ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΙΜΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΙΣΧΥΟΥΣΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΙΜΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΙΣΧΥΟΥΣΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Ο Σπουδαστής: Τζαφερίδης Ιωάννης Ο Επιβλέπων καθηγητής: Σταυρίδης Δημοσθένης Νοέμβριος 2011

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Πρόλογος Σελ. 4 Εισαγωγή Σελ.5 Κεφάλαιο 1 ο : Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.). Σελ Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Σελ Γενικά Σελ Ηλιακή ενέργεια Σελ Η αφθονία της ηλιακής ενέργειας Σελ Ο Ήλιος Σελ Ιστορική αναδρομή στην ηλιακή ενέργεια Σελ Τα πρώτα πειράματα με την ηλιακή ενέργεια Σελ Η Ηλιακή ακτινοβολία Σελ Ηλιακή ακτινοβολία εκτός γήινης ατμόσφαιρας Σελ Ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια του εδάφους Σελ Ηλιακή ακτινοβολία σε κεκλιμένο επίπεδο Σελ. 15 Κεφάλαιο 2 ο :. Σελ Φωτοβολταϊκό φαινόμενo Σελ Περιορισμοί στην απόδοση των φωτοβολταϊκών Σελ Μέρη Σελ Φωτοβολταϊκό Πλαίσιο Σελ Φωτοβολταϊκή συστοιχία Σελ Δομή των Διασυνδεδεμένων Κτηριακών Φ/Β Σελ. 25 Συστημάτων 2.5 Κατηγοριοποίηση των Διασυνδεδεμένων Κτηριακών Σελ. 27 Φ/Β Συστημάτων Διασυνδεδεμένα κτηριακά Φ/Β συστήματα υπό το καθεστώς Σελ. 27 Ανεξάρτητου Παραγωγού Διαμόρφωση της σύνδεσης βάσει της μέγιστης ισχύος της Φ/Β εγκατάστασης Σελ. 28

3 2.6 Επιλογή της τοποθεσίας εγκατάστασης του Φ/Β Σελ. 29 συστήματος Προσανατολισμός των Φ/Β Πλαισίων Σελ Προβλήματα σκιασμών Σελ Στατική μελέτη & Υλικά στήριξης Σελ Επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών Σελ. 36 Μετατροπέων 2.7 Σχεδίαση Φ/Β συστήματος Σελ Χαρακτηριστικές ηλεκτρικές τιμές ενός Φ/Β συστήματος Σελ Συνεργασία Φ/Β Αντιστροφέα Σελ Εγκατάσταση φωτοβολταϊκου συστήματος Σελ Γενικά Σελ Αναλυτικότερα Σελ Διερεύνηση σφαλμάτων Σελ Προστασία Σελ Γείωση αντιστροφέα Σελ Καλωδίωση Σελ Πλευρά Σ.Ρ. Σελ Πλευρά Ε.Ρ. Σελ Σημάνσεις Σελ Προστασία των κτηριακών Φ/Β συστημάτων από Σελ. 55 υπερτάσεις αντικεραυνική προστασία 2.10 Διασύνδεση με δίκτυο Σελ Σύνδεση κτηριακών φωτοβολταϊκών συστημάτων στο Σελ. 60 ηλεκτρικό δίκτυο Χαμηλής Τάσης Διαμόρφωση της διασύνδεσης των κτιριακών φ/β εγκαταστάσεων-ηλεκτρικού δικτύου Σελ Παράμετρος Απαίτηση για την σύνδεση με το δίκτυο Σελ. 62 Σελ Αρμονική παραμόρφωση και επιτρεπτά όρια έγχυσης αρμονικών συνιστωσών 2.11 Ανίχνευση καταστάσεων απομονωμένης λειτουργίας Σελ. 67 «φαινόμενο νησίδας» 2.12 Γενικές οδηγίες για την ασφάλεια του κοινού Σελ Μέτρα περιορισμού του κινδύνου ηλεκτροπληξίας κατά την Σελ. 69 εγκατάσταση ενός Φ/Β συστήματος 2.13 Ελάχιστες απαραίτητες Προδιαγραφές εξοπλισμού Σελ. 72

4 Κεφάλαιο 3 ο : Νομοθεσία. Σελ Ανάλυση του Νόμου 3468/2006 Σελ Ανάλυση Νέου Νόμου 3734/2009 Σελ Δυσκολίες για ιδιώτες Σελ Ειδικό Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών Σελ. 78 Συστημάτων σε κτηριακές εγκαταστάσεις και ιδίως σε δώματα και στέγες κτηρίων (ΦΕΚ 1079 Β/ ) 3.5 Επιδότηση επενδύσεων Α.Π.Ε. Σελ Διαδικασίες αδειοδότησης Α.Π.Ε. (Ν. 3468/2006) Σελ Συστήματα < 20 kwp Σελ Συστήματα kwp Σελ Συστήματα kwp Σελ Συστήματα >2.000 kwp Σελ Χωροθέτηση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων (ΦΕΚ 2464 Β'/ ) Σελ. 96 Πλεονεκτήματα / Μειονεκτήματα Σελ. 97 Κεφάλαιο 4 ο : ΜΕΛΕΤΗ Σελ. 99

5 Πρόλογος ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία αφορά τις εγκαταστάσεις εκμεταλλεύσιμων διατάξεων φωτοβολταϊκών συστημάτων με βάση την ισχύουσα ελληνική νομοθεσία. Σκοπός της είναι να αποτελέσει εγχειρίδιο για την ασφαλή εγκατάσταση και την αξιόπιστη λειτουργία φωτοβολταϊκών (Φ/Β) συστημάτων σε κτηριακές εγκαταστάσεις, διασυνδεδεμένες με το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο Εναλλασσόμενου Ρεύματος (Ε.Ρ.). Οι οδηγίες που ακολουθούν στοχεύουν κυρίως σε θέματα σχεδιασμού και υλοποίησης της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Η εκπόνηση της έγινε από εμένα και με την επίβλεψη του καθηγητή μου Δημοσθένη Σταυρίδη. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές μου στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας με τους οποίους είχα την ευκαιρία και την χαρά να συνεργαστώ όλα αυτά τα χρόνια. Επίσης θέλω να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Δημοσθένη Σταυρίδη που με βοήθησε στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας καθώς τον εργοδότη της πρακτικής μου πάνω στο συγκεκριμένο αντικείμενο για τις χρήσιμες πληροφορίες του. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου, η οποία με την αγάπη τους με στήριξε όλα αυτά τα χρόνια. ΚΑΒΑΛΑ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2011 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 4

6 Εισαγωγή Εισαγωγή Αρχικά αναφερόμαστε στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, στον ήλιο, έπειτα στα φωτοβολταϊκά συστήματα και τέλος στην νομοθεσία που ισχύει για τα φωτοβολταϊκά. Πιο αναλυτικά στο κεφάλαιο 1 αναφερόμαστε στην ηλιακή ενέργεια, κάποια γενικά στοιχεία για τον ήλιο καθώς και τα πρώτα πειράματα με την ηλιακή ενέργεια. Στο κεφάλαιο 2 αναφερόμαστε στα φωτοβολταϊκά πλαίσια, στα μέρη τα οποία αποτελούνται και τον τρόπο λειτουργίας τους καθώς και τον τρόπο μελέτης και εγκατάστασης φωτοβολταϊκού συστήματος ( προσανατολισμός, τρόποι σύνδεσης, καλωδίωση, επιλογή αντιστροφέα, προστασία κ.α). Στο κεφάλαιο 3 αναφέρουμε τις κύριες νομοθεσίες που ισχύουν και διέπουν τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα φωτοβολταϊκά. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζουμε παράδειγμα μελέτης Φ/Β εγκατάστασης ισχύος 10 ΚW. Κατά την διάρκεια του τελευταίου αιώνα, οι ανθρώπινες κοινωνίες άντλησαν το μεγαλύτερο μέρος της καταναλισκόμενης ενέργειας τους από την καύση των ορυκτών καυσίμων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι συμβατικές μορφές ενέργειας ήταν σχετικά φθηνότερες, και πιο εύκολες στην εκμετάλλευση τους σε σχέση με τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.). Επίσης σε αυτό συνέβαλε σημαντικά το γεγονός ότι μέχρι πρόσφατα η ρύπανση του περιβάλλοντος δεν είχε λάβει τόσο ανησυχητικές διαστάσεις. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 5

7 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Κεφάλαιο 1 ο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) 1.1 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι ήπιες μορφές ενέργειας (ή ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ)), ή νέες πηγές ενέργειας, ή πράσινη ενέργεια) είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, η γεωθερμία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος «ήπιες» αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους. Καταρχάς, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας, πολύ «φιλικές» στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Έτσι οι ΑΠΕ θεωρούνται από πολλούς μία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η Γη. Ως «ανανεώσιμες πηγές» θεωρούνται γενικά οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), όπως η ηλιακή και η αιολική. Ο χαρακτηρισμός «ανανεώσιμες» είναι κάπως καταχρηστικός, μιας και ορισμένες από αυτές τις πηγές, όπως η γεωθερμική ενέργεια δεν ανανεώνονται σε κλίμακα χιλετιών. Σε κάθε περίπτωση οι ΑΠΕ έχουν μελετηθεί ως λύση στο πρόβλημα της αναμενόμενης εξάντλησης των (μη ανανεώσιμων) αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων. Τελευταία από την Ευρωπαϊκή Ένωση, αλλά και από πολλά μεμονωμένα κράτη, υιοθετούνται νέες πολιτικές για τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, που προάγουν τέτοιες εσωτερικές πολιτικές και για τα κράτη μέλη. Οι ΑΠΕ αποτελούν τη βάση του μοντέλου οικονομικής ανάπτυξης της πράσινης οικονομίας. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 6

8 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) 1.2 Γενικά Οι ήπιες μορφές ενέργειας βασίζονται κατ' ουσίαν στην ηλιακή ακτινοβολία, με εξαίρεση τη γεωθερμική ενέργεια, η οποία είναι ροή ενέργειας από το εσωτερικό του φλοιού της γης, και την ενέργεια απ' τις παλίρροιες που εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα. Οι βασιζόμενες στην ηλιακή ακτινοβολία ήπιες πηγές ενέργειας είναι ανανεώσιμες, μιας και δεν πρόκειται να εξαντληθούν όσο υπάρχει ο ήλιος, δηλαδή για μερικά ακόμα δισεκατομμύρια χρόνια. Ουσιαστικά είναι ηλιακή ενέργεια "συσκευασμένη" κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο: η βιομάζα είναι ηλιακή ενέργεια δεσμευμένη στους ιστούς των φυτών μέσω της φωτοσύνθεσης, η αιολική εκμεταλλεύεται τους ανέμους που προκαλούνται απ' τη θέρμανση του αέρα ενώ αυτές που βασίζονται στο νερό εκμεταλλεύονται τον κύκλο εξάτμισης-συμπύκνωσης του νερού και την κυκλοφορία του. Η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι ανανεώσιμη, καθώς τα γεωθερμικά πεδία κάποια στιγμή εξαντλούνται. Χρησιμοποιούνται είτε άμεσα (κυρίως για θέρμανση) είτε μετατρεπόμενες σε άλλες μορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισμό ή μηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο ενεργειακό δυναμικό απ' τις ήπιες μορφές ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας. Η υψηλή όμως μέχρι πρόσφατα τιμή των νέων ενεργειακών εφαρμογών, τα τεχνικά προβλήματα εφαρμογής καθώς και πολιτικές και οικονομικές σκοπιμότητες που έχουν να κάνουν με τη διατήρηση του παρόντος στάτους κβο στον ενεργειακό τομέα εμπόδισαν την εκμετάλλευση έστω και μέρους αυτού του δυναμικού. Ειδικά στην Ελλάδα, που έχει μορφολογία και κλίμα κατάλληλο για νέες ενεργειακές εφαρμογές, η εκμετάλλευση αυτού του ενεργειακού δυναμικού θα βοηθούσε σημαντικά στην ενεργειακή αυτονομία της χώρας. Το ενδιαφέρον για τις ήπιες μορφές ενέργειας ανακινήθηκε τη δεκαετία του 1970, ως αποτέλεσμα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής, αλλά και της αλλοίωσης του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής από τη χρήση κλασικών πηγών ενέργειας. Ιδιαίτερα ακριβές στην αρχή, ξεκίνησαν σαν πειραματικές εφαρμογές. Σήμερα όμως λαμβάνονται υπόψη στους επίσημους σχεδιασμούς των ανεπτυγμένων κρατών για την ενέργεια και, αν και αποτελούν πολύ μικρό ποσοστό ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 7

9 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) της ενεργειακής παραγωγής, ετοιμάζονται βήματα για παραπέρα αξιοποίησή τους. Το κόστος δε των εφαρμογών ήπιων μορφών ενέργειας πέφτει συνέχεια τα τελευταία είκοσι χρόνια και ειδικά η αιολική και υδροηλεκτρική ενέργεια, αλλά και η βιομάζα, μπορούν πλέον να ανταγωνίζονται στα ίσα παραδοσιακές πηγές ενέργειας όπως ο άνθρακας και η πυρηνική ενέργεια. Ενδεικτικά, στις Η.Π.Α. ένα 6% της ενέργειας προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές, ενώ στην Ευρωπαϊκή Ένωση στόχος μέχρι το 2010 ήταν το 25% της ενέργειας προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές (κυρίως υδροηλεκτρικά και βιομάζα). Πλεονεκτήματα 1) Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. 2) Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. 3) Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. 4) Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. 5) Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. 6) Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήματα 1) Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Γι' αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας. 2) Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 8

10 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) 3) Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. 4) Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. 5) Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. 1.3 Ηλιακή ενέργεια Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για κάλυψη των καθημερινών αναγκών του ανθρώπου δεν είναι κάτι το καινοφανές. Από αρχαιοτάτων χρόνων η ηλιακή ενέργεια αξιοποιήθηκε από τον άνθρωπο στη γεωργία, την κατοικία και την βιομηχανία. Όμως χρειάστηκε να ξεσπάσει η ενεργειακή κρίση το 1973, ώστε να στραφεί ξανά το ενδιαφέρον του κόσμου σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας όπως η ηλιακή. Ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1970 είχε επιδειχθεί ενδιαφέρον για έρευνα και εφαρμογή στην ηλιακή ενέργεια. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύτατο φάσμα εφαρμογών όπως παραγωγή ηλεκτρισμού από μεγάλες μονάδες και απευθείας σύνδεση με το δίκτυο ηλεκτροπαραγωγής σε οικιακό και εμπορικό επίπεδο για κάλυψη βασικών αναγκών (π.χ. φωτισμός, ψυγείο, τηλεόραση κ.λπ.), τηλεπικοινωνίες, άντληση νερού, σηματοδότηση κ.λπ. Στην Ελλάδα υπάρχουν πολλές εφαρμογές, που απαντώνται κυρίως σε απομακρυσμένες περιοχές όπου υπάρχει πρόβλημα ηλεκτροδότησης από το δίκτυο της ΔΕΗ, καθώς και σε επενδύσεις πουλώντας το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα στη ΔΕΗ. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 9

11 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Επίσης αξιόλογες είναι οι εφαρμογές της ηλιακής ενέργειας στη θέρμανση και το δροσισμό (ψύξη) κτιρίων, με τη χρήση ενεργητικών και παθητικών (βιοκλιματικών) συστημάτων. 1.4 Η αφθονία της ηλιακής ενέργειας Οι ερευνητές του υπουργείου ενέργειας των ΗΠΑ έχουν καταγράψει την ποσότητα της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας. Σε παγκόσμια κλίμακα, η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που καταφθάνει στη γη μέσα σε μία περίοδο δύο εβδομάδων, είναι ισοδύναμη με την ενέργεια όλων των αποθεμάτων φυσικών καυσίμων υδρογονανθράκων (γαιάνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου). Το συνολικό ποσόν ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στη γήινη ατμόσφαιρα μέσα σε ένα χρόνο, ισούται περίπου με φορές την ενέργεια που χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα ετησίως. Στα εξωτερικά όρια της ατμόσφαιρας, η μέση ένταση της ηλιακής ενέργειας είναι 1.36 kwatts ανά τετραγωνικό μέτρο (μετρούμενη στο κάθετο προς αυτήν επίπεδο). Ο αριθμός αυτός, είναι γνωστός ως ηλιακή σταθερή, και λαμβάνει τη μέγιστη αυτή τιμή όταν ο ήλιος είναι κατακόρυφος στον ουρανό. Στις άλλες περιόδους της ημέρας, η λαμβανόμενη ενέργεια εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτινών πάνω στην επιφάνεια της ατμόσφαιρας. Άλλες παράμετροι που επηρεάζουν τη λαμβανόμενη ηλιακή ενέργεια, είναι το γεωγραφικό πλάτος, η χρονική στιγμή της ημέρας και η εποχή του χρόνου. Να σημειωθεί επίσης, ότι για το μισό περίπου χρονικό διάστημα, η γη δεν λαμβάνει απευθείας ηλιακή ενέργεια. Φανταστείτε, ότι η σημερινή τεχνολογία αν μπορούσε να συλλάβει την ποσότητα της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας στα εξωτερικά όρια της ατμόσφαιρας, τότε δεν θα υπήρχε πρόβλημα εξάντλησης των ενεργειακών πηγών. Αυτή η αφθονία ενέργειας, θα μπορούσε να επιτρέψει τον περισσότερο ισότιμο ανταγωνισμό των αναπτυσσόμενων και βιομηχανικών χωρών στην παγκόσμια αγορά. Υπενθυμίζεται, ότι η χρήση φθηνών ενεργειακών πηγών, αποτελεί απαίτηση της παραγωγής αγαθών και υπηρεσιών. Η μεγάλη αυτή ποσότητα ενέργειας δεν ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 10

12 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) μπορεί βέβαια να κατανοηθεί εύκολα, αλλά ενισχύει την έννοια ότι η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μία πραγματικά ανεξάντλητη πηγή. Το μεγαλύτερο ποσόν της ενέργειας αυτής, δεν μπορεί να συλλεχθεί. Καθώς διαχέεται μέσα στην ατμόσφαιρα, ανακλάται πίσω στο διάστημα ή απορροφάται από τα φυτά και τις υδάτινες μάζες. Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες αυτές, ο ήλιος εξακολουθεί να παρέχει τεράστια αποθέματα ενέργειας. Για παράδειγμα, περίπου το 13% της ηλιακής ενέργειας στα εξωτερικά όρια της ατμόσφαιρας, φθάνει στο έδαφος. Υποθέτοντας, ότι η ενέργεια αυτή μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό με βαθμό απόδοσης 20%, τότε θα ήταν δυνατό να τροφοδοτηθούν όλες οι ηλεκτρικές ανάγκες μίας χώρας. Πρακτικά, εάν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ολόκληρη η ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην οροφή κάποιας κατοικίας, τότε θα τροφοδοτούνταν όλες οι ηλεκτρικές ανάγκες του σπιτιού. 1.5 Ο Ήλιος Ο Ήλιος αποτελείται κατά 74% από υδρογόνο, κατά 25% από ήλιο και 1% από άλλα στοιχεία. Το υδρογόνο αποτελεί το κύριο καύσιμο για τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που παράγουν την ενέργεια που ακτινοβολεί, ενώ το ήλιο προέρχεται κυρίως από τα προϊόντα της πυρηνικής σύντηξης του υδρογόνου. Ο Ήλιος δεν έχει σαφή επιφάνεια όπως έχουν οι γήινοι πλανήτες. Η πυκνότητα των αερίων μειώνεται σε συνάρτηση με την ακτίνα του Ηλίου με ένα νόμο αντιστρόφου τετραγώνου. Η ακτίνα του Ηλίου μετριέται από το κέντρο του άστρου έως τη φωτόσφαιρα, έξω από την οποία δεν λαμβάνει χώρα η πυρηνική σύντηξη. Στο κέντρο του Ηλίου η θερμοκρασία φθάνει τους 20 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σε τέτοια θερμοκρασία τα άτομα έχουν χάσει τα ηλεκτρόνιά τους, βρίσκονται δηλαδή ιονισμένα και η κατάσταση της ύλης καλείται πλάσμα. Αυτό έχει σαν συνέπεια τα άτομα υπερθερμασμένα να κινούνται με μεγάλες ταχύτητες, να συγκρούονται μεταξύ τους σφοδρά έτσι ώστε δύο άτομα υδρογόνου να ενώνονται κολλάνε κατά τη σύγκρουση. Αν ακολουθήσουν άλλες δύο συγκρούσεις τότε προστίθενται άλλα δύο άτομα υδρογόνου στο σύνολο φτιάχνοντας έτσι ένα σταθερό άτομο ηλίου. Τα ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 11

13 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) τέσσερα μεμονωμένα άτομα υδρογόνου ζυγίζουν περισσότερο, πριν τη συγχώνευση, από ένα άτομο ηλίου που δημιουργήθηκε με τη συγχώνευση. Η υπόλοιπη μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια, σύμφωνα με την εξίσωση μετατροπής Άλμπερτ Αϊνστάιν: Ε=mc2. Στις αντιδράσεις αυτές γίνεται μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο και παραγωγή ενέργειας με ρυθμό 4 εκατομμύρια τόνους το δευτερόλεπτο. Η σύσταση του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Δεδομένης της διαμέτρου d και της φαινόμενης θερμοκρασίας του T, η ισχύς P που ακτινοβολείται από την επιφάνεια του μπορεί να εκτιμηθεί ότι είναι : P=πd^2σT^4=3,8x10^23 kw. Στευυα ΓΓ a x10'Κ> Χρωιιασψαιρα Σχήμα 1: Σύσταση του Ήλιου Όπου σ είναι η σταθερά Boltzman. Από την ισχύ αυτή η γη μπορεί να θεωρηθεί ότι δέχεται, σε ένα μέγιστο κύκλο της, περίπου 1,7x1014kW. Για να αντιληφθούμε το τεράστιο μέγεθος αυτής της ισχύος αρκεί να αναλογισθούμε ότι η ενέργεια που θα δεχθεί για μια ώρα η γη, θα μπορούσε θεωρητικά να καλύψει όλες τις ετήσιες ενεργειακές καταναλώσεις των κατοίκων του πλανήτη. 1.6 Ιστορική αναδρομή στην ηλιακή ενέργεια Η ηλιακή ενέργεια, είναι η ενέργεια που μεταδίδεται στη γη από τον ήλιο. Έχει δημιουργήσει άμεσα ή έμμεσα όλα τα ενεργειακά αποθέματα στη γη, από την εποχή ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 12

14 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) του σχηματισμού του πλανήτη. Η ανάλυση έχει δείξει, ότι οι περισσότερες μορφές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σήμερα, προέρχονται από τον ήλιο, εκτός από την πυρηνική ενέργεια και την γεωθερμία. Η σημασία του ήλιου στις ανθρώπινες προσπάθειες, δεν μπορεί να παραβλεφθεί. Μία μελέτη των Δυτικών ή Ανατολικών φιλοσοφιών αποκαλύπτει πολλούς μύθους και θρύλους που αποδεικνύουν την υποχρέωση του ανθρώπου στον ήλιο, ο οποίος παρέχει χρήσιμη θερμότητα και τον απαιτούμενο μηχανισμό παραγωγής των καλλιεργειών. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται επί χιλιάδες χρόνια για την αποξήρανση της τροφής, ως καύσιμο και για την εξαγωγή του αλατιού. Με το χρόνο, αναπτύχθηκε η αρχιτεκτονική έτσι ώστε να εκμεταλλεύεται τον ήλιο για θέρμανση ή να τον αποφεύγει για ψύξη. 1.7 Τα πρώτα πειράματα με την ηλιακή ενέργεια Η χρήση της ηλιακής ενέργειας δεν περιορίστηκε μόνο στη θέρμανση και στην ψύξη των κτηρίων. Τα πρώτα πειράματα με την ενέργεια αυτή, βοήθησαν σε πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις και εφευρέσεις. Για παράδειγμα, το 1774, ο Βρετανός χημικός Joseph Priestley ανακάλυψε ότι συγκεντρωμένες ηλιακές ακτίνες πάνω σε οξείδιο του υδραργύρου, προκαλούσαν την απελευθέρωση κάποιου αερίου. Ο Priestley διαπίστωσε, ότι η φλόγα των κεριών ήταν λαμπρότερη όταν περιβαλλόταν από το αέριο αυτό. Γι' αυτό, νόμισε ότι το αέριο αυτό ήταν αέρας μεγαλύτερης τελειότητας. Με παρόμοια πειράματα συγκεντρωμένου ηλιακού φωτός από οπτικούς φακούς, ο Γάλλος χημικός Antoine Lavoisier ανακάλυψε ορθά, ότι το αέριο αυτό ήταν το οξυγόνο. Το 1872, κατασκευάστηκε στη Χιλή ένα αποστακτήριο, για την παραγωγή ποσίμου ύδατος από αλμυρό νερό. Κατά το πείραμα αυτό, τοποθετήθηκαν πάνω από το αλμυρό νερό κεκλιμένες γυάλινες οροφές. Η ηλιακή ενέργεια διαπερνούσε το γυαλί και ανέβαζε τη θερμοκρασία του αλμυρού νερού. Αυτό, προκαλούσε την εξάτμιση του νερού και τη συμπύκνωση των παραγόμενων υδρατμών κάτω από το γυαλί. Το συμπυκνωμένο αυτό νερό, έρεε με τη βοήθεια καναλιών προς κάποιες συλλεκτικές λεκάνες. Η εγκατάσταση αυτή, μπορούσε να παρέχει στον πληθυσμό της περιοχής, περί τα γαλόνια πόσιμου νερού ημερησίως. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 13

15 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) 1.8 Η Ηλιακή ακτινοβολία Ηλιακή ακτινοβολία εκτός γήινης ατμόσφαιρας Η φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας εκτός γήινης ατμόσφαιρας μοιάζει αρκετά με εκείνη του μέλανος σώματος στην θερμοκρασία των 5762K, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, ενώ η φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο επίπεδο της θάλασσας είναι αρκετά μειωμένη. Διάγραμμα 1: Φασματική κατανομή της εκτός γήινης ατμόσφαιρας, ηλιακή ακτινοβολία Η μονάδα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας είναι W/m2. Δηλαδή είναι ισχύς ανά μονάδα επιφανείας και η τιμή της είναι το μέτρο της έντασής της. Επειδή η κίνηση της γης γύρω από τον ήλιο είναι ελλειπτική, η ακτινοβολία εκτός γήινης ατμόσφαιρας σε επίπεδο κάθετο στις ηλιακές ακτίνες, μεταβάλλεται στη διάρκεια του έτους. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 14

