ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ ΣΑΜΟΛΑ ΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΧΑΤΖΗΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1.1 Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο Φωτοβολταϊκά στοιχεία Το ιδανικό ΦΒ στοιχείο Το µη ιδανικό στοιχείο Βαθµός απόδοσης ΦΒ στοιχείου ΦΒ πλαίσιο Οµάδα Συστοιχία Προσανατολισµός ΦΒ πλαισίων.11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪKA ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2.1 Πλεονεκτήµατα ΦΒ συστηµάτων Μειονεκτήµατα ΦΒ συστηµάτων Κατηγορίες ΦΒ συστηµάτων Αποµονωµένα ΦΒ συστήµατα Αυτόνοµα ΦΒ συστήµατα Υβριδικά ΦΒ συστήµατα ΦΒ συστήµατα συνδεδεµένα στο δίκτυο..18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΦΒ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ 3.1 Πλεονεκτήµατα ενσωµάτωσης ΦΒ συστηµάτων σε κτίρια Πολυλειτουργικότητα Υπολογισµός συνολικής παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας Απολαβή ηλεκτρικής ενέργειας Καθορισµός επιµέρους επιφανειών του κτιρίου 24

3 Σκίαση των επιφανειών Εγκατάσταση στο δώµα Τύποι ΦΒ πλαισίων κατάλληλων για ενσωµάτωση σε κτίρια Συστήµατα εγκατάστασης ΦΒ πλαισίων σε κτίρια Συντελεστής απόδοσης ΦΒ συστήµατος Παραγόµενη ενέργεια Προβλήµατα κατά τη λειτουργία παραγόµενης ενέργειας ΦΒ εγκαταστάσεων σε κτίρια..35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΕΦΑΡΜΟΓΗ 4.1 εδοµένα Επιφάνειες Φορτίο Μετεωρολογικά εδοµένα Αποτελέσµατα Συµπεράσµατα Βιβλιογραφία...53

4 Πρόλογος Η ηλεκτρική κατανάλωση των κτιρίων αποτελεί µεγάλο µέρος της συνολικής κατανάλωσης µίας χώρας. Το γεγονός αυτό σε συνδυασµό µε την έξαρση των εφαρµογών Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας των τελευταίων χρόνων έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη ιδιαίτερου ενδιαφέροντος για την ενσωµάτωσή τους σε κτίρια. Η ενσωµάτωση ΦΒ συστηµάτων αποδεικνύεται ιδανική για τα κτίρια, γιατί µπορεί να οδηγήσει εκτός από τη µερική ή ολική απεξάρτηση από το εθνικό δίκτυο παροχής, και σε περαιτέρω µείωση των ενεργειακών αναγκών τους. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο υπολογισµός του ποσοστού των ενεργειακών καταναλώσεων ενός κτιρίου που µπορεί να υποκατασταθεί µέσω της ενσωµάτωσης σε αυτό συνδεδεµένων στο δίκτυο ΦΒ συστηµάτων. Η εφαρµογή της πραγµατοποιήθηκε για το κτίριο της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης Ο σκοπός υλοποιείται µε τον υπολογισµό των καταναλώσεων του κτιρίου και της εκτίµησης της παραγόµενης ενέργειας από τα ενσωµατωµένα ΦΒ συστήµατα στις επιφάνειες του. Με αυτόν τον τρόπο αξιολογείται η επάρκεια του ΦΒ συστήµατος, η λειτουργία του, καθώς και η ενεργειακή συµπεριφορά του κτιρίου. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Χατζηαθανασίου Βασίλειο για την πολύτιµη βοήθεια του στην εκπόνηση αυτής της εργασίας καθώς και την οικογένεια µου για την αµέριστη συµπαράσταση τους κατά την διάρκεια των σπουδών µου. 1

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑЇΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2

6 1.1. Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο άρχισε να γίνεται παγκοσµίως γνωστή κυρίως µε την ανακοίνωση της πρώτης κατασκευής ηλιακού στοιχείου πυριτίου Si απόδοσης 6% από τους Fuller, Pearson και Chappin το 1954 καθώς και µε την χρήση του σε διαστηµικές εφαρµογές της Nasa το Όµως, η αρχική παρατήρηση πραγµατοποιήθηκε αρκετά χρόνια πριν από τον Γάλλο φυσικό Henri Becquerel το Ο Becquerel ανακάλυψε πως είναι δυνατόν να εµφανισθεί ηλεκτρικό ρεύµα όταν µία φωτεινή πηγή εφαρµόζεται σε ορισµένα χηµικά διαλύµατα. Έπειτα, το 1877 πραγµατοποιήθηκε η πρώτη παρατήρηση του φωτοβολταϊκού φαινόµενου σε στερεά (σελήνιο-se) από τους Adams και Day. Γενικά το φαινόµενο αναφέρεται αρχικά στην δηµιουργία ηλεκτρικών φορέων στο εσωτερικό ενός ηµιαγωγού µε φωτοαγωγιµότητα η οποία προκαλείται από την ενέργεια η οποία εκλύεται από µία φωτεινή πηγή. Προϋπόθεση του φαινόµενου αποτελεί η ύπαρξη δύο φωτοαγώγιµων ηµιαγωγικών υλικών σε επαφή. Το ηλεκτρικό πεδίο που δηµιουργείται στις επαφές των δύο υλικών προκαλεί την κίνηση ηλεκτρικών φορέων η οποία κίνηση αποτελεί το φωτοβολταϊκό ρεύµα. Σχήµα 1.1. Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο. Στο σχήµα 1.1 παρουσιάζεται η επαφή p n. Οι περιοχές p και n έχουν αντίστοιχα ως φορείς πλειονότητας τις οπές και τα ηλεκτρόνια. Στην περιοχή της ηµιαγωγικής επαφής 3

