[vc_row][vc_column][vc_column_text]

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα – Γενικές Πληροφορίες

Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν ανεξάρτητα από το ηλεκτρικό δίκτυο και είναι γενικά σχεδιασμένα και διαστασιολογημένα για την παροχή ορισμένων ηλεκτρικών φορτίων DC ή / και AC. Αυτοί οι τύποι συστημάτων μπορεί να τροφοδοτούνται μόνο από μια φωτοβολταϊκή διάταξη ή να χρησιμοποιούν αιολική ενέργεια, μια γεννήτρια κινητήρα ή μια ισχύ κοινής ωφέλειας ως βοηθητική πηγή ενέργειας σε αυτό που ονομάζεται φωτοβολταϊκό-υβριδικό σύστημα. Ο απλούστερος τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι ένα σύστημα άμεσης σύνδεσης, όπου η έξοδος συνεχούς ρεύματος μιας φωτοβολταϊκής μονάδας ή συστοιχίας συνδέεται άμεσα με φορτίο DC. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικού ρεύματος (μπαταρίες) σε συστήματα με απευθείας σύνδεση, το φορτίο λειτουργεί μόνο κατά τις ώρες ηλιοφάνειας, καθιστώντας αυτά τα σχέδια κατάλληλα για κοινές εφαρμογές, όπως ανεμιστήρες εξαερισμού, αντλίες νερού και αντλίες μικρής κυκλοφορίας για συστήματα θέρμανσης με ηλιακό θερμοσίφωνα. Η αντιστοίχιση της σύνθετης αντίστασης του ηλεκτρικού φορτίου με τη μέγιστη ισχύ εξόδου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας είναι ένα κρίσιμο μέρος του σχεδιασμού ενός καλώς αποδοτικού συστήματος άμεσης σύνδεσης. Για ορισμένα φορτία όπως τις αντλίες νερού θετικής εκτόνωσης. ένας τύπος ηλεκτρονικού μετατροπέα συνεχούς ρεύματος DC, ο οποίος ονομάζεται συσκευή παρακολούθησης μέγιστης ισχύος (MPPT), χρησιμοποιείται μεταξύ του πίνακα και του φορτίου για καλύτερη χρήση της διαθέσιμης μέγιστης ισχύος εξόδου του πίνακα.

 

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα για εξοχικά

fotovoltaiko-exohiko-katoikia-fotovoltaika-exohika.jpg

Απλούστερος τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος

Σε πολλά αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστηματα , οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας. Το σχήμα 5.6 δείχνει ένα διάγραμμα ενός τυπικού αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος που τροφοδοτεί φορτία DC και AC. Το σχήμα 5.7 δείχνει πώς μπορεί να ρυθμιστεί ένα τυπικό φωτοβολταϊκό υβριδικό σύστημα.

Μικρά αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα

Σχήμα 5.6 . Διάγραμμα αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος με τροφοδοσία μπαταρίας φορτίων DC και AC

Σχήμα 5.7 . Διάγραμμα του φωτοβολταϊκού υβριδικού συστήματος

 

Μετατροπή φωτοβολταϊκού συστήματος

Τα  αυτονομα φωτοβολταϊκά συστηματα είναι συνήθως εναλλάκτες ισχύος κοινής ωφέλειας. Περιλαμβάνουν γενικά μονάδες ηλιακής φόρτισης, μπαταρίες  φωτοβολταικών αποθήκευσης και χειριστήρια ή ρυθμιστές όπως φαίνεται στο σχήμα 3.15 . Τα συστήματα που εγκαθίστανται στο έδαφος ή στην οροφή θα απαιτούν δομή τοποθέτησης , και εάν είναι επιθυμητή η παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος, απαιτείται επίσης μετατροπέας . Σε πολλά αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας, καθώς μπορεί να αντιπροσωπεύουν έως και το 40% του συνολικού κόστους του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος καθ ‘όλη τη διάρκεια ζωής του [ 33 ].

Διάγραμμα αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος με ισχύ αποθήκευσης μπαταρίας φορτία DC και AC.

Αυτές οι μπαταρίες προκαλούν απώλειες στο φωτοβολταϊκό σύστημα λόγω περιορισμένης διαθεσιμότητας χρόνου και ενέργειας για την επαναφόρτιση της μπαταρίας εκτός από την ανεπαρκή συντήρηση της μπαταρίας. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένας ελεγκτής φόρτισης για τον έλεγχο του συστήματος και την αποφυγή υπερβολικής φόρτισης και υπερβολικής φόρτισης της μπαταρίας. Η υπερφόρτιση μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και ενδέχεται να προκαλέσει αέρια, ενώ η υπερφόρτιση μπορεί να οδηγήσει σε θείωση και στρωματοποίηση, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της αποτελεσματικότητας της μπαταρίας και της διάρκειας ζωής.

Οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται συχνά σε αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα για την αποθήκευση ενέργειας που παράγεται από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια κατά τη διάρκεια της ημέρας και την τροφοδοσία ηλεκτρικών φορτίων ανάλογα με τις ανάγκες (κατά τη διάρκεια της νύχτας ή των συννεφιασμένων καιρικών συνθηκών). Επιπλέον, απαιτούνται μπαταρίες στα συστήματα παρακολούθησης για να λειτουργούν στο MPP προκειμένου να παρέχουν ηλεκτρικά φορτία με σταθερές τάσεις. Σχεδόν, οι περισσότερες από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι μπαταρίες μολύβδου-οξέος βαθιάς κυκλοφορίας. Αυτές οι μπαταρίες έχουν παχύτερες πλάκες μολύβδου που τις κάνουν να ανέχονται τις βαθιές εκκενώσεις . Όσο πιο παχιές είναι οι πλάκες μολύβδου, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής των μπαταριών. Όσο βαρύτερη είναι η μπαταρία για ένα δεδομένο μέγεθος ομάδας, τόσο πιο παχιά είναι τα πιάτα και τόσο καλύτερα η μπαταρία θα ανέχεται τις βαθιές αποφορτίσεις.

Όλες οι μπαταρίες βαθιάς κύλισης βαθμολογούνται σε χωρητικότητα αμπέρ-ώρας (AH), ποσότητα της ποσότητας χρησιμοποιήσιμης ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί στην ονομαστική τάση. Ένα καλό ποσοστό φόρτισης είναι περίπου το 10% της συνολικής χωρητικότητας της μπαταρίας ανά ώρα. Αυτό θα μειώσει τις απώλειες ηλεκτρολυτών και τη ζημιά στις πλάκες. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα μπορεί να χρειάζεται να έχει μέγεθος για να αποθηκεύει επαρκή ποσότητα ενέργειας στις μπαταρίες για να καλύψει τη ζήτηση ισχύος κατά τη διάρκεια πολλών ημερών θολών καιρικών συνθηκών, γνωστών ως “ημέρες αυτονομίας”.

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου χρησιμοποιούνται επίσης για αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστηματα , αλλά είναι συχνά δαπανηρές και “μπορεί να έχουν προβλήματα συμβατότητας τάσης με ορισμένους μετατροπείς και φορτιστές”. Ωστόσο, το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι δεν επηρεάζονται από τη θερμοκρασία όπως άλλοι τύποι μπαταριών, επομένως συνιστώνται ως επί το πλείστον για βιομηχανικές ή εμπορικές εφαρμογές σε ψυχρά κλίματα.

Για την επέκταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και για την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος απαιτείται ένας ελεγκτής φόρτισης για τη ρύθμιση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας από τις φωτοβολταϊκές μονάδες στη μπαταρία και το φορτίο. Ο ελεγκτής διατηρεί την μπαταρία πλήρως φορτισμένη χωρίς να την φορτίζει υπερβολικά. Πολλοί ελεγκτές έχουν την ικανότητα να ανιχνεύουν το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας που αντλείται από τις μπαταρίες στο φορτίο και να σταματήσουν τη ροή έως ότου αποκατασταθεί επαρκής φόρτιση στις μπαταρίες. Το τελευταίο μπορεί να επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ωστόσο, οι ελεγκτές στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι πιο σύνθετες συσκευές που εξαρτώνται από την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και είναι δύσκολο να μετρηθεί. Ο ελεγκτής πρέπει να έχει μέγεθος για να χειρίζεται το μέγιστο ρεύμα που παράγεται. Πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά πριν από την επιλογή ενός ελεγκτή, όπως ρυθμιζόμενα σημεία ρύθμισης, όπως αποσυνδέσεις υψηλής και χαμηλής τάσης, αντιστάθμιση θερμοκρασίας, προειδοποίηση χαμηλής τάσης και προστασία αντιστροφής ρεύματος. Επιπλέον, ο ελεγκτής θα πρέπει να διασφαλίζει ότι δεν ρέει ρεύμα από τη μπαταρία στη συστοιχία τη νύχτα.

 

Εισαγωγή θεωρία και πράξη σε αυτονομα φωτοβολταϊκά συστηματα

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι το καύσιμο των φωτοβολταϊκών και τα χαρακτηριστικά της αποτελούν τη βάση του σχεδιασμού του συστήματος, από την κατασκευή συστοιχιών μέχρι την αξιοπιστία της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας από  αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα . Η κατανόηση της ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί αναμφισβήτητα το αρχαιότερο μέρος της φυσικής επιστήμης, αλλά μόλις πρόσφατα κατανοήθηκε λεπτομερώς η στατιστική φύση της ηλιακής ενέργειας.