16 Κεφάλαιο 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια του εδάφους Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος επηρεάζεται από το μήκος της ατμόσφαιρας που το διαπερνά. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η διαδρομή των ηλιακών ακτινών στην ατμόσφαιρα τόσο μειωμένη είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η μεγαλύτερη διαδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας για να φθάσει στην επιφάνεια της γης είναι νωρίς το πρωί και αργά το απόγευμα. Για την μείωση αυτή της ακτινοβολίας χρησιμοποιείται ο όρος της σχετικής μάζας του αέρα ή απλά όπως συνηθίζεται μάζα του αέρα Ηλιακή ακτινοβολία σε κεκλιμένο επίπεδο Η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται ένα κεκλιμένο επίπεδο είναι απαραίτητη στις περισσότερες εφαρμογές και μελέτες των ηλιακών συστημάτων. Επειδή όμως στους περισσότερους μετεωρολογικούς σταθμούς είναι διαθέσιμη συνήθως η ολική ηλιακή ακτινοβολία στο οριζόντιο επίπεδο, θα πρέπει να δοθεί μέθοδος υπολογισμού της ακτινοβολίας σε κεκλιμένο επίπεδο. Για τη σωστή επιλογή της κλίσης της φωτοβολταϊκής γεννήτριας απαιτείται η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας στο κεκλιμένο επίπεδο σε μηνιαία και ετήσια βάση. Η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οποιοδήποτε σημείο της γης προσδιορίζεται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων: 1. η θέση του ήλιου 2. η νέφωση 3. η ατμοσφαιρική ρύπανση 4. το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 15

17 Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 2 ο Τα φωτοβολταϊκά συστήματα σήμερα προσφέρουν μια ελκυστική λύση για έναν διαρκώς αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών που απαιτούν οικονομική και αξιόπιστη παροχή ενέργειας, ακόμη και κάτω από εξαιρετικά δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες. Με την τεχνολογία αυτή μπορούμε να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να καταναλώνουμε συμβατικά καύσιμα. Εκμεταλλευόμαστε μόνο την ανανεώσιμη, ηλιακή ακτινοβολία που άφθονα και δωρεάν μας παρέχεται. Το βασικό χαρακτηριστικό των Φ/Β συστημάτων, είναι η αυτόνομη λειτουργία τους χωρίς την χρήση οποιασδήποτε καύσιμης ύλης, η υψηλή ανθεκτικότητα και αξιοπιστία, καθώς και η ικανότητα να λειτουργούν για μακρύ χρονικό διάστημα χωρίς συντήρηση, τα καθιστά ενδεδειγμένη οικονομικά λύση για όλους τους τύπους εφαρμογών που είναι απομακρυσμένες από το δίκτυο ηλεκτρισμού και όχι μόνο. Τα φωτοβολταϊκά παρέχουν τον απόλυτο έλεγχο στον καταναλωτή και την άμεση πρόσβαση στα στοιχεία που αφορούν την παραγόμενη και καταναλισκόμενη ενέργεια. Τον καθιστούν έτσι πιο προσεκτικό στον τρόπο που καταναλώνει την ενέργεια και συμβάλλουν μ' αυτό τον τρόπο στην ορθολογική χρήση και εξοικονόμηση της ενέργειας. Δεδομένου ότι η παραγωγή και κατανάλωση του ηλιακού ηλεκτρισμού γίνονται τοπικά, αποφεύγονται οι σημαντικές απώλειες της μεταφοράς και διανομής του ηλεκτρισμού και κατ' αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας της τάξης του 10% σε σχέση με τη συμβατική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω του δικτύου. Η βαθμιαία αύξηση των μικρών ηλεκτροπαραγωγών μπορεί να καλύψει αποτελεσματικά τη διαρκή αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία σε διαφορετική περίπτωση θα έπρεπε να καλυφθεί με μεγάλες επενδύσεις για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Η παραγωγή ηλεκτρισμού από μικρούς παραγωγούς μπορεί να περιορίσει επίσης την ανάγκη επενδύσεων σε νέες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος μιας νέας γραμμής μεταφοράς είναι πολύ υψηλό, αν λάβουμε υπόψη μας πέρα από τον τεχνολογικό εξοπλισμό και ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 16

18 Κεφάλαιο 2 θέματα που σχετίζονται με την εξάντληση των φυσικών πόρων και τις αλλαγές στις χρήσεις γης. Η μέγιστη παραγωγή ηλιακού ηλεκτρισμού συμπίπτει χρονικά με τις ημερήσιες αιχμές της ζήτησης (ιδίως τους καλοκαιρινούς μήνες), βοηθώντας έτσι στην εξομάλυνση των αιχμών φορτίου, στην αποφυγή black - out και στη μείωση του συνολικού κόστους της ηλεκτροπαραγωγής, δεδομένου ότι η κάλυψη αυτών των αιχμών είναι ιδιαίτερα δαπανηρή. Σημειωτέον ότι, κάθε ώρα black - out κοστίζει στην εθνική οικονομία Εκατομμύρια Ευρώ. 2.1 Φωτοβολταϊκό φαινόμενo Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και η λειτουργία του φωτοβολταϊκού συστήματος στηρίζετε στις βασικές ιδιότητες των ημιαγωγιμών υλικών σε ατομικό επίπεδο. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή. Όταν το φως προσπίπτει σε μια επιφάνεια είτε ανακλάται, είτε την διαπερνά (διαπερατότητα) είτε απορροφάται από το υλικό της επιφάνειας. Η απορρόφηση του φωτός ουσιαστικά σημαίνει την μετατροπή του σε μια άλλη μορφή ενέργειας (σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ενέργειας) η οποία συνήθως είναι η θερμότητα. Παρόλα αυτά όμως υπάρχουν κάποια υλικά τα οποία έχουν την ιδιότητα να μετατρέπουν την ενέργεια των προσπιπτόντων φωτονίων (πακέτα ενέργειας) σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτά τα υλικά είναι οι ημιαγωγοί και σε αυτά οφείλεται επίσης η τεράστια τεχνολογική πρόοδος που έχει συντελευτεί στον τομέα της ηλεκτρονικής και συνεπακόλουθα στον ευρύτερο χώρο της πληροφορικής και των τηλεπικοινωνιών. Γενικότερα τα υλικά στην φύση σε σχέση με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους εμπίπτουν σε τρεις κατηγορίες, τους αγωγούς του ηλεκτρισμού, τους μονωτές και τους ημιαγωγούς. Ένας ημιαγωγός έχει την ιδιότητα να μπορεί να ελεγχθεί η ηλεκτρική του αγωγιμότητα είτε μόνιμα είτε δυναμικά. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 17

19 Κεφάλαιο 2 Χαρακτηριστικά Ημιαγωγών Το χαρακτηριστικό στοιχείο ενός ημιαγωγού που το διαφοροποιεί από τα υπόλοιπα υλικά είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων ενός ατόμου που βρίσκεται στην εξωτερική του στοιβάδα (σθένους). Ο περισσότερο γνωστός ημιαγωγός είναι το πυρίτιο (Si) για αυτό και θα επικεντρωθούμε σε αυτό. Πυρίτιο (Si) Το πυρίτιο έχει ατομικό αριθμό 14 και έχει στην εξωτερική του στοιβάδα 4 ηλεκτρόνια. Όλα τα άτομα που έχουν λιγότερα η περισσότερα ηλεκτρόνια στην εξωτερική στοιβάδα (είναι "γενικά" συμπληρωμένη με 8 e) ψάχνουν άλλα άτομα με τα οποία μπορούν να ανταλλάξουν ηλεκτρόνια ή να μοιρασθούν κάποια με σκοπό τελικά να αποκτήσουν συμπληρωμένη εξωτερική στοιβάδα σθένους. Σε αυτήν την τάση οφείλεται και η κρυσταλλική δομή του πυριτίου αφού όταν συνυπάρχουν πολλά άτομα μαζί διατάσσονται με τέτοιο τρόπο ώστε να συνεισφέρουν ηλεκτρόνια με όλα τα γειτονικά τους άτομα και τελικά με αυτόν τον τρόπο να αποκτούν μια συμπληρωμένη εξωτερική στοιβάδα και κρυσταλλική δομή. Αυτή είναι και η καθοριστική ιδιότητα που έχουν τα κρυσταλλικά υλικά. Στην κρυσταλλική του μορφή όμως το πυρίτιο είναι σταθερό. Δεν έχει ανάγκη ούτε να προσθέσει ούτε να διώξει ηλεκτρόνια κάτι που ουσιαστικά του δίνει ηλεκτρικά χαρακτηριστικά πολύ κοντά σε αυτά ενός μονωτή αφού δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια για την δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό του. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 18

20 Κεφάλαιο 2 Δημιουργία ηλεκτρικά φορτισμένων ημιαγωγών Τις ημιαγωγές ιδιότητες του το πυρίτιο τις αποκτά με τεχνικό τρόπο. Αυτό πρακτικά γίνεται με την πρόσμειξη με άλλα στοιχεία τα οποία είτε έχουν ένα ηλεκτρόνιο περισσότερο είτε ένα λιγότερο στην στοιβάδα σθένους των. Αυτή η πρόσμειξη τελικά κάνει τον κρύσταλλο δεκτικό είτε σε θετικά φορτία (υλικό τύπου p) είτε σε αρνητικά φορτία (υλικό τύπου n) Για να φτιαχτεί λοιπόν ένας ημιαγωγός τύπου n ή αλλιώς ένας αρνητικά φορτισμένος κρύσταλλος πυριτίου θα πρέπει να γίνει πρόσμειξη ενός υλικού με 5e στην εξωτερική του στοιβάδα όπως για παράδειγμα το Αρσενικό (As). Αρσένιο (As) Αντίστοιχα για να δημιουργήσουμε έναν ημιαγωγό τύπου p η αλλιώς θετικά φορτισμένος κρύσταλλος πυριτίου χρειάζεται να γίνει πρόσμειξη στον κρύσταλλο κάποιου υλικού όπως το βόριο (Β) που έχει 3e στην εξωτερική του στοιβάδα. Βόριο (Β) ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 19

21 Κεφάλαιο 2 Δημιουργία της επαφής (του ηλεκτρικού πεδίου) Εάν φέρουμε σε επαφή δύο κομμάτια πυριτίου τύπου n και τύπου p το ένα απέναντι από το άλλο δημιουργείται μια δίοδος η αλλιώς ένα ηλεκτρικό πεδίο στην επαφή των δύο υλικών το οποίο επιτρέπει την κίνηση ηλεκτρονίων προς μια κατεύθυνση μόνο. Τα επιπλέον ηλεκτρόνια της επαφής n έλκονται από τις «οπές» τις επαφής p. Αυτό το ζευγάρι των δύο υλικών είναι το δομικό στοιχείο του φωτοβολταϊκού κελιού και η βάση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Η επίδραση της Ηλιακής ακτινοβολίας Η ηλιακή ακτινοβολία έρχεται με την μορφή πακέτων ενέργειας ή φωτονίων. Τα φωτόνια όταν προσπίπτουν σε μια διάταξη φβ κελιού περνούν αδιατάραχτα την επαφή τύπου n και χτυπούν τα άτομα της περιοχής τύπου p. Τα ηλεκτρόνια της περιοχής τύπου p αρχίζουν και κινούνται μεταξύ των οπών ώσπου τελικά φτάνουν στην περιοχή της διόδου όπου και έλκονται πλέον από το θετικό πεδίο της εκεί περιοχής. Αφού ξεπεράσουν το ενεργειακό χάσμα αυτής της περιοχής μετά είναι αδύνατον να επιστρέψουν. Στο κομμάτι της επαφής n πλέον έχουμε μια περίσσεια ηλεκτρονίων που μπορούμε να εκμεταλλευτούμε. Αυτή η περίσσεια των ηλεκτρονίων μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα εάν τοποθετήσουμε μια διάταξη όπως ένας μεταλλικός αγωγός στο πάνω μέρος της επαφής n και στο κάτω της επαφής p και ένα φορτίο ενδιάμεσα με τέτοιο τρόπο ώστε να κλείσει ένας αγώγιμος δρόμος για το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται. Αυτή είναι απλοποιημένα η γενική αρχή λειτουργίας του φωτοβολταϊκού φαινόμενου. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 20

22 Κεφάλαιο Περιορισμοί στην απόδοση των φωτοβολταϊκών Γιατί όμως δεν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε όλη την προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια; Το κάθε ημιαγωγό υλικό αντιδρά σε διαφορετικά μήκη κύματος της ακτινοβολίας. Κάποια υλικά αντιδρούν σε ευρύτερα φάσματα ακτινοβολίας από κάποια άλλα. Έτσι ανάλογα με το υλικό που χρησιμοποιούμε μπορούμε να εκμεταλλευτούμε μόνο εκείνο το φάσμα της ακτινοβολίας που αντιδρά με το συγκεκριμένο υλικό. Ζώνες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος Περιοχή του φάσματος Περιοχή συχνοτήτων Ενέργεια φωτονίων Ραδιοκύματα ΜΗz ev Μικροκύματα 300 MHz - 300GHz ev υπέρυθρη ακτινοβολία 300GHz - 400THz ,6eV ορατή ακτινοβολία THz 1,6-3,2 ev υπεριώδης ακτινοβολία 800THz Hz 3eV eV ακτίνες Χ Hz Hz 1200 ev - 2, ev ακτίνες γ Hz Hz 10 5eV eV Κοσμικές ακτίνες Hz eV - ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 21

23 Κεφάλαιο 2 Το ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται σε σχέση με την προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια συμβολίζει τον συντελεστή απόδοσης του υλικού. Οι δύο βασικοί παράγοντες για την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού υλικού είναι το ενεργειακό χάσμα του υλικού και ο συντελεστής μετατροπής. 2.3 Μέρη Φωτοβολταϊκό στοιχείο. Η ηλεκτρονική διάταξη που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δέχεται ακτινοβολία. Λέγεται ακόμα Φ/Β κύτταρο ή Φ/Β κυψέλη (PV cell). Φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Ένα σύνολο Φ/Β στοιχείων που είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα. Αποτελεί τη βασική δομική μονάδα της Φ/Β γεννήτριας (PV module). Φωτοβολταϊκή συστοιχία. Μια ομάδα από Φ/Β πλαίσια με ηλεκτρική αλληλοσύνδεση, τοποθετημένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης (PV array). ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 22

24 Κεφάλαιο Φωτοβολταϊκό Πλαίσιο Η τάση και η ισχύς ενός Φ/Β στοιχείου είναι πολύ μικρή για να ανταποκριθεί στην τροφοδότηση των συνηθισμένων ηλεκτρικών καταναλώσεων ή για τη φόρτιση των συσσωρευτών. Για αυτό το λόγο τα Φ/Β στοιχεία τοποθετούνται σε ένα ενιαίο πλαίσιο με κοινή ηλεκτρική έξοδο. Στο πλαίσιο αυτό, τα στοιχεία συνδέονται σε σειρά, σε ομάδες κατάλληλου πλήθους για την απόκτηση επιθυμητής τάσης. Τα πλαίσια είναι προκατασκευασμένα στο εργοστάσιο. Τα ηλιακά στοιχεία στερεώνονται με κολλητική ουσία σε ένα ανθεκτικό φύλλο από μέταλλο (συνήθως αλουμίνιο) ή από ενισχυμένο πλαστικό, που αποτελεί την πλάτη του πλαισίου, ενώ η εμπρός όψη τους καλύπτεται από ένα προστατευτικό φύλλο γυαλιού ή διαφανούς πλαστικού. Το εμπρός και πίσω φύλλο συγκρατούνται μεταξύ τους, στεγανά και μόνιμα, με τη βοήθεια μιας ταινίας από φυσικό ή συνθετικό ελαστικό και συσφίγγονται με ένα περιμετρικό μεταλλικό περίβλημα. Διαμορφώνεται έτσι το Φ/Β πλαίσιο (module), που είναι η δομική μονάδα που κατασκευάζεται βιομηχανικά και κυκλοφορεί στο εμπόριο για να χρησιμοποιηθεί ως συλλέκτης στη συγκρότηση Φ/Β γεννητριών. Τομή Φ/Β πλαισίου ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 23

25 Κεφάλαιο 2 Λόγω των απαιτούμενων υλικών και εργασιών για την κατασκευή του, το κόστος προκύπτει μεγαλύτερο από τα Φ/Β στοιχεία που περιέχουν. Το προϊόν που παράγεται ονομάζεται φ/β πλαίσιο (module) και διατίθεται σε ποικιλία, όσον αφορά την ισχύ που παράγει, την τάση και τελικά τις διαστάσεις του. Για αυτό το λόγο παρακάτω θα γίνεται αναφορά μόνο σε Φ/Β πλαίσια Φωτοβολταϊκή συστοιχία Σε μια Φ/Β εγκατάσταση που έχει σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή λειτουργεί ως σταθμός παραγωγής, μπορεί να χρησιμοποιηθούν εκατοντάδες ή και χιλιάδες Φ/Β πλαίσια. Όπως είναι αναμενόμενο τα Φ/Β πλαίσια πρέπει να ομαδοποιηθούν και να συνδεθούν κατάλληλα. Για την αύξηση της αξιοπιστίας ενός Φ/Β συστήματος είναι σκόπιμο οι συνδέσεις των Φ/Β στοιχείων μέσα στα πλαίσια, αλλά και ανάμεσα στα πλαίσια να μην είναι μόνο στη σειρά αλλά και παράλληλες. Με αυτόν τον τρόπο, αν ένα Φ/Β στοιχείο σκιαστεί ή αν πάθει βλάβη δεν θα μηδενιστεί η ισχύς που παράγει το σύστημα. Έτσι τα Φ/Β πλαίσια ομαδοποιούνται σε Φ/Β συστοιχίες και τοποθετούνται σε κοινή βάση στήριξης, η οποία είναι συνήθως μεταλλική. Η σύνδεση των πλαισίων στη σειρά ή παράλληλα γίνεται έτσι ώστε η τάση εξόδου της γεννήτριας να αποκτήσει την επιθυμητή τιμή. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 24

26 Κεφάλαιο Δομή των Διασυνδεδεμένων Κτηριακών Φ/Β Συστημάτων Κάθε Διασυνδεδεμένο Κτηριακό Φωτοβολταϊκό Σύστημα (BAPV/BIPV Building Applied/Integrated Photovoltaics) μπορεί να αναλυθεί σε δύο επιμέρους δομικές μονάδες: τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τα οποία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και τον ηλεκτρονικό μετατροπέα, που αναλαμβάνει την προσαρμογή της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στις προδιαγραφές του δικτύου χαμηλής τάσης. Ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων Φ/Β πλαισίων καθορίζει τη μέγιστη παραγόμενη ισχύ, ενώ η εν σειρά και παράλληλη σύνδεση αυτών προσδιορίζει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (τιμές τάσης και ρεύματος) των μετατροπέων που θα χρησιμοποιηθούν. Επιπρόσθετα, η απρόσκοπτη λειτουργία της όλης εγκατάστασης απαιτεί τη χρήση ορισμένων βοηθητικών συστημάτων (Balance of System, B.O.S.), τα οποία εγγυώνται τόσο την ασφαλή διασύνδεση του μετατροπέα με τις Φ/Β γεννήτριες και το ηλεκτρικό δίκτυο όσο και τη στιβαρότητα της όλης εγκατάστασης σε μηχανικές καταπονήσεις. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια παρέχεται υπό τη μορφή συνεχούς τάσης και ρεύματος. Για να καταστεί λοιπόν εφικτή η τροφοδότηση του ηλεκτρικού δικτύου Ε.Ρ. με την ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά, απαιτείται η διαμεσολάβηση κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων, των αντιστροφέων. Eχει επικρατήσει αυτές οι ηλεκτρονικές διατάξεις να ονομάζονται στο σύνολό τους ηλεκτρονικοί μετατροπείς ενώ το τμήμα τους που αναλαμβάνει τη διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο και μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη ονομάζεται αντιστροφέας. Όπως όλες οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις παραγωγής ή κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας που συνδέονται στο δίκτυο Ε.Ρ, έτσι και οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς των διασυνδεδεμένων με το ηλεκτρικό δίκτυο Φ/Β συστημάτων, οφείλουν να υπόκεινται στις προδιαγραφές που ορίζονται από τους κανονισμούς και τα πρότυπα που έχουν θεσπιστεί ή υιοθετηθεί από τους Διαχειριστές των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας και Δικτύων. Συγκεκριμένα, η σύνδεση μικρών διεσπαρμένων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο Χαμηλής Τάσης (Χ.Τ.), θεωρείται αποδεκτή όταν η ενέργεια που παρέχεται στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων δεν επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα ισχύος που παρέχεται στους άλλους συνδεόμενους χρήστες ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 25

27 Κεφάλαιο 2 (καταναλωτές ή παραγωγούς), δεν διαταράσσει την ορθή λειτουργία των μέσων ρύθμισης και προστασίας του δικτύου και δεν θέτει σε κίνδυνο πρόσωπα και εγκαταστάσεις. Αν και τα θέματα αυτά αναλύονται εκτενέστερα σε επόμενη παράγραφο, αξίζει να σημειωθεί ότι οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς που διατίθενται στο εμπόριο είναι 6 συνήθως εναρμονισμένοι με τους εν λόγω κανονισμούς και πρότυπα ενώ παράλληλα διαθέτουν και τις απαιτούμενες προστασίες προκειμένου να επιτυγχάνεται η απρόσκοπτη παράλληλη λειτουργία τους με το ηλεκτρικό δίκτυο. Ένας σημαντικός διαχωρισμός μεταξύ των ηλεκτρονικών μετατροπέων των διασυνδεδεμένων Φ/Β συστημάτων μπορεί να γίνει ανάλογα με το αν εμπεριέχουν μετασχηματιστή (Μ/Σ) σε κάποια από τις βαθμίδες τους. Στην περίπτωση που χρησιμοποιείται Μ/Σ, αυτός μπορεί να είναι υψίσυχνος (Μ/Σ φερρίτη) ή χαμηλόσυχνος (Μ/Σ σιδήρου). Η ύπαρξη Μ/Σ προσφέρει το πλεονέκτημα της γαλβανικής απομόνωσης του Φ/Β εξοπλισμού από το δίκτυο Ε.Ρ. Παρ όλο που οι χαμηλόσυχνοι Μ/Σ επιφέρουν την αύξηση του όγκου και του βάρους της συνολικής κατασκευής, η παρουσία τους εγγυάται τη μηδενική έγχυση συνεχούς ρεύματος στο ηλεκτρικό δίκτυο. Αντίθετα στις υπόλοιπες τοπολογίες, ενδεχόμενες ασυμμετρίες του κυκλώματος ισχύος ή του κυκλώματος ελέγχου μπορούν να προκαλέσουν την εμφάνιση μιας μικρής συνιστώσας συνεχούς ρεύματος στην έξοδο των αντιστροφέων. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 26

28 Κεφάλαιο Κατηγοριοποίηση των Διασυνδεδεμένων Κτηριακών Φ/Β Συστημάτων Ανάλογα με τον τρόπο που συνδυάζονται οι παραπάνω δομικές μονάδες, τα διασυνδεδεμένα κτηριακά Φ/Β συστήματα μικρής ισχύος (έως 10kW) κατηγοριοποιούνται κυρίως σε δύο τεχνολογικές τάσεις. Την τεχνολογία Στοιχειοσειράς (String technology) και την τεχνολογία Πολλαπλών Στοιχειοσειρών (Multi-string technology). Η διαφοροποίηση των προαναφερθέντων τεχνολογικών τάσεων έγκειται αφ ενός στον αριθμό των Φ/Β πλαισίων που συνδέονται ανά ηλεκτρονικό μετατροπέα (επίπεδο ισχύος του μετατροπέα), αφ ετέρου στον τρόπο με τον οποίο συνδέονται μεταξύ τους τα Φ/Β πλαίσια (εν σειρά σύνδεση, παράλληλη σύνδεση ή συνδυασμός αυτών) Διασυνδεδεμένα κτηριακά Φ/Β συστήματα υπό το καθεστώς Ανεξάρτητου Παραγωγού Τα διασυνδεδεμένα κτηριακά Φ/Β συστήματα που εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής της ΚΥΑ (ΦΕΚ Β 1079, 4/6/2009) εντάσσονται στο καθεστώς του ανεξάρτητου παραγωγού (Feed in tariff). Δηλαδή, το σύνολο της ενέργειας που παράγεται από την ηλεκτροπαραγωγική μονάδα πωλείται στη ΔΕΗ και δεν χρησιμοποιείται για τη μερική ή ολική τροφοδότηση των φορτίων της κτηριακής εγκατάστασης (ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου). Η υλοποίηση της ηλεκτρικής εγκατάστασης (σχήμα 1) απαιτεί την εγκατάσταση δύο ξεχωριστών ηλεκτρικών πινάκων (ενός για τις ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου και ενός δεύτερου για τη σύνδεση της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας), οι οποίοι εν συνεχεία, συνδέονται στους μετρητές καταναλισκόμενης και αποδιδόμενης ενέργειας αντίστοιχα. Τόσο η ενέργεια που αποδίδει ο παραγωγός στο ηλεκτρικό δίκτυο όσο και αυτή που απορροφά από αυτό για τις ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου, μεταφέρονται πάντοτε μέσω της ίδιας ηλεκτρικής παροχής. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 27

29 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 1: Δομή ενός Διασυνδεδεμένου κτηριακού Φ/Β συστήματος στην περίπτωση του ανεξάρτητου παραγωγού Διαμόρφωση της σύνδεσης βάσει της μέγιστης ισχύος της Φ/Β εγκατάστασης Τα κτηριακά Φ/Β συστήματα ισχύος έως και 5 kwp, συνδέονται στο δίκτυο Χ.Τ. μέσω μονοφασικής παροχής, σε αντιδιαστολή με αυτά των οποίων η μέγιστη ισχύς ξεπερνά τα 5 kwp (αλλά σε καμία περίπτωση τα 10 kwp) οπότε υποχρεωτικά συνδέονται στο δίκτυο μέσω τριφασικής παροχής. Στην περίπτωση της τριφασικής σύνδεσης θα πρέπει να επιδιώκεται η συμμετρική φόρτιση των τριών φάσεων. Σημειώνεται ότι, σύμφωνα με τις σχετικές οδηγίες της ΔΕΗ, το ποσοστό ασυμμετρίας μεταξύ των τριών φασικών ρευμάτων δεν μπορεί να υπερβαίνει το 20%. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 28