7 δηµιουργούνται ζεύγη ηλεκτρονίων οπών λόγω της θερµοκρασίας της διάταξης και λόγω της εξωτερικής φωτεινής πηγής. Ζεύγη ηλεκτρονίων - οπών παρατηρούνται τόσο µέσα στην περιοχή της επαφής όσο και έξω από αυτήν, κοντά στα σύνορα των περιοχών τύπου n και p αντίστοιχα. Πολλοί από τους φορείς έχουν µεγάλη πιθανότητα να φτάσουν σε περιοχές όπου υπερτερούν φορείς πλειονότητας, στις οποίες µπορούν να παραµείνουν ελεύθεροι φορείς, ενώ οι υπόλοιποι θα συναντήσουν αντίθετο φορέα µε τον οποίο θα επανασυνδεθούν. Οι τελευταίοι δεν συµβάλλουν τελικά στην δηµιουργία ηλεκτρικού ρεύµατος µέσα στην ηµιαγωγική διάταξη. Όµως, στις περιοχές των αντίστοιχων φορέων πλειονότητας οι πρόσθετοι φορείς προκαλούν φόρτιση µε πλεονάζοντα φορτία. Συνεπώς, η περιοχή τύπου p, η οποία έχει ως φορείς τις οπές αποκτά θετικότερο ηλεκτρικό δυναµικό σε σχέση µε το αντίστοιχο της περιοχής n όπου βρίσκονται τα ηλεκτρόνια που δηµιουργήθηκαν στην επαφή. Αυτή η συνεχής κίνηση των φορέων αποτελεί ρεύµα µε την φορά του ενδογενούς πεδίου δηλαδή από τον ηµιαγωγό τύπου n στον ηµιαγωγό τύπου p, το οποίο ονοµάζεται φωτόρευµα. Συνεπώς, το φωτόρευµα εξαρτάται από το µεγαλύτερο µέρος των φορέων οι οποίοι είναι αποτέλεσµα των απορροφηµένων φωτονίων δηλαδή της πυκνότητας ισχύος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας της φωτεινής πηγής, δηλαδή της ηλιακής ακτινοβολίας, και του εµβαδού της επαφής των δύο ηµιαγωγών της διάταξης. Η διάταξη αποτελεί το φωτοβολταϊκό στοιχείο*. *Για το φωτοβολταϊκό στοιχείο (ΦΒ) χρησιµοποιούνται επίσης οι όροι φωτοβολταϊκή κυψέλη και ηλιακή κυψέλη. 4

8 1.2. Φωτοβολταϊκά Στοιχεία Το ιδανικό ΦΒ στοιχείο Ένα ιδανικό ΦΒ στοιχείο µπορεί να παρασταθεί στο ισοδύναµο ηλεκτρικό κύκλωµά του από µία πηγή σταθερού ρεύµατος συνδεδεµένης παράλληλα µε µία ιδανική δίοδο (σχ. 1.2β). Παρακάτω αναλύονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του ιδανικού στοιχείου. α) β) Σχήµα 1.2 α) Σύµβολο ΦΒ στοιχείου και β) Ισοδύναµο κύκλωµα ιδανικού ΦΒ στοιχείου. Η χαρακτηριστική καµπύλη ρεύµατος τάσης (I V) του στοιχείου περιγράφεται από την εξίσωση του Shockley ως εξής : qv k T B I = I I ( e 1) ph o Όπου: Ι ph : το φωτόρευµα, Ι 0 : το ανάστροφο ρεύµα κόρου, q = το φορτίο του ηλεκτρονίου (1,6x10-19 C), k B = η σταθερά του Bolzman (1,38x10-23 J/K) και T: η απόλυτη θερµοκρασία του Φ/Β στοιχείου σε βαθµούς Κ Η καµπύλη (I V) παρουσιάζεται στο σχήµα 1.3α. 5

9 Στην ιδανική περίπτωση το ρεύµα βραχυκυκλώσεως Ι sc είναι ίσο µε το φωτόρευµα Ι ph και η τάση ανοικτού κυκλώµατος V oc είναι: V oc k I BT = ln I+ q I ph o Η ισχύς P = IV η οποία παράγεται από το στοιχείο παρουσιάζεται στο σχήµα 1.3β. Η µέγιστη ισχύς P max παρατηρείται για ρεύµα και τάση Ι m και V m αντίστοιχα. Σχήµα 1.3 α) Η χαρακτηριστική καµπύλη I V β) Καµπύλη P V. Επιπλέον ορίζεται ο συντελεστής πλήρωσης FF από την σχέση: FF I V I V m m = = P I V max sc oc sc oc 6

10 Ο συντελεστής πλήρωσης παίρνει τιµές µικρότερες του ένα και µπορεί να υπολογιστεί για το ιδανικό στοιχείο µε την εµπειρική σχέση: v FF = o oc ( v ) ln oc Voc Voc + 1 όπου voc = k T B Το µη ιδανικό ΦΒ στοιχείο Για την περιγραφή του ισοδύναµου κυκλώµατος του µη ιδανικού ΦΒ στοιχείου χρησιµοποιείται µία διάταξη η οποία αποτελείται από δύο διόδους, µία παράλληλη αντίσταση R sh και µία αντίσταση σειράς R s (σχ. 1.4). Σχήµα 1.4. Ισοδύναµο κύκλωµα µη ιδανικού ΦΒ στοιχείου. H αντίσταση R sh είναι αφορά στην διαρροή ρεύµατος µεταξύ των άκρων της επαφής p-n και η τιµής της σε υψηλής απόδοσης ΦΒ στοιχεία είναι µεγαλύτερη του 1 kω. Η αντίσταση R s αφορά στην αντίσταση της επαφής κατά τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύµατος από την δίοδο και στο σύνολο των ωµικών αντιστάσεων των σηµείων πρόσφυσης των ηλεκτροδίων της επαφής και των µεταλλικών κλάδων τους. Η τιµή της σε υψηλής απόδοσης ΦΒ στοιχεία είναι 0,1-0,3Ω. 7

