Σχ.1. Α/Γ στην οροφή του Ε.Η.Μ.Ε

Transcript

1 Σχεδιασµός και κατασκευή υβριδικού ενεργειακού συστήµατος µικρής ισχύος αποτελούµενο από Ανεµογεννήτρια και Φωτοβολταϊκή πηγή για πειραµατικούς σκοπούς τελειόφοιτος φοιτητής Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πολυτεχνική Σχολή, Πανεπιστήµιο Πατρών Περίληψη Στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο σχεδιασµός και η κατασκευή ενός πειραµατικού υβριδικού συστήµατος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Πραγµατοποιήθηκαν µία σειρά από µετεωρολογικές µετρήσεις, όπως επίσης και µετρήσεις της παραγόµενης ισχύος για το κάθε υποσύστηµα ξεχωριστά. Στην εποχή µας όλο και περισσότερο γίνεται λόγος για τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας και για το ρόλο τον οποίο ευελπιστούµε να παίξουν αυτές στην παραγωγή ενέργειας στο µέλλον. Ειδικά, στην εποχή µας όπου έχουµε µείωση των ορυκτών καυσίµων και έξαρση φαινόµενων τα οποία σχετίζονται άµεσα µε την µόλυνση του πλανήτη αύξηση της µέσης θερµοκρασίας της γης, λιώσιµο πάγων, elninio κλπ, η σηµασία των Α.Π.Ε. γίνεται µεγαλύτερη. Για να γίνει εφικτή η παρακολούθηση του πειραµατικού συστήµατος παραγωγής ισχύος, κατασκευάστηκε ειδικό κύκλωµα που οδηγεί τα δεδοµένα σε έναν αποθηκευτή δεδοµένων (data logger) του εµπορίου, είτε αυτά προέρχονται από την Α/Γ είτε από τα Φ/Β. Επίσης, για την Α/Γ σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε αυτόνοµο σύστηµα ελέγχου, µε σκοπό να προστατεύεται σε περίπτωση ισχυρών ανεµών, αφού αποσυνδέσαµε το εργοστασιακό σύστηµα ελέγχου. Ακόµη κατασκευάστηκε ένας ωµικός καταναλωτής αποτελούµενος από µια συστοιχία από λαµπτήρες πυρακτώσεως, στην οποίοι οδηγούµε την ενέργεια που παράγεται από το σύστηµα µας. Το σύστηµα µας αποτελείται από µια Α/Γ kw (σχήµα ) και από Φ/Β πλαίσια απόδοσης Wp το κάθε ένα (συνολικής ισχύος 0 Wp ) (σχήµα ). Σχ.. Α/Γ στην οροφή του Ε.Η.Μ.Ε Σχ.. Φ/Βσυστοιχία στην οροφή του Ε.Η.Μ.Ε. Εισαγωγή Το υπό µελέτη υβριδικό σύστηµα αποθηκεύει την παραγόµενη ενέργεια σε συσσωρευτές µολύβδουασβεστίουοξέος, συνδεδεµένους σε σειρά συνολικής τάσης V. Η κάθε πηγή παραγωγής ενέργειας (Α/Γ,Φ/Β) συνδέεται µε τους συσσωρευτές µέσω ρυθµιστών φόρτισης µπαταριών (σχήµα ).

2 Σχ.. Σχηµατική παράσταση του ολικού υβριδικού συστήµατος Για τους πειραµατικούς