30 Κεφάλαιο Επιλογή της τοποθεσίας εγκατάστασης του Φ/Β συστήματος Στην περίπτωση των κτηριακών Φ/Β συστημάτων, η Φ/Β συστοιχία εγκαθίσταται στο δώμα ή τη στέγη του κτηρίου, σύμφωνα με την ΚΥΑ, ΦΕΚ Β 1079, 4/6/2009. Επίσης, ως δυνατές επιφάνειες εγκατάστασης ορίζονται και τα στέγαστρα των βεραντών Προσανατολισμός των Φ/Β Πλαισίων Για να είναι εφικτή η μεγιστοποίηση της ενεργειακής παραγωγικότητας των Φ/Β πλαισίων, θα πρέπει να επιτυγχάνεται βέλτιστη εκμετάλλευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, εφόσον η πορεία του ήλιου αλλάζει τόσο με την ώρα της ημέρας όσο και με τη μέρα του έτους, τεκμαίρεται πως για να παράγει ένα πλαίσιο τη μέγιστη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να είναι σε θέση να περιστρέφεται ώστε να μπορεί να ακολουθεί την τροχιά του ήλιου και να είναι συνεχώς κάθετο στην κατεύθυνση της ακτινοβολίας. Πρακτικά, η μηχανική πολυπλοκότητα και το κόστος ενός μηχανισμού που θα επέτρεπε την κίνηση των πλαισίων σύμφωνα με τον παραπάνω τρόπο, καθιστά εξαιρετικά δύσκολη και δαπανηρή την εφαρμογή του σε κτηριακά Φ/Β συστήματα. Έτσι στη πλειονότητα των κτηριακών Φ/Β συστημάτων επιλέγεται σταθερός προσανατολισμός των πλαισίων, ώστε να επιτυγχάνεται μέση ετήσια γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας όσο το δυνατό πιο κοντά στις 90ο. Η επίτευξη αυτού του στόχου έγκειται στην σωστή επιλογή της κλίσης και της αζιμούθιας γωνίας του πλαισίου. Η κλίση του πλαισίου εκφράζεται με τη γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο της επιφάνειας του Φ/Β πλαισίου και το οριζόντιο επίπεδο, ενώ η αζιμούθια γωνία σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο ανάμεσα στην προβολή της κεκλιμένης πλευράς του πλαισίου και τον τοπικό μεσημβρινό βορρά-νότου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 29

31 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 2: Γραφική απεικόνιση της κλίσης και της αζιμούθιας γωνίας ενός Φ/Β πλαισίου που βρίσκεται στο Βόρειο ημισφαίριο Για το βόρειο ημισφαίριο η βέλτιστη κλίση του Φ/Β πλαισίου για τη μέγιστη παραγωγή καθ όλη τη διάρκεια του έτους είναι ίση με τη γεωγραφική παράλληλο του τόπου και η αζιμούθια γωνία είναι περίπου 0 (κατεύθυνση προς νότο). Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι στην Ελλάδα η μεγιστοποίηση της συνολικής ετήσιας ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε επιφάνεια σταθερής κλίσης, επιτυγχάνεται για Νότιο προσανατολισμό και κλίση περί των 30ο. Δεδομένου ότι στην περίπτωση των κτηριακών Φ/Β εγκαταστάσεων οι βέλτιστες τιμές κλίσης και προσανατολισμού της Φ/Β συστοιχίας μπορεί να είναι ανέφικτες (λόγω των περιορισμών που προκύπτουν από τις δεδομένες διαθέσιμες επιφάνειες του κτηρίου), θα πρέπει να γίνει εκτίμηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια στην οποία πρόκειται να εγκατασταθεί η Φ/Β συστοιχία. Η μείωση της ετήσιας ηλιακής ακτινοβολίας (στην επιφάνεια της Φ/Β συστοιχίας) συγκριτικά με τη μέγιστη θεωρητική της τιμή (βέλτιστες τιμές κλίσης και προσανατολισμού) συνιστάται να μην υπερβαίνει το 10% προκειμένου να μεγιστοποιούνται τα οικονομικά οφέλη του ανεξάρτητου παραγωγού. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς που προκύπτουν ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 30

32 Κεφάλαιο 2 από τις διαθέσιμες επιφάνειες των κτηρίων, προτιμώνται γενικά επιφάνειες νότιου προσανατολισμού με απόκλιση έως 70ο από την κατεύθυνση του Νότου, και κλίσης στο εύρος 0ο-50ο. Σημειώνεται ότι η χρήση γωνιών κλίσης άνω των 10-15ο διευκολύνει τον αυτοκαθαρισμό των πλαισίων από σωματίδια σκόνης και άλλους ρύπους μέσω της βροχής. Στα σχήματα 3.α και 3.β παρατίθενται ενδεικτικά η επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην ηλεκτροπαραγωγική ικανότητα ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος σε απόλυτες τιμές και σε επί τοις εκατό ποσοστά αντίστοιχα. Σε όλες τις περιπτώσεις υποθέτεται ότι δεν υπάρχουν σκιασμοί. Σχήμα 3.α: Επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία (kwh/m2/έτος) στο επίπεδο των ηλιακών πλαισίων ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος στην Αττική ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 31

33 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 3.β: Επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην ηλεκτροπαραγωγική ικανότητα ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος (σε επί τοις εκατό ποσοστά) Προβλήματα σκιασμών Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας ο οποίος επιδρά καθοριστικά στην ενεργειακή αποδοτικότητα ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος είναι η ύπαρξη σκιασμών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι σε ένα Φ/Β πλαίσιο τόσο τα Φ/Β στοιχεία (ή μέρος αυτών) όσο και τα Φ/Β πλαίσια μιας στοιχειοσειράς συνδέονται μεταξύ τους εν σειρά, γίνεται κατανοητό ότι ακόμα κι ο σκιασμός ενός μέρους της Φ/Β συστοιχίας μπορεί να προκαλέσει σημαντική μείωση της παραγόμενης ισχύος συγκριτικά με την αναμενόμενη τιμή αυτής. Αναλυτικότερα, το συνολικό ρεύμα μιας στοιχειοσειράς Φ/Β πλαισίων καθορίζεται από το μειωμένο ρεύμα του σκιασμένου τμήματος της Φ/Β συστοιχίας. Βέβαια στην περίπτωση που ο σκιασμός περιορίσει την τάση του (των) ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 32

34 Κεφάλαιο 2 σκιασμένου(ων) πλαισίου(ων) αρκετά χαμηλά ώστε να εισέλθει σε αγωγή η δίοδος παράκαμψης, το πλαίσιο αυτό εξαιρείται της ηλεκτροπαραγωγής. Από μια άλλη οπτική γωνία, μόνιμοι και επαναλαμβανόμενοι τοπικοί σκιασμοί σε ώρες υψηλής ακτινοβολίας δύναται να καταπονήσουν το σκιαζόμενο Φ/Β πλαίσιο, προκαλώντας την πρόωρη γήρανση αυτού. Συνεπώς είναι σημαντικό να αποφεύγονται σκιασμοί, έστω και από αντικείμενα μικρού όγκου όπως κολώνες, κεραίες ή ηλεκτρικά καλώδια ή, ακόμη περισσότερο, από δένδρα, παρακείμενα κτήρια κλπ. Η επιλογή της θέσης έδρασης της Φ/Β συστοιχίας θα πρέπει να γίνεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται ότι δεν θα υπάρξουν σκιασμοί καθ όλο το έτος και ειδικά τις ώρες υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας. Εάν στην τοποθεσία έδρασης του Φ/Β εξοπλισμού υπάρχουν μόνιμοι ή επαναλαμβανόμενοι σκιασμοί (π.χ. σκίαση από παρακείμενα κτήρια, κολώνες, στηθαίο, κλπ.) για μεγάλο χρονικό διάστημα γύρω από το ηλιακό μεσημέρι (από09:00 έως 15:00), τότε η θέση εγκατάστασης θεωρείται ακατάλληλη. Τέλος, για τη διασφάλιση της μακροχρόνιας απρόσκοπτης λειτουργίας του Φ/Β συστήματος θα πρέπει να εξετάζεται το ενδεχόμενο εμφάνισης μελλοντικών σκιασμών λόγω ανοικοδόμησης παρακείμενων κτηρίων. Εν κατακλείδι μπορούμε να πούμε ότι ο γενικός κανόνας ορθής τοποθεσίας έδρασης του Φ/Β εξοπλισμού είναι ο ορίζοντας προς Νότο να είναι ελεύθερος και χωρίς εμπόδια. Για τον έλεγχο πιθανών σκιασμών καθ όλο το έτος καλό είναι να χρησιμοποιηθεί ένα διάγραμμα τροχιάς του ήλιου, όπως αυτό που παρατίθεται στο σχήμα 4. Στο εν λόγω διάγραμμα σχεδιάζεται η θέση του ήλιου σε γωνιακές συντεταγμένες, για γεωγραφικό πλάτος 38ο. Για διαφορετικό γεωγραφικό πλάτος στην Ελλάδα προκύπτει ελαφρά διαφορετικό διάγραμμα. Ο οριζόντιος άξονας στο σχήματος 4 αντιστοιχεί στην αζιμούθια γωνία του ήλιου, ήτοι την γωνία που σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο ανάμεσα στην προβολή της κατεύθυνσης του ήλιου και στον τοπικό μεσημβρινό βορρά-νότου (γωνιακή απόσταση του ηλίου από τη διεύθυνση του Νότου), ενώ ο κατακόρυφος άξονας αντιστοιχεί στη γωνία του ύψους του ήλιου, δηλαδή ανάμεσα στην κατεύθυνση του ήλιου και της προβολής της στο οριζόντιο επίπεδο. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 33

35 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 4: Διάγραμμα τροχιάς ήλιου σε Βόρειο γεωγραφικό πλάτος 38 μοιρών Επί του διαγράμματος έχουν σχεδιασθεί ενδεικτικά η 21η Δεκεμβρίου, η 21 Μαρτίου και η 21η Ιουνίου, ενώ επίσης σημειώνονται επί των τροχιών και οι θέσεις του ήλιου για κάθε ώρα της ημέρας (σε τοπική ηλιακή ώρα). Με βάση το διάγραμμα του σχήματος 4 θα πρέπει να συγκριθούν τα περιγράμματα των εμποδίων (σε γωνιακές συντεταγμένες στο ίδιο σύστημα αξόνων) όπως φαίνονται από το δυσμενέστερο σημείο της Φ/Β συστοιχίας. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να ελέγξουμε αν τα εμπόδια σκιάζουν την Φ/Β συστοιχία, δηλαδή αν η γωνία ύψους των εμποδίων είναι μεγαλύτερη από τη γωνία ύψους του ήλιου για την αντίστοιχη αζιμούθια γωνία Στατική μελέτη & Υλικά στήριξης Η έδραση των Φ/Β πλαισίων επί του κτηρίου μπορεί να υλοποιηθεί είτε πάνω σε πρόσθετη μεταλλική κατασκευή, είτε επί της επιφάνειας του δώματος, ή ακόμα και με την ενσωμάτωση των πλαισίων στο δομικό κέλυφος του κτηρίου. Αν και το βάρος της ίδιας της Φ/Β συστοιχίας και της βάσης στήριξης δεν αναμένεται να επηρεάσει την στατική αντοχή του κτηρίου, καλό είναι όταν η τοποθέτηση των πλαισίων γίνεται σε ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 34

36 Κεφάλαιο 2 στέγαστρα ή σκεπές να διενεργείται στατικός έλεγχος (ή ακόμα και ειδική μελέτη όπου απαιτείται) ώστε να διερευνάται η μηχανική καταπόνηση και η ανεμοπίεση της επιφάνειας έδρασης των πλαισίων. Τα Φ/Β πλαίσια τοποθετούνται σε ένα σύστημα στήριξης, εξασφαλίζοντας την απρόσκοπτη λειτουργία και την ασφάλεια της εγκατάστασης σε ακραίες συνθήκες ανέμου, χιονόπτωσης, σεισμού και θερμοκρασιακών μεταβολών. Οι ακραίες αυτές συνθήκες καθώς, ο συνδυασμός τους καθώς και οι αντίστοιχοι συντελεστές ασφάλειας, προδιαγράφονται στους Ευροκώδικες (Eurocodes), παράλληλα με επιπρόσθετους ελέγχους, όπως για το σύνολο των δομικών κατασκευών. Για τη στατική επάρκεια του συστήματος στήριξης καθεαυτού, μπορεί να ζητείται αντίστοιχο πιστοποιητικό από τον προμηθευτή. Το σύστημα στήριξης μπορεί να είναι μέρος υαλοπετάσματος, να αποτελεί σύνδεσμο με τους φορείς μίας στέγης ή να αποτελεί ένα αυτοτελές σύστημα τοποθετημένο στο δώμα ή με τρόπο που να δημιουργεί σκίαστρο. Το σύστημα στήριξης μπορεί να είναι είτε μεταλλικό, από αλουμίνιο ή εν θερμό γαλβανισμένο χάλυβα, είτε από πλαστικό (κυρίως όσο αφορά στην περίπτωση λεκανών στήριξης). Στο εμπόριο διατίθεται πληθώρα συστημάτων στήριξης. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να δίνεται προσοχή στη συμβατότητά τους με τα λοιπά στοιχεία του εξοπλισμού και κατ επέκταση στην εγκυρότητα των πιστοποιητικών στατικής επάρκειας επί του συνόλου της εγκατάστασης. Θα πρέπει ο τρόπος σύσφιξης των Φ/Β πλαισίων να είναι σύμφωνος με τις προδιαγραφές του συγκεκριμένου Φ/Β πλαισίου και επιπλέον οι διαστάσεις του πλαισίου να είναι αντίστοιχες (ή μικρότερες) με αυτές που έχουν θεωρηθεί στην στατική μελέτη για την έκδοση του πιστοποιητικού στατικής επάρκειας. Όσον αφορά στη σύνδεση του συστήματος στήριξης με το κτήριο, και ειδικότερα αναφορικά με σύστημα στήριξης σε δώμα, θα πρέπει να εφαρμόζεται κατάλληλη αγκύρωση. Αυτή γίνεται κυρίως με την προσθήκη φορτίου, ή με τη χρήση κοχλιών. Στην πρώτη περίπτωση θα πρέπει το βάρος που θα τοποθετηθεί να είναι σύμφωνο με τη στατική μελέτη του κτηρίου. Στην περίπτωση χρήσεως κοχλιών, θα πρέπει να μην τραυματίζεται η υφιστάμενη μόνωση. Και στις δύο περιπτώσεις, όπως και στην περίπτωση άλλου συστήματος, παρέχονται οι προδιαγραφές για την αγκύρωση από ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 35

37 Κεφάλαιο 2 τον προμηθευτή του συστήματος στήριξης. Ωστόσο η συμβατότητα με το κτήριο θα πρέπει να ελέγχεται από έναν μηχανικό. Τέλος, ο εγκαταστάτης θα πρέπει να έχει υπόψη του την διαφοροποίηση των συστημάτων στήριξης και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που το διέπουν, συμπεριλαμβανομένων της ευκολίας εγκατάστασης, της αξιοπιστίας και των λειτουργικών στοιχείων (όπως η δυνατότητα ή όχι φυσικού αερισμού του πλαισίου) Επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών Μετατροπέων Ένα από τα ζητήματα που χρήζουν προσοχής κατά το σχεδιασμό ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος, είναι η επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών μετατροπέων. Συνήθως, οι μετατροπείς των εν λόγω ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων τοποθετούνται είτε στο εσωτερικό των κτηρίων που εγκαθίστανται, είτε σε ειδικά διαμορφωμένο κλειστό χώρο ο οποίος μπορεί να βρίσκεται πλησίον του Φ/Β εξοπλισμού. Μάλιστα, στη δεύτερη περίπτωση μειώνεται σημαντικά το μήκος των ηλεκτρικών αγωγών Σ.Ρ. με άμεσο αποτέλεσμα τον περιορισμό των ηλεκτρικών απωλειών, της πτώσης τάσης, αλλά και του κόστους καλωδίωσης. Οικίσκος με ηλεκτρονικούς μετατροπείς ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 36

38 Κεφάλαιο 2 Βέβαια υπάρχουν και ηλεκτρονικοί μετατροπείς οι οποίοι σύμφωνα με τα τεχνικά φυλλάδια του κατασκευαστή μπορούν να εγκατασταθούν είτε κάτω από τα Φ/Β πλαίσια, είτε στο μηχανισμό στήριξης αυτών, εφόσον υπάρχει αρκετός χώρος. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο συγκεκριμένος τύπος έδρασης έχει ως αποτέλεσμα την άμεση έκθεση του μετατροπέα σε υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών, αλλά, σε ορισμένες περιοχές της Ελλάδας, και σε αρκετά χαμηλές κατά τη διάρκεια του χειμώνα, προτείνεται να εφαρμόζεται μόνο στις περιπτώσεις που το προβλέπει ο κατασκευαστής. Ηλεκτρονικός μετατροπέας εγκαταστημένος στην βάση στήριξης των πλαισίων Συγκεκριμένα, στο φυλλάδιο του κατασκευαστή θα πρέπει να αναζητηθεί ο δείκτης προστασίας (IP) του μετατροπέα από σωματίδια σκόνης και νερού, καθώς και τα όρια της θερμοκρασίας μέσα στα οποία δεν επηρεάζεται η ασφαλής και απρόσκοπτη λειτουργία του. Σε αντίθετη περίπτωση η υιοθέτηση του προαναφερθέντος τρόπου έδρασης μπορεί να επιφέρει μείωση του προσδόκιμου της διάρκειας ζωής του μετατροπέα. Επίσης, λαμβάνοντας υπόψη ότι η ψύξη του ηλεκτρονικού μετατροπέα επηρεάζεται σημαντικά από τις κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής στην οποία ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 37

39 Κεφάλαιο 2 είναι εγκατεστημένο το Φ/Β σύστημα (θερμοκρασία περιβάλλοντος, συνθήκες ηλιοφάνειας, υγρασία και άνεμος), γίνεται κατανοητό ότι στις περιπτώσεις που ο μετατροπέας τοποθετείται σε κλειστό χώρο πλησίον του Φ/Β εξοπλισμού ίσως είναι απαραίτητη η τοποθέτηση μηχανισμού εξαναγκασμένης ψύξης (ανεμιστήρες). Στη συνέχεια παρουσιάζονται ειδικότερες οδηγίες που αφορούν στη σωστή εγκατάσταση και ασφαλή λειτουργία του Φ/Β συστήματος. Οι οδηγίες βασίζονται στην διεθνή πρακτική και εμπειρία, καθώς και σε πρότυπα, όπως το ΗD384 και το ΙΕC ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ Πρώτο ψηφίο Βαθμός προστασίας (Ξένο Σώμα) Δεύτερο ψηφίο Βαθμός προστασίας (Εισχώρηση Υγρού) IP 0x Καθόλου προστασία IP x0 Καθόλου προστασία IP 1x Προστασία από εισχώρηση μεγάλων σωμάτων διαμέτρου 50mm IP x1 Προστασία από σταγόνες νερού IP 2x Προστασία από εισχώρηση μεσαίων σωμάτων διαμέτρου 12.5mm IP x2 Προστασία από σταγόνες υγρού με γωνία πτώσης έως 15 μοίρες IP 3x Προστασία από εισχώρηση μεσαίων σωμάτων διαμέτρου 2.5mm IP x3 Προστασία από σταγόνες υγρού με γωνία πτώσης έως 60 μοίρες IP 4x Προστασία από εισχώρηση μεσαίων σωμάτων διαμέτρου 1.0mm IP x4 Προστασία από υγρό εκτοξευόμενο από οποιαδήποτε διεύθυνση IP 5x Προστασία από εισχώρηση σκόνης σε τέτοια ποσότητα ώστε να προκαλέσει δυσλειτουργία του εξοπλισμού IP x5 Προστασία από νερό εκτοξευόμενο υπό πίεση IP 6x Πλήρης προστασία από εισχώρηση σκόνης IP x6 Προστασία από νερό εκτοξευόμενο υπό υψηλή πίεση ή από συνθήκες που συναντώνται σε κατάστρωμα πλοίου IP x7 Προστασία από ασυνεχή βύθιση σε νερό IP x8 Προστασία από συνεχή βύθιση σε νερό υπό συγκεκριμένη πίεση ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 38

40 Κεφάλαιο Σχεδίαση Φ/Β συστήματος Η σωστή σχεδίαση ενός Φ/Β συστήματος και η άρτια εγκατάστασή του επιβάλλονται ώστε να διασφαλίζεται η απρόσκοπτη λειτουργία της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας, τόσο από άποψη ασφάλειας όσο και από άποψη ενεργειακής αποδοτικότητας Χαρακτηριστικές ηλεκτρικές τιμές ενός Φ/Β συστήματος Τάση Η μέγιστη αναμενόμενη τάση μιας στοιχειοσειράς είναι η συνολική τάση ανοικτού κυκλώματος των εν σειρά συνδεδεμένων πλαισίων για τη μικρότερη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας. Ένταση Η μέγιστη αναμενόμενη τιμή του ρεύματος μιας στοιχειοσειράς, προκύπτει από το ρεύμα βραχυκύκλωσης του ενός πλαισίου πολλαπλασιασμένο επί τον συντελεστή Για παράλληλους κλάδους η μέγιστη αναμενόμενη τιμή του συνολικού ρεύματος, προκύπτει από την αντίστοιχη τιμή του ενός κλάδου πολλαπλασιασμένη επί τον αριθμό των παράλληλων κλάδων. Ο συντελεστής ασφαλείας 1.25 καλύπτει ειδικές συνθήκες ατμόσφαιρας και ανακλάσεων οι οποίες μπορούν να παρουσιαστούν σε καθαρό ουρανό μετά από βροχή (ένταση ακτινοβολίας μεγαλύτερη από 1000W/m2). Η τιμή του ρεύματος που υπολογίζεται με αυτό τον τρόπο θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη διαστασιολόγηση των καλωδίων και των προστασιών. Θερμοκρασία Η μέγιστη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας των Φ/Β πλαισίων, όπως και των κιβωτίων σύνδεσης αυτών, μπορεί να φθάσει τους 70 C, σε κατασκευές που ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 39

41 Κεφάλαιο 2 επιτρέπουν την ελεύθερη κυκλοφορία του αέρα στην πίσω πλευρά των Φ/Β πλαισίων. Στις περιπτώσεις που εμποδίζεται η ελεύθερη κυκλοφορία του αέρα αναμένονται μεγαλύτερες θερμοκρασίες, έως και C. Στην περίπτωση που οι αγωγοί διασύνδεσης των Φ/Β πλαισίων γειτνιάζουν με τα πλαίσια, η θερμοκρασία των τελευταίων θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη τόσο για την ορθή επιλογή της μόνωσης των αγωγών, όσο και για την κατάλληλη επιλογή της διατομής τους (επιλογή σωστού διορθωτικού συντελεστή αύξησης διατομής) Συνεργασία Φ/Β Αντιστροφέα Κατά τη σχεδίαση του συστήματος απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στη συνεργασία μεταξύ της Φ/Β συστοιχίας και του ηλεκτρονικού αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας απαιτεί στην είσοδό του ένα συγκεκριμένο εύρος για την τάση λειτουργίας, έχοντας ένα ανώτατο όριο τάσης εισόδου. Το ανώτατο όριο δεν πρέπει να υπερβαίνεται, ώστε να μην υπάρξει κίνδυνος καταστροφής του αντιστροφέα. Συνεπώς, ο αριθμός των Φ/Β πλαισίων που μπορούν να συνδεθούν εν σειρά (στοιχειοσειρά) υπολογίζεται έτσι ώστε να μην υπερβαίνονται τα όρια αυτά, σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας. Η τάση ενός Φ/Β πλαισίου εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη θερμοκρασία λειτουργίας του. Οι τιμές τάσης, ρεύματος και ισχύος που δίνονται από τον κατασκευαστή, αναφέρονται στις πρότυπες συνθήκες δοκιμών (S.T.C). Σημειώνεται ότι η θερμοκρασία στην οποία διενεργήθηκαν οι μετρήσεις (του κατασκευαστή) είναι 25οC. Κατά συνέπεια τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των Φ/Β πλαισίων πρέπει να διορθωθούν (αναχθούν) στις ακραίες θερμοκρασιακές συνθήκες λειτουργίας του Φ/Β συστήματος. Αναλυτικότερα, από την ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας των πλαισίων υπολογίζεται η μέγιστη τιμή της τάσης των αλυσίδων και από τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας των πλαισίων καθορίζεται η μέγιστη τιμή του ρεύματος των παράλληλων αλυσίδων (κλάδων). Ο μέγιστος αριθμός Φ/Β πλαισίων εν σειρά υπολογίζεται έτσι ώστε η συνολική τάση ανοικτού κυκλώματος της συστοιχίας στη μικρότερη αναμενόμενη θερμοκρασία ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 40