11 Η χαρακτηριστική καµπύλη ρεύµατος τάσης (I V) του µη ιδανικού ΦΒ στοιχείου περιγράφεται από την εξίσωση: V + IR s V + IR s V + IR s I = I ph Io 1 exp 1 Io2 exp 1 kbt 2kBT R ph Στο σχήµα 1.5 παρουσιάζεται η καµπύλη για τρεις διαφορετικούς λόγους ρευµάτων I o2 /I o1 και στο σχήµα 1.6 οι επιδράσεις των αντιστάσεων R s και R sh αντίστοιχα. Σχήµα 1.5 Η χαρακτηριστική καµπύλη I V µη ιδανικού ΦΒ στοιχείου Σχήµα 1.6 Η επίδραση των αντιστάσεων των αντιστάσεων R s και R sh αντίστοιχα 8

12 Ο συντελεστής πλήρωσης FF όπως διαµορφώνεται από τις αντιστάσεις υπολογίζεται από την σχέση: FF = FFo ( 1 rs) 1 ( v + 0.7) FF ( 1 r ) oc o s v oc r p Rs Isc όπου rs = και V oc r p = R I p V oc sc Βαθµός απόδοσης ΦΒ στοιχείου Ένα από τα σηµαντικότερα χαρακτηριστικά είναι ο βαθµός απόδοσης. Ως βαθµός απόδοσης ορίζεται το πηλίκο της ηλεκτρικής ισχύος P m που αποδίδει το ΦΒ στοιχείο προς την προσπίπτουσα ισχύ ακτινοβολίας στη επιφάνεια του P in και καθορίζει την απόδοση της ενεργειακής µετατροπής: P I V FFI V η c = = = P P P m m m sc oc in in in Η απόδοση του ΦΒ στοιχείου εξαρτάται από: το υλικό του ηµιαγωγού την πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας στην οποία εκτίθεται την θερµοκρασία του ΦΒ στοιχείου. Από τους κοινούς τύπους ΦΒ στοιχείων µεγαλύτερο συντελεστή απόδοσης παρουσιάζει αυτό του µονοκρυσταλλικού, έπειτα του πολυκρυσταλλικού και τέλους του άµορφου πυριτίου. Η ονοµαστική τιµή της απόδοσης του ΦΒ στοιχείου υπολογίζεται κάτω από τις πρότυπες συνθήκες (STC πίνακας 1.1) και αναφέρεται ως η c,stc. Μέγεθος Τιµή Πυκνότητα Ακτινοβολίας Ε 1000 W/m 2 Μάζα Αέρα ΑΜ* 1.5 Θερµοκρασία Στοιχείου Τ 25 C Πίνακας 1.1 Τυπικές Συνθήκες δοκιµών STC κατά IEC

13 1.2.4 Φωτοβολταϊκό πλαίσιο Οµάδα Συστοιχία Οι συνηθισµένες ηλεκτρικές ενεργειακές καταναλώσεις δεν είναι δυνατόν να τροφοδοτηθούν από την µικρή ισχύ του ΦΒ στοιχείου. Η σύνδεση πολλών ΦΒ στοιχείων σε σειρά, µε την ίδια λογική σύνδεσης ηλεκτρικών πηγών αποτελούν τη λύση στο παραπάνω πρόβληµα. Η παραπάνω διάταξη στην τελική της κατασκευή µε συγκεκριµένα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και µηχανική αντοχή, αποτελεί το ΦΒ πλαίσιο. Το ΦΒ πλαίσιο µπορεί να περιέχει περισσότερα ΦΒ στοιχεία στη σειρά και παράλληλη εσωτερική σύνδεση, µε σκοπό την αύξηση της ισχύος αιχµής του. Χαρακτηριστικό των ΦΒ πλαισίων είναι πως παρουσιάζουν βαθµό απόδοσης αρκετά µικρότερο από τον εργαστηριακό. (Πιν.1.2) Περισσότερα για τον βαθµό απόδοσης του πλαισίου αναφέρονται στο κεφάλαιο για τον υπολογισµό της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Πλαισίου Μονοκρυσταλλικό Πολυκρυσταλλικό Άµορφο Απόδοση % Πίνακας 1.2 Συνήθης βαθµός απόδοσης τυπικών πλαισίων Με τη σειρά του το ΦΒ πλαίσιο αποτελεί τη βασική µονάδα, µιας οµάδας πλαισίων σε ενιαία κατασκευή έτοιµη για εγκατάσταση, το ΦΒ πανέλο (panel). Τέλος ένα σύνολο από ΦΒ συστοιχίες ονοµάζεται ΦΒ πάρκο, το οποίο µαζί µε τις απαραίτητες διατάξεις δηµιουργούν έναν ΦΒ σταθµό. (Σχ. 1.7) Σχ. 1.7 Σύνθεση ΦΒ στοιχείων και πλαισίων 10

14 1.3 Προσανατολισµός ΦΒ πλαισίων Η αποδοτική λειτουργία των ΦΒ συστηµάτων εξαρτάται κατά µεγάλο βαθµό από τη σωστή τοποθέτηση και διάταξη των πλαισίων. Ο προσανατολισµός τους στην επιφάνεια της γης, περιγράφεται από την αζιµούθια γωνία (α) και την γωνία κλίσης (β) (σχ. 1.8). Η αζιµούθια γωνία σχηµατίζεται από την προβολή της κατακόρυφου του ΦΒ πλαισίου πάνω στο οριζόντιο επίπεδο και από τον Νότο. Συνεπώς όταν έχουµε α = 0 ο, αυτό αντιστοιχεί σε τοποθέτηση του ΦΒ πλαισίου µε νότιο προσανατολισµό (βέλτιστη κλίση). Με γωνία α ίση µε 90 ο έχουµε προσανατολισµό προς τη ύση, µε α = - 90 ο προς την Ανατολή και µε γωνία α = ο, ο προσανατολισµός είναι προς το Βορρά. Η γωνία κλίσης σχηµατίζεται από το επίπεδο του ΦΒ πλαισίου και το οριζόντιο επίπεδο και δείχνει την κλίση του πλαισίου. Σχήµα 1.8 Προσανατολισµός πλαισίου 11

