«ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ 1MWp»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ 1MWp» ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΔΗΜΟΥΛΙΑΣ ΧΑΡΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γκαραφλή Αιμιλία - Χριστίνα ΑΕΜ:6293 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 1

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Δημουλιά Χάρη, επίκουρο καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για το ενδιαφέρον θέμα που μου εμπιστεύτηκε, καθώς και για την καθοδήγηση και την πολύτιμη βοήθεια που μου προσέφερε καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερμά την οικογένειά μου για την συμπαράστασή που μου έδειξαν όλα αυτά τα χρόνια 2

4 Πίνακας περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγή...5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Περιγραφή Υφιστάμενης Σχεδίασης του Φωτοβολταϊκού Πάρκου Υλικά Εγκατάστασης Περιγραφή Σχεδίασης Μονογραμμικό Σχέδιο Εικόνες Φωτοβολταϊκού Πάρκου...10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Ανάλυση Θεωρητικού Υπολογιστικού Αλγορίθμου...12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Αποτελέσματα Σύγκρισης Δειγματοληψία Ημερών προς Σύγκριση Διαγράμματα Ακτινοβολίας ανά Ημέρα Ισχύς Εξόδου Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συγκριτικά Διαγράμματα Αντιστροφέα Συνολική AC Ισχύς για Κάθε Ημέρα του Δείγματος Συνολική AC Ισχύς (3/7/2011) Συνολική AC Ισχύς (4/7/2011) Συνολική AC Ισχύς (6/7/2011) Συνολική AC Ισχύς (7/7/2011) Συνολική AC Ισχύς (10/7/2011) Συνολική Παραγωγή Ενέργειας ανά Ημέρα

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Συμπεράσματα...56 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Τεχνικά εγχειρίδια...57 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η ενεργειακή αποτίμηση ενός φωτοβολταϊκού πάρκου 1MWp στην περιοχή Παλαιοκάστρου του δήμου Τρικάλων την χρονική περίοδο 22 Ιουνίου 2011 έως 11 Ιουλίου Πιο συγκεκριμένα θα παρουσιαστεί η υφιστάμενη σχεδίαση του φωτοβολταϊκού πάρκου, η χωροθέτηση, η συνδεσμολογία καθώς και τα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί. Θα αναφερθούν οποιαδήποτε προβλήματα προέκυψαν κατά την διάρκεια εκπόνησης της εργασίας καθώς και πως αυτά αντιμετωπίστηκαν. Για να γίνει δυνατή η κατάληξη σε κάποια συμπεράσματα, θα χρησιμοποιηθεί ένας θεωρητικός υπολογιστικός αλγόριθμος με σκοπό τον υπολογισμό της ενέργειας σε kwh που λαμβάνεται για κάποιες συγκεκριμένες μέρες. Στην συνέχεια θα πραγματοποιηθεί σύγκριση αυτής της θεωρητικής τιμής με την πραγματική τιμή που μετράται στην φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Καταλήγοντας, θα παρατεθούν τα απαραίτητα διαγράμματα για ένα δείγμα του συνόλου των ημερών που ελέγχθηκαν, καθώς και τα τελικά συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτά. 5

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ Το υπό μελέτη φωτοβολταϊκό πάρκο ισχύος 1MWp βρίσκεται όπως αναφέρθηκε στην περιοχή του Παλαιοκάστρου στον δήμο Τρικάλων. ΕΙΚΟΝΑ 2.1: Δορυφορική εικόνα τοποθεσίας φωτοβολταϊκού πάρκου 2.1 ΥΛΙΚΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Για την υλοποίηση της εγκατάστασης του φωτοβολταϊκού πάρκου χρησιμοποιήθηκαν 56 αντιστροφείς της εταιρίας SMA τύπου SUNNY TRIPOWER 17000TL. Τα πλαίσια που συνδέθηκαν είναι της εταιρίας Suntech, ισχύος 280 W. Για να μπορέσει το φωτοβολταϊκό πάρκο να συνδεθεί με το δίκτυο της Δ.Ε.Η. χρησιμοποιήθηκαν δύο μετασχηματιστές 20/0,4 kv, ονομαστικής ισχύος 800kVA. Τα υπόλοιπα βασικά ονομαστικά χαρακτηριστικά των μετασχηματιστών είναι u=6% η τάση βραχυκύκλωσης και P cu =8,7kW, P 0 =940W οι απώλειες χαλκού και σιδήρου αντίστοιχα. 6