42 Κεφάλαιο 2 λειτουργίας, να μην υπερβαίνει το ανώτατο όριο τάσης εισόδου του αντιστροφέα. Για τις πεδινές περιοχές της Ελλάδος ως ελάχιστη θερμοκρασία μπορεί να ληφθεί η τιμή -5 C η -10 C (θερμοκρασία λειτουργίας ενεργού υλικού του Φ/Β πλαισίου). Συγχρόνως πρέπει να ελεγχθεί και η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση λειτουργίας του Φ/Β πλαισίου, η οποία ομοίως πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την τάση ανοικτού κυκλώματος της στοιχειοσειράς στην μικρότερη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας, ώστε να μην προκύψει πρόβλημα στη μόνωση του Φ/Β πλαισίου. Ο ελάχιστος αριθμός Φ/Β πλαισίων εν σειρά ορίζεται έτσι ώστε η συνολική τάση βέλτιστης λειτουργίας της συστοιχίας στη μέγιστη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας να υπερβαίνει την ελάχιστη τάση του εύρους εισόδου του αντιστροφέα ώστε αυτός να ενεργοποιείται. Αν ο κατασκευαστής παρέχει μόνο την τιμή του θερμοκρασιακού συντελεστή για την τάση ανοικτού κυκλώματος (V/ C), τότε η ίδια τιμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την τάση στο σημείο μέγιστης αποδιδόμενης ισχύος του Φ/Β πλαισίου, χωρίς σημαντικό σφάλμα. Αν από την εν σειρά σύνδεση των Φ/Β πλαισίων δεν προκύπτει ισχύς κοντά στην ονομαστική ισχύ του αντιστροφέα, θα πρέπει να συνδεθούν περισσότεροι παράλληλοι κλάδοι (αποδεκτού αριθμού εν σειρά πλαισίων) ώστε η ισχύς της Φ/Β συστοιχίας να είναι κοντά στην ονομαστική ισχύ του αντιστροφέα. Το ρεύμα λειτουργίας των παράλληλων κλάδων θα πρέπει να είναι χαμηλότερο από το μέγιστο όριο ρεύματος εισόδου του αντιστροφέα. Η συνολική ισχύς της Φ/Β συστοιχίας μπορεί και να υπερβαίνει την ονομαστική ισχύ του μετατροπέα. Για τις συνθήκες της Ελλάδας συνιστάται η ονομαστική ισχύς της Φ/Β συστοιχίας να μην υπερβαίνει το 110% της ονομαστικής ισχύος του αντιστροφέα. Τέλος, ένα σημαντικό θέμα που πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν είναι η συμβατότητα μεταξύ των τύπων των Φ/Β και του αντιστροφέα που σχετίζεται με την απαίτηση ή όχι για γείωση της συστοιχίας στην πλευρά Σ.Ρ. Πιο συγκεκριμένα, ορισμένοι τύποι Φ/Β πλαισίων απαιτούν σύμφωνα με τις κατασκευαστικές προδιαγραφές γείωση είτε του αρνητικού (Thin-film) είτε του θετικού (Back contact) πόλου. Η γείωση μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε απευθείας, είτε μέσω μεγάλης αντίστασης και αποσκοπεί στην ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 41

43 Κεφάλαιο 2 αποφυγή λειτουργικών προβλημάτων που εμφανίζουν οι παραπάνω τύποι πλαισίων όταν παραμένουν αγείωτα (προβλήματα διάβρωσης και υποβάθμισης της απόδοσης). Κατά συνέπεια σε τέτοιες περιπτώσεις θα πρέπει να αποφεύγεται χρήση αντιστροφέων χωρίς γαλβανική απομόνωση, λόγω εμφάνισης ρευμάτων διαρροής, εκτός αν πιστοποιείται από τον κατασκευαστή του αντιστροφέα ότι ο επιλεγμένος τύπος αντιστροφέα είναι κατάλληλος για χρήση με τα πλαίσια που έχουμε επιλέξει. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 42

44 Κεφάλαιο Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκού συστήματος Γενικά Για την άρτια υλοποίηση της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας θα πρέπει να ακολουθηθούν οι κανόνες της διεθνούς εμπειρίας και οι ισχύοντες κανονισμοί, έτσι ώστε να αποφευχθούν καταστάσεις που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές ή να προκαλέσουν υλικές καταστροφές. Αναλυτικότερα, για την υλοποίηση της εγκατάστασης στην πλευρά του Ε.Ρ, θα πρέπει να ακολουθηθούν οι κανονισμοί που απορρέουν από τον κανονισμό ΗD384. Οι ιδιαιτερότητες που προκύπτουν από την παράλληλη λειτουργία του Φ/Β συστήματος με το Ελληνικό ΣΗΕ αναπτύσσονται στο Κεφάλαιο Διασύνδεση με το Δίκτυο. Αντίθετα, η υλοποίηση της εγκατάστασης στην πλευρά του Σ.Ρ. δεν καλύπτεται με την εφαρμογή του ΗD384. Ο λόγος είναι ότι τα φωτοβολταϊκά έχουν διαφορετικές ιδιότητες από τις συμβατικές πηγές. Οι ιδιαιτερότητες αυτές πηγάζουν από τη φύση των υλικών κατασκευής των Φ/Β στοιχείων και πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη προκειμένου για να σχεδιασθεί και να υλοποιηθεί σωστά ένα Φ/Β σύστημα Αναλυτικότερα Α) Λαμβάνοντας υπόψη τη φύση των Φ/Β στοιχείων, τεκμαίρεται πως τα Φ/Β πλαίσια συμπεριφέρονται σαν πηγές ρεύματος ελεγχόμενες από τάση. Μάλιστα η μέγιστη τιμή του ρεύματος ενός Φ/Β πλαισίου είναι ελάχιστα μεγαλύτερη από την τιμή του ονομαστικού ρεύματος του πλαισίου. Συνεπώς η χρήση ασφαλειών δεν εγγυάται τη διακοπή του συστήματος σε περίπτωση σφάλματος (βραχυκύκλωμα πλαισίου). Δηλαδή, ένα σφάλμα βραχυκύκλωσης στην πλευρά του Σ.Ρ. μπορεί να εξακολουθεί να υφίσταται, ανεξαρτήτως της χρήσης ασφαλειών εκτός από την περίπτωση που το Φ/Β σύστημα απαρτίζεται από περισσότερες από τρεις παράλληλες στοιχειοσειρές. Σε μια τέτοια δομή Φ/Β συστήματος οι ασφάλειες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία κάθε μιας ξεχωριστής στοιχειοσειράς. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 43

45 Κεφάλαιο 2 Β) Σε αντίθεση με τις περισσότερες ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες όπου η παραγωγή ηλεκτρισμού μπορεί να διακοπεί με τη βοήθεια ενός γενικού μέσου απόζευξης, τα Φ/Β πλαίσια παράγουν τάση στους ακροδέκτες τους μόλις εκτεθούν στο ηλιακό φως. Συνεπώς, η εγκατάσταση ενός Φ/Β συστήματος πραγματοποιείται υπό συνθήκες τάσεως προς την πλευρά των πλαισίων. Κατά την υλοποίηση της ηλεκτρικής εγκατάστασης στην μεριά του Σ.Ρ. μπορούν να προκύψουν ανεπιθύμητες καταστάσεις όταν: Α) Υπάρχουν κακές ή χαλαρές συνδέσεις (δημιουργία ηλεκτρικού τόξου) Β) Σφάλμα ως προς τη γη (καταστροφή μόνωσης και επαφή ενεργού αγωγού με γειωμένο μεταλλικό πλαίσιο ή εξοπλισμό στήριξης αυτού) Γ) Σφάλμα βραχυκυκλώματος (σφάλμα μόνωσης και επαφή ενεργών αγωγών) Διερεύνηση σφαλμάτων Στο Σχήμα 5 φαίνεται ένα παράδειγμα εγκατάστασης με εκ σχεδιασμού γειωμένο τον αρνητικό πόλο των Φ/Β στοιχειοσειρών, για διερεύνηση πιθανής ανεπιθύμητης κατάστασης εξ αιτίας σφάλματος. Σχήμα 5: Διερεύνηση σφάλματος ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 44

46 Κεφάλαιο 2 Υποτίθεται ότι ο αρνητικός πόλος είναι γειωμένος. Αυτό μπορεί να συμβαίνει σκόπιμα από τη σχεδίαση του συστήματος δηλαδή γειωμένο σύστημα ή χρήση μετατροπέα χωρίς απομόνωση. Αν συμβεί ένα σφάλμα ως προς γη σε έναν παράλληλο κλάδο, τότε το ρεύμα όλων των υπόλοιπων κλάδων θα τροφοδοτήσει το σφάλμα, δημιουργώντας ένα ανάστροφο ρεύμα σε πλαίσια του κλάδου με το σφάλμα. Παρόμοια κατάσταση προκύπτει και όταν δημιουργηθεί σφάλμα βραχυκύκλωσης στον παράλληλο κλάδο, ή όταν ο αρνητικός πόλος γειώνεται ακούσια, από ένα πρώτο σφάλμα ως προς γη που έχει προκύψει, και ακολουθεί το δεύτερο σφάλμα ως προς γη. Το ρεύμα σφάλματος τροφοδοτείται από τα Φ/Β και μπορεί να παραμείνει ακόμα και αν η Φ/Β συστοιχία απομονωθεί από τον μετατροπέα, χωρίς αυτό να διακόψει τον βρόγχο του ρεύματος σφάλματος. Το ρεύμα αυτό μπορεί να καταστρέψει τα καλώδια και τα Φ/Β πλαίσια. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται: Α) Με την διαστασιολόγηση των αγωγών κάθε παράλληλου κλάδου ώστε να αντέχουν το ρεύμα των Ν-1 παράλληλων κλάδων, με την προϋπόθεση ότι το ρεύμα αυτό είναι χαμηλότερο του μέγιστου επιτρεπόμενου ανάστροφου ρεύματος του Φ/Β πλαισίου. Για το σύνολο των εμπορικών Φ/Β πλαισίων, ως μέγιστο επιτρεπόμενο ανάστροφο ρεύμα μπορεί να θεωρηθεί τιμή ρεύματος τουλάχιστον ίση με 3 φορές την τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης. Β) Με την τοποθέτηση ασφαλειών σε κάθε πλευρά (θετική ή και αρνητική ταυτόχρονα ανάλογα με την τοπολογία του αντιστροφέα) του εκάστου παράλληλου κλάδου. Η χρήση διόδων αντεπιστροφής επιλύει μεν το προαναφερθέν πρόβλημα, επιβαρύνει δε την ενεργειακή απόδοση της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας εξαιτίας των απωλειών ισχύος που τις διέπουν. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 45

47 Κεφάλαιο Προστασία Για τα θέματα προστασίας, η μέθοδος της αυτόματης διακοπής της τροφοδότησης δεν είναι δυνατή λόγω των ιδιαιτεροτήτων των Φ/Β. Για την προστασία έναντι άμεσης και έμμεσης επαφής μπορεί να γίνει χρήση πολύ χαμηλής τάσης (συστήματα SELV ή PELV). Ένα Φ/Β σύστημα χαρακτηρίζεται σαν σύστημα πολύ χαμηλής τάσης όταν η τάση ανοικτού κυκλώματος σε πρότυπες συνθήκες δοκιμών δεν υπερβαίνει τα 120 VDC. Η περίπτωση αυτή ωστόσο είναι ειδική και περιορισμένου ενδιαφέροντος, καθώς τα περισσότερα προϊόντα της αγοράς λειτουργούν με μεγαλύτερες τάσεις. Δεδομένου ότι τα Φ/Β πλαίσια που χρησιμοποιούνται πρέπει να είναι Class ΙΙ όσον αφορά στη μόνωση (κατά το πρότυπο EN 61730, στην κατηγορία εφαρμογών [Application Class A] με συνεχή τάση λειτουργίας του συστήματος πάνω από 120 V), είναι απαίτηση η μόνωση Class II για τα Φ/Β πλαίσια αυτής της κατηγορίας. Η συνιστώμενη πρακτική για προστασία έναντι έμμεσης επαφής είναι η ελαχιστοποίηση της πιθανότητας εμφάνισης σφαλμάτων, πέραν από την χρήση Φ/Β πλαισίων Class ΙΙ, και με υλικά και πρακτικές εγκατάστασης που εξασφαλίζουν προστασία Class ΙΙ ή ισοδύναμη με αυτή ( ground fault and short circuit proof installation ). Η προστασία με υλικό κλάσης ΙΙ, με ενισχυμένη μόνωση, βασίζεται στο ότι η μόνωση είναι τόσο ισχυρή ώστε να αποκλείεται πρακτικά η καταστροφή της. Το πρότυπο IEC EN αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο αφορά στις ελάχιστες προδιαγραφές καλής κατασκευής του Φ/Β πλαισίου, εμπεριεχόμενης και της ηλεκτρικής μόνωσης, για εγκαταστάσεις όπου η μέγιστη τάση συνεχούς μπορεί να φθάσει τα 1000V, όσον αφορά στη μόνωση πρέπει να καλύπτονται οι απαιτήσεις Class ΙΙ. Το δεύτερο μέρος του προτύπου IEC EN αφορά στις απαιτήσεις δοκιμών για τα Φ/Β πλαίσια. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 46

48 Κεφάλαιο Γείωση αντιστροφέα Η γείωση (άμεση ή ουδετέρωση, ανάλογα με την περιοχή) αποσκοπεί κυρίως στην προστασία των εγκαταστάσεων παραγωγής και την ασφάλεια των προσώπων και θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τους αντίστοιχους κανονισμούς (HD384). Στο σχήμα 6 παρουσιάζονται οι δυνατοί τρόποι γείωσης των διασυνδεδεμένων κτηριακών Φ/Β συστημάτων. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι η γείωση ενός εκ των ακροδεκτών του αντιστροφέα στην πλευρά συνεχούς ρεύματος δεν είναι υποχρεωτική στις Ευρωπαϊκές χώρες, σε αντιδιαστολή με τις Η.Π.Α. Τονίζεται ότι η γείωση ή μη της πλευράς Σ.Ρ. εξαρτάται από την τεχνολογία των Φ/Β πλαισίων και την τοπολογία του αντιστροφέα. Οι Φ/Β συστοιχίες που διαμορφώνονται από συγκεκριμένα είδη πλαισίων (λεπτών επιστρώσεων, back contact) γειώνονται με υπόδειξη του κατασκευαστή, προκειμένου να διασφαλίζεται η απρόσκοπτη λειτουργία τους αλλά και η βελτιστοποίηση της απόδοσής τους. Ειδικότερα, τα Φ/Β πλαίσια λεπτών επιστρώσεων (thin film) με υλικά όπως το άμορφο πυρίτιο (a Si) και το τελλουριούχο κάδμιο (CdTe), λόγω της τεχνολογίας κατασκευής τους (superstrate technology), παρουσιάζουν συνήθως υψηλό κίνδυνο διάβρωσης του στρώματος TCO, γεγονός που επιφέρει καταστρεπτικά για τα πλαίσια αποτελέσματα. Για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο, γειώνεται ο αρνητικός ακροδέκτης της Φ/Β πηγής. Το φαινόμενο αυτό δεν εμφανίζεται, βάσει των υφιστάμενων μελετών, σε Φ/Β πλαίσια thin film με άλλα υλικά (π.χ. CIS). Σε συστήματα με Φ/Β πλαίσια τεχνολογίας back contact, επιβάλλεται (από τον κατασκευαστή) η γείωση του θετικού ακροδέκτη στην πλευρά Σ.Ρ. για βελτιστοποίηση της απόδοσης. Η γείωση σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να γίνει μέσω μεγάλης αντίστασης. Σε αυτές τις περιπτώσεις επιβάλλεται η χρήση αντιστροφέα με Μ/Σ απομόνωσης, εκτός αν πιστοποιείται από τον κατασκευαστή ότι ο επιλεγμένος τύπος αντιστροφέα (χωρίς Μ/Σ) είναι κατάλληλος για χρήση με τα πλαίσια που έχουμε επιλέξει. Όσον αφορά στα συνήθη κρυσταλλικά πλαίσια, δεν έχουν τεθεί ιδιαίτερες απαιτήσεις από τους κατασκευαστές ως προς τη γείωση ή μη των ακροδεκτών της πλευράς Σ.Ρ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, εφόσον δεν γειώνονται ενεργά μέρη στην πλευρά ΣΡ, είναι δυνατή η χρήση αντιστροφέα ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 47

49 Κεφάλαιο 2 χωρίς Μ/Σ απομόνωσης. Σε κάθε περίπτωση, ο μελετητής του συστήματος ακολουθεί τις οδηγίες του κατασκευαστή για τις ειδικές απαιτήσεις που προκύπτουν ανάλογα με την τεχνολογία των Φ/Β πλαισίων. Συνήθως οι κατασκευαστές αντιστροφέων, λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, προτείνουν τον κατάλληλο εξοπλισμό ανάλογα με τον τύπο του πλαισίου. Τονίζεται ότι, αν ο αντιστροφέας δεν περιλαμβάνει μετασχηματιστή απομόνωσης, η πλευρά Σ.Ρ. δεν γειώνεται. Αντίθετα όλα τα εκτεθειμένα μεταλλικά μέρη του Φ/Β εξοπλισμού (π.χ. βάσεις στήριξης και μεταλλικά μέρη των Φ/Β πλαισίων) γειώνονται υποχρεωτικά. Στις παραγράφους που ακολουθούν αναλύονται ορισμένα θέματα τα οποία χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής ανάλογα με τον τρόπο γείωσης του αντιστροφέα. Σχήμα 6: Δυνατοί τρόποι γείωσης των Διασυνδεδεμένων κτηριακών Φ/Β συστημάτων (α,β,γ) ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 48

50 Κεφάλαιο 2 Στο σχήμα 6.α παρουσιάζεται η περίπτωση ενός Φ/Β συστήματος στο οποίο χρησιμοποιείται ένας αντιστροφέας με Μ/Σ και γείωση αυτού στη μεριά Ε.Ρ. Σε ένα τέτοιο σύστημα η δημιουργία σφάλματος μεταξύ ενός εκ των δύο αγωγών Σ.Ρ. και της γης δεν οδηγεί στη ροή ρευμάτων. Το ίδιο γενικά ισχύει και όταν ένας άνθρωπος (ο οποίος έρχεται σε επαφή με τη γη) ακουμπήσει έναν εκ των ενεργών αγωγών Σ.Ρ. Βέβαια, εάν τα πλαίσια είναι γειωμένα και δεν διαθέτουν κατάλληλη μόνωση, μπορεί να προκληθεί εκφόρτιση της παρασιτικής χωρητικότητας των πλαισίων μέσω του ανθρώπου προς τη γη (ρεύμα διαρροής). Γι αυτό είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται πλαίσια με κατηγορία μόνωσης Class II σύμφωνα με το πρότυπο IEC EN Τέλος, στα εν λόγω συστήματα απαιτείται η χρήση ειδικών συστημάτων επιτήρησης σφαλμάτων ως προς γη και συστημάτων αποσύνδεσης του αντιστροφέα (στη μεριά Σ.Ρ.), προκειμένου να αποφευχθούν ατυχήματα λόγω ηθελημένης ή μη γείωσης της μεριάς συνεχούς. Στο σχήμα 6.β παρουσιάζεται η περίπτωση ενός Φ/Β συστήματος στο οποίο χρησιμοποιείται ένας αντιστροφέας με Μ/Σ και γείωση αυτού τόσο στη μεριά Σ.Ρ. όσο και στη μεριά Ε.Ρ. Σε αντιδιαστολή με την προηγούμενη περίπτωση, η δημιουργία ενός σφάλματος μεταξύ του αγείωτου αγωγού Σ.Ρ. και της γης οδηγεί στη ροή ρευμάτων, όπως επίσης και η επαφή ενός ανθρώπου (ο οποίος έρχεται σε επαφή με τη γη) με τον αγείωτο αγωγό Σ.Ρ. Ο μοναδικός τρόπος να διακοπεί η ροή ρευμάτων ως προς γη (περίπτωση σφάλματος), είναι η αποσύνδεση της μεριάς Σ.Ρ. από αυτή. Για την ασφάλεια των ανθρώπων απαιτείται η χρήση διάταξης ανίχνευσης του ρεύματος που ρέει προς τη γη από τον ηθελημένα γειωμένο αγωγό, ενώ τέλος τα ρεύματα διαρροής λόγω της παρασιτικής χωρητικότητας των πλαισίων ενδέχεται να επηρεάσουν αρνητικά την αξιοπιστία της προαναφερθείσας διάταξης. Στο σχήμα 6.γ παρουσιάζεται η περίπτωση ενός Φ/Β συστήματος στο οποίο χρησιμοποιείται ένας αντιστροφέας χωρίς Μ/Σ και γείωση αυτού στη μεριά Ε.Ρ. Μολονότι η πλευρά Σ.Ρ. δεν γειώνεται άμεσα, σε ορισμένες περιπτώσεις (ανάλογα με την τοπολογία του αντιστροφέα) η γείωση στη μεριά Ε.Ρ. γίνεται ορατή στη μεριά Σ.Ρ. Στην περίπτωση που είτε τα πλαίσια είναι γειωμένα και δεν διαθέτουν κατάλληλη μόνωση είτε προκληθεί λόγω σφάλματος μη θελημένη γείωση αυτών προκαλείται εκφόρτιση της παρασιτικής χωρητικότητας των πλαισίων μέσω του ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 49

51 Κεφάλαιο 2 αντιστροφέα προς τη γη (ρεύμα διαρροής). Για την ασφάλεια των ανθρώπων απαιτείται η χρήση διάταξης ανίχνευσης των ρευμάτων διαρροής. Βέβαια, η ρύθμιση του ορίου ενεργοποίησης της παραπάνω διάταξης χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή (καθορισμός ανώτατου και κατώτατου ορίου, απότομες μεταβολές). Λαμβάνοντας υπόψη ότι σε όλες τις περιπτώσεις η τάση στα άκρα της Φ/Β συστοιχίας δύναται να είναι αρκετά υψηλή (ώστε σύμφωνα με τα πρότυπο IEC να υφίσταται ανάγκη λήψης μέτρων για την προστασία του κοινού), αλλά και η έξοδος του αντιστροφέα συνδέεται στο ηλεκτρικό δίκτυο Χ.Τ, τεκμαίρεται ότι, η τάση σε ορισμένα εξαρτήματα του αντιστροφέα μπορεί να είναι δύο ή και τρεις φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική τάση του δικτύου. Συνεπώς, σηματοδοτείται η ανάγκη γειώσεως του μεταλλικού περιβλήματος του μετατροπέα προκειμένου να αποφεύγεται ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας. Επιπλέον, με αυτόν τον τρόπο μειώνεται και η ενδεχόμενη ηλεκτρομαγνητική παρενόχληση που μπορεί να προκληθεί από τη διακοπτική λειτουργία του κυκλώματος ισχύος σε παρακείμενες ηλεκτρικές συσκευές. Τονίζεται τέλος ότι η γείωση του φωτοβολταϊκού εξοπλισμού μπορεί να επιφέρει σοβαρά προβλήματα στην περίπτωση που η μόνωση των πλαισίων δεν είναι κατάλληλης τάξης. Από την άλλη πλευρά, μολονότι η χρήση αγείωτων Φ/Β πλαισίων περιορίζει τον παραπάνω κίνδυνο, αυξάνει τον κίνδυνο καταστροφής των πλαισίων σε ένα ενδεχόμενο κεραυνικό πλήγμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις η γείωση των πλαισίων είναι επιβεβλημένη από τον κατασκευαστή. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 50

52 Κεφάλαιο Καλωδίωση Πλευρά Σ.Ρ. Στην πλευρά της Φ/Β συστοιχίας ο σχεδιασμός και η υλοποίηση της εγκατάστασης καλωδίωσης θα πρέπει να εξασφαλίζει προστασία ισοδύναμη με μόνωση Class II. Η καλωδίωση περιλαμβάνει τις συνδέσεις μεταξύ των Φ/Β πλαισίων, τις συνδέσεις από τα άκρα κάθε εν σειρά κλάδου μέχρι το κουτί παραλληλισμού, αν χρησιμοποιείται και τις συνδέσεις από τα άκρα της Φ/Β συστοιχίας, π.χ. στο κουτί παραλληλισμού, μέχρι τον αντιστροφέα. Όλα τα καλώδια τα οποία είναι εκτεθειμένα στην ηλιακή ακτινοβολία θα πρέπει να είναι ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία (αποκλείοντας έτσι τα κοινά καλώδια με μόνωση από PVC). Τα καλώδια τα οποία χρησιμοποιούνται για τις συνδέσεις των πλαισίων θα πρέπει να έχουν μόνωση ανθεκτική τουλάχιστον έως 70οC ή και περισσότερο αν δεν υπάρχει ελεύθερη κυκλοφορία του αέρα. Η επιλογή του κατάλληλου είδους καλωδίου είναι σημαντική για την ασφάλεια και τη διάρκεια της εγκατάστασης όπως και την ικανοποίηση της απαίτησης για μόνωσης ισοδύναμης με κλάση ΙΙ. Για τις συνδέσεις μεταξύ των πλαισίων χρησιμοποιούνται συνήθως εύκαμπτα μονοπολικά καλώδια με ενισχυμένη μόνωση, με τις ανωτέρω τουλάχιστον απαιτήσεις. Καλώδιο με μόνωση κλάσης ΙΙ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 51

53 Κεφάλαιο 2 Ο συνδυασμός αυτός των απαιτήσεων είναι δύσκολο να ικανοποιηθεί από κοινά τυποποιημένα καλώδια και απαιτεί τη χρήση ειδικών μειγμάτων πλαστικών για μόνωση. Τα καλώδια μπορούν να είναι εναέρια, αλλά πρέπει να παρέχεται στήριξη, ώστε να μην καταπονούνται οι συνδέσεις. Η στήριξη γίνεται με υλικά ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία, την υγρασία, την υψηλή θερμοκρασία και τη διάβρωση. Τα Φ/Β πλαίσια θα πρέπει να διαθέτουν διόδους παράκαμψης (by pass diodes), για ελάττωση των συνεπειών σκίασης. Για τις συνδέσεις των καλωδίων μεταξύ τους συνιστάται να χρησιμοποιούνται οι κατάλληλοι ειδικοί σύνδεσμοι ταχείας σύνδεσης. Τα προεγκατεστημένα καλώδια των Φ/Β πλαισίων δε θα πρέπει να αφαιρούνται και να αντικαθίστανται από καλώδια άλλης διατομής ή τύπου. Η όδευση των καλωδίων από το κουτί παραλληλισμού μέχρι τον αντιστροφέα θα πρέπει να εξασφαλίζει προστασία ισοδύναμη με Class II. Τα καλώδια θα πρέπει να είναι μονοπολικά, με διπλή ή ενισχυμένη μόνωση. Σε διαφορετική περίπτωση θα πρέπει να τοποθετούνται σε διαφορετικά κανάλια. Στα κιβώτια διασύνδεσης πρέπει να χρησιμοποιούνται διαφορετικές περιοχές με μονωτικό διαχωριστικό για τη σύνδεση των αρνητικών και θετικών αγωγών. Εναλλακτικά μπορούν να χρησιμοποιούνται ξεχωριστά κουτιά σύνδεσης για τους θετικούς και τους αρνητικούς αγωγούς. Τα κιβώτια που θα χρησιμοποιηθούν θα πρέπει να είναι μονωτικά και να ανοίγουν με ειδικό κλειδί ή εργαλείο. Η διατομή του καλωδίου καθορίζεται από το μέγιστο αναμενόμενο ρεύμα σε ένα κλάδο όπως υπολογίζεται βάσει της Παραγράφου «Σχεδίαση Συστήματος». Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη τουλάχιστον η διόρθωση λόγω θερμοκρασίας, η οποία για τα καλώδια πλησίον των Φ/Β πλαισίων μπορεί να φθάσει τους 70 C. Σημειώνεται ότι στους 70 C ο διορθωτικός συντελεστής για καλώδια με μόνωση ανθεκτική ως τους 90 C είναι Δηλαδή στην περίπτωση αυτή η διατομή του καλωδίου θα πρέπει να διαστασιολογηθεί με βάση τη τιμή του μέγιστου αναμενόμενου ρεύματος πολλαπλασιασμένη επί 1.72 (=1/0.58), για να μην υπερβούν τα όρια αντοχής της μόνωσης. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 52