15 Στις περιοχές του βόρειου ηµισφαιρίου τα πλαίσια τοποθετούνται προς το Νότο (α = 0 ο ), ενώ στο νότιο ηµισφαίριο, τοποθετούνται προς το Βορρά (α = ο ). Αν η θέση του κτιρίου δεν επιτρέπει τον προσανατολισµό των πλαισίων προς το Νότο (βόρειο ηµισφαίριο), τότε αυτά τοποθετούνται είτε προς την Ανατολή, είτε προς τη ύση, όχι όµως προς το Βορρά, γιατί τότε έχουν πολύ χαµηλή απόδοση. Μόνο για οριζόντια πλαίσια επιτρέπεται ο προσανατολισµός προς το Βορρά. Στις περιπτώσεις που η τοποθέτηση δεν καθορίζεται από την κλίση της επιφάνειας που τοποθετούνται (π.χ. πλαϊνοί τοίχοι), η βέλτιστη γωνία κλίσης στο βόρειο ηµισφαίριο εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και την περίοδο λειτουργίας του συστήµατος. Στο µεγαλύτερο ποσοστό των περιπτώσεων, τα πλαίσια τοποθετούνται µε σταθερή γωνία κλίσης και λόγω της συνεχούς µετακίνησης του ήλιου κατά τη διάρκεια του έτους, η βέλτιστη γωνία κλίσης των ΦΒ πλαισίων διαφέρει από εποχή σε εποχή. Γενικά ισχύει ανάλογα µε την απαίτηση ισχύος κατά εποχή ανά γεωγραφικό πλάτος λ: β = λ+15 ο Μεγαλύτερη παραγωγή κατά τους χειµερινούς µήνες β = λ-15 ο Μεγαλύτερη παραγωγή κατά τους θερινούς µήνες β = λ -10 ο έως -15 ο Μέγιστη ετήσια παραγωγή και αποδοτικότητα 12

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΦΩΤΟΒΟΛΤΑЇΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 13

17 2.1 Πλεονεκτήµατα φωτοβολταϊκών συστηµάτων Τα ΦΒ συστήµατα διακρίνονται για τα αρκετά σηµαντικά πλεονεκτήµατα τους στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έναντι συµβατικών συστηµάτων παραγωγής αλλά και άλλων συστηµάτων Α.Π.Ε. Τα πλεονεκτήµατα τους στις γενικές εφαρµογές έχουν ως εξής: Πηγή ενέργειας αποτελεί η ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή πρόκειται για µία ανεξάντλητη πηγή. Μπορούν να τοποθετηθούν σε οποιοδήποτε σηµείο µε µοναδική απαίτηση την ηλιακή ακτινοβολία. Τα χαρακτηρίζει πολύ µεγάλο εύρος εφαρµογής µε κριτήριο την απαίτηση ισχύος από πολύ µικρές τιµές έως πολύ µεγάλες (mw-gw). εν παράγονται παραπροϊόντα κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. εν εκπέµπουν τοξικά αέρια ή αέρια τα οποία επιβαρύνουν την ατµόσφαιρα. Αθόρυβη λειτουργία. Υπάρχει αφθονία πρώτων υλών για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων. εν υπάρχει ανάγκη επίβλεψης της παραγωγής λόγω της απουσίας κινητών µερών. Μεγάλη διάρκεια ζωής. Ελάχιστο κόστος συντήρησης. Μεγάλη προσαρµοστικότητα σε ενδεχόµενη αύξηση ή µείωση της απαιτούµενης ισχύος. Ανεξαρτησία από κεντρικά ηλεκτρικά δίκτυα διανοµής. Η µέγιστη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συµβαδίζει στις περισσότερες περιπτώσεις µε την µέγιστη ζήτηση. 14

18 2.1.1 Μειονεκτήµατα φωτοβολταϊκών συστηµάτων Τα µειονεκτήµατα των ΦΒ συστηµάτων είναι: Υψηλό κόστος κατασκευής του συστήµατος κυρίως λόγω του κόστους των ΦΒ στοιχείων. Απαίτηση µεγάλων επιφανειών λόγω του χαµηλού βαθµού απόδοσης Η παραγωγή και η ζήτηση είναι ετεροχρονισµένες επιβάλλοντας λύσεις αποθήκευσης της παραγοµένης ενέργειας σε ορισµένες εφαρµογές. 15

19 2.2 Κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστηµάτων Τα ΦΒ Συστήµατα χαρακτηρίζονται από µεγάλο εύρος εφαρµογών µε κριτήριο την απαίτηση ισχύος. Το εύρος αυτό αναφέρεται στην κάλυψη ηλεκτρικής ισχύος καταναλωτικών προϊόντων χαµηλής ισχύος, όπως αριθµοµηχανές και ωρολόγια, έως συστήµατα µεγάλης ισχύος όπως της τροφοδοσίας αποµακρυσµένων ή όχι από κεντρικά ηλεκτρικά δίκτυα κτιριακών συγκροτηµάτων ή ακόµη και νησιών. Σύµφωνα µε τα παραπάνω υπάρχει διάκριση των ΦΒ συστηµάτων σε δύο βασικές κατηγορίες οι οποίες είναι: 1. Αποµονωµένα ή εκτός δικτύου ΦΒ συστήµατα (Stand-alone Οff grid). 2. Συστήµατα συνδεδεµένα σε δίκτυο (Οn-grid) Αποµονωµένα ΦΒ συστήµατα Τα αποµονωµένα συστήµατα δεν είναι συνδεδεµένα σε κάποιο εθνικό ή τοπικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας γι αυτό ονοµάζονται επίσης και ΦΒ συστήµατα εκτός δικτύου (off-grid). Χρησιµοποιούνται σε περιπτώσεις που χρειάζεται ηλεκτρική ισχύς σε κάποιο σηµείο όπου είναι αδύνατη η µεταφορά ενέργειας ή αν υπάρχει η επιθυµία πλήρους αυτονοµίας ηλεκτρικής ενέργειας από κάποιο δίκτυο και έχουν τυπικές τιµές ισχύος 100 Wp έως 200 kwp. ιακρίνονται σε δύο επιµέρους κατηγορίες: 1. Αυτόνοµα ΦΒ συστήµατα 2. Υβριδικά ΦΒ συστήµατα Αυτόνοµα ΦΒ συστήµατα Στα αυτόνοµα ΦΒ συστήµατα η αναγκαία ηλεκτρική ενέργεια παράγεται αποκλειστικά από ΦΒ συστοιχίες. Η παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας µπορεί να είναι άµεση στους καταναλωτές ή µέσω συσσωρευτών. Επίσης, η αποδιδόµενη ηλεκτρική ενέργεια µπορεί να είναι 16