 

Μετατροπείς ισχύος

Υπάρχουν διαφορετικοί μετατροπείς ισχύος για αυτόνομα συστήματα και έχουν διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας. Μπορούν να συνοψιστούν όπως περιγράφεται παρακάτω:

  • Ισχύς από την κύρια πηγή τάσης: Ο μετατροπέας ισχύος μπορεί να παρέχει ενέργεια απευθείας στο φορτίο από την κύρια πηγή τάσης, χωρίς τη χρήση της μπαταρίας. Αυτή η λειτουργία σε ορισμένους μετατροπείς δεν λαμβάνεται υπόψη και το φορτίο απλώς τροφοδοτείται από το σετ μπαταριών.
  • Δεν διατίθεται ενέργεια από την κύρια πηγή τάσης: Είναι πιθανό να μην υπάρχει ενέργεια λόγω των καιρικών συνθηκών και, στη συνέχεια, η μπαταρία θα παραδώσει την ενέργεια στο φορτίο. Αυτό μπορεί να γίνει μέσω μιας άμεσης σύνδεσης ή με την εξέταση ενός μετατροπέα ισχύος.
  • Ισχύς που παρέχεται από την κύρια πηγή και το σύνολο μπαταριών: Όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δεν μπορεί να παράσχει όλη την απαιτούμενη ενέργεια από το φορτίο, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια, τότε το σύστημα θα μπορούσε να λειτουργήσει για να απαιτήσει ενέργεια και από τις δύο πηγές: το φωτοβολταϊκό σύστημα και το σύνολο μπαταριών. Δεν είναι δυνατόν να λειτουργούν όλοι οι μετατροπείς ισχύος σε αυτή τη μορφή.
  • Φόρτιση της μπαταρίας: Μόλις η μπαταρία είναι άδεια, πρέπει να ληφθεί υπόψη η λειτουργία φόρτισης. Η μπαταρία τροφοδοτείται από το φωτοβολταϊκό σύστημα μέσω μετατροπέα ισχύος. Αυτή η λειτουργία εμφανίζεται εάν υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια από την ανανεώσιμη πηγή.
  • Δεν υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια από οποιαδήποτε πηγή:  Είναι πιθανό να μην υπάρχει ενέργεια εξαιτίας των καιρικών συνθηκών και επίσης όταν η μπαταρία είναι αποφορτισμένη. τότε το σύστημα είναι απενεργοποιημένο, μέχρι το σύστημα να έχει την ενέργεια να λειτουργεί.

Για αυτόνομες εφαρμογές, είναι δυνατό να εξεταστούν περισσότερα από ένα ηλιακά πάνελ, εκτός από το σετ μπαταριών. Στη συνέχεια, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο μετατροπέας ισχύος με πολλαπλές εισόδους. Ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα στους μετατροπείς αυτούς είναι η διαχείριση ισχύος, δηλαδή ο καθορισμός πότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάθε πηγή, προκειμένου να υπάρξει η βέλτιστη λειτουργία του συστήματος.

 

Ο ρόλος του κλίματος και της ηλιακής ακτινοβολίας στο σχεδιασμό των φωτοβολταϊκών συστημάτων.

Οι σχεδιαστές φωτοβολταϊκών συστημάτων πρέπει συνήθως να αποσκοπούν στην απόσπαση της μέγιστης οικονομικής απόδοσης από οποιαδήποτε επένδυση καθ ‘όλη τη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι να προσπαθήσουμε να αυξήσουμε την εισερχόμενη πυκνότητα ενέργειας με την κλίση των πάνελ ηλιακών κυψελών προς τον ήλιο. Ωστόσο, η βέλτιστη κλίση για την αύξηση της ημερήσιας πυκνότητας ενέργειας ποικίλλει ανάλογα με την εποχή του χρόνου. Η αξία της ενέργειας που συλλέγεται για τον χρήστη ποικίλλει επίσης με την πάροδο του χρόνου, ιδιαίτερα για τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Για παράδειγμα, εάν η ηλεκτρική ενέργεια πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για φωτισμό, η νυχτερινή περίοδος κατά την οποία απαιτείται ηλεκτρικός φωτισμός θα διαφέρει κατά τη διάρκεια του έτους. Έτσι, η επιλογή της βέλτιστης κλίσης και του προσανατολισμού των συλλεκτών απαιτεί προσεκτική σκέψη. Ο σχεδιασμός πρέπει επίσης να ασχολείται με την εκτίμηση των επιπτώσεων της παρεμπόδισης του χώρου στην απόδοση συλλογής. Η μερική σκίαση των φωτοβολταϊκών πλαισίων είναι επίσης ανεπιθύμητη. Έτσι χρειάζεται μια σωστή κατανόηση της γεωμετρίας των ηλιακών κινήσεων. Η ακτινοβολία σε κεκλιμένες επιφάνειες μπορεί να υπολογιστεί μόνο αν η παγκόσμια ακτινοβολία μπορεί αρχικά να χωριστεί στα συστατικά της δέσμης και της διάχυτης ακτινοβολίας σε ωριαία στάθμη. Ο σχεδιαστής χειρίζεται μια τρισδιάστατη σύστημα εισαγωγής ενέργειας. Η ικανότητα να μπορεί να αλληλοσυνδέεται την ηλιακή γεωμετρία και τις ροές ενέργειας είναι συνήθως σημαντική.