54 Κεφάλαιο 2 Ένα άλλο κριτήριο που εξετάζεται για τη διαστασιολόγηση των καλωδίων είναι αυτό της απώλειας ισχύος. Συνήθως θεωρείται ότι η απώλεια ισχύος στο συνολικό μήκος των Σ.Ρ. καλωδίων υπό ονομαστικές τιμές λειτουργίας δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1% της ονομαστικής ισχύος του Φ/Β συστήματος. Το κριτήριο αυτό συνήθως οδηγεί σε επιλογή μεγαλύτερης διατομής. Στην πλευρά του συνεχούς ρεύματος θα πρέπει να εγκαθίσταται διακόπτης (όταν αυτός δεν εμπεριέχεται στον αντιστροφέα) ο οποίος θα απομονώνει τον αντιστροφέα από τη Φ/Β συστοιχία. Ο διακόπτης θα πρέπει να έχει την ικανότητα να απομονώνει τον αντιστροφέα υπό φορτίο (συνεπώς οι ταχυσύνδεσμοι δεν καλύπτουν την απαίτηση αυτή σαν μέσο απομόνωσης). Ο διακόπτης πρέπει να είναι σχεδιασμένος για συνεχές ρεύμα και να απομονώνει και τους δύο πόλους (αγείωτο σύστημα) Πλευρά Ε.Ρ. Στην πλευρά Ε.Ρ. γενικά θα πρέπει να ακολουθούνται οι συνήθεις πρακτικές που απορρέουν από τον ΗD384. Η έξοδος του αντιστροφέα συνδέεται σε ξεχωριστό ηλεκτρικό πίνακα, όπου εγκαθίστανται τα μέσα προστασίας και χειρισμού. Η τροφοδοσία του ηλεκτρικού πίνακα θα πρέπει να προέρχεται κατευθείαν από την Παροχή που έχει προμηθεύσει ο Διαχειριστής του Δικτύου στο κτήριο. Οι ηλεκτρονικοί αντιστροφείς θα πρέπει να παρέχουν τη δυνατότητα απομόνωσης της εξόδου τους από το δίκτυο Ε.Ρ. Η εγκατάσταση ρελαί διαφυγής στην έξοδο του αντιστροφέα (πλευρά ΕΡ) πραγματοποιείται με βάση τις απαιτήσεις του προτύπου HD384. Ειδικότερα, στην περίπτωση που ο αντιστροφέας δεν εμπεριέχει γαλβανική απομόνωση ή εμπεριέχει υψίσυχνο Μ/Σ, θα πρέπει να παρέχεται προστασία μέσω ρελαί διαφυγής τύπου Β (σύμφωνα με το πρότυπο IEC ). Ο επιλεγμένος αντιστροφέας καλό είναι να διαθέτει αυτή τη δυνατότητα χωρίς να είναι απαραίτητη η εγκατάσταση επιπλέον ηλεκτρολογικού εξοπλισμού. Οι αντιστροφείς που υπάγονται σε αυτές τις κατηγορίες μπορεί να φέρουν πιστοποιητικό μετρήσεων για τη μη έγχυση Σ.Ρ, οπότε μπορεί να ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 53

55 Κεφάλαιο 2 εγκατασταθεί ρελαί διαφυγής τύπου Α. Για την επιλογή του ρεύματος ΙΔn, εκτός από τις απαιτήσεις της οδηγίας HD384, λαμβάνεται υπόψη ότι σε Φ/Β εγκαταστάσεις με αντιστροφείς χωρίς μετασχηματιστή υπάρχει ρεύμα διαρροής στην κανονική λειτουργία του συστήματος, η τιμή του οποίου δεν μπορεί να προβλεφθεί με ακρίβεια (εξαρτάται από τον τύπο των πλαισίων, του αντιστροφέα και τις καιρικές συνθήκες). Στις περιπτώσεις αυτές, η εγκατάσταση ρελαί διαφυγής με ρεύμα διέγερσης 30 ma μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητες διακοπές στη λειτουργία του Φ/Β συστήματος. Είναι λοιπόν σκόπιμο, ο μελετητής να ακολουθήσει τις οδηγίες του κατασκευαστή του αντιστροφέα για την επιλογή του κατάλληλου ρελαί διαφυγής. Τονίζεται ότι η ελαχιστοποίηση των οδεύσεων είναι επιθυμητή, τόσο στην μεριά Σ.Ρ. όσο και στη μεριά Ε.Ρ. προκειμένου να επιτυγχάνεται μείωση των ηλεκτρικών απωλειών Σημάνσεις Σε όλα τα κιβώτια σύνδεσης πρέπει να υπάρχει προειδοποιητική σήμανση ότι τα ενεργά τμήματα στο εσωτερικό των κιβωτίων παραμένουν ενεργά και μετά την απομόνωση των Φ/Β πλαισίων από τον μετατροπέα. Οι σημάνσεις θα πρέπει να είναι ανθεκτικές για το περιβάλλον στο οποίο εγκαθίστανται. Πίνακας με προειδοποιητική σήμανση ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 54

56 Κεφάλαιο Προστασία των κτηριακών Φ/Β συστημάτων από υπερτάσεις αντικεραυνική προστασία Η προστασία των κτηριακών φωτοβολταϊκών συστημάτων από υπερτάσεις και κεραυνούς είναι ένα θέμα το οποίο αποσκοπεί στην προστασία των εγκαταστάσεων παραγωγής, αλλά κυρίως την ασφάλεια των ανθρώπων και θα πρέπει να υλοποιείται μόνο σύμφωνα με τα ισχύοντα εθνικά (ΕΛΟΤ), ευρωπαϊκά (ΕΝ) και διεθνή (IEC) πρότυπα αλλά και την ισχύουσα νομοθεσία. Σύμφωνα με το ΦΕΚ470 (5 Μαρτίου 2004) Άρθρα 3 έως και 6, τα φαινόμενα εκδήλωσης υπερτάσεων, εφόσον πρόκειται για αρχικό έλεγχο (νέα ηλεκτρική εγκατάσταση ή σοβαρή τροποποίηση παλαιάς), θα πρέπει να αντιμετωπιστούν σύμφωνα με τα ισχύοντα εθνικά και ευρωπαϊκά πρότυπα, τα οποία είναι τα πρότυπα σειράς ΕΛΟΤ ΕΝ Επομένως η αναγκαιότητα εφαρμογής προστασίας από υπερτάσεις είναι πλέον απαραίτητη ανεξάρτητα με το εάν υπάρχει ή εάν προβλέπεται να υπάρξει σύστημα εξωτερικής αντικεραυνικής προστασίας. Με κάθε επιφύλαξη, στηριζόμενοι στην υπάρχουσα εμπειρία εκατοντάδων χιλιάδων Φ/Β συστημάτων μικρότερων των 10 kwp που εγκαταστάθηκαν σε ευρωπαϊκές χώρες και δεν εξέχουν σημαντικά από το περίγραμμα του κτηρίου, όπως προβλέπεται στις Υπουργικές Αποφάσεις, θεωρείται ότι ο κίνδυνος από άμεσο κεραυνικό πλήγμα δεν αυξάνεται. Εντούτοις, για την ασφάλεια των ανθρώπων και την προστασία των κτηριακών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων και συσκευών συνιστάται η εκτίμηση των κινδύνων από τους κεραυνούς και τις υπερτάσεις που προκαλούν (ΕΛΟΤ ΕΝ 62305). ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 55

57 Κεφάλαιο 2 Σχήμα 7: Τυπική μορφή των συστημάτων γειώσεως και προστασίας από υπερτάσεις της εγκατάστασης Στο σχήμα 7 παρουσιάζεται μια ενδεικτική μορφή εγκατάστασης των διατάξεων προστασίας από υπερτάσεις για την προστασία μόνο του Φ/Β συστήματος η οποία και συνιστάται. Παράλληλα θα πρέπει να προβλεφθεί και προστασία των υφιστάμενων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων του κτηρίου (π.χ. προστασία γενικού πίνακα και υποπινάκων). Τα πρότυπα αντικεραυνικής προστασίας που ισχύουν και εφαρμόζονται είναι της σειράς ΕΛΟΤ ΕΝ καθώς επίσης της σειράς ΕΛΟΤ ΕΝ Τα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ περιγράφουν τις απαιτήσεις σχεδιασμού ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας ενώ τα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ περιγράφουν τις απαιτήσεις δοκιμών των εξαρτημάτων αντικεραυνικής προστασίας. Επίσης για την προστασία από υπερτάσεις τα αντίστοιχα πρότυπα είναι της σειράς ΕΛΟΤ ΕΝ τα οποία περιγράφουν τις απαιτήσεις δοκιμών και εγκατάστασης των διατάξεων προστασίας από υπερτάσεις τόσο για τα ενεργειακά όσο και για τα τηλεπικοινωνιακά κυκλώματα. Η αναγκαιότητα εγκατάστασης ενός συστήματος εξωτερικής αντικεραυνικής προστασίας μπορεί να εξετασθεί με την εφαρμογή του προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ Το πρότυπο εξετάζει, ανεξάρτητα με το εάν υπάρχει Φ/Β εγκατάσταση, τον κίνδυνο που μπορεί να έχει το υφιστάμενο κτήριο σε ένα άμεσο ή έμμεσο κεραυνικό πλήγμα. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 56

58 Κεφάλαιο 2 Εάν η εγκατάσταση ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας κριθεί απαραίτητη, ο σχεδιασμός του συστήματος θα πρέπει να υλοποιηθεί με βάση το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ Σε περίπτωση που το κτήριο διαθέτει σύστημα αντικεραυνικής προστασίας, θα πρέπει να μελετηθεί εάν ικανοποιεί τις απαιτήσεις του προτύπου και εάν καλύπτει τις Φ/Β εγκαταστάσεις. Σε διαφορετική περίπτωση θα πρέπει να γίνουν όλες οι απαραίτητες συμπληρωματικές ενέργειες ώστε το υφιστάμενο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας να προσαρμοστεί στις νέες απαιτήσεις (π.χ. εγκατάσταση επιπρόσθετων ακίδων, συλλεκτήριων αγωγών, αγωγών καθόδου, εφαρμογή ισοδυναμικών συνδέσεων, ηλεκτροδίων γείωσης κ.α.). Η προστασία του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού, όπως και των ανθρώπων που έρχονται σε επαφή με αυτά σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ , επιβάλλεται εφόσον εφαρμόζεται ένα σύστημα αντικεραυνικής προστασίας. Η επιλογή και η εγκατάσταση των διατάξεων προστασίας θα πρέπει να πραγματοποιείται σύμφωνα με το ΕΛΟΤ ΕΝ Οι εγκαταστάτες καλό είναι να αποφεύγουν τη δημιουργία μεγάλων βρόγχων ρεύματος, διότι ένα ενδεχόμενο κεραυνικό πλήγμα θα οδηγήσει στην εμφάνιση υψηλών τάσεων εξ επαγωγής, όπως ενδεικτικά παρουσιάζεται στο σχήμα 8. Σχήμα 8: Ενδεικτικό σχήμα τάσης που επάγεται σε βρόχο επιφάνειας 1m2 συναρτήσει της απόστασης του κεραυνικού πλήγματος ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 57

59 Κεφάλαιο 2 Στην περίπτωση που το Φ/Β σύστημα εγκαθίσταται σε κτήριο που διαθέτει υφιστάμενο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας (Σ.Α.Π.) και μπορεί να διατηρηθεί απόσταση ασφαλείας (0.5-1 μέτρο) μεταξύ του Φ/Β συστήματος και των αγωγών συλλογής και καθόδου του κεραυνικού ρεύματος, το Φ/Β σύστημα θεωρείται ότι βρίσκεται μέσα στην περιοχή προστασίας του αλεξικέραυνου και δεν πρέπει να συνδέεται αγώγιμα με το Σ.Α.Π. (εφόσον πρόκειται για ενσωμάτωση σε υφιστάμενα κτήρια). Αν δεν μπορεί να διατηρηθεί η απόσταση αυτή θα πρέπει να πραγματοποιείται αγώγιμη σύνδεση με τους αγωγούς του Σ.Α.Π. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 58

60 Κεφάλαιο 2 Τυπικό σύστημα ηλεκτρικής εγκατάστασης Διασυνδεδεμένου κτηριακού Φ/Β συστήματος Σχήμα 9: Τυπική μορφή της ηλεκτρικής εγκατάστασης ενός διασυνδεδεμένου οικιακού Φ/Β συστήματος σύμφωνα με το πρότυπο IEC ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 59

61 Κεφάλαιο Διασύνδεση με δίκτυο Σύνδεση κτηριακών φωτοβολταϊκών συστημάτων στο ηλεκτρικό δίκτυο Χαμηλής Τάσης Η επιλογή του τρόπου σύνδεσης ενός οικιακού φωτοβολταϊκού (Φ/Β) συστήματος στο ηλεκτρικό δίκτυο Χ.Τ, θα πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην παραβιάζονται τα όρια διαταραχών που τίθενται από τους Διαχειριστές του Δικτύου. Αν και η ένταξη περιορισμένου αριθμού μικρών ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων δεν είναι δυνατό να επηρεάσει αισθητά την ποιότητα ισχύος του Ελληνικού ΣΗΕ, δε συμβαίνει το ίδιο στην περίπτωση ευρείας χρήσης των παραπάνω μονάδων. Έτσι, τα κριτήρια που εξετάζονται προκειμένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων παραγωγής σε συγκεκριμένο σημείο του δικτύου Χ.Τ. είναι η διαμόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης εγκαταστάσεων- δικτύου, οι αργές και ταχείες μεταβολές της τάσης, οι εκπομπές αρμονικών, η επάρκεια του δικτύου και η συμβολή των νέων μονάδων στη στάθμη βραχυκύκλωσης. Τα κριτήρια και οι μέθοδοι αξιολόγησης της εφαρμογής αυτών στο Ελληνικό ΣΗΕ, βασίζονται στις καθιερωμένες διαδικασίες και πρακτικές που εφαρμόζονται από τη ΔΕΗ για τη σύνδεση των παραγωγών, την πρακτική χωρών οι οποίες έχουν να επιδείξουν σημαντική εμπειρία στον τομέα των διεσπαρμένων ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων, τη σειρά προτύπων της IEC τα οποία έχουν σήμερα διεθνή αποδοχή και σε σημαντικό βαθμό έχουν υιοθετηθεί ως Ευρωπαϊκά (ΕΝ) και εθνικά (ΕΛΟΤ) πρότυπα και τέλος το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 50160, το οποίο έχει ήδη υιοθετηθεί από την ΔΕΗ και τον ΕΛΟΤ. Ο έλεγχος πληρότητας των παραπάνω κριτηρίων γίνεται στο πλησιέστερο προς τις εγκαταστάσεις του παραγωγού σημείο του δικτύου, στο οποίο συνδέεται άλλος καταναλωτής ή παραγωγός (Σημείο Κοινής Σύνδεσης στο Δίκτυο). Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι τόσο η ενέργεια που αποδίδεται από τον παραγωγό στο δίκτυο όσο και αυτή που απορροφά από αυτό ως καταναλωτής, μεταφέρεται πάντα μέσω της ίδιας παροχής. Στις παραγράφους που ακολουθούν, απομονώνονται τα εδάφια των παραπάνω κανονισμών και προτύπων που αφορούν ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 60

62 Κεφάλαιο 2 στους ηλεκτρονικούς αντιστροφείς των διασυνδεδεμένων κτηριακών Φ/Β συστημάτων και παρουσιάζονται οι κυριότερες τεχνικές προδιαγραφές που θα πρέπει να ικανοποιούνται, ώστε να εξασφαλίζεται η απρόσκοπτη παράλληλη λειτουργία των παραπάνω συστημάτων με το δίκτυο χαμηλής τάσης του Ελληνικού ΣΗΕ Διαμόρφωση της διασύνδεσης των κτηριακών Φ/Β εγκαταστάσεων ηλεκτρικού δικτύου Στο σχήμα 10 παρουσιάζεται μια τυπική απλοποιημένη μορφή σύνδεσης των προαναφερθέντων ηλεκτροπαραγωγικών διατάξεων με το δίκτυο Χ.Τ. Το γενικό μέσο Ζεύξης Ε.Ρ, η προστασία από ρεύματα βραχυκύκλωσης στην πλευρά Ε.Ρ, καθώς και ο αυτόματος διακόπτης της γεννήτριας εξασφαλίζουν τον παραλληλισμό και τη ζεύξη της εγκατάστασης με το δίκτυο. Σχήμα 10: Τυπική απλοποιημένη μορφή σύνδεσης οικιακών Φ/Β συστημάτων με το ηλεκτρικό δίκτυο Χ.Τ. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 61

63 Κεφάλαιο 2 Η προστασία των Φ/Β γεννητριών σε περίπτωση εμφάνισης διαταραχών στο δίκτυο καθώς και η απομόνωσή της σε περίπτωση πλήρους διακοπής του θα πρέπει να επιτυγχάνεται μέσω του Αυτομάτου Διακόπτη της Γεννήτριας ή άλλων κατάλληλων προστασιών ενσωματωμένων στο σύστημα ελέγχου του μετατροπέα ισχύος, ώστε να αποφεύγονται βλάβες του εξοπλισμού της εγκαταστάσεως και να αποτρέπεται η δημιουργία επικίνδυνων καταστάσεων για τους λοιπούς χρήστες του δικτύου. Για την ασφαλή και απρόσκοπτη εκτέλεση εργασιών στο δίκτυο, θα πρέπει να παρέχεται στο προσωπικό των διανομέων ηλεκτρικού ρεύματος η δυνατότητα χειροκίνητης απόζευξης της εγκατάστασης από το δίκτυο, μέσω της ελεύθερης πρόσβασης στη μετρητική διάταξη. Από την άλλη πλευρά, τα μέσα ζεύξεως και προστασίας θα πρέπει αφ ενός να έχουν την ικανότητα διακοπής εντάσεων φορτίου και βραχυκυκλώματος, αφ ετέρου να εξασφαλίζουν την έγκαιρη απόζευξη της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας. Η ρύθμιση των τιμών χρονικής καθυστέρησης των μέσων προστασίας χρήζει ιδιαίτερης προσοχής, διότι αρκετά μικρές τιμές αυτής μπορούν να οδηγήσουν σε αυξημένη συχνότητα ανεπιθύμητων αποζεύξεων της εγκατάστασης παραγωγής, ενώ αντίθετα μεγάλες χρονικές καθυστερήσεις μπορούν να προκαλέσουν βλάβες, τόσο στην ίδια την εγκατάσταση όσο και σε παρακείμενα φορτία ή παραγωγούς. Οι απαιτήσεις οι οποίες πρέπει να καλύπτονται για την διασύνδεση ενός Φ/Β συστήματος με το δίκτυο, σύμφωνα και με τις οδηγίες του Διαχειριστή Δικτύου, συνοψίζονται στον Πίνακα Παράμετρος Απαίτηση για την σύνδεση με το δίκτυο Τάση Η τιμή της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του ηλεκτρονικού αντιστροφέα δεν πρέπει να υπερβαίνει το -20% (184V) ή το +15% (264.5V) της ονομαστικής τιμής της τάσης του δικτύου. Σε περίπτωση υπέρβασης των παραπάνω ορίων, η απόζευξη θα πρέπει να πραγματοποιείται εντός 0.5s Συχνότητα Η συχνότητα των ηλεκτρικών μεγεθών εξόδου του αντιστροφέα δεν πρέπει να υπερβαίνει περισσότερο από ±0.5Hz την ονομαστική τιμή της συχνότητας ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 62

64 Κεφάλαιο 2 του δικτύου. Σε περίπτωση υπέρβασης των παραπάνω ορίων, η απόζευξη θα πρέπει να πραγματοποιείται εντός 0.5 s. Αυτόματη επανάζευξη Η επανάζευξη θα πρέπει να πραγματοποιείται μετά από τουλάχιστον 3 λεπτά. Αρμονικές Η ολική αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος εξόδου δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 5%. Έγχυση συνεχούς ρεύματος Η μέγιστη τιμή εγχεόμενου συνεχούς ρεύματος θα πρέπει να είναι το πολύ ίση με το 0.5% του ονομαστικού ρεύματος της εγκατάστασης Πίνακας 1: Απαιτήσεις διασύνδεσης σύμφωνα και με τις οδηγίες του Διαχειριστή Δικτύου ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 63

65 Κεφάλαιο Αρμονική Παραμόρφωση και επιτρεπτά όρια έγχυσης αρμονικών συνιστωσών Η υψίσυχνη διακοπτική λειτουργία των αντιστροφέων, που χρησιμοποιούνται στα κτηριακά Φ/Β συστήματα προκαλεί την εμφάνιση ανώτερων αρμονικών στην κυματομορφή του ρεύματος που παρέχεται στο ηλεκτρικό δίκτυο. Αυτές οι ανώτερες αρμονικές συνιστώσες είναι δυνατόν να προκαλέσουν προβλήματα τόσο στο ίδιο το δίκτυο και σε εγκαταστάσεις που είναι συνδεδεμένες σε αυτό, όσο και σε παρακείμενες ηλεκτρονικές συσκευές. Συγκεκριμένα, η έγχυση αρμονικών από τις εγκαταστάσεις παραγωγής προκαλεί παραμόρφωση της τάσης, με άμεσο αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία ηλεκτρικών συστημάτων (π.χ. μετασχηματιστές, ηλεκτρικές μηχανές), ηλεκτρονικών συσκευών (π.χ. συστήματα προστασίας του δικτύου), αλλά και παρακείμενων ηλεκτρικών φορτίων (π.χ. ενισχυτές, τροφοδοτικά ηλεκτρονικών μηχανημάτων), τα οποία είναι συνδεδεμένα στην ίδια ηλεκτρική γραμμή. Από την άλλη πλευρά, η ύπαρξη αρμονικών σε συχνότητες μεγαλύτερες του 1kHz δυσχεραίνει τη χρησιμοποίηση του δικτύου για τη μεταφορά υψίσυχνων τηλεπικοινωνιακών σημάτων τα οποία εξυπηρετούν την αμφίδρομη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των διεσπαρμένων πηγών ενέργειας και του κέντρου ελέγχου του Ηλεκτρικού Συστήματος. Τέλος, η ύπαρξη ανώτερων αρμονικών μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρομαγνητική παρενόχληση σε γειτονικές συσκευές, που δεν συνδέονται άμεσα στο ηλεκτρικό δίκτυο (μέσω ακτινοβολίας). Αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου είναι η εμφάνιση θορύβου και δυσλειτουργιών σε αυτές τις συσκευές, στην περίπτωση που δεν υπάρχει κατάλληλη μαγνητική θωράκιση. Για την αποφυγή των παραπάνω ανεπιθύμητων καταστάσεων είναι υποχρεωτική η συμμόρφωση της λειτουργίας των μετατροπέων που χρησιμοποιούνται στα κτηριακά Φ/Β συστήματα με τους ισχύοντες κανονισμούς. Αναλυτικότερα, η έγχυση αρμονικών από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς των κτηριακών Φ/Β συστημάτων πρέπει να εναρμονίζεται με τις προϋποθέσεις που προβλέπονται από το πρότυπο IEC Το πρότυπο αυτό πραγματεύεται τα επιτρεπτά όρια εκπομπής αρμονικών συσκευών και εγκαταστάσεων με ονομαστικό ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 64

66 Κεφάλαιο 2 ρεύμα μικρότερο ή ίσο των 16Α/φάση οι οποίες συνδέονται στα δίκτυα Χ.Τ. Συνεπώς τα όρια που τίθενται από αυτό είναι κατάλληλα και για την αξιολόγηση των ηλεκτρονικών αντιστροφέων που χρησιμοποιούνται στα οικιακά Φ/Β συστήματα. Πρέπει να σημειωθεί πως ο έλεγχος των αρμονικών πραγματοποιείται μόνο για την κανονική λειτουργία των εγκαταστάσεων και όχι κατά τις μεταβατικές περιόδους, οι οποίες έχουν συνήθως διάρκεια λίγων δευτερολέπτων (π.χ. κατά τον παραλληλισμό με το δίκτυο). Τέλος, το πρότυπο ΕΝ οριοθετεί τα επιτρεπτά όρια εκπομπής ακτινοβολίας και τις αγώγιμες εκπομπές των ηλεκτρονικών μετατροπέων και το ΕΝ προσδιορίζει την προστασία των εν λόγω μετατροπέων από εκπομπές ακτινοβολίας σε οικιακό, εμπορικό και ελαφρύ βιομηχανικό περιβάλλον. Πέρα από τις παραπάνω προδιαγραφές, ο Διαχειριστής Δικτύου επιβάλλει, ως απαραίτητη προϋπόθεση για τη σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής στα δίκτυα διανομής, την επίτευξη Συντελεστή Αρμονικής Παραμόρφωσης (Total Harmonic Distortion, T.H.D.) του ρεύματος εξόδου της εγκατάστασης μικρότερο ή οριακά ίσο με 5%, Συντελεστή Ισχύος (Power Factor, PF) μεγαλύτερο από 0.95 για επαγωγική και χωρητική συμπεριφορά υπό ισχύ άνω του 50% της ονομαστικής και μέγιστη τιμή εγχεόμενου συνεχούς ρεύματος (εφόσον οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς δεν διαθέτουν χαμηλόσυχνο μετασχηματιστή) το πολύ ίση με το 0.5% του ονομαστικού ρεύματος της εγκατάστασης. Σκοπός των δύο τελευταίων προδιαγραφών είναι η οικονομική λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος (μέσω του περιορισμού των απωλειών στους αγωγούς του δικτύου) και η αποφυγή εμφάνισης φαινομένων κορεσμού στους μετασχηματιστές του δικτύου. Σε χώρες με μεγαλύτερη εμπειρία στον τομέα των Φ/Β συστημάτων, τα όρια των προαναφερθέντων τεχνικών προδιαγραφών είναι περισσότερο αυστηρά σε ορισμένες περιπτώσεις, λόγω της αυξημένης διείσδυσης των εν λόγω συστημάτων στην ενεργειακή τους τροφοδότηση. Ενδεικτικά στον Πίνακα 2 παρατίθενται τα προβλεπόμενα όρια από το πρότυπο IEC το οποίο βασίστηκε σε σημαντικό βαθμό σε κανονισμούς που αναπτύχθηκαν από την εκτεταμένη εφαρμογή Φ/Β συστημάτων στη Γερμανία. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 65