20 συνεχούς (DC) ή εναλλασσόµενης τάσης (AC). Σύµφωνα µε τα παραπάνω υπάρχει διάκριση των αυτόνοµων συστηµάτων ως εξής: Άµεσης τροφοδοσίας του φορτίου (Direct-coupled). Στα συγκεκριµένα συστήµατα η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια αποδίδεται απευθείας στο φορτίο και χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές στις οποίες δεν απαιτείται τακτική λειτουργία του συστήµατος καθώς και σε φορτία συνεχούς ρεύµατος (σχ. 2.1.α.). Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελούν τα συστήµατα άντλησης νερού. Με αποθήκευση της παραγόµενης ενέργειας. Τα συστήµατα αυτά περιλαµβάνουν συσσωρευτές για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Σχεδιάζονται σύµφωνα µε τις επιθυµητές µέρες αυτονοµίας πράγµα το οποίο καθορίζει το µέγεθος των συσσωρευτών (σχ. 2.1.α.). Χαρακτηριστικές εφαρµογές αποτελούν τα ΦΒ συστήµατα τροφοδοσίας φωτισµού οδών, διατάξεων πυρανίχνευσης δασικών εκτάσεων, τηλεπικοινωνιακού εξοπλισµού σε δύσβατες περιοχές, τροχόσπιτων και φάρων σε θαλάσσιες περιοχές. Σχήµα 2.1. Αυτόνοµο ΦΒ σύστηµα α) άµεσης τροφοδοσίας του φορτίου και β) µε αποθήκευση της παραγόµενης ενέργειας 17

21 Υβριδικά ΦΒ συστήµατα Όταν η απαιτούµενη ηλεκτρική ενέργεια δεν καλύπτεται από την ΦΒ συστοιχία σε αυτόνοµα ΦΒ συστήµατα τότε χρησιµοποιείται ο συνδυασµός της µε κάποια άλλη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτές οι πηγές µπορεί να είναι συµβατικών καυσίµων ή από Α.Π.Ε. Κυρίως χρησιµοποιούνται ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος ή ανεµογεννήτριες αντίστοιχα. Συχνά στα συστήµατα αυτά προβλέπεται αποθήκευση της παραγόµενης ενέργειας. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα αποτελούν εφαρµογές στις οποίες υπάρχει µεγαλύτερη ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση µε αυτά που προαναφέρθηκαν παραπάνω όπως Ιερές Μονές και εξοχικές κατοικίες. Σχήµα 2.2. Υβριδικό ΦΒ σύστηµα ΦΒ συστήµατα συνδεδεµένα στο δίκτυο Τα συνδεδεµένα στο δίκτυο ΦΒ συστήµατα παράγουν το µεγαλύτερο ποσοστό ισχύος των εγκατεστηµένων ΦΒ συστηµάτων. Τα συγκεκριµένα ΦΒ συστήµατα είναι συνδεδεµένα σε κάποιο δίκτυο ηλεκτρικής παροχής αντλώντας από αυτό την ηλεκτρική ισχύ την οποία δεν µπορούν να καλύψουν καθιστώντας µη απαραίτητη την αποθήκευση της παραγοµένης ηλεκτρικής ενέργειας (σχ. 2.3). Επίσης, µπορούν να συνιστούν µεγάλης ισχύος κεντρικούς ΦΒ σταθµούς µε ισχύ µεγαλύτερη των 50kWp, η οποία διοχετεύεται στο κεντρικό δίκτυο (Centralized systems), ή να είναι συνδεδεµένα στο δίκτυο ως κατανεµηµένα συστήµατα (Distributed). 18

22 Σχήµα 2.3. ΦΒ σύστηµα συνδεδεµένο στο δίκτυο Τα κατανεµηµένα συστήµατα αποτελούν τα µεγαλύτερο ποσοστό των παγκοσµίως συνδεδεµένων στο δίκτυο ΦΒ συστηµάτων µε τυπικό µέγεθος 1,5kWp έως 20kW. ιακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα µε τον τρόπο αλληλεπίδρασης τους µε το δίκτυο: ΦΒ συστήµατα που χρησιµοποιούν το δίκτυο ως βοηθητική πηγή ενέργειας. Το σύστηµα σχεδιάζεται έτσι ώστε να καλύπτει τις µέσες µηνιαίες ενεργειακές απαιτήσεις της εφαρµογής. Στις περιπτώσεις έκτακτης ενεργειακής ζήτησης ή αστοχίας του ΦΒ συστήµατος το δίκτυο καλύπτει την ζήτηση ισχύος. ΦΒ συστήµατα τα οποία λειτουργούν µε συνεχή αλληλεπίδραση µε το δίκτυο. Το σύστηµα σχεδιάζεται έτσι ώστε να καλύπτει τις ετήσιες ενεργειακές απαιτήσεις της εφαρµογής. Σύµφωνα µε το παραπάνω, στην ιδανική περίπτωση, η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια είναι ίση ή µεγαλύτερη µε την ενέργεια του δικτύου προς την εφαρµογή. Χαρακτηριστική εφαρµογή αποτελεί η ενσωµάτωση ΦΒ συστηµάτων σε κατοικίες και κτίρια η µελέτη της οποίας αποτελεί το αντικείµενο της παρούσας εργασίας. 19

23 Σχήµα 2.4. Κατηγορίες ΦΒ Συστηµάτων. 20

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑЇΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ 21