8 Όσον αφορά τα καλώδια που εγκαταστάθηκαν στο πάρκο, για την dc σύνδεση χρησιμοποιήθηκε καλώδιο διατομής 6mm 2, με ειδική αντίσταση 3,08mΩ/m για θερμοκρασία 60. Για την ac σύνδεση τοποθετήθηκε καλώδιο διατομής 25mm 2, με ειδική αντίσταση 0,73mΩ/m για θερμοκρασία 60. Τα απαραίτητα τεχνικά εγχειρίδια των υλικών που τοποθετήθηκαν στην εγκατάσταση παρουσιάζονται στο Παράρτημα. 2.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ- ΜΟΝΟΓΡΑΜΜΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ Το φωτοβολταϊκό πάρκο χωρίζεται σε δέκα συστοιχίες (arrays). Οι πρώτες οχτώ συστοιχίες διαθέτουν από έξι αντιστροφείς ενώ οι τελευταίες δύο διαθέτουν από τέσσερις. Κάθε αντιστροφέας συνδέεται με τέσσερις στοιχειοσειρές (string), η κάθε μία από τις οποίες αποτελείται από 16 πλαίσια των 280W συνδεδεμένα σε σειρά, ενώ οι στοιχειοσειρές μεταξύ τους συνδέονται παράλληλα. Τα φωτoβολταϊκά πλαίσια διαθέτουν ενσωματωμένα δύο dc καλώδια μήκους ενός μέτρου έκαστο, διατομής 4mm 2, ένα για τον αρνητικό πόλο και ένα για τον θετικό. Τα καλώδια αυτά είναι απαραίτητα για την εν σειρά σύνδεση των πλαισίων μεταξύ τους, ενώ για την παράλληλη σύνδεση των στοιχειοσειρών με τον αντιστροφέα χρησιμοποιείται επιπλέον dc καλώδιο. Όλοι οι αντιστροφείς που ανήκουν σε μία συστοιχία καταλήγουν μέσω ac καλωδίωσης σε έναν υποπίνακα της συστοιχίας. Σαν σύνολο επομένως υπάρχουν δέκα υποπίνακες συστοιχιών (Array 1 έως Array 10) Από κάθε υποπίνακα ξεκινάει ένα καλώδιο ac. Τα συγκεκριμένα καλώδια από τους δέκα υποπίνακες των συστοιχιών συνδέονται στον Γενικό Πίνακα Χαμηλής Τάσης (ΓΠΧΤ) ο οποίος μέσω άλλης καλωδίωσης καταλήγει σε δύο μετασχηματιστές ονομαστικής ισχύος 800kVA οι οποίοι είναι παράλληλα συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Σε σύνδεση με τους μετασχηματιστές, από την πλευρά του δικτύου βρίσκεται ο ζυγός μέσης τάσης (ΜΤ) και τέλος έπειτα από τον ζυγό συνδέεται ο μετρητής της Δ.Ε.Η.. Είναι χρήσιμο να αναφερθεί ότι έχουν συμπεριληφθεί στον σχεδιασμό και την εγκατάσταση του συγκεκριμένου φωτοβολταϊκού πάρκου, όλα τα απαραίτητα μέτρα προστασίας έναντι υπερφόρτισης και βραχυκυκλώματος στα καλώδια. 7