67 Κεφάλαιο 2 Πίνακας 2: Επιτρεπτά όρια συνιστωσών του ρεύματος και τάσης εξόδου Φ/Β μονάδων ισχύος έως 10kW που συνδέονται στο δίκτυο Χαμηλής Τάσης σύμφωνα με το πρότυπο IEC ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 66

68 Κεφάλαιο Ανίχνευση καταστάσεων απομονωμένης λειτουργίας «φαινόμενο νησίδας» Με τον όρο φαινόμενο νησίδας ορίζεται μια μη επιθυμητή κατάσταση κατά την οποία ένα τμήμα του ηλεκτρικού δικτύου, όπου εμπεριέχονται τόσο ηλεκτρικά φορτία όσο και μονάδες διεσπαρμένης παραγωγής, παραμένει ηλεκτροδοτημένο, λόγω των παραπάνω μονάδων, παρότι το υπόλοιπο ηλεκτρικό δίκτυο είναι ανενεργό. Αιτίες εμφάνισης αυτού του φαινομένου μπορεί να είναι η ηθελημένη αποσύνδεση ενός μέρους του δικτύου από τα μέσα προστασίας αυτού εξαιτίας της ανίχνευσης κάποιου σφάλματος, η προγραμματισμένη διακοπή του δικτύου για λόγους συντήρησης, η διακοπή της ηλεκτροδότησης λόγω εξωγενών περιβαλλοντικών αιτιών, η πιθανή αστοχία ενός μέρος του εξοπλισμού του Σ.Η.Ε. αλλά και το ανθρώπινο λάθος. Η ανίχνευση του «φαινομένου νησίδας», αποτελεί ένα από τα βασικά κριτήρια που πρέπει να ικανοποιούνται προκειμένου να επιτραπεί η σύνδεση ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος στο Ελληνικό ΣΗΕ, όπως εν γένει και των υπολοίπων διεσπαρμένων πηγών ενέργειας. Οι λόγοι που επιβάλλουν την ανίχνευση αυτών των καταστάσεων έγκειται στη διασφάλιση υψηλής ποιότητας παρεχόμενης ενέργειας στους καταναλωτές και κυρίως η ασφάλεια εγκαταστάσεων και προσώπων. Αναλυτικότερα, σε περιπτώσεις προγραμματισμένης συντήρησης, ενώ οι Διαχειριστές Δικτύου θέτουν ηθελημένα εκτός λειτουργίας τμήματα του ηλεκτρικού συστήματος για να τελεστούν οι εργασίες συντήρησης, η ενδεχόμενη ηλεκτροδότηση αυτού του τμήματος από διεσπαρμένες πηγές ενέργειας (λόγω αδυναμίας ανίχνευσης της διακοπής), θέτει δε σε κίνδυνο το προσωπικό που διενεργεί τις απαραίτητες εργασίες. Επιπρόσθετα, εάν οι προστασίες ενός Σ.Η.Ε. ανοίξουν τους διακόπτες προστασίας μιας γραμμής (λόγω ανίχνευσης τυχαίων σφαλμάτων, πιθανής βλάβης του εξοπλισμού, εξωγενών περιβαλλοντικών αιτιών, ανθρώπινων λαθών χειρισμού κ.λ.π.), και δεν καταστεί εφικτό οι διεσπαρμένες πηγές να εντοπίσουν τη διακοπή της ηλεκτροδότησης, θα συνεχίσουν να τροφοδοτούν τα φορτία που είναι συνδεδεμένα στην ίδια με αυτές γραμμή. Το γεγονός αυτό μπορεί να επιφέρει δύο πολύ σημαντικά προβλήματα: ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 67

69 Κεφάλαιο 2 α) Κατά το χρονικό διάστημα της διακοπής, στο κομμάτι της γραμμής που τέθηκε εκτός λειτουργίας δεν υφίσταται κάποιος κεντρικός έλεγχος της συχνότητας και της τάσης, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές στους υπόλοιπους συνδεόμενους χρήστες σε περίπτωση που οι διεσπαρμένες πηγές δε μπορέσουν να τροφοδοτήσουν τα φορτία με τα απαραίτητα ποσά ενεργού και άεργου ισχύος. β) Στην περίπτωση που οι διεσπαρμένες μονάδες παραγωγής μπορέσουν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των φορτίων, όταν οι διακόπτες των συστημάτων προστασίας επανασυνδέσουν την εν λόγω γραμμή στο κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο ενδέχεται να υπάρξουν σημαντικές διαφορές μεταξύ της τάσης στους ακροδέκτες των διεσπαρμένων πηγών και αυτής του υπολοίπου Σ.Η.Ε. (διαφορά φάσης και πλάτους, απώλεια συγχρονισμού με το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο) Οι διαφορές αυτές είναι δυνατό να έχουν καταστροφικές συνέπειες τόσο στην ίδια την εγκατάσταση όσο στους υπόλοιπους συνδεόμενους καταναλωτές. Οι αντιστροφείς των κτηριακών φωτοβολταϊκών συστημάτων θα πρέπει να διαθέτουν προστασία έναντι νησιδοποίησης κατά VDE ή ισοδύναμης μεθόδου κατά IEC Στην περίπτωση ανίχνευσης απομονωμένης λειτουργίας (ανεξαρτήτως της χρησιμοποιούμενης μεθόδου), η απόζευξη των Φ/Β μονάδων από το ηλεκτρικό δίκτυο πρέπει να γίνεται σε χρονικό διάστημα μικρότερο του ενός δευτερολέπτου (απαιτούμενος χρόνος εκκαθάρισης τυχαίων μη σοβαρών σφαλμάτων), έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι συνέπειες που μπορούν να προκληθούν από ενδεχόμενη ταχεία επαναφορά της τάσης του δικτύου. Στη Γερμανία η Φ/Β γεννήτρια αποσυνδέεται από το δίκτυο αν παραβιαστούν τα όρια για την τάση και τη συχνότητα. Η προστασία αντινησιδοποίησης κατά VDE είναι υποχρεωτική για Φ/Β συστήματα ισχύος έως 30kVA μόνο όταν το σημείο σύνδεσης της πηγής με το δίκτυο δεν είναι προσβάσιμο από το διαχειριστή του δικτύου. Η συμμόρφωση με το πρότυπο VDE αποδεικνύεται με πιστοποιητικό τύπου από ανεξάρτητο εργαστήριο. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 68

70 Κεφάλαιο Γενικές οδηγίες για την ασφάλεια του κοινού Σε αντίθεση με τις περισσότερες ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες, όπου η παραγωγή ηλεκτρισμού μπορεί να διακοπεί με τη βοήθεια ενός γενικού μέσου απόζευξης, τα Φ/Β πλαίσια παράγουν τάση στους ακροδέκτες τους μόλις εκτεθούν στο ηλιακό φως. Συνεπώς, η εγκατάσταση ενός Φ/Β συστήματος πραγματοποιείται συνήθως υπό συνθήκες τάσεως προς την πλευρά των πλαισίων. Επίσης, λαμβάνοντας υπ όψιν ότι η μέγιστη τιμή του ρεύματος ενός Φ/Β πλαισίου είναι ελάχιστα μεγαλύτερη από την τιμή του ονομαστικού ρεύματος του πλαισίου, τεκμαίρεται ότι η χρήση ασφαλειών δεν εγγυάται τη διακοπή του συστήματος σε περίπτωση σφάλματος (βραχυκύκλωμα πλαισίου). Αυτό συνεπάγεται ότι ένα σφάλμα βραχυκύκλωσης στην πλευρά του Σ.Ρ. μπορεί να εξακολουθεί να υφίσταται ανεξαρτήτως της χρήσης ασφαλειών. Η καλή σχεδίαση και η σωστή επιλογή των υλικών καλωδίωσης είναι απαραίτητη για την ασφάλεια έναντι ηλεκτροπληξίας όχι μόνο του εγκαταστάτη αλλά και όλων των προσώπων που έρχονται σε επαφή με το σύστημα. Επιπρόσθετα, η επιλογή καλωδίων κατάλληλης διατομής εγγυάται την αποφυγή πυρκαγιάς λόγω υπερθέρμανσης των καλωδίων σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Τα πλαίσια που θα επιλεγούν θα πρέπει να πληρούν, είτε τις τεχνικές προδιαγραφές του κανονισμού EN-IEC (Φ/Β κρυσταλλικού πυριτίου), είτε του κανονισμού EN-IEC (Φ/Β τεχνολογίας λεπτών υμενίων) Μέτρα περιορισμού του κινδύνου ηλεκτροπληξίας κατά την εγκατάσταση ενός Φ/Β συστήματος Κατά τη σύνδεση των Φ/Β πλαισίων, ο εγκαταστάτης έρχεται σε επαφή με τους ακροδέκτες των πλαισίων στους οποίους εμφανίζεται συνεχής τάση. Συνήθως η τιμή αυτή δεν υπερβαίνει τα όρια ασφαλείας συνεχούς επαφής, βάση του κανονισμού IEC Οι ενδεικτικές τιμές των τάσεων των πλαισίων του εμπορίου κυμαίνονται ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 69

71 Κεφάλαιο 2 μεταξύ 17 και 100V (ανάλογα με την τεχνολογία και τον αριθμό των κελιών). Παρά ταύτα, οι ηλεκτρονικοί αντιστροφείς που χρησιμοποιούνται στα Φ/Β συστήματα συνήθως απαιτούν την εν σειρά σύνδεση περισσοτέρων των δύο πλαισίων, με αποτέλεσμα η τάση της στοιχειοσειράς να υπερβαίνει συχνά τα όρια ασφαλείας. Η τάση της στοιχειοσειράς είναι το γινόμενο του αριθμού των εν σειρά πλαισίων επί τη μέγιστη τάση του ενός. Συνεπώς, η εγκατάσταση του συστήματος πρέπει να γίνεται από εξειδικευμένο προσωπικό και σύμφωνα με τα ακόλουθα μέτρα: Προτεινόμενη μεθοδολογία εγκατάστασης: Σημαντικό μέρος της καλωδίωσης μπορεί να γίνει πριν την τοποθέτηση των Φ/Β πλαισίων. Ενδεικτικά, πρώτα τοποθετούμε το γενικό μέσο απόζευξης της πλευράς Σ.Ρ. και τα κιβώτια συνδέσεων. Στη συνέχεια συνδέουμε το θετικό και αρνητικό πόλο της όλης συστοιχίας με το γενικό μέσο απόζευξης χωρίς να έχουμε υλοποιήσει τις ενδιάμεσες συνδέσεις των πλαισίων. Κατόπιν ακολουθεί η εν σειρά σύνδεση των πλαισίων της στοιχειοσειράς, ενώ τέλος το γενικό μέσο απόζευξης συνδέεται στην είσοδο του ηλεκτρονικού αντιστροφέα. Η προτεινόμενη μεθοδολογία αποσκοπεί στην αποφυγή επικίνδυνων τάσεων κατά την εγκατάσταση. Εγκατάσταση με μηδενική ηλιοφάνεια: Για την αποφυγή εμφάνισης υψηλών τάσεων η εγκατάσταση του συστήματος μπορεί να γίνει είτε καλύπτοντας πλήρως τα πλαίσια είτε κατά τις νυχτερινές ώρες όπου αυτό είναι δυνατό. Επίσης συνιστάται η χρήση ειδικών γαντιών και μονωμένων εργαλείων. Προειδοποιητική σήμανση: Κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης του Φ/Β συστήματος θα πρέπει να χρησιμοποιείται ειδική σήμανση που να προειδοποιεί για τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Προειδοποιητικό σήμα κινδύνου ηλεκτροπληξίας ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 70

72 Κεφάλαιο 2 Επιλογή μόνωσης καλωδίων και κιβωτίων σύνδεσης: Η χρήση καλωδίων και κιβωτίων σύνδεσης διπλής μόνωσης ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Για το λόγο αυτό συνιστάται η χρήση υλικών και πλαισίων κλάσης ΙΙ (Class II construction). Επειδή η κλάση των υλικών και των πλαισίων μπορεί να μην είναι εμφανής, ο εγκαταστάτης οφείλει να την επιβεβαιώνει επικοινωνώντας με τον κατασκευαστή. Επιλογή Φ/Β πλαισίων με προεγκατεστημένο σύστημα σύνδεσης: Τα Φ/Β πλαίσια που διαθέτουν μονωμένους ακροδέκτες σύνδεσης ελαχιστοποιούν την πιθανότητα έκθεσης του εγκαταστάτη σε επικίνδυνες τιμές τάσης. Η επιλογή αυτή είναι απαραίτητη στην περίπτωση που η εγκατάσταση γίνεται από μη εξειδικευμένο προσωπικό. Προεγκατεστημένο σύστημα σύνδεσης πλαισίων Αποφυγή γείωσης της πλευράς Σ.Ρ. κατά την εγκατάσταση: Ένα σύστημα στο οποίο κανένας από τους δύο πόλους δεν είναι γειωμένος εγκυμονεί λιγότερους κινδύνους (συγκριτικά με ένα γειωμένο σύστημα) επειδή ελαχιστοποιείται ο αριθμός πιθανών διαδρομών για το ρεύμα ηλεκτροπληξίας. Για παράδειγμα, αν υποθέσουμε ότι σε ένα σύστημα με γειωμένο τον αρνητικό πόλο ο εγκαταστάτης έρθει σε επαφή με οποιοδήποτε σημείο της στοιχειοσειράς - και βρίσκεται σε επαφή με τη γη - δημιουργείται δρόμος ρεύματος μέσω αυτού και της γης. Σε αυτή την περίπτωση η τάση στην οποία θα εκτεθεί ο εγκαταστάτης ισούται με το άθροισμα των τάσεων των εν σειρά συνδεδεμένων πλαισίων μεταξύ του σημείου επαφής και του αρνητικού πόλου της στοιχειοσειράς. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 71

73 Κεφάλαιο Ελάχιστες απαραίτητες Προδιαγραφές εξοπλισμού Φ/Β πλαίσια: IEC-EN η 61646, IEC Class A (με μόνωση Class II) Τα παραπάνω πιστοποιητικά πρέπει πάντα να παρέχονται από διαπιστευμένα εργαστήρια. Ηλεκτρονικοί μετατροπείς: Βεβαίωση ότι διαθέτει προστασία έναντι νησιδοποίησης σύμφωνα με VDE ή ισοδύναμης μεθόδου (βεβαίωση τύπου από ανεξάρτητο εργαστήριο) Προστασίες ορίων τάσεως και συχνότητας (υπέρτασης-υπότασης, υπερσυχότητας - υποσυχνότητας) THD ρεύματος εξόδου μικρότερο από 5%, βεβαίωση συμμόρφωσης του κατασκευαστή (προαιρετικά) Σε περίπτωση ηλεκτρονικών μετατροπέων χωρίς Μ/Σ σιδήρου θα πρέπει η μέγιστη τιμή εγχεόμενου Σ.Ρ. στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι μικρότερη του 0.5% της τιμής του ονομαστικού ρεύματος εξόδου της μετατροπέα, βεβαίωση συμμόρφωσης του κατασκευαστή (προαιρετικά). ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 72

74 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Κεφάλαιο 3 ο Νομοθεσία Οι πρώτες προσπάθειες για ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών στην Ελλάδα ξεκινούν το 1985 με τον πρώτο νόμο για θέματα ηλεκτροπαραγωγής από εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Μετά η επόμενη ουσιαστική προσπάθεια έγινε το 1994 όπου θεσπίστηκαν ευνοϊκές ρυθμίσεις για τις Α.Π.Ε. και είχαμε την έντονη εμφάνιση επενδυτικού ενδιαφέροντος και από την πλευρά των ιδιωτών. Οι τελικές ρυθμίσεις και η κάλυψη των όποιων κενών υπήρχαν έγιναν από το 2001 μέχρι το 2006 όπου είχαμε και τον τελευταίο και ευνοϊκότερο νόμο για τις Α.Π.Ε. και ειδικά για τα φωτοβολταϊκά. Οι νομοθετικές διατάξεις που αφορούν τις Α.Π.Ε. είναι οι εξής: Νόμος 1559/1985 Νόμος 2244/1994 Νόμος 2773/1999 Νόμος 2941/2001 ΥΑ 2000/2002 ΥΑ 1726/2003 Νόμος 3468/2006 Νόμος 3734/2009 Νόμος 3851/2010 Με τον τελευταίο νόμο 3468/2006 το ελληνικό δίκαιο εναρμονίζεται με την κοινοτική οδηγία 2001/77/ΕΚ του Ευρωπαϊκού κοινοβουλίου και προωθείται, κατά προτεραιότητα, στην εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας η παραγωγή από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) και μονάδες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Υψηλής Απόδοσης (ΣΗΘΥΑ). ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 73

75 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.1 Ανάλυση του Νόμου 3468/2006 Μετά από ενάμισι χρόνο διαβουλεύσεων τον Ιούνιο 2006 ψηφίστηκε ο Νόμος 3468/06 (ΦΕΚ Α' 129/ ) με τίτλο: «Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Υψηλής Απόδοσης και λοιπές διατάξεις» Σε αυτόν περιέχεται το πλαίσιο διαδικασιών αδειοδότησης, μέτρων προώθησης των ΑΠΕ αλλά και ελέγχου της προέλευσης και προόδου διείσδυσης των ΑΠΕ στην Ελλάδα. Τα Φ/Β συστήματα πριμοδοτούνται με υψηλή τιμή πώλησης της kwh για τον ηλεκτροπαραγωγό, ιδιαίτερα ελκυστική για τις συνθήκες ηλιοφάνειας της χώρας μας. Το μέτρο αυτό εφαρμόζεται ήδη σε χώρες όπως η Γερμανία, Ισπανία, Ιταλία, Κύπρος κλπ και πρόσφατα στην Ελλάδα, έχει στόχο να αυξηθεί η ζήτηση Φ/Β συστημάτων με αποτέλεσμα να γίνουν επενδύσεις για την μαζική παραγωγή τους που θα οδηγήσει σε οικονομικότερα προϊόντα λόγω της οικονομίας κλίμακας που θα πετύχουν. Η προοπτική είναι τα διασυνδεδεμένα Φ/Β συστήματα να παράγουν στην Νότια Ευρώπη ηλεκτρισμό σε τιμές ανταγωνιστικές των μονάδων βάσης συμβατικών καυσίμων μέσα σε 15 με 20 χρόνια. Όσον αφορά το κόστος παραγωγής ενέργειας από τις μονάδες που χρησιμοποιούν οι ηλεκτρικές εταιρίες για να καλύψουν τα φορτία αιχμής εκεί τα φωτοβολταϊκά θα γίνουν συντομότερα ανταγωνιστικά στην Νότια Ευρώπη καθώς τώρα οι τιμές κόστους παραγωγής κυμαίνονται από 0,08-0,20 /kwh. Στα δε περισσότερα αυτόνομα ηλεκτρικά συστήματα των Ελληνικών νησιών η εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων είναι ήδη συμφέρουσα καθώς το κόστος παραγωγής για όλα τα νησιά με εγκατεστημένη ισχύ μηχανών μικρότερη των 10 GW, το κόστος παραγωγής για την ΔΕΗ ξεπερνά τα 0,20 /kwh. Με τις σημερινές τιμές των Φ/Β συστημάτων και χωρίς καμία επιχορήγηση το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού από τον ήλιο στην Νότια Ευρώπη κυμαίνεται στα 0,25-0,35 /kwh. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 74

76 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.2 Ανάλυση Νέου Νόμου 3734/2009 Με τον νέο νόμο 3734/2009 ορίζεται χρονοδιάγραμμα για την αδειοδότηση από τη ΡΑΕ. Συγκεκριμένα, οι αιτήσεις για χορήγηση άδειας παραγωγής από φωτοβολταϊκούς σταθμούς και για έκδοση απόφασης εξαίρεσης, αξιολογούνται και εξετάζονται αντίστοιχα, μέχρι την όσες έχουν υποβληθεί έως και την , μέχρι την όσες έχουν υποβληθεί έως και και μέχρι την όσες έχουν υποβληθεί έως Επίσης, ορίζονται νέες τιμές πώλησης της παραγόμενης ηλιακής κιλοβατώρας. Οι τιμές αυτές θα είναι εγγυημένες για μια 20ετία (και για τα παλιά συμβόλαια που τρέχουν ήδη) και θα αναπροσαρμόζονται ετησίως με το 25% του πληθωρισμού της περασμένης χρονιάς. Οι τιμές αυτές κλειδώνουν με την υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ (ή τη ΔΕΗ για τα μη διασυνδεδεμένα νησιά) και στη συνέχεια έχει κανείς άλλους 18 μήνες για να υλοποιήσει το έργο κάνοντας χρήση αυτής της τιμής. Αν καθυστερήσει πάνω από 18 μήνες, θα πάρει την τιμή που ισχύει τη στιγμή της έναρξης λειτουργίας. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι οι τιμές παραμένουν σταθερές έως και το 2011, όπως παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα. Έτος Μήνας Α Β Γ Δ Διασυνδεδεμένο Μη Διασυνδεδεμένο >100 kw < = 100 kw >100 kw < = 100 kw 2009 Φεβρουάριος 400,00 450,00 450,00 500, Αύγουστος 400,00 450,00 450,00 500, Φεβρουάριος 400,00 450,00 450,00 500, Αύγουστος 392,00 441,05 441,05 490, Φεβρουάριος 372,83 419,43 419,43 466, Αύγουστος 351,01 394,88 394,88 438, Φεβρουάριος 333,81 375,53 375,53 417,26 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 75

77 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 2012 Αύγουστος 314,27 353,56 353,56 392, Φεβρουάριος 298,87 336,23 336,23 373, Αύγουστος 281,38 316,55 316,55 351, Φεβρουάριος 268,94 302,56 302,56 336, Αύγουστος 260,97 293,59 293,59 326,22 Για κάθε ν από το ,3ΧμΟΤΣ ν-1 1,4ΧμΟΤΣν-1 1,4ΧμΟΤΣν-1 1,5ΧμΟΤΣ ν-1 και μετά μοτσν-1: Μέση Οριακή Τιμή Συστήματος κατά το προηγούμενο έτος ν-1 Πίνακας 2: Τιμές πώλησης της παραγόμενης ηλιακής κιλοβατώρας (πηγή: Νόμος 3734/2009) Ο νέος νόμος προβλέπει τη διενέργεια διαγωνισμών για έργα ισχύος άνω των 10 MWp. Επιπλέον, οι άδειες παραγωγής ή αποφάσεις εξαίρεσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκούς σταθμούς δεν επιτρέπεται να μεταβιβασθούν πριν την έναρξη λειτουργίας των σταθμών. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 76

78 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.3 Δυσκολίες για ιδιώτες Η τιμολόγηση παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από Φ/Β συστήματα θεωρείται εξαιρετική για τις επιχειρήσεις αλλά παραμένει σαν εμπόδιο η συμμετοχή των φυσικών προσώπων, δηλαδή των μικρών ιδιωτικών και οικιακών Φ/Β εγκαταστάσεων καθώς ο ιδιώτης θεωρείται αυτοπαραγωγός και εξορισμού έχει δικαίωμα να πουλά το πλεόνασμα της ηλεκτρικής ενέργειας, μέχρι το 20% της συνολικής ετήσια παραγόμενης ενέργειας. Η σύμβαση για την πώληση της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται ανάμεσα στον διαχειριστή του δικτύου και νομικό πρόσωπο που σημαίνει ότι ο ιδιώτης θα πρέπει να ιδρύσει επιχείρηση, με ότι αυτό συνεπάγεται, για την εκμετάλλευση της ηλεκτρικής ενέργειας σαν ανεξάρτητος παραγωγός. Η έκπτωση δαπάνης για τα φυσικά πρόσωπα, μέχρι ποσοστού 20%, και μέχρι του ανώτατου ποσού 500 Ευρώ, ή μέχρι 700 Ευρώ όπως ισχύσει από1/1/2007 για την αγορά φωτοβολταϊκών συστημάτων δεν θεωρείται κίνητρο, την στιγμή που ένα φωτοβολταϊκό σύστημα 1 kwp κοστίζει Ας σημειώσουμε, ότι η μεγάλη διείσδυση των Φ/Β συστημάτων στην Γερμανία, Ιαπωνία και άλλες ανεπτυγμένες χώρες οφείλεται κυρίως στις μικρές ιδιωτικές εφαρμογές και όχι σε μεγάλες εγκαταστάσεις οι οποίες καταλαμβάνουν εκτάσεις γης, οι οποίες δεν είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται παράλληλα για άλλη εκμετάλλευση, όπως αγροτική ή κτηνοτροφική. Μια εφαρμογή μεγάλης κλίμακας η οποία χρησιμοποιείται και για δεύτερη υπηρεσία είναι η κάλυψη των χώρων στάθμευσης με Φ/Β στέγαστρα. Επίσης μεγάλες εγκαταστάσεις Φ/Β συστημάτων μπορούν να γίνουν στις οροφές κτιρίων μεγάλης επιφάνειας, όπως εργοστάσια και εμπορικά κέντρα. Οι επενδύσεις σε τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ εκτός από την προστασία του κλίματος και της ατμόσφαιρας και το βιώσιμο ενεργειακό εφοδιασμό της χώρας θα πρέπει να συμβάλλουν και στην επίτευξη της αειφόρου και ορθολογικής ανάπτυξης. Η ένταξη των Φ/Β συστημάτων σε κατοικίες και λοιπά κτίρια αποτελεί την πλέον φιλική προς το περιβάλλον εφαρμογή και θα πρέπει να δοθούν κίνητρα για να εφαρμοσθεί και στην Ελλάδα. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 77