25 3.1 Πλεονεκτήµατα ενσωµάτωσης ΦΒ συστηµάτων σε κτίρια Η ενσωµάτωση ΦΒ συστηµάτων σε κτίρια διακρίνεται για επιπρόσθετα πλεονεκτήµατα εκτός των γενικών πλεονεκτηµάτων των ΦΒ συστηµάτων. Αυτά είναι: Άµεση παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στον τόπο της ζήτησης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την ελαχιστοποίηση των ηλεκτρικών απωλειών µεταφοράς. Αντικατάσταση συµβατικών οικοδοµικών υλικών. Τα ΦΒ πλαίσια µπορούν να αντικαταστήσουν συµβατικά οικοδοµικά υλικά µε επιπρόσθετο όφελος την µείωση του κόστους ενσωµάτωσης τους Ενσωµάτωση σε υπάρχουσες επιφάνειες του κτιρίου χωρίς την απαίτηση επιπλέον γης. Οπότε η εφαρµογή τους µπορεί να γίνει και σε πυκνοκατοικηµένες περιοχές. Είναι ικανή να καλύψει, αν όχι ολόκληρο, µεγάλο µέρος της ηλεκτρικής κατανάλωσης. Ο έλεγχος και η συντήρηση της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης είναι εφικτό να ενσωµατωθεί µε τον έλεγχο και την συντήρηση του υπολοίπου ηλεκτρολογικού εξοπλισµού. Σε συνδυασµό µε τον βιοκλιµατικό σχεδιασµό κυρίως στην ανέγερση νέου κτιρίου µπορεί να συµβάλλει στην περαιτέρω µείωση της απαιτούµενης ηλεκτρικής ισχύος. Μπορεί να συµβάλλει στην βελτίωση της αισθητικής του κτιρίου µε καινοτόµο τρόπο Πολυλειτουργικότητα των ΦΒ πλαισίων Τα ενσωµατωµένα σε κτίρια ΦΒ πλαίσια µπορούν να αποτελούν ταυτόχρονα ενεργά στοιχεία µε την ηλεκτροπαραγωγή αλλά και παθητικά στοιχεία που συντελούν στη µείωση της ενεργειακής κατανάλωσης του κτιρίου. Το παραπάνω πραγµατοποιείται κυρίως από ΦΒ πλαίσια τα οποία επιτρέπουν την διέλευση φωτός (εικ.3.1α), προκαλούν σκίαση (εικ.3.1.β) ή ενισχύουν τον αερισµό των εσωτερικών χώρων. Ακόµα, υπάρχουν υβριδικά ΦΒ - θερµικά συστήµατα, τα 22

26 οποία αξιοποιούν την θερµοκρασία που αναπτύσσεται στα ΦΒ πλαίσια για την θέρµανση αέρα ή νερού βελτιώνοντας ταυτόχρονα τον στιγµιαίο συντελεστή απόδοσης του πλαισίου. Η διττή λειτουργικότητα επιτυγχάνεται εν µέρει και µε συµβατικά ΦΒ πλαίσια µε την σωστή αξιοποίησή τους. Όµως, υπάρχουν ειδικά πολυχρηστικά ΦΒ πλαίσια τα οποία είναι κατασκευασµένα για ορισµένα τρόπο χρήσης, ώστε να µπορούν να ανταπεξέλθουν στις µηχανολογικές και πρακτικές απαιτήσεις ενός κτιρίου πληρώντας πάντα τις οδηγίες περί κατασκευής κτιρίων. α) β) Εικόνα 3.1 Πολυλειτουργικότητα ΦΒ πλαισίων: α) οροφή και β) όψη κτιρίου 23

27 3.2 Υπολογισµός συνολικής παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας Απολαβή ηλιακής ενέργειας. Η συνολική ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ΦΒ συστήµατα εξαρτάται αρχικά από την συνολική ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας η οποία προσπίπτει σε δεδοµένη επιφάνεια. Αντίστοιχα, στην περίπτωση των ενσωµατωµένων σε ένα κτίριο ΦΒ συστηµάτων η συνολική απολαβή ηλιακής ενέργειας, για συγκεκριµένα µετεωρολογικά στοιχεία της περιοχής, εξαρτάται µε την σειρά της από τον προσανατολισµό του κτιρίου καθώς και από την συνολική επιφάνεια των ΦΒ πλαισίων που υπάρχουν εγκατεστηµένα στην επιφάνεια του Καθορισµός επιµέρους επιφανειών του κτιρίου. Ο τρόπος ενσωµάτωσης ΦΒ συστηµάτων σε κτίρια αναφέρεται, κυρίως, στην ενσωµάτωση ΦΒ πλαισίων στις επιφάνειες ενός κτιρίου. ηλαδή στις όψεις του και στο δώµα ή σκεπή (σχ.3.1 Α και Γ). Επίσης, συµπεριλαµβάνονται και ενδεχόµενες κεκλιµένες επιφάνειες, όπως σκίαστρα, καθώς και εξωτερικές ανεξάρτητες κατασκευές, όπως θέσεις στάθµευσης (σχ. 3.1 Β και ), οι οποίες µπορούν να συνυπολογιστούν. Σχήµα 3.1 ιαθέσιµες επιφάνειες κτιρίου 24