9 Τέλος στο φωτοβολταϊκό πάρκο έχει εγκατασταθεί ένα μετρητικό σύστημα το οποίο επιτρέπει την αποθήκευση μετεωρολογικών και ηλεκτρολογικών δεδομένων. Το σύστημα αυτό είναι συνδεδεμένο με το διαδίκτυο και μέσω της ιστοσελίδας του οι αποθηκευμένες μετρήσεις είναι άμεσα διαθέσιμες για κάθε ενδιαφερόμενο. Η δειγματοληψία των μετρήσεων πραγματοποιείται για κάθε δεκάλεπτο της ώρας με αποτέλεσμα να δημιουργείται πλήρης εικόνα της λειτουργίας του φωτοβολταϊκού πάρκου. Το μετρητικό αυτό σύστημα, αντιμετωπίζει κάποια προβλήματα που μπορεί να δώσουν λανθασμένη εικόνα για την λειτουργία του πάρκου. Πρόκειται για κάποιες κενές, αρνητικές ή μηδενικές μετρήσεις τις ώρες με πολύ υψηλή ακτινοβολία, ή ακόμα και μηδενικές μετρήσεις για όλη την διάρκεια κάποιας μέρας. Στην δεύτερη περίπτωση κανονικά κάποιες συστοιχίες θα έπρεπε να βγαίνουν εκτός λειτουργίας. Ύστερα όμως από ελέγχους που πραγματοποιήθηκαν, διαπιστώθηκε ότι όλες οι συστοιχίες λειτουργούσαν κανονικά, απλά το μετρητικό σύστημα λόγω κάποιον σφαλμάτων δεν αποθήκευε τις μετρήσεις που λάμβανε κατά την δειγματοληψία που πραγματοποιούσε. Ολόκληρη η συνδεσμολογία του πάρκου παρουσιάζεται στην συνέχεια μέσω ενός απλοποιημένου μονογραμμικού σχεδίου. 8

10 ΕΙΚΟΝΑ 2.2: Μονογραμμικό σχέδιο φωτοβολταϊκής εγκατάστασης 9

11 2.3 ΕΙΚΟΝΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 2.3: Διάταξη φωτοβολταϊκών πλαισίων 1 ΕΙΚΟΝΑ 2.4: Διάταξη φωτοβολταϊκών πλαισίων 2 10

12 ΕΙΚΟΝΑ 2.5: Διάταξη φωτοβολταϊκών πλαισίων 3 11

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ Σκοπός του συγκεκριμένου κεφαλαίου είναι η ανάλυση του υπολογιστικού αλγορίθμου, βάσει του οποίου υπολογίστηκαν οι θεωρητικές τιμές για την ισχύ και την ενέργεια που παράγεται από το φωτοβολταϊκό πάρκο. Ξεκινώντας, είναι χρήσιμο να αναφερθεί ότι για την έναρξη των υπολογισμών χρησιμοποιήθηκαν σαν είσοδοι του αλγορίθμου: Η ημερήσια ακτινοβολία, η οποία προκύπτει ως ο μέσος όρος των μετρήσεων των πυρανομέτρων που έχουν εγκατασταθεί. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος, που προκύπτει ως ο μέσος όρος των μετρήσεων των αισθητήρων θερμοκρασίας εξωτερικού περιβάλλοντος Η ταχύτητα του ανέμου, η οποία υπολογίζεται με την βοήθεια ενός ανεμομέτρου Όλες οι παραπάνω μετρήσεις αλλά και όσες χρησιμοποιηθούν στην συνέχεια έχουν καταγραφεί με την βοήθεια του μετρητικού συστήματος που έχει εγκατασταθεί στο φωτοβολταϊκό πάρκο. Η δειγματοληψία των μετρήσεων πραγματοποιείται για κάθε δεκάλεπτο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Επομένως, αρχικά μπορεί να υπολογιστεί η θερμοκρασία της κυψέλης των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε με την βοήθεια της παρακάτω εξίσωσης Όπου: Alpha : Συντελεστής απορρόφησης της ακτινοβολίας, ο οποίος ισούται με 0,9 G i : Αποθηκευμένη μέτρηση της ακτινοβολίας (W/m 2 ) Eff: Βαθμός απόδοσης φωτοβολταϊκού πλαισίου, ο οποίος δίνεται στο τεχνικό εγχειρίδιο των πλαισίων και είναι ίσος με 14,4% T amb_i : Θερμοκρασία περιβάλλοντος ( o C) U i : Συντελεστής απωλειών (W/m 2 K) 12

14 Ο συντελεστής απωλειών U i δίνεται από ένα σταθερό μέρος, U c, και ένα μεταβλητό, U v εξαρτώμενο από την ταχύτητα του αέρα v i με βάση την εξίσωση: Όπου U c =20 W/m 2 K και U v =6 W/m 2 K(m/s) Στη συνέχεια χρησιμοποιείται η παρακάτω σχέση για την εύρεση της στιγμιαίας θεωρητικής ισχύς στους ακροδέκτες των φωτοβολταϊκών πλαισίων,p PV_i σε kw Όπου: α: Ο θερμοκρασιακός συντελεστής του φωτοβολταϊκού πλαισίου, ο οποίος δίνεται στο αντίστοιχο τεχνικό εγχειρίδιο και ισούται με -0,44% P peak : Η εγκατεστημένη ισχύς των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε STC (Standard Testing Conditions) σε kw Εδώ σαν P peak θα λαμβάνεται η ισχύς των panels που αντιστοιχούν σε έναν αντιστροφέα. Δηλαδή για κάθε αντιστροφέα θα ισχύει: Χρειάζεται επιπλέον να υπολογιστούν οι απώλειες στα dc καλώδια, οι οποίες δίνονται από την σχέση: 13