Οι εθνικές μετεωρολογικές υπηρεσίες στοχεύουν στην παροχή γενικευμένων δεδομένων για τις περιοχές που καλύπτουν. Το έργο τους έχει δύο βασικά στοιχεία:

  • προβλέψεις καιρικών συνθηκών μικρής και μεγάλης εμβέλειας,
  • και να παρέχουν κλιματολογικές συμβουλές και δεδομένα.

Οι ανάγκες για κλιματικές πληροφορίες για τα δεδομένα της ηλιακής ακτινοβολίας έχουν ιστορικά επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τα επίγεια αρχεία παρατήρησης. Πιο πρόσφατα, γίνεται όλο και μεγαλύτερη χρήση δορυφορικών δεδομένων για τη δημιουργία πληροφοριών εδάφους. Τα δορυφορικά δεδομένα αποτελούν, για παράδειγμα, ένα κρίσιμο στοιχείο του υλικού της βάσης δεδομένων ακτινοβολίας που διατίθεται στους χρήστες του SoDa-IS 2003. Οι χάρτες ηλιακής ακτινοβολίας ESRA 2000 βασίζονται σε ένα συνδυασμό δορυφορικών δεδομένων και δεδομένων που παρατηρούνται στο έδαφος.

H σχεδίαση των φωτοβολταϊκών εξαρτάται από την επιτυχή εκμετάλλευση των διαθέσιμων κλιματολογικών πληροφοριών στο λεπτομερές έργο του σχεδιασμού. Το χάσμα μεταξύ των δεδομένων που μπορούν να παράσχουν οι εθνικές μετεωρολογικές υπηρεσίες και των σχεδιαστών συστημάτων που χρειάζονται είναι συχνά αρκετά ευρύ. Αυτό το τμήμα του κεφαλαίου εξετάζει ορισμένα από τα διαθέσιμα σήμερα μεθοδολογίες για την παροχή φωτοβολταϊκών σχεδιαστών με ποσοτικές πληροφορίες που χρειάζονται για την αντιμετώπιση διαφόρων έργων σχεδιασμού.

 

Εγκατάσταση σταθμού βάσης και κατανομή πόρων σε βιώσιμα ασύρματα δίκτυα

Για να ανακουφίσει το δυναμικό χαρακτηριστικό της πράσινης ενέργειας, το φωτοβολταϊκό (PV) σύστημα ενέργειας μελετάται για τη μετατροπή της μεταβαλλόμενης πράσινης ενέργειας σε πιο σταθερή και αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια. Το φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από πολλά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένων των φωτοβολταϊκών μονάδων , της μπαταρίας, του ρυθμιστή φορτίου και του μετατροπέα . Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε συστήματα επικοινωνιών για πολλές δεκαετίες. Για την εκπλήρωση των διαφορετικών ενεργειακών απαιτήσεων των ασύρματων συσκευών , οι περισσότερες μελέτες φωτοβολταϊκών συστημάτων επικεντρώνονται στην κατασκευή πιο αξιόπιστων και σταθερών τροφοδοτικών για την αποτροπή της διακοπής της ενέργειας και των αποβλήτων. Το πρόβλημα της διαστασιολόγησης φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα και έχει μελετηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία.

Με βάση τα αποτελέσματα των μελετών για τα φωτοβολταϊκά συστήματα, πολλά μοντέλα επαναφόρτισης και εκφόρτωσης προτάθηκαν σε ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών . Ο πιο απλός τρόπος είναι να μοντελοποιήσετε το ρυθμιστή μπαταρίας / ενέργειας ως διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης και να χρησιμοποιήσετε ένα πλαίσιο για να αναπαριστάτε την τρέχουσα κατάσταση του ρυθμιστή.

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.