28 Κάθε επιφάνεια του κτιρίου είναι πιθανό να περιλαµβάνει επιµέρους επιφάνειες στις οποίες µπορούν να εγκατασταθούν ΦΒ στοιχεία. Για παράδειγµα, στο δώµα µπορεί να υπάρχουν φεγγίτες ή παράθυρα οροφής και στις όψεις γυάλινες επιφάνειες ή σκίαστρα. Ιδιαίτερα σε γυάλινα κτίρια, οι όψεις είναι πιθανό να αποτελούνται αποκλειστικά από αδιαφανείς, ηµιδιαφανείς και διάφανες γυάλινες επιφάνειες. Τα ΦΒ πλαίσια µπορούν να αντικαταστήσουν τα συµβατικά υλικά των παραπάνω επιφανειών ανάλογα µε τον τύπο τους Σκίαση των επιφανειών Σηµαντικός περιοριστικός παράγοντας στον υπολογισµό της διαθέσιµης επιφάνειας για εγκατάσταση ΦΒ πλαισίων για κάθε επιµέρους όψη του κτιρίου, και κατ επέκταση τη συνολική, αποτελεί η σκίαση τους. Σκίαση µπορούν να προκαλέσουν «εµπόδια» όπως γειτονικά κτίρια, δέντρα, µέρη του ίδιου του κτιρίου ή ακόµη και γειτονικά ΦΒ πλαίσια. Η σκιά µειώνει σε πολύ µεγάλο βαθµό την συνολική ηλιακή ακτινοβολία αλλά και προκαλεί προβλήµατα στην λειτουργία των ΦΒ πλαισίων. Το φαινόµενο είναι ιδιαίτερα έντονο κατά τους χειµερινούς µήνες κατά τους οποίους το ηλιακό ύψος είναι µικρό. Ο υπολογισµός των επιφανειών που σκιάζονται µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε χρήση του ηλιακού χάρτη ή µε την χρήση λογισµικού προσοµοίωσης Εγκατάσταση στο δώµα. Η εγκατάσταση ΦΒ πλαισίων στην αδιαφανή επιφάνεια του δώµατος διακρίνεται από το πλεονέκτηµα της επιλογής του προσανατολισµού τους. Εποµένως µπορούν να ενσωµατωθούν οριζόντια ή µε κλίση. Όπως είναι γνωστό, µε την τοποθέτηση µε συγκριµένο προσανατολισµό δίνεται η δυνατότητα της καλύτερης δυνατής απολαβής ηλεκτρικής ακτινοβολίας. ηλαδή µε νότιο προσανατολισµό και κλίση ανάλογη µε το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής και την επιθυµία της περιόδου µέγιστης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (παράγραφος 1.3). Η χωροθέτηση των ΦΒ πλαισίων µε κλίση είναι πολύ σηµαντική καθώς πρέπει να εξασφαλίζει την µη σκίαση των συστοιχιών µεταξύ τους. Το παραπάνω εξασφαλίζεται µε τον υπολογισµό της ελάχιστης απόστασης µεταξύ των συστοιχιών. Η ελάχιστη απόσταση αποτελεί συνήθως και την απόσταση εγκατάστασης για καλύτερη εκµετάλλευση. Αφού υπολογιστούν οι 25

29 επιφάνειες οι οποίες δεν σκιάζονται από άλλα εµπόδια µπορούν να υπολογιστούν οι αποστάσεις των συστοιχιών. Επίσης πρέπει να συνυπολογίζεται και µία απόσταση από τα όρια της εγκατάστασης για λόγους ασφαλείας (συνήθης τιµή 1.5m). Συνεπώς, η ελάχιστη απόσταση µεταξύ των συστοιχιών καθορίζει των αριθµό των πλαισίων και κατά συνέπεια της συνολική επιφάνεια των ΦΒ πλαισίων. Η ελάχιστη απόσταση (s) υπολογίζεται βάσει του λόγου του διακένου (d) µεταξύ δύο συστοιχιών προς το ύψος τους (h). Ο λόγος προκύπτει βάσει της γραφικής παράστασης του σε συνάρτηση µε το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και αναφέρεται στην κλίση για µέγιστη απόδοση το χειµώνα (β=λ+15 ). Η γραφική παράσταση (σχ.3.2) δίνει δύο τιµές ανάλογα µε τον επιθυµητό µέγιστο ποσοστό των απωλειών 5% και 10% κατά την παραπάνω κλίση. H απόσταση υπολογίζεται από την σχέση: s= r h+ b συνβ Σχήµα 3.2 γραφική παράσταση του λόγου r σε συνάρτηση µε το γεωγραφικό πλάτος του τόπου 26

30 Τύποι ΦΒ πλαισίων κατάλληλα για ενσωµάτωση σε κτίρια Τα ΦΒ πλαίσια, σε µεγάλη πλειοψηφία των εφαρµογών, είναι κατασκευασµένα για εξωτερική χρήση. ηλαδή χαρακτηρίζονται από αντοχή στην έκθεση σε καιρικά φαινόµενα όπως η ιδιαίτερα χαµηλή ή υψηλή θερµοκρασία, η βροχή, ο αέρας, η υγρασία, η χαλαζόπτωση και το χιόνι, στις εργαστηριακές συνθήκες των οποίων δοκιµάζονται. Επίσης, οι προδιαγραφές τους περιλαµβάνουν σε αρκετές περιπτώσεις, εκτός των ηλεκτρικών, την µηχανική αντοχή σε ορισµένα από τα παραπάνω (πίνακας 3.1). Θερµοκρασία περιβάλλοντος -40 o C έως +90 o C Ταχύτητα αέρα έως 130km/h =800Pa Χαλαζόπτωση Έως 25mm διάµετρο και 23m/s Φορτίο χιονιού 5400Pa 550kg/m 2 Σχετική υγρασία 0 έως 100% Πίνακας 3.1 Παράδειγµα προδιαγραφών µηχανικής αντοχής ΦΒ πλαισίου µαζί µε το περίβληµα του κατά IEC Στην περίπτωση της ενσωµάτωσης ΦΒ πλαισίων σε κτίρια δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί οποιοσδήποτε τύπος πλαισίου για τις διάφορες επιφάνειες του. Η κατάλληλη επιλογή πλαισίου, σε συνδυασµό µε τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του, εξαρτάται κυρίως από την επιθυµητή διαφάνεια, την ποικιλία των διαστάσεων στις οποίες είναι εφικτό να κατασκευαστεί, την µηχανική αντοχή, συµπεριλαµβανοµένου του συστήµατος εγκατάστασης, και, ενδεχοµένως, την όψη. ώµα και αδιαφανείς επιφάνειες: Στις συγκεκριµένες επιφάνειες, εκτός των υαλοπινάκων, ενδείκνυνται οι συνήθεις τύποι ΦΒ πλαισίων. ηλαδή τα ευρέως γνωστά πλαίσια µονοκρυσταλλικού, πολυκρυσταλλικού και άµορφου πυριτίου. Τα τελευταία έχουν σαν σηµαντικό πλεονέκτηµα το µικρό πάχος και βάρος και µικρές απώλειες λόγω αύξησης της θερµοκρασίας, η οποία παρατηρείται λόγω ελλιπούς αερισµού κυρίως στην εγκατάσταση πάνω ή σε µικρή απόσταση από την επιφάνεια. Συχνά, όµως, οι κατασκευαστές δηµιουργούν µια συγκεκριµένη κατηγορία ΦΒ πλαισίων των παραπάνω τύπων η οποία χαρακτηρίζεται κυρίως από µεγαλύτερο συντελεστή πλήρωσης καθώς και από τη δυνατότητα τοποθέτησης στο 27