15 Όπου: r dc : Η αντίσταση των dc καλωδίων στους 60 από την στοιχειοσειρά στον αντιστροφέα η οποία όπως αναφέρθηκε ισούται με 3,08 mω/m. Ι dc_i : Πρόκειται για την μέση τιμή του ρεύματος το δεκάλεπτο i, σε μία στοιχειοσειρά. Η μέτρηση του I dc_i θα λαμβάνεται από τον αντιστροφέα. Με αυτό τον τρόπο υπολογίζονται οι απώλειες ισχύος για κάθε αντιστροφέα. Στον συγκεκριμένο υπολογισμό λοιπόν, το dc ρεύμα θα χρησιμοποιηθεί σαν είσοδος του αλγορίθμου με βάση τις τιμές που λαμβάνονται από το μετρητικό σύστημα. Όμως όπως παρατηρήθηκε, κατά την διαδικασία λήψης των μετρήσεων, σε κάποιες συστοιχίες, το μετρητικό σύστημα παρουσίασε σφάλμα για τις ημερομηνίες που εξετάστηκε το φωτοβολταϊκό πάρκο, με αποτέλεσμα οι τιμές που δίνονται να είναι πολύ μεγάλες ή αρνητικές. Σε μερικές περιπτώσεις μάλιστα δεν καταγράφονται καθόλου μετρήσεις. Για να είναι επομένως δυνατός ο υπολογισμός των απωλειών των καλωδίων στο dc θεωρήθηκε ότι οι συγκεκριμένες συστοιχίες λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί μία γειτονική συστοιχία, και άρα θα έχουν το ίδιο ρεύμα στο dc. Όσον αφορά την αντίσταση των dc καλωδίων, αυτή προκύπτει από τον πολλαπλασιασμό της ειδικής αντίστασης του καλωδίου επί το μήκος του dc καλωδίου, που στην παρούσα περίπτωση είναι 52 m. Άρα θα ισχύει: Για την εύρεση της ισχύος εισόδου του αντιστροφέα θα εφαρμοστεί η σχέση: Όπου: N str : Αριθμός των στοιχειοσειρών του αντιστροφέα 14

16 Στη συνέχεια υπολογίζεται η ισχύς εξόδου του αντιστροφέα από την εξίσωση: Όπου: η inv_i : Είναι ο βαθμός απόδοσης για ισχύ εξόδου P dc_inv_i και δίνεται από την καμπύλη του βαθμού απόδοσης. Μία απλή μαθηματική σχέση η οποία περιγράφει, με αρκετά μεγάλη ακρίβεια, την καμπύλη του βαθμού απόδοσης για οποιονδήποτε αντιστροφέα είναι: Για τον αντιστροφέα της SMA, ST17000TL, που έχει χρησιμοποιηθεί στην εγκατάσταση ισχύουν τα παρακάτω: Επομένως θα ισχύει: Οι απώλειες στα ac καλώδια από τον αντιστροφέα μέχρι τον οικίσκο ελέγχου είναι: Όπου: I inv_i : Tο ac ρεύμα του συγκεκριμένου αντιστροφέα το δεκάλεπτο i σε Α r ac : Η αντίσταση καλωδίου στους 60 που όπως αναφέρθηκε είναι ίση με 0,73 mω/m 15