79 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.4 Ειδικό Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών Συστημάτων σε κτηριακές εγκαταστάσεις και ιδίως σε δώματα και στέγες κτηρίων (ΦΕΚ 1079 Β/ ) Σύμφωνα με την ΚΥΑ καταρτίζεται Ειδικό Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών Συστημάτων των 10 kwp σε κτηριακές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται για κατοικία ή στέγαση πολύ μικρών επιχειρήσεων με διάρκεια έως με σύμβαση που θα διαρκεί για 25 χρόνια. Η τιμή της παραγόμενης από το φωτοβολταϊκό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας που εγχέεται στο δίκτυο ορίζεται σε 0,55 Ευρώ/kWh για τις Συμβάσεις που συνάπτονται τα έτη 2009, 2010, Η τιμή μειώνεται κατά 5% ετησίως για τις Συμβάσεις που συνάπτονται το διάστημα από μέχρι και Εξαιρούνται τα μη διασυνδεδεμένα νησιά. Δικαίωμα ένταξης στο πρόγραμμα έχουν φυσικά πρόσωπα μη επιτηδευματίες και επιτηδευματίες που κατατάσσονται στις πολύ μικρές επιχειρήσεις, οι οποίοι έχουν στην κυριότητά τους το χώρο στον οποίο εγκαθίστανται στο Φωτοβολταϊκό Σύστημα. Σε περίπτωση κοινόχρηστου χώρου επιτρέπεται η εγκατάσταση ενός και μόνο Φωτοβολταϊκού συστήματος. Δικαίωμα ένταξης στο Πρόγραμμα έχουν και οι κύριοι οριζόντιων ιδιοκτησιών εκπροσωπούμενοι από το διαχειριστή ή ένας εκ των κυρίων των οριζόντιων ιδιοκτησιών μετά από παραχώρηση της χρήσης του κοινόχρηστου ή κοινόκτητου χώρου από τους λοιπούς συνιδιοκτήτες. Προϋπόθεση αποτελεί η συμφωνία του συνόλου των συνιδιοκτητών που αποδεικνύεται με πρακτικό ομόφωνης απόφασης της γενικής συνέλευσης ή με έγγραφη συμφωνία όλων των συνιδιοκτητών του κτιρίου, με ευθύνη των ενδιαφερομένων. Προϋποθέσεις Προϋπόθεση για την ένταξη φωτοβολταϊκού συστήματος στο Πρόγραμμα είναι η ύπαρξη ενεργής σύνδεσης κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος στο όνομα του κυρίου του φωτοβολταϊκού στο κτήριο όπου το σύστημα εγκαθίσταται. Μέρος των θερμικών αναγκών σε ζεστό νερό χρήσης της ιδιοκτησίας του κυρίου του φωτοβολταϊκού, εφόσον αυτή χρησιμοποιείται για κατοικία, πρέπει να καλύπτεται με ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 78

80 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως ενδεικτικά ηλιοθερμικά, ηλιακοί θερμοσίφωνες. Προϋπόθεση και όρος για την ένταξη φωτοβολταϊκού συστήματος στο Πρόγραμμα είναι η μη ύπαρξη δημόσιας ενίσχυσης στο πλαίσιο του Αναπτυξιακού Επενδυτικού Νόμου. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 79

81 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.5 Επιδότηση επενδύσεων Α.Π.Ε. Η νομοθεσία είναι διαφορετική για την επιδότηση αν αυτή γίνεται από κάποιον ιδιώτη ή από κάποια εταιρεία. Έτσι στην περίπτωση ιδιώτη δικαιούται φοροελάφρυνση σε ποσοστό 20% επί του κόστους της επένδυσης. Το ποσό αυτό όμως δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 700. Αν η επένδυση γίνει από εταιρεία, σύμφωνα με τον επενδυτικό νόμο 3522/2006, η επικράτεια κατανέμεται σε τρεις περιοχές: Περιοχή Α': Περιλαμβάνει τους Νόμους Αττικής και Θεσσαλονίκης πλήν των Βιομηχανικών Επιχειρηματικών Περιοχών (Β.Ε.ΠΕ.) και των νησιών των Νομών αυτών που εντάσσονται στην Περιοχή Β'. Περιοχή Β': Περιλαμβάνει τους Νομούς της Περιφέρειας Θεσσαλίας (Καρδίτσας, Λάρισας, Μαγνησίας, Τρικάλων), τους Νομούς της Περιφέρειας Νοτίου Αιγαίου (Κυκλάδων, Δωδεκανήσου), τους Νομούς της Περιφέρειας Ιονίων Νήσων (Κέρκυρας, Λευκάδας, Κεφαλληνίας, Ζακύνθου), τους Νομούς της Περιφέρειας Κρήτης (Ηρακλείου, Λασιθίου, Ρεθύμνου, Χανίων), τους Νομούς της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας (Χαλκιδικής, Σερρών, Κιλκίς, Πέλλας, Ημαθίας, Πιερίας), τους Νομούς της Περιφέρειας Δυτικής Μακεδονίας (Γρεβενών, Κοζάνης, Φλώρινας, Καστοριάς), καθώς και τους Νομούς της Περιφέρειας Στερεάς Ελλάδος (Φθιώτιδας, Φωκίδας, Εύβοιας, Βοιωτίας, Ευρυτανίας). Περιοχή Γ': Περιλαμβάνει τους Νομούς της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης (Καβάλας, Δράμας, Ξάνθης, Ροδόπης, Έβρου), τους Νομούς της Περιφέρειας Ηπείρου (Άρτας, Πρέβεζας, Ιωαννίνων, Θεσπρωτίας), τους Νομούς της Περιφέρειας Βορείου Αιγαίου (Λέσβου, Χίου, Σάμου), τους Νομούς της Περιφέρειας Πελοποννήσου (Λακωνίας, Μεσσηνίας, Κορινθίας, Αργολίδας, Αρκαδίας), καθώς και τους Νομούς της Περιφέρειας Δυτικής Ελλάδος (Αχαΐας, Αιτωλοακαρνανίας, Ηλείας). Η εταιρεία υποχρεούται να συνεισφέρει το 25% της επένδυσης από ιδία κεφάλαια. Ανάλογα με την περιοχή και το μέγεθος της επιχείρησης το ποσοστό επιδότησης διαμορφώνεται σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα: ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 80

82 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Μέγεθος Περιοχή σύμφωνα με τον Α Β Γ Μεγάλη 20% 30% 40% Μεσαία 30% 40% 40% Μικρή 40% 40% 40% Πολύ μικρή 40% 40% 40% Πίνακας 3: Ποσοστό επιχορήγησης ανάλογα με την περιοχή και το είδος της επιχείρησης. Η κατάταξη των εταιρειών σε κατηγορίες γίνεται ως εξής: Κατάταξη εταιρειών Πολύ Μικρή Μεσαία Μεγάλη Εργαζόμενοι <10 <50 <250 >=250 Κύκλος <2 εκ. <10 εκ. <50 εκ. >=50 εκ. Σύνολο <2 εκ. <10 εκ. <43 εκ. <43 εκ. Πίνακας 4: Κατηγορίες εταιρειών *ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΗ Από τον Φεβρουάριο του 2010, δεν υφίστανται επιδοτήσεις για τα φωτοβολταϊκά πάρκα μέσα από τον Αναπτυξιακό Νόμο, παρόλα αυτά οι επενδύσεις σε φωτοβολταϊκά θεωρούνται βιώσιμες και κερδοφόρες. ΙΔΙΑ ΣΥΜΕΤΟΧΗ Ένας επενδυτής αρχικά ήταν υποχρεωμένος να καλύψει μόνο ένα μικρό μέρος της συνολικής δαπάνης της επένδυσης, συνήθως το 25% (ίδια συμμετοχή) ενώ το υπόλοιπο 75% μπορεί να το καλύψει με χρήση τραπεζικού δανεισμού. Στην πραγματικότητα η αναλαγία αυτή έχει ανέλθει λόγω κρίσης στο 50% -50%. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 81

83 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Οι περισσότερες Ελληνικές τράπεζες ενώ κάλυπταν έως και το 100% της αξίας του φωτοβολταϊκού σταθμού με ιδιαίτερα ευνοϊκά επιτόκια τώρα πια γίνεται με πολύ αυστηρούς όρους λόγω έλλειψης ρευστότητας. Το κόστος προμήθειας των φωτοβολταϊκών πάνελ πέφτει διαχρονικά ενώ η νέα νομοθεσία παρέχει κίνητρα ώστε, ο επενδυτής να πραγματοποιεί απόσβεση του κεφαλάιου του σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. 3.6 Διαδικασίες αδειοδότησης Α.Π.Ε. (Ν. 3468/2006) Οι διαδικασίες και οι χρόνοι αδειοδότησης διαφέρουν ανάλογα με την ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος. Διακρίνουμε 4 κατηγορίες: συστήματα <20 κιλοβάτ (kwp), kwp, kwp και >2.000 kwp. Οι παρακάτω χρόνοι, οι οποίοι κυμαίνονται από μηδέν έως 9 μήνες, είναι οι θεωρητικοί χρόνοι που προβλέπει η νομοθεσία. Στην πράξη οι χρόνοι αυτοί είναι πολύ μεγαλύτεροι. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 82

84 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.7 Συστήματα < 20 kwp Δεν απαιτούνται άδειες παραγωγής, εγκατάστασης, λειτουργίας ή έγκριση περιβαλλοντικών όρων. Δεν απαιτείται επίσης εξαίρεση από την άδεια παραγωγής, εκτός εάν πρόκειται για σταθμούς που εγκαθίστανται σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά όπου υφίσταται κορεσμός του δικτύου, ο οποίος διαπιστώνεται με απόφαση της Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας (ΡΑΕ). Απαιτείται έγκριση εργασιών μικρής κλίμακας από την αρμόδια πολεοδομία. Οι περιπτώσεις εξαίρεσης από τη λήψη άδειας παραγωγής διαπιστώνονται με απόφαση της ΡΑΕ που εκδίδεται εντός δέκα (10) εργασίμων ημερών από την υποβολή σχετικής αίτησης, εφόσον η αίτηση αυτή συνοδεύεται από όλα τα αναγκαία στοιχεία ή από τη συμπλήρωση των στοιχείων αυτών (Ν. 3468/06 & εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α. Π. Οικ , ). Τα πρόσωπα που έχουν την ευθύνη της λειτουργίας των σταθμών για τους οποίους δεν εκδίδεται διαπιστωτική απόφαση της ΡΑΕ, υποχρεούνται, πριν εγκαταστήσουν τους σταθμούς, να ενημερώνουν τον αρμόδιο Διαχειριστή (ΔΕΣΜΗΕ ή ΔΕΗ κατά περίπτωση) για τη θέση, την ισχύ και την τεχνολογία των σταθμών αυτών. Αν παραληφθεί η υποχρέωση ενημέρωσης, η λειτουργία των σταθμών αποβαίνει παράνομη. Ο αρμόδιος Διαχειριστής ενημερώνει, στο τέλος κάθε διμήνου, τον Υπουργό Ανάπτυξης και τη ΡΑΕ για την εγκατάσταση των ανωτέρω σταθμών (Ν. 3468/06). Εφόσον οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί της κατηγορίας αυτής βρίσκονται εντός περιοχών NATURA 2000, Εθνικών Δρυμών, παραδοσιακών οικισμών και περιοχών αρχαιολογικού ενδιαφέροντος, απαιτείται έγκριση περιβαλλοντικών όρων (εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α.Π. Οικ , ).Η έγκριση αυτή έχει δύο στάδια. Πρώτα εγκρίνεται η Προκαταρκτική Περιβαλλοντική Εκτίμηση και Αξιολόγηση (ΠΠΕΑ) και στη συνέχεια χορηγείται η έγκριση περιβαλλοντικών όρων (ΕΠΟ). Τα έργα που αφορούν φωτοβολταϊκά ισχύος <20 kwp εντός περιοχών προστασίας υπάγονται στη λεγόμενη υποκατηγορία 3 της δεύτερης κατηγορίας έργων (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 1002Β, ). Για τα έργα αυτά ισχύουν τα εξής (ΚΥΑ Αριθ. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 83

85 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Οικ , ΦΕΚ 663Β, & εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α.Π. Οικ , ): Ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει αίτηση διενέργειας ΠΠΕΑ στη Διεύθυνση Περιβάλλοντος- Χωροταξίας (ΔΙΠΕΧΩ) της οικείας Περιφέρειας. Εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ αποφαίνεται αν το έργο θα ακολουθήσει τις διαδικασίες της κατηγορίας Α2 ή της Β4 (λιγότερο επίπονες). Κατά τεκμήριο, τα έργα αυτής της κατηγορίας θα υπαχθούν στην υποκατηγορία Β4, αφού σύμφωνα με τα κριτήρια του άρθρο 9 της ΚΥΑ (Οικ /ΕΥΠΕ/ΥΠΕΧΩΔΕ/06) και σύμφωνα με την ΚΥΑ της , (Δ6/Φ1/Οικ.19500), τα φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος <500 kwp χαρακτηρίζονται πλέον ως "μη οχλούσες δραστηριότητες". Διαδικασίες υποκατηγορίας Β4 Αν η ΔΙΠΕΧΩ κρίνει ότι το έργο πρέπει να υπαχθεί στην υποκατηγορία Β4, τότε ο Γενικός Γραμματέας της Περιφέρειας εκδίδει εντός 5 ημερών από την εισήγηση της ΔΙΠΕΧΩ σχετική απόφαση την οποία διαβιβάζει στο οικείο Νομαρχιακό Συμβούλιο προκειμένου να ενημερωθούν οι πολίτες. Παράλληλα, η απόφαση διαβιβάζεται και στην αρμόδια Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας για να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία για έγκριση περιβαλλοντικών όρων. 1. Υποβολή αίτησης στη Διεύθυνση Σχεδιασμού και Ανάπτυξης (ΔΙΣΑ) της οικείας Περιφέρειας η οποία τη διαβιβάζει στην Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας. 2. Αν ο φάκελος δεν θεωρηθεί πλήρης από την Υπηρεσία Περιβάλλοντος, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 5 ημερών, η Υπηρεσία Περιβάλλοντος τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 15 ημερών. 5. Η απόφαση έγκρισης ή μη των περιβαλλοντικών όρων εκδίδεται από τον Νομάρχη εντός 10 ημερών από την εισήγηση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 84

86 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.8 Συστήματα kwp Απαιτούνται: 1. Εξαίρεση από άδεια παραγωγής 2. Έγκριση περιβαλλοντικών όρων Εξαίρεση από άδεια παραγωγής Εξαιρούνται από την υποχρέωση λήψης άδειας παραγωγής πρόσωπα που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από σταθμούς οι οποίοι εγκαθίστανται σε ακίνητο ή όμορα ακίνητα τα οποία ανήκουν, κατά κυριότητα ή βρίσκονται στη νόμιμη κατοχή των προσώπων αυτών, για όσο χρόνο τα πρόσωπα αυτά είναι κύριοι ή νόμιμοι κάτοχοι, εφόσον η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις, από σταθμούς με εγκατεστημένη ισχύ μικρότερη ή ίση των εκατόν πενήντα (150) κιλοβάτ (Ν. 3468/06). Οι περιπτώσεις εξαίρεσης από τη λήψη άδειας παραγωγής διαπιστώνονται με απόφαση της ΡΑΕ που εκδίδεται εντός δέκα (10) εργασίμων ημερών από την υποβολή σχετικής αίτησης, εφόσον η αίτηση αυτή συνοδεύεται από όλα τα αναγκαία στοιχεία ή από τη συμπλήρωση των στοιχείων αυτών. Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ) Η έγκριση αυτή έχει δύο στάδια. Πρώτα εγκρίνεται η Προκαταρκτική Περιβαλλοντική Εκτίμηση και Αξιολόγηση (ΠΠΕΑ) και στη συνέχεια χορηγείται η έγκριση περιβαλλοντικών όρων (ΕΠΟ). Τα έργα που αφορούν φωτοβολταϊκά ισχύος kwp υπάγονται στη λεγόμενη υποκατηγορία 3 της δεύτερης κατηγορίας έργων (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 1002Β, ). Για τα έργα αυτά ισχύουν τα εξής (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 663Β, & εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α.Π. Οικ , ): ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 85

87 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει αίτηση διενέργειας ΠΠΕΑ στη Διεύθυνση Περιβάλλοντος- Χωροταξίας (ΔΙΠΕΧΩ) της οικείας Περιφέρειας. Εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ αποφαίνεται αν το έργο θα ακολουθήσει τις διαδικασίες της κατηγορίας Α2 ή της Β4 (λιγότερο επίπονες). Κατά τεκμήριο, τα έργα αυτής της κατηγορίας θα υπαχθούν στην υποκατηγορία Β4, αφού σύμφωνα με τα κριτήρια του άρθρο 9 της ΚΥΑ (Οικ /ΕΥΠΕ/ΥΠΕΧΩΔΕ/06) και σύμφωνα με την ΚΥΑ της , (Δ6/Φ1/Οικ.19500), τα φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος <500 kwp χαρακτηρίζονται πλέον ως "μη οχλούσες δραστηριότητες". Διαδικασίες υποκατηγορίας Β4 Αν η ΔΙΠΕΧΩ κρίνει ότι το έργο πρέπει να υπαχθεί στην υποκατηγορία Β4, τότε ο Γενικός Γραμματέας της Περιφέρειας εκδίδει εντός 5 ημερών από την εισήγηση της ΔΙΠΕΧΩ σχετική απόφαση την οποία διαβιβάζει στο οικείο Νομαρχιακό Συμβούλιο προκειμένου να ενημερωθούν οι πολίτες. Παράλληλα, η απόφαση διαβιβάζεται και στην αρμόδια Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας για να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία για έγκριση περιβαλλοντικών όρων. 1. Υποβολή αίτησης στη Διεύθυνση Σχεδιασμού και Ανάπτυξης (ΔΙΣΑ) της οικείας Περιφέρειας η οποία τη διαβιβάζει στην Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας. 2. Αν ο φάκελος δεν θεωρηθεί πλήρης από την Υπηρεσία Περιβάλλοντος, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 5 ημερών, η Υπηρεσία Περιβάλλοντος τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 15 ημερών. 5. Η απόφαση έγκρισης ή μη των περιβαλλοντικών όρων εκδίδεται από τον Νομάρχη εντός 10 ημερών από την εισήγηση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 86

88 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.9 Συστήματα kwp Απαιτούνται: Πριν την εγκατάσταση της μονάδας 1. Άδεια Παραγωγής (εφόσον είναι μεγαλύτερο από 1000 kwp) 2. Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων 3. Άδεια Εγκατάστασης Μετά την εγκατάσταση της μονάδας 1. Άδεια λειτουργίας Άδεια Παραγωγής Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ απαιτείται σχετική άδεια (Ν. 3468/06). Η άδεια αυτή χορηγείται από τον Υπουργό Ανάπτυξης, μετά από γνώμη της Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας (ΡΑΕ). Μαζί με την αίτηση για άδεια παραγωγής, ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει στη ΡΑΕ και αίτηση Προκαταρκτικής Περιβαλλοντικής Εκτίμησης και Αξιολόγησης (ΠΠΕΑ) για το έργο, συνοδευόμενη από σχετική Προμελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΠΠΕ). Η ΡΑΕ πριν διατυπώσει τη γνώμη της, διαβιβάζει την ΠΠΕ στην αρχή που είναι αρμόδια για την περιβαλλοντική αδειοδότηση. Η αρχή αυτή γνωμοδοτεί επί της ΠΠΕ και διαβιβάζει τη γνωμοδότησή της στη ΡΑΕ εντός εξήντα (60) ημερών από τη συμπλήρωση του φακέλου της ΠΠΕ. Η ΡΑΕ, μετά την έκδοση της γνωμοδότησης, υποβάλλει τη γνώμη της στον Υπουργό Ανάπτυξης εντός τεσσάρων (4) μηνών από τη γνωστοποίηση, σε αυτήν, της δημοσίευσης της αίτησης, εφόσον ο φάκελος της αίτησης είναι πλήρης ή από τη συμπλήρωση του φακέλου, όταν αυτή ολοκληρώνεται μετά τη γνωστοποίηση, σύμφωνα με την ίδια απόφαση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 87

89 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Ο Υπουργός Ανάπτυξης εκδίδει τη σχετική απόφαση εντός δεκαπέντε (15) ημερών από την υποβολή, σε αυτόν, της γνώμης της ΡΑΕ. Άδεια Εγκατάστασης Για την εγκατάσταση ή επέκταση σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ, απαιτείται σχετική άδεια (Ν. 3468/06). Η άδεια αυτή εκδίδεται με απόφαση του Γενικού Γραμματέα της Περιφέρειας, στα όρια της οποίας εγκαθίσταται ο σταθμός, για όλα τα έργα που κατατάσσονται στη 2η υποκατηγορία της Α' Κατηγορίας και στην 3η ή 4η υποκατηγορία της Β' Κατηγορίας, σύμφωνα με τις διατάξεις του άρθρου 3 του ν. 1650/1986 (ΦΕΚ 160 Α'), όπως ισχύει, και τις κανονιστικές πράξεις που εκδίδονται κατ' εξουσιοδότησή του. Η άδεια εγκατάστασης εκδίδεται εντός αποκλειστικής προθεσμίας δεκαπέντε (15) ημερών από την υποβολή, από τον ενδιαφερόμενο, της σχετικής αίτησης με τα δικαιολογητικά που καθορίζονται από την ισχύουσα νομοθεσία. Αν ο αρμόδιος Γενικός Γραμματέας Περιφέρειας δεν εκδώσει την άδεια εγκατάστασης εντός της προθεσμίας που ορίζεται στο προηγούμενο εδάφιο, για την έκδοση αυτής καθίσταται αρμόδιος ο Υπουργός Ανάπτυξης, προς τον οποίο ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει την αίτηση με το συνοδευτικό της φάκελο και την απόφαση ΕΠΟ ή επικυρωμένα αντίγραφα αυτών. Ο Υπουργός Ανάπτυξης εκδίδει την άδεια εγκατάστασης εντός τριάντα (30) ημερών από την παραλαβή των ανωτέρω εγγράφων. Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ) Η έγκριση αυτή έχει δύο στάδια. Πρώτα εγκρίνεται η Προκαταρκτική Περιβαλλοντική Εκτίμηση και Αξιολόγηση (ΠΠΕΑ) και στη συνέχεια χορηγείται η έγκριση περιβαλλοντικών όρων (ΕΠΟ). Τα έργα που αφορούν φωτοβολταϊκά ισχύος kwp υπάγονται στη λεγόμενη υποκατηγορία 3 της δεύτερης κατηγορίας έργων (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 88

90 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 1002Β, ). Για τα έργα αυτά ισχύουν τα εξής (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 663Β, & εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α.Π. Οικ , ): Ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει αίτηση διενέργειας ΠΠΕΑ στη ΡΑΕ, η οποία τη διαβιβάζει στη Διεύθυνση Περιβάλλοντος-Χωροταξίας (ΔΙΠΕΧΩ) της οικείας Περιφέρειας. Εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ αποφαίνεται αν το έργο θα ακολουθήσει τις διαδικασίες της κατηγορίας Α2 (στην οποία υπάγονται και τα φωτοβολταϊκά άνω των kwp) ή της Β4 (λιγότερο επίπονες). Η διαδικασία της κατηγορίας Α2 για την έγκριση της ΠΠΕΑ έχει ως εξής: 1. Αν ο φάκελος δεν θεωρηθεί πλήρης από τη ΔΙΠΕΧΩ, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 2. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 3. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 20 ημερών. 4. Η θετική γνωμοδότηση ή αρνητική απόφαση επί της ΠΠΕΑ εκδίδεται από τον Γενικό Διευθυντή της ΔΙΠΕΧΩ της οικείας Περιφέρειας εντός 10 ημερών από την εισήγηση. Η διαδικασία της κατηγορίας Α2 για την έγκριση των περιβαλλοντικών όρων έχει ως εξής: 1. Υποβολή αίτησης στη Διεύθυνση Σχεδιασμού και Ανάπτυξης (ΔΙΣΑ) της οικείας Περιφέρειας η οποία τη διαβιβάζει στη ΔΙΠΕΧΩ. 2. Αν ο φάκελος (ο οποίος εν τω μεταξύ απαιτεί και πλήρη μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων) δεν θεωρηθεί πλήρης από τη ΔΙΠΕΧΩ, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 40 ημερών. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 89

91 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 5. Η θετική γνωμοδότηση ή αρνητική απόφαση επί της ΠΠΕΑ εκδίδεται από τον Γενικό Γραμματέα της οικείας Περιφέρειας εντός 10 ημερών από την εισήγηση. Διαδικασίες υποκατηγορίας Β4 Αν η ΔΙΠΕΧΩ κρίνει ότι το έργο πρέπει να υπαχθεί στην υποκατηγορία Β4, τότε ο Γενικός Γραμματέας της Περιφέρειας εκδίδει εντός 5 ημερών από την εισήγηση της ΔΙΠΕΧΩ σχετική απόφαση την οποία διαβιβάζει στο οικείο Νομαρχιακό Συμβούλιο προκειμένου να ενημερωθούν οι πολίτες και να υποβάλλουν τυχόν ενστάσεις. Παράλληλα, η απόφαση διαβιβάζεται και στην αρμόδια Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας για να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία για έγκριση περιβαλλοντικών όρων. 1. Υποβολή αίτησης στη Διεύθυνση Σχεδιασμού και Ανάπτυξης (ΔΙΣΑ) της οικείας Περιφέρειας η οποία τη διαβιβάζει στην Υπηρεσία Περιβάλλοντος της οικείας Νομαρχίας. 2. Αν ο φάκελος δεν θεωρηθεί πλήρης από την Υπηρεσία Περιβάλλοντος, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 5 ημερών, η Υπηρεσία Περιβάλλοντος τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 15 ημερών. 5. Η απόφαση έγκρισης ή μη των περιβαλλοντικών όρων εκδίδεται από τον Νομάρχη εντός 10 ημερών από την εισήγηση. Άδεια λειτουργίας Η άδεια αυτή χορηγείται με απόφαση του οργάνου που είναι αρμόδιο για τη χορήγηση της άδειας εγκατάστασης, μετά από αίτηση του ενδιαφερομένου και έλεγχο, από τα αρμόδια όργανα, της τήρησης των τεχνικών όρων εγκατάστασης κατά ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 90

92 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία τη δοκιμαστική λειτουργία του σταθμού, καθώς και έλεγχο, από το Κ.Α.Π.Ε., της διασφάλισης των αναγκαίων λειτουργικών και τεχνικών χαρακτηριστικών του εξοπλισμού του σταθμού. Η άδεια λειτουργίας εκδίδεται εντός αποκλειστικής προθεσμίας δεκαπέντε (15) ημερών από την ολοκλήρωση των ανωτέρω ελέγχων, εφόσον αυτοί αποβούν θετικοί. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 91