31 σύστηµα εγκατάστασης χωρίς το περίβληµα τους κάνοντας καλύτερη χρήση της επιφάνειας. Το παραπάνω τα καθιστά ιδανικότερα λόγω της περιορισµένης επιφάνειας. ιαφανείς επιφάνειες: Η διαφάνεια ενός ΦΒ πλαισίου εξαρτάται από το υλικό κατασκευής του και από την απόσταση µεταξύ των ΦΒ κυψελών. Στην πρώτη περίπτωση περιλαµβάνονται τα ΦΒ πλαίσια άµορφου πυριτίου ενώ στην δεύτερη µονοκρυσταλλικού και πολυκρυσταλλικού. Σύµφωνα µε τα παραπάνω µπορεί να κατασκευαστεί ένα µεγάλο εύρος διαφορετικών ΦΒ πλαισίων ποικίλων διαβαθµίσεων διαφάνειας και, κυρίως, βαθµών απόδοσης (πιν. 3.2). Τα πλαίσια αυτά διαθέτουν ειδικό τύπου γυαλιού στις δύο όψεις τους, το οποίο τα καθιστά ιδανικά για µόνωση. Επιλέγονται για να αντικαταστήσουν κυρίως τους υαλοπίνακες των κτιρίων σύµφωνα µε την ποσότητα φωτός, η οποία είναι επιθυµητή να διαπερνά στο εσωτερικό, σε συνδυασµό µε τον βαθµό απόδοσης καθώς και της ικανότητας µόνωσης τους (σχ.3.3). Πίνακας 3.2 ΦΒ πλαίσια διαφόρων διαβαθµίσεων ηµιδιαφάνειας και ισχύος ΕΙΚΟΝΑ ΤΥΠΟΣ Si Άµορφο Άµορφο Πολυκρυσταλλικό ΙΑΦΑΝΕΙΑ 1% 10% 13% ΙΣΧΥΣ (STC) 53 W/m2 42 W/m2 125 W/m 2 ΕΙΚΟΝΑ ΤΥΠΟΣ Si Μονοκρυσταλλικό Μονοκρυσταλλικό Πολυκρυσταλλικό ΙΑΦΑΝΕΙΑ 22% 36% 43% ΙΣΧΥΣ (STC) 122 W/m W/m 2 84 W/m 2 28

32 α) β) Σχήµα 3.3. οµή ΦΒ πλαισίου για γυάλινες όψεις (α) και (β) µε πρόσθετες δυνατότητες µόνωσης. Τέλος, υπάρχουν κατηγορίες ΦΒ πλαισίων για ειδικές εφαρµογές. Οι εφαρµογές αυτές περιλαµβάνουν ειδικές επιφάνειες και απαιτούν ΦΒ πλαίσια συγκεκριµένου σχήµατος όπως, για παράδειγµα, ορισµένες κεκλιµένες επιφάνειες ή καµπυλωτές επιφάνειες (εικ. 3.2). α) β) Εικόνα 3.2. α) ΦΒ πλαίσιο µε καµπυλόγραµµη επιφάνεια και β) ελαστικό ΦΒ πλαίσιο άµορφου Si. 29

33 3.2.3 Συστήµατα εγκατάστασης ΦΒ πλαισίων σε κτίρια. Η εγκατάσταση ΦΒ πλαισίων σε ορισµένη επιφάνεια του κτιρίου, συγκεκριµένου υλικού κατασκευής και προσανατολισµού, προϋποθέτει την ύπαρξη του κατάλληλου συστήµατος προσαρµογής. Υπάρχουν συστήµατα τα οποία εγκαθίστανται είτε πάνω στην επιφάνεια των ήδη υπαρχόντων συµβατικών υλικών των επιφανειών του κτιρίου (υπάρχοντα κτίρια) είτε αποτελούν µέρη της κατασκευής του κυρίως στην περίπτωση νεοανεγερθέντων κτιρίων. Επίσης, υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες µπορεί να γίνει κάποια µετατροπή ήδη υπαρχόντων υλικών του κτιρίου για την εγκατάσταση ΦΒ πλαισίων. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελούν ορισµένα συστήµατα κουφωµάτων-στήριξης υαλοπινάκων στα οποία είναι εφικτό να ενσωµατωθούν µε ελάχιστες τροποποιήσεις συγκεκριµένα ΦΒ πλαίσια. Ένα σύστηµα εγκατάστασης θα πρέπει να εξασφαλίζει: Μηχανική αντοχή για το συνολικό βάρος που είναι εγκατεστηµένο σε αυτό µε γνώµονα τα τοπικά έντονα καιρικά φαινόµενα. Επαρκή αερισµό του πίσω µέρους των ΦΒ πλαισίων στην περίπτωση των αδιαφανών πλαισίων µε σκοπό την βελτίωση του βαθµού απόδοσης τους. Το παραπάνω εξασφαλίζεται διατηρώντας απόσταση από την επιφάνεια του κτιρίου. Κατάληψη όσο το δυνατόν µικρότερου επιπλέον µέρους της επιφάνειας δεδοµένου ότι είναι ιδιαίτερα περιορισµένη στα κτίρια. Οµοιοµορφία στην συνολική επιφάνεια των ΦΒ πλαισίων. Μέσω του παραπάνω εξασφαλίζεται οµοιόµορφη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα ΦΒ πλαίσια που ανήκουν στην ίδια συστοιχία. Εύκολη εξαγωγή και αντικατάσταση ΦΒ πλαισίου σε περίπτωση σφάλµατος. Εικόνα 3.3 ΦΒ πλαίσια εγκατεστηµένα σε κεκλιµένη οροφή µερικώς καλυµµένα από χιόνι.. 30