17 Όπως και στην περίπτωση του υπολογισμού των απωλειών στα dc καλώδια, έτσι και εδώ, το ρεύμα στο ac χρησιμοποιείται σαν είσοδος, δηλαδή διαβάζονται οι τιμές όπως αυτές προκύπτουν από το μετρητικό σύστημα του φωτοβολταϊκού πάρκου. Αντιμετωπίστηκαν επίσης με τον ίδιο τρόπο οι λανθασμένες ή κενές μετρήσεις που καταγράφονταν από το μετρητικό σύστημα. Δηλαδή για όσες συστοιχίες λαμβάνονται μηδενικές, κενές και γενικότερα λανθασμένες τιμές μέτρησης, οι μετρήσεις για τις συγκεκριμένες συστοιχίες αντικαθίστανται με τις μετρήσεις ενός γειτονικού συστοιχίες που λειτουργεί ορθά. Συνεχίζοντας, στον αλγόριθμο υπολογίζεται η ωφέλιμη ισχύς στο Γενικό Πίνακα Χαμηλής Τάσης (ΓΠΧΤ) του έργου για κάθε αντιστροφέα, ως η διαφορά μεταξύ της ισχύος εξόδου του αντιστροφέα και των απωλειών των καλωδίων στο ac η οποία δίνεται από τη σχέση: Αθροίζοντας τις ωφέλιμες ισχύεις για κάθε αντιστροφέα προκύπτει η συνολική ac ισχύς στο ΓΠΧΤ ως εξής: Όπου: Ν inv_i : Ο αριθμός των αντιστροφέων Οι ΜΣ στην εγκατάσταση είναι συνδεδεμένοι παράλληλα με αποτέλεσμα οι συνολικές απώλειες στους ΜΣ να προκύπτουν από το άθροισμα των απωλειών σιδήρου και των απωλειών χαλκού των δύο ΜΣ. Επομένως οι απώλειες ισχύος στους μετασχηματιστές για το δεκάλεπτο i είναι: 16

18 Όπου: Ι tr1_i, I tr2_i : Τα φασικά ρεύματα στην ΧΤ των ΜΣ, των οποίων οι τιμές διαβάζονται από τις καταγραφές του μετρητικού συστήματος. P 0 : Οι σταθερές απώλειες σιδήρου οι οποίες δίνονται από τον κατασκευαστεί και είναι ίσες με 940 W r tr : Η ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων όπως αυτή υπολογίζεται από τις ονομαστικές απώλειες του φορτίου ανηγμένη στην ΧΤ. Για να υπολογιστεί η συγκεκριμένη αντίσταση θα ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία: Είναι γνωστό ότι η ισχύς βραχυκύκλωσης είναι 6%. Επομένως η ωμική συνιστώσα της θα είναι: Στην πλευρά της χαμηλής τάσης, 400 V, η αντίσταση βάσης θα είναι: Άρα η αντίσταση του μετασχηματιστή ανηγμένη στην ΧΤ θα είναι: Για τον υπολογισμό του φασικού ρεύματος, χρησιμοποιήθηκε ως είσοδος του αλγορίθμου η ισχύς εξόδου P out και η φασική τάση του μετασχηματιστή V tr. Λήφθηκαν δηλαδή μέσω του μετρητικού συστήματος. Το φασικό ρεύμα επομένως θα ισούται με Το ρεύμα αυτό αντιστοιχεί στο ρεύμα και των δύο μετασχηματιστών. Καθώς όμως πρόκειται για ίδιους μετασχηματιστές οι οποίοι είναι παραλληλισμένοι, το φασικό ρεύμα που θα τους διαρρέει ισομοιράζεται, με αποτέλεσμα το φασικό ρεύμα του κάθε μετασχηματιστή να είναι : 17

19 Για να βρεθεί λοιπόν η θεωρητικά παραγόμενη ισχύς στη ΜΤ, σύμφωνα με τα παραπάνω, θα πρέπει να αφαιρεθούν οι απώλειες ισχύος των μετασχηματιστών από την συνολική ισχύ στον ΓΠΧΤ. Έτσι θα ισχύει: Το τελικό στάδιο του θεωρητικού υπολογιστικού αλγορίθμου είναι ο υπολογισμός της ημερήσιας ενέργειας που παράγεται με βάση την θεωρητικά παραγόμενη ισχύ, όπου ουσιαστικά αθροίζονται όλες οι δεκάλεπτες μετρήσεις για κάθε μέρα όπως φαίνεται και στην παρακάτω σχέση: 18

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ Η παρούσα ενότητα αναφέρεται στα αποτελέσματα που προέκυψαν έπειτα από την σύγκριση των υπολογισμών όπως αυτοί πραγματοποιήθηκαν με βάση τον υπολογιστικό θεωρητικό αλγόριθμο και των μετρήσεων που λήφθηκαν από το μετρητικό σύστημα που είναι εγκατεστημένο στο φωτοβολταϊκό πάρκο. 4.1 ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΗΜΕΡΩΝ ΠΡΟΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗ Όπως έχει ήδη αναφερθεί οι σχετικοί υπολογισμοί έχουν πραγματοποιηθεί για τις ημέρες 22 Ιουνίου έως 11 Ιουλίου Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο θα παρουσιαστούν οι συγκρίσεις μεταξύ θεωρητικών και πραγματικών τιμών για ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα πέντε ημερών. Επιπλέον θεωρώντας ότι οι αντιστροφείς ανά ομάδα λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο επιλέχθηκαν 10 αντιστροφείς από το σύνολο των 56 αντιστροφέων που είναι εγκατεστημένοι στο φωτοβολταϊκό πάρκο, ένας για κάθε ομάδα, για να είναι πιο κατανοητή η παρουσίαση των αποτελεσμάτων. Η επιλογή του δείγματος έγινε λαμβάνοντας υπόψη τους παρακάτω παράγοντες: 1. Την ακτινοβολία κατά την διάρκεια των ημερών όπως αυτή μετρήθηκε από το σύστημα του πάρκου. Πιο συγκεκριμένα επιλέχθηκαν ημέρες με πολύ ικανοποιητική καμπύλη ακτινοβολίας, με μέτρια και με πολύ κακή. Μέτριες και κακές μέρες στην ουσία εννοούνται οι μέρες με περιορισμένη ηλιοφάνεια, ενώ καλές ημέρες, εκείνες κατά τις οποίες η καμπύλη ακτινοβολίας-χρόνου πλησιάζει την κανονική κατανομή. 2. Τα διάφορα προβλήματα που προέκυψαν λόγω σφαλμάτων του μετρητικού συστήματος. Όπως έχει ήδη αναφερθεί παρουσιάστηκαν κάποιες κενές ή λανθασμένες μετρήσεις χωρίς όμως να βγει εκτός σύνδεσης κάποιος αντιστροφέας. Για τον λόγο αυτό, για τις ημέρες του δείγματος επιδιώχθηκε να είναι διαθέσιμες όλες οι μετρήσεις για όλους τους αντιστροφείς. 19

21 G i (W/m 2 ) Με βάση επομένως τους παραπάνω παράγοντες, το τελικό δείγμα αποτελείται από τις παρακάτω ημερομηνίες 3/7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΝΑ ΗΜΕΡΑ Στην συγκεκριμένη υποενότητα παραθέτονται τα διαγράμματα της ακτινοβολίας για το δείγμα των ημερών όπως αυτό προέκυψε με βάση τις παραδοχές που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.1: Ακτινοβολία για 3/7/

22 G i (W/m 2 ) G i W/m 2 ) /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.2: Ακτινοβολία για 4/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.3: Ακτινοβολία για 6/7/

23 G i (W/m 2 ) G i (W/m 2 ) /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.4 Ακτινοβολία για 7/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.5 Ακτινοβολία για 10/7/

24 4.3 ΙΣΧΥΣ ΕΞΟΔΟΥ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ Στην παράγραφο αυτή θα παρουσιαστούν σε κοινό διάγραμμα οι θεωρητικοί υπολογισμοί και οι μετρήσεις για την ισχύ εξόδου του αντιστροφέα σε kw. Τα διαγράμματα αυτά αναφέρονται σε κάθε έναν αντιστροφέα εκ των 10 που έχουν χρησιμοποιηθεί για τα αποτελέσματα, για το δείγμα των πέντε ημερών για δειγματοληψία τιμών για κάθε δεκάλεπτο κατά τη διάρκεια της ημέρας ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.6: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 1 για 3/7/

25 Pac, out /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.7: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 1 για 4/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.8: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 1 για 6/7/

26 1 7/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.9: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 1 για 7/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.10: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 1 για 10/7/

27 4.3.2 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ 2 1 3/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.11: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 2 για 3/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.12: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 2 για 4/7/

28 Pac, out /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.13: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 2 για 6/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.14: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 2 για 7/7/

29 3:36 πμ 10:48 πμ 6:00 μμ 10/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.15: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 2 για 10/7/ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.16: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 3 για 3/7/

30 /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.17: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 3 για 4/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.18: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 3 για 6/7/

32 4.3.4 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ 4 1 3/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.21: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 4 για 3/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.22: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 4 για 4/7/

34 10/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.25: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 4 για 10/7/ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ 5 1 3/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.26: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 5 για 3/7/

35 Pac.out /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.27: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 5 για 4/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.28: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 5 για 6/7/

36 /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.29: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 5 για 7/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.30: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 5 για 10/7/

37 4.3.6 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ 6 1 3/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.31: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 6 για 3/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.32: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 6 για 4/7/

39 10/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.35: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 6 για 10/7/ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.36: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 7 για 3/7/

40 1 4/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.37: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 7 για 4/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.38: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 7 για6/7/

42 4.3.8 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.41: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 8 για 3/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.42: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 8 για 4/7/

43 6/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.43: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 8 για 6/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.44: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 8 για 7/7/

44 10/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.45: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 8 για 10/7/ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ 9 1 3/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.46: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 9 για 3/7/

46 Pac, out 1 7/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.49: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 9 για 7/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.50: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 9 για 10/7/

47 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.51: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 10 για 3/7/ /7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.52: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 10 για 4/7/

49 10/7/ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.55: Ισχύς εξόδου αντιστροφέα 10 για 10/7/ ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΗΜΕΡΑ ΤΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν τα συγκριτικά διαγράμματα της θεωρητικής και της μετρούμενης συνολικής ac ισχύος για κάθε ημέρα. Οι μετρήσεις αυτές καθώς και οι υπολογισμοί έχουν πραγματοποιηθεί μετά τον μετασχηματιστή προς την πλευρά του δικτύου της Δ.Ε.Η.. Λαμβάνονται επομένως υπόψη οι απώλειες των μετασχηματιστών καθώς και οι απώλειες των καλωδίων. Άρα θα προκύψουν πέντε διαγράμματα, ένα για κάθε μέρα του δείγματος. Επίσης θα παρουσιαστούν και τα αντίστοιχα διαγράμματα για το σύνολο των 56 αντιστροφέων. Όλα τα γραφήματα φαίνονται παρακάτω: 48

50 Pολικό (kw) Pολικό (kw) ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ (3/7/2011) Pout ολικό 3/7/2011 για 10 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.56: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 3/7/ Pout ολικό 3/7/2011 για 56 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.57: Συνολική AC ισχύς εξόδου 56 αντιστροφέων για 3/7/

51 Pολικό (kw) Pολικό (kw) ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ (4/7/2011) 18 Pout ολικό 4/7/2011 για 10 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.58: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 4/7/ Pout ολικό 4/7/2011 για 56 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.59: Συνολική AC ισχύς εξόδου 56 αντιστροφέων για 4/7/

52 Pολικό (kw) Pολικό (kw) ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ (6/7/2011) 18 Pout ολικό 6/7/2011 για 10 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.60: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 6/7/ Pout ολικό 6/7/2011 για 56 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.61: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 6/7/

53 Pολικό (kw) Ρολικό (kw) ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ (7/7/2011) 18 Pout ολικό 7/7/2011 για 10 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.62: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 7/7/ Pout ολικό 7/7/2011 για 56 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.63: Συνολική AC ισχύς εξόδου 56 αντιστροφέων για 7/7/

54 Pολικό (kw) Ρολικό (kw) ΣΥΝΟΛΙΚΗ AC ΙΣΧΥΣ (10/7/2011) 16 Pout ολικό 10/7/2011 για 10 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.64: Συνολική AC ισχύς εξόδου 10 αντιστροφέων για 10/7/ Pout ολικό 10/7/2011 για 56 αντιστροφείς ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.65: Συνολική AC ισχύς εξόδου 56 αντιστροφέων για 10/7/

55 4.5 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑ ΗΜΕΡΑ Καταλήγοντας παραθέτεται ο πίνακας με τις μέγιστες τιμές παραγωγής ενέργειας καθώς και το διάγραμμα συνολικής ενέργειας σε kwh που παράγεται από τους συγκεκριμένους αντιστροφείς. Το διάγραμμα αυτό παρουσιάζει την διαφορά που προκύπτει μεταξύ θεωρητικών τιμών και μέτρησης στην παραγωγή ενέργειας για κάθε μέρα του δείγματος. 3/7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/2011 Θεωρητικές Τιμές 1148, , , , , , ,27 994, , ,93 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1: Ολική παραγόμενη ενέργεια των δέκα αντιστροφέων για κάθε μέρα του δείγματος 140 Συνολική Ενέργεια ανά Ημέρα σε kwh ( για το δείγμα των 10 inverter) /7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.66: Ολική παραγόμενη ενέργεια των δέκα αντιστροφέων για κάθε μέρα του δείγματος Επιπλέον από την στιγμή που ο αλγόριθμος έχει εφαρμοστεί για όλους τους αντιστροφείς και καθώς από το μετρητικό σύστημα είναι δυνατόν να ανακτηθούν τα αποτελέσματα από όλους τους αντιστροφείς και να προκύψει ένα συγκριτικό διάγραμμα πέντε ημερών και για τους 56 αντιστροφείς που διαθέτει η εγκατάσταση. Το διάγραμμα αυτό φαίνεται παρακάτω: 54

56 Εday (kwh) 8000 Συνολική Ενέργεια ανά Ημέρα σε kwh ( για το σύνολο των 56 inverter) /7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/2011 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.67: Ολική παραγόμενη ενέργεια όλων των αντιστροφέων για κάθε μέρα του δείγματος Ένας αντίστοιχός πίνακας με αυτόν που παρουσιάστηκε για το διάγραμμα με τους δέκα αντιστροφείς, παρουσιάζεται παρακάτω για τα αποτελέσματα των 56 αντιστροφέων. 3/7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/2011 Θεωρητικές Τιμές 6429, , , , , , , , , ,76 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2: Ολική παραγόμενη ενέργεια όλων των αντιστροφέων για κάθε μέρα του δείγματος 55

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρατηρώντας τα διαγράμματα που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, γίνεται δυνατή η πλήρης σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των θεωρητικών τιμών και των πραγματικών μετρήσεων. Είναι εμφανές ότι τα θεωρητικά αποτελέσματα συμπίπτουν κατά κύριο λόγο με τις πραγματικές μετρήσεις. Σε κάποιες περιπτώσεις, στις πραγματικές μετρήσεις, διακρίνονται απότομες πτώσεις στην ισχύ, χωρίς να έχουμε απόλυτο μηδενισμό. Το γεγονός αυτό οφείλεται σε στιγμιαία σφάλματα του μετρητικού συστήματος, τα οποία έχουν σαν αποτέλεσμα να μην αποθηκεύεται ολόκληρη η ισχύς που παράγεται χωρίς αυτό να σημαίνει ότι εκείνη την ώρα υπάρχει αλλαγή στην ηλιοφάνεια. Με βάση τον συγκεντρωτικό πίνακα που παρουσιάστηκε και αφορά την παραγόμενη ενέργεια του πάρκου, θεωρητική και πραγματική, των δέκα αντιστροφέων, μπορεί να υπολογιστεί η ποσοστιαία απόκλιση μεταξύ των θεωρητικών και πραγματικών τιμών. Επομένως θα ισχύει: Ποσοστιαία μεταβολή της Παραγόμενης Ενέργειας στο χρησιμοποιούμενο δείγμα 3/7/2011 4/7/2011 6/7/2011 7/7/ /7/2011 4,82% 4,41% 8,74% 3,26% 3,37% ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1: Ποσοστιαία μεταβολή παραγόμενης ενέργειας για 10 αντιστροφείς. Το ποσοστό αυτό απόκλισης μεταξύ του θεωρητικού υπολογιστικού αλγορίθμου και των μετρήσεων που λαμβάνονται από το μετρητικό σύστημα είναι μικρό. Επομένως μπορεί να συμπεραθεί ότι η παραγόμενη ενέργεια ενός φωτοβολταϊκού πάρκου μπορεί να προσεγγιστεί κατά πολύ με την χρήση του θεωρητικού αλγορίθμου που παρουσιάστηκε. 56

58 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΑ 57

59 58

60 59

61 60

62 61

63 62

64 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Deutsche Gesellschaft fur Sunneneenergie: Planning and installing photovoltaic systems: a guide for unstallers. Architects and engineers, 2 nd edition. Δημουλιάς Χ.: A new simple analytical method for calculating the optimum inverter size in grid-connected PV plants, Electric Power Systems Research, 2010 Ντοκόπουλος, Π. (2005), Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών, Εκδόσεις ΖΗΤΗ. ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