτρα στοιχείων του συστήματος, συγκεκριμένα ο αντιστροφέας (μετατρέπει το συνεχές σε εναλασσόμενο ρεύμα). Αυτό όμως σημαίνει ότι δεν θα έχουμε την δυνατότητα τροφοδοσίας ενεργοβόρων συσκευών, όπως ηλ. κουζίνα, πλυντήριο, σεσουάρ, θερμοσίφωνο. κοκ.
Λάμπες συνεχούς ρεύματος είναι πολύ εύκολα να βρούμε. Ψυγείο μικρό επίσης εύκολο, αλλά λίγο ακριβό. Μεγαλύτερο ψυγείο συνεχούς ρεύματος στην Ελλάδα είναι πολύ δύσκολο αλλά και ακριβό να βρεθεί. Υπολογιστή μπορούμε επίσης να τροφοδοτήσουμε.
Γενικά, ένα τέτοιο σύστημα στοχεύει σε ημιμόνιμες κατοικίες, πχ μια καλύβα ή ένα καταφύγιο όπου θα περάσουμε πολύ λίγες μέρες.



Μπαταρίες
Εδώ αποθηκεύουμε την ενέργεια των πανελς.

- Χωρητικότητα
μετριέται σε Ah (Ampere hours)

- Iσχύς
μετριέται σε Wh που υπολογίζονται ως: Χωρητικότητα (Ah) της μπαταρίας x Tάση (V) της μπαταρίας
Π.χ. μια μπαραρία 12 V με χωρητικότητα 100 Ah, μας επιτρέπει θεωρητικά/ιδανικά να αποθηκεύσουμε 100 Ah x 12 V = 1200 Wh or 1,2 kWh (κιλοβατώρες)

- Βαθμός εκφόρτισης DoD (Depth-of-Discharge)
oι μπαταρίες ποτέ δεν πρέπει να εκφορτίζουν (αποδίδουν πίσω αποθηκευμένη ισχύ) 100%, γιατί μειώνεται δραματικά ο χρόνος ζωής τους. Ο DoD μας λέει μέχρι τι ποσοστό εκφορτίζονται. Π.χ., αν η μπαταρία του προηγούμενου παραδείγματος έχει DoD = 50%, τότε η μπαταρία μας στην πραγματικότητα δεν μας αποδίδει 1,2 kWh αλλά 0,6 kWh.

- Απόδοση Κύκλου φόρτισης
εκφράζει την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ποσοστό της ποσότητας ενέργειας που χρειάστηκε για την αποθήκευση της. Π.χ., αν η μπαταρία τροφοδοτηθεί απο τα πάνελς με 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, και πάρουμε τελικά από την μπαταρία μας πίσω 0,8 kWh, αυτό σημαίνει έναν βαθμό απόδοσης 80%.

- Προσδόκιμο χρόνος ζωής
μετράτε σε κύκλους φόρτισης (πόσες φορές θα γεμίσει και θα αδειάσει η μπαταρία μας, λαμβάνοντας πάντα υπόψη και το DoD). Π.χ. αν μια μπαταρία αναφέρει χρόνο ζωής 3000 κύκλους ή 10 χρόνια στο 80% της αρχικής της χωρητικότητας, σημαίνει ότι στο πέρας αυτής της εγγύησης, θα έχει χάσει έως και 20% της αρχικής της ικανότητας να αποθηκεύει ενέργεια. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για μεγαλύτερο διάστημα, αλλά η ικανότητά της να αποθηκεύει ενέργεια θα βαίνει συνέχεια μειούμενη.

* H θερμοκρασία του περιβάλλοντος επηρεάζει την απόδοση των μπαταριών. Σε θψηλότερες θερμοκρασίες, η χωρητικότητά τους είναι μεγαλύτερο απ ότι σε χαμηλότερες. Αυτό βέβαια δεν σημαίνει ότι μπορούμε να τις θερμαίνουμε για να έχουμε καλύτερη απόδοση, καθώς αυτό μειώνει παράλληλα τον χρόνο ζωής τους.

** Υπάρχουν διάφοροι τύπου μπαταριών, με κυριότερους αυτούς του μολύβδου, ανοιχτού τύπου με υγρά που πρέπει να συμπληρώνονται, gel, και Li-ion. Έχουν διαφορετικές τιμές, προσδόκιμο χρόνο ζωής, ανάγκες συντήρησης.

[Προέλλην]

Ρυθμιστής φόρτισης

Αν και σε πολύ μικρά συστήματα γίνεται, δεν κάνει να συνδέσουμε απευθείας τα φβ πάνελς με τις μπαταρίες μας. Αυτό γιατί μπορεί να πάθουν ζημιά απο υπερφορτίσεις και υπερτάσεις (δεν υπάρχει σταθερή ροή απο τα πάνελς). Επίσης υπάρχει ο κίνδυνος της πλήρους αποφόρτισης της μπαταρίας, κάτι που δεν θέλουμε λόγω της προδιαγραφής DoD που όπως είδαμε πριν προστατεύει τον χρόνο ζωής τους.


[Συνεχίζεται...]

[vallon]

ωραιο τοπικ
πάμε σε product να κάνουμε συγκρίσεις