93 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.10 Συστήματα >2.000 kwp Απαιτούνται: Πριν την εγκατάσταση της μονάδας 1. Άδεια Παραγωγής 2. Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων 3. Άδεια Εγκατάστασης Μετά την εγκατάσταση της μονάδας 1. Άδεια λειτουργίας Άδεια Παραγωγής Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ απαιτείται σχετική άδεια (Ν. 3468/06). Η άδεια αυτή χορηγείται από τον Υπουργό Ανάπτυξης, μετά από γνώμη της Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας (ΡΑΕ). Μαζί με την αίτηση για άδεια παραγωγής, ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει στη ΡΑΕ και αίτηση Προκαταρκτικής Περιβαλλοντικής Εκτίμησης και Αξιολόγησης (ΠΠΕΑ) για το έργο, συνοδευόμενη από σχετική Προμελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΠΠΕ). Η ΡΑΕ πριν διατυπώσει τη γνώμη της, διαβιβάζει την ΠΠΕ στην αρχή που είναι αρμόδια για την περιβαλλοντική αδειοδότηση. Η αρχή αυτή γνωμοδοτεί επί της ΠΠΕ και διαβιβάζει τη γνωμοδότησή της στη ΡΑΕ εντός εξήντα (60) ημερών από τη συμπλήρωση του φακέλου της ΠΠΕ. Η ΡΑΕ, μετά την έκδοση της γνωμοδότησης, υποβάλλει τη γνώμη της στον Υπουργό Ανάπτυξης εντός τεσσάρων (4) μηνών από τη γνωστοποίηση, σε αυτήν, της δημοσίευσης της αίτησης, εφόσον ο φάκελος της αίτησης είναι πλήρης ή από τη συμπλήρωση του φακέλου, όταν αυτή ολοκληρώνεται μετά τη γνωστοποίηση, σύμφωνα με την ίδια απόφαση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 92

94 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Ο Υπουργός Ανάπτυξης εκδίδει τη σχετική απόφαση εντός δεκαπέντε (15) ημερών από την υποβολή, σε αυτόν, της γνώμης της ΡΑΕ. Άδεια Εγκατάστασης Για την εγκατάσταση ή επέκταση σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ, απαιτείται σχετική άδεια (Ν. 3468/06). Η άδεια αυτή εκδίδεται με απόφαση του Γενικού Γραμματέα της Περιφέρειας, στα όρια της οποίας εγκαθίσταται ο σταθμός, για όλα τα έργα που κατατάσσονται στη 2η υποκατηγορία της Α' Κατηγορίας και στην 3η ή 4η υποκατηγορία της Β' Κατηγορίας, σύμφωνα με τις διατάξεις του άρθρου 3 του ν. 1650/1986 (ΦΕΚ 160 Α'), όπως ισχύει, και τις κανονιστικές πράξεις που εκδίδονται κατ' εξουσιοδότησή του. Η άδεια εγκατάστασης εκδίδεται εντός αποκλειστικής προθεσμίας δεκαπέντε (15) ημερών από την υποβολή, από τον ενδιαφερόμενο, της σχετικής αίτησης με τα δικαιολογητικά που καθορίζονται από την ισχύουσα νομοθεσία. Αν ο αρμόδιος Γενικός Γραμματέας Περιφέρειας δεν εκδώσει την άδεια εγκατάστασης εντός της προθεσμίας που ορίζεται στο προηγούμενο εδάφιο, για την έκδοση αυτής καθίσταται αρμόδιος ο Υπουργός Ανάπτυξης, προς τον οποίο ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει την αίτηση με το συνοδευτικό της φάκελο και την απόφαση ΕΠΟ ή επικυρωμένα αντίγραφα αυτών. Ο Υπουργός Ανάπτυξης εκδίδει την άδεια εγκατάστασης εντός τριάντα (30) ημερών από την παραλαβή των ανωτέρω εγγράφων. Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ.) Η έγκριση αυτή έχει δύο στάδια. Πρώτα εγκρίνεται η Προκαταρκτική Περιβαλλοντική Εκτίμηση και Αξιολόγηση (ΠΠΕΑ) και στη συνέχεια χορηγείται η έγκριση περιβαλλοντικών όρων (ΕΠΟ). Τα έργα αυτής της κατηγορίας υπάγονται στη λεγόμενη υποκατηγορία 2 της πρώτης κατηγορίας έργων (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 1002Β, ). Για τα έργα ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 93

95 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία αυτά ισχύουν τα εξής (ΚΥΑ Αριθ. Οικ , ΦΕΚ 663Β, & εγκύκλιος ΥΠΕΧΩΔΕ, Α.Π. Οικ , ): Η διαδικασία της κατηγορίας Α2 για την έγκριση της ΠΠΕΑ έχει ως εξής: 1. Ο ενδιαφερόμενος υποβάλλει αίτηση διενέργειας ΠΠΕΑ στη ΡΑΕ, η οποία τη διαβιβάζει στη Διεύθυνση Περιβάλλοντος-Χωροταξίας (ΔΙΠΕΧΩ) της οικείας Περιφέρειας. 2. Αν ο φάκελος δεν θεωρηθεί πλήρης από τη ΔΙΠΕΧΩ, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 20 ημερών. 5. Η θετική γνωμοδότηση ή αρνητική απόφαση επί της ΠΠΕΑ εκδίδεται από τον Γενικό Διευθυντή της ΔΙΠΕΧΩ της οικείας Περιφέρειας εντός 10 ημερών από την εισήγηση. Η διαδικασία της κατηγορίας Α2 για την έγκριση των περιβαλλοντικών όρων έχει ως εξής: 1. Υποβολή αίτησης στη Διεύθυνση Σχεδιασμού και Ανάπτυξης (ΔΙΣΑ) της οικείας Περιφέρειας η οποία τη διαβιβάζει στη ΔΙΠΕΧΩ. 2. Αν ο φάκελος (ο οποίος εν τω μεταξύ απαιτεί και πλήρη μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων) δεν θεωρηθεί πλήρης από τη ΔΙΠΕΧΩ, εντός 10 ημερών ζητά συμπληρωματικά στοιχεία. 3. Όταν ο φάκελος θεωρηθεί πλήρης, εντός 10 ημερών, η ΔΙΠΕΧΩ τον διαβιβάζει για γνωμοδότηση σε διάφορους φορείς. 4. Οι φορείς αυτοί πρέπει να γνωμοδοτήσουν εντός 40 ημερών. 5. Η θετική γνωμοδότηση ή αρνητική απόφαση επί της ΠΠΕΑ εκδίδεται από τον Γενικό Γραμματέα της οικείας Περιφέρειας εντός 10 ημερών από την εισήγηση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 94

96 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Άδεια λειτουργίας Η άδεια αυτή χορηγείται με απόφαση του οργάνου που είναι αρμόδιο για τη χορήγηση της άδειας εγκατάστασης, μετά από αίτηση του ενδιαφερομένου και έλεγχο, από τα αρμόδια όργανα, της τήρησης των τεχνικών όρων εγκατάστασης κατά τη δοκιμαστική λειτουργία του σταθμού, καθώς και έλεγχο, από το Κ.Α.Π.Ε., της διασφάλισης των αναγκαίων λειτουργικών και τεχνικών χαρακτηριστικών του εξοπλισμού του σταθμού. Η άδεια λειτουργίας εκδίδεται εντός αποκλειστικής προθεσμίας δεκαπέντε (15) ημερών από την ολοκλήρωση των ανωτέρω ελέγχων, εφόσον αυτοί αποβούν θετικοί. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 95

97 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία 3.11 Χωροθέτηση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων (ΦΕΚ 2464 Β'/ ) Ως περιοχές προτεραιότητας για τη χωροθέτηση εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας μπορεί ενδεικτικά να θεωρηθούν οι περιοχές που είναι άγονες ή δεν είναι υψηλής παραγωγικότητας και κατά προτίμηση αθέατες από πολυσύχναστους χώρους, και με δυνατότητες διασύνδεσης με το Δίκτυο ή το Σύστημα. Ειδικότερα για τα νησιά πλην Κρήτης και Εύβοιας είναι επιθυμητή η κατά προτεραιότητα χωροθέτηση μικρών εγκαταστάσεων. Ως ζώνες αποκλεισμού για τη χωροθέτηση εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας, δηλαδή ζώνες στις οποίες πρέπει να αποκλείεται η εγκατάστασή τους, ορίζονται οι εξής κατηγορίες περιοχών: Τα κηρυγμένα διατηρητέα μνημεία της παγκόσμιας πολιτιστικής κληρονομιάς και τα άλλα μνημεία μείζονος σημασίας. Οι περιοχές απολύτου προστασίας της φύσης και του τοπίου Οι πυρήνες των Εθνικών Δρυμών, τα κηρυγμένα μνημεία της φύσης και τα αισθητικά δάση Οι οικότοποι προτεραιότητας περιοχών της Επικράτειας που έχουν ενταχθεί στον κατάλογο των τόπων κοινοτικής σημασίας του δικτύου ΦΥΣΗ Τα δάση και οι γεωργικές γαίες υψηλής παραγωγικότητας 2. Άλλες περιοχές ή ζώνες που υπάγονται σήμερα σε ειδικό καθεστώς χρήσεων γης, βάσει του οποίου δεν επιτρέπεται η χωροθέτηση εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας και για όσο χρόνο ισχύουν. 3. Ειδικώς για την εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών Σταθμών σε πολυσύχναστους χώρους πρέπει, στο πλαίσιο της σχετικής περιβαλλοντικής αδειοδότησης, να καθορίζονται τα κατά περίπτωση κατάλληλα μέτρα για να μην υπάρχει οπτική όχληση. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 96

98 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Πλεονεκτήματα / Μειονεκτήματα Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν τα εξής πλεονεκτήματα: 1.Τεχνολογία φιλική στο περιβάλλον: δεν προκαλούνται ρύποι από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 2.Η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη ενεργειακή πηγή, διατίθεται παντού και δεν στοιχίζει απολύτως τίποτα 3.Με την κατάλληλη γεωγραφική κατανομή, κοντά στους αντίστοιχους καταναλωτές ενέργειας, τα Φ/Β συστήματα μπορούν να εγκατασταθούν χωρίς να απαιτείται ενίσχυση του δικτύου διανομής 4.Η λειτουργία του συστήματος είναι ολοσχερώς αθόρυβη 5.Έχουν σχεδόν μηδενικές απαιτήσεις συντήρησης 6.Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής: οι κατασκευαστές εγγυώνται τα «κρύσταλλα» για χρόνια λειτουργίας 7.Υπάρχει πάντα η δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης, ώστε να ανταποκρίνονται στις αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών 8.Μπορούν να εγκατασταθούν πάνω σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές, όπως είναι π.χ. η στέγη ενός σπιτιού ή η πρόσοψη ενός κτιρίου, 9.Διαθέτουν ευελιξία στις εφαρμογές: τα Φ/Β συστήματα λειτουργούν άριστα τόσο ως αυτόνομα συστήματα, όσο και ως αυτόνομα υβριδικά συστήματα όταν συνδυάζονται με άλλες πηγές ενέργειας (συμβατικές ή ανανεώσιμες) και συσσωρευτές για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας. Επιπλέον, ένα μεγάλο πλεονέκτημα του Φ/Β συστήματος είναι ότι μπορεί να διασυνδεθεί με το δίκτυο ηλεκτροδότησης (διασυνδεδεμένο σύστημα), καταργώντας με τον τρόπο αυτό την ανάγκη για εφεδρεία και δίνοντας επιπλέον τη δυνατότητα στον χρήστη να πωλήσει τυχόν πλεονάζουσα ενέργεια στον διαχειριστή του ηλεκτρικού δικτύου. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 97

99 Κεφάλαιο 3 Νομοθεσία Ως μειονέκτημα θα μπορούσε να καταλογίσει κανείς στα φωτοβολταϊκά συστήματα το κόστος τους, το οποίο, παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό. Μια γενική ενδεικτική τιμή είναι 4000 ευρώ ανά εγκατεστημένο κιλοβάτ (kw) ηλεκτρικής ισχύος. Λαμβάνοντας υπόψη ότι μια τυπική οικιακή κατανάλωση απαιτεί από 1,5 έως 3,5 κιλοβάτ, το κόστος της εγκατάστασης δεν είναι αμελητέο. Το ποσό αυτό, ωστόσο, μπορεί να αποσβεστεί σε περίπου 5-6 χρόνια και το Φ/Β σύστημα θα συνεχίσει να παράγει δωρεάν ενέργεια για τουλάχιστον άλλα 25χρόνια. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα είναι πολλά, και το ευρύ κοινό έχει αρχίσει να στρέφεται όλο και πιο πολύ στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στα φωτοβολταϊκά ειδικότερα, για την κάλυψη ή την συμπλήρωση των ενεργειακών του αναγκών. ΜΑΖΙ ΜΕ ΤΗΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΣΥΝΑΠΤΟΝΤΑΙ ΚΑΠΟΙΟΙ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΒΑΣΙΚΟΥΣ ΝΟΜΟΥΣ ΠΟΥ ΑΦΟΡΟΥΝ ΤΙΣ Α.Π.Ε ΚΑΙ ΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 98

100 Κεφάλαιο 4 Μελέτη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Μελέτη εγκατάστασης Φ/Β συστήματος 10 KW σε στέγη Η παρούσα μελέτη αφορά ένα διασυνδεμένο κτηριακό Φ/Β σύστημα υπο το καθεστώς του ανεξάρτητου παραγωγού. Πρόκειται ειδικότερα για εγκατάσταση Φ/Β συνολικής ισχύος 10 ΚW επί επαγγελματικής στέγης εμβαδού 250m 2 στο 3 χλμ. Αλεξ/πολης-Φερών του νομού Έβρου. Φωτογραφία από δορυφόρο του κτηρίου Θα χρησιμοποιηθούν Φ/Β πλαίσια της εταιρίας CONERGY του τύπου POWER PLUS 225P με τα τεχνικά χαρακτηριστικά που ακολουθούν σύμφωνα με τον κατασκευαστή. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 99

101 Κεφάλαιο 4 Μελέτη ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 100

102 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Η ισχύς αιχμής της Φ/Β εγκατάστασης είναι 10 KW επομένως ο αριθμός των πλαισίων που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι: N P P p p ,4 Ν: Αριθμός Φ/Β πλαισίων PpΠ : Ισχύς αιχμής Φ/Β πλαισίου PpΣ: Επιθυμητή ισχύς αιχμής Φ/Β συστοιχίας Προκύπτει ότι ο αριθμός των πλαισίων που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι 44. Έτσι η ισχύς αιχμής της Φ/Β εγκατάστασης θα είναι : P pσ = Ν P pπ = = 9,9 KW Οι παράλληλες στοιχειοσειρές που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι 2 με αριθμό πλαισίων 22 σε σειρά σε κάθε μια απ αυτές. Η μέγιστη τάση της κάθε στοιχειοσειράς θα είναι: V mαχ = Ν σ V oc = = 856 V V max : Μέγιστη τάση της κάθε στοιχειοσειράς Ν σ : Αριθμός Φ/Β πλαισίων σε σειρά V oc : Τάση ανοιχτού κυκλώματος αναγόμενη στην μικρότερη θερμοκρασία λειτουργίας Η μέγιστη τιμή ρεύματος στη κάθε στοιχειοσειράς θα είναι: I mσ = I SC 1.25 = = 10.3 A I SC : Ρεύμα βραχυκύκλωσης πλαισίου Βαθμός απόδοσης πλαισίου σε συνθήκες STC ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 101

103 Κεφάλαιο 4 Μελέτη n stc = P pπ P stc S π = = P stc : 1000W/m 2 ισχύς προσπίπτουσας ακτινοβολίας στις STC S π : Επιφάνεια πλαισίου Συντελεστής θερμοκρασίας σ θ = 1 [(t a + 30) 25] = 1 [( ) 25] = t a : Μέση ετήσια θερμοκρασία αέρα Βαθμός απόδοσης πλαισίου n π = n stc σ γ σ ρ σ θ σ δ = 0,139 0,9 0,9 0,921 0,99 = 0,103 σ γ : Συντελεστής γήρανσης σ ρ : Συντελεστής ρύπανσης για ελαφρά σκονισμένα πλαίσια σ δ : Συντελεστής απωλειών διόδου Ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια που παράγει η εγκατάσταση σε STC Ε max = E gl.eff. S ολ. n stc = ,8 0,139 = KWh E gl.eff. : Ετήσια προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στα πλαίσια S ολ. : Συνολική επιφάνεια των πλαισίων Λόγο ότι έχουμε τι εξής απώλειες: -4,7% λόγο επιπέδου ακτινοβολίας -8,0% λόγο θερμοκρασίας -1,6% λόγο τις ποιότητας πλαισίου -2,1% λόγο αναντιστοιχίας των πλαισίων -0,9% λόγο αντίστασης καλωδίων Απώλειες πλαισίων Απώλειες μετατροπέα -2,5% λόγο της λειτουργίας του -0,22% λόγο επιπέδου μεταξύ δράσης - μη δράσης Προκύπτει οτι η διαθέσιμη ενέργεια που διοχετεύεται στο δίκτυο θα είναι : KWh ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 102

104 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Θα χρησιμοποιήσουμε μετατροπέα της εταιρίας SMA και σύμφωνα με τα παραπάνω αποτελέσματα συγκεκριμένα τον Sunny Tripower10000 TL με τα εξής τεχνικά χαρακτηριστικά όπως δίνονται από τον κατασκευαστή. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 103

105 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Θα χρησιμοποιήσουμε βάσης της εταιρίας alfa energy system όπως φαίνεται. Οριζόντια διάταξη πλαισίων Κατακόρυφη διάταξη πλαισίων ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 104

106 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Η τοποθέτηση των πλαισίων θα γίνει σε 2 βάσεις εκ των οποίων η 1 η θα έχει τα πλαίσια οριζόντια διατεταγμένα ενώ η 2 η θα έχει τα πλαίσια κάθετα διατεταγμένα. Το πλάτος του κτιρίου μας είναι 11 m. Έτσι στην οριζόντια διάταξη μπορούν να τοποθετηθούν 6 στήλες από 4 πλαίσια η κάθε μία. Στην κάθετη διάταξη μπορούν να χρησιμοποιηθούν 10 στήλες των 2 πλαισίων η κάθε μία. Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των δύο γειτονικών διατάξεων υπολογίζετε από: ε = α + γ συνβ = 5,5m α = προκύπτει από τον λόγο α/υ που υπολογίζετε από το σχήμα 1 Η επικάλυψη του υψους της κατασκευής στήριξης υπολογίζετε: υ = γ ημβ δ = 1,66 m γ = μήκος Φ/Β πλαισίου σε m. β = 30 γωνία κλίσης Φ/Β πλαισίου δ = υψομετρική διαφορά ανάμεσα στα στηρίγματα δύο σειρών Φ/Β πλαισίων (δ = 0 για στήριξη στο ίδιο επίπεδο) σε m Σχήμα 1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 105

107 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Για την ελαχιστοποίηση φαινομένων σκίασης επιλέγεται η χωροθέτηση των βάσεων να γίνει σε απόσταση 6 m Β-Ν ενώ η γωνία κλίσης των βάσεων επιλέγεται να είναι 30ο λόγω του γεωγραφικού πλάτους της πόλης των Αλεξ/πολης και της βέλτιστης απόδοσης των πάνελ στην συγκεκριμένη κλίση καθόλη την διάρκεια του χρόνου. Καλωδίωση DC Για τη σύνδεση κάθε σειράς φωτοβολταϊκών στοιχείων με τον αντιστροφέα θα χρησιμοποιηθεί καλώδιο τύπου DC Olflex Solar 1x4mm2. Πρόκειται για εύκαμπτα καλώδια με μόνωση και μανδύα από ελαστικό υψηλής αντοχής. Ενδείκνυνται για χρήση σε ξηρούς, υγρούς ή βρεγμένους χώρους στο ύπαιθρο. Για την καλύτερη διάκριση των καλωδίων θα χρησιμοποιηθούν διαφορετικοί χρωματισμοί ανάλογα με την πολικότητα των ισχύων που μεταφέρουν. Συγκεκριμένα RED/BLACK για τον θετικό πόλο και BLACK/BLACK για τον αρνητικό. LAPP KABEL OLFLEX SOLAR XLR 4mm² Στα άκρα της κάθε στοιχειοσειράς θα υπάρχουν απολήξεις τύπου MC4 κατάλληλες για εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών συστημάτων. Η στήριξη των καλωδίων θα γίνει με δεματικά από πλαστικό υλικό για την αποφυγή επαγωγικών ρευμάτων. Οι προδιαγραφές του καλωδίου είναι οι εξής: Εύρος θερμοκρασίας από -40οC ως 120οC. Επιτρεπτή τάση λειτουργίας 2 KV DC. Αναμενόμενη διάρκεια ζωής >25 έτη. Ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία (UV protection). ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 106

108 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Δυνατότητα Εγκατάστασης τόσο σο εξωτερικούς χώρους όσο και εντός σωλήνων ή καναλιών. Μανδύας και μόνωση από μείγμα ελεύθερων αλογόνων με εξαιρετική αντοχή στη θερμοκρασία. Συνδετήρες MC4 Καλωδίωση ΑC Για την μεταφορά της ισχύος από τον αντιστροφέας προς τον κεντρικό πίνακα και προς το μετρητή της ΔΕΗ θα χρησιμοποιηθούν καλώδια τύπου H07RN-F διατομής 5x10mm2, διατηρώντας σε κάθε περίπτωση τις απώλειες από την μεταφορά της ενέργειας χαμηλότερα από το 1% της μεταφερόμενης ισχύος. CABLEL HO7RN-F 5x10mm² Τα καλώδια του συγκεκριμένου τύπου είναι ανθεκτικά σε όλες τις καιρικές συνθήκες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμα και μέσα σε νερό (γλυκό ή θαλασσινό). Είναι ανθεκτικά σε όζον, βραδύκαυστα και μπορούν να αντέξουν σε υψηλές μηχανικές καταπονήσεις. Ο εξωτερικός μανδύας είναι από λάστιχο χλωροπρενίου, εσωτερικά φέρουν μόνωση από λάστιχο ενώ ο αγωγός είναι λεπτοπολύκλωνος από χαλκό προσφέροντας έτσι ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 107

109 Κεφάλαιο 4 Μελέτη υψηλή αγωγιμότητα και ελαστικότητα. Η τάση λειτουργίας είναι Uo/U 450/750 V φασική και πολική αντίστοιχα, ενώ η περιοχή θερμοκρασίας από -30oC έως +60oC. Εγκατάσταση Οδεύσεων Για την όδευση των καλωδίων, θα τοποθετηθούν σωλήνες πλαστικοί επί της επιφάνειας του κτηρίου, τα οποία θα διατρέχουν στην εξωτερική πλευρά των βάσεων, συλλέγοντας τα καλώδια και οδεύοντας τα προς τον χώρο όπου θα είναι εγκατεστημένος ο αντιστροφέας. Οι σωλήνες θα είναι διαμέτρου Φ21 στηριγμένοι πάνω σε ειδικά στηρίγματα. Γείωση Προστασίας Σκοπός της γείωσης προστασίας είναι να μηδενιστεί η πιθανότητα να τεθεί υπό κατάσταση ηλεκτρικού δυναμικού οποιαδήποτε αγώγιμη επιφάνεια με την οποία δύναται να έρθει σε επαφή ο άνθρωπος. 5ημιουργώντας μια κατασκευή στην οποία όλες οι εκτεθειμένες στην ατμόσφαιρα επιφάνειες είναι συνδεδεμένες έμμεσα ή άμεσα με το σύστημα γείωσης απομακρύνουμε τον κίνδυνο ατυχήματος. Για τον λόγο αυτό όλες οι εκτεθειμένες στην ατμόσφαιρα κατασκευές οι οποίες είναι αγώγιμες θα συνδεθούν με απόληξη γείωσης. Τα πάνελ θα είναι και αυτά συνδεδεμένα από κατάλληλη οπή και μέσω αγωγού διατομής 1x2,5mm² (κιτρινοπράσινο) με τις μεταλλικές βάσεις. Πίνακες Για την ασφαλή και απρόσκοπτη λειτουργία της εγκατάστασης οι πίνακες θα περιέχουν από την πλευρά DC αντικεραυνική προστασία, ενώ στη πλευρά AC συστήματα επιτήρησης φάσης/ ασυμμετρίας/ τάσης, ρελαί διαρροής, κεντρικό διακόπτη απόζευξης, ασφάλειες και διατάξεις προστασίας από υπερτάσεις. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 108

110 Κεφάλαιο 4 Μελέτη Α/Α Εξάρτημα Περιγραφή 1 Φ/Β πάνελ 2 Βάσεις στήριξης 3 Καλώδια DC Καλώδια AC Μετατροπέας DC-AC (Inverter) Πίνακες DC&AC Eξαρτήματα σύνδεσης, στερέωσης, κλ.π. 7 Εργασία ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΟΣ ΠΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ CONERGY P.PLUS225P Μον. μετρ. Ποσοτ. Τιμή μοναδ. Αξία Τεμάχια ALFA ENERGY Τεμάχια LAPP KABEL OFLEX SOLAR CABLEL HO7RN-F SMA STP10000TL m m Τεμάχιο ABB Τεμάχιο Συνδετήρες ΜC4, βίδες, βύσματα, σπιράλ κλ.π. Μελέτη, μεταφορά, κατασκευή ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΤΙΜΗ: Η ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΤΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΣΗΣ ΘΑ ΓΙΝΕΙ ΣΕ 6 ΧΡΟΝΙΑ Τα ετήσια δεδομένα του ηλιακού δυναμικού λήφθηκαν από την παγκόσμια βάση δεδομένων εφαρμοσμένης κλιματολογίας METEONORM (έκδοση 1.105), προϊόν του ελβετικού οίκου METEOTEST καθώς επίσης και από την βάση δεδομένων της NASA. Με βάση τις κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής αλλά και του ειδικού λογισμικού PvSyst υπολογίστηκε ότι η ετήσια απολαβή από την παραγωγή ενέργειας θα είναι kwh. Παρακάτω δίνονται τα αποτελέσματα από την χρήση του λογισμικού PvSyst. ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 109

111 Κεφάλαιο 4 Μελέτη ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 110

112 Κεφάλαιο 4 Μελέτη ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 111

113 Κεφάλαιο 4 Μελέτη ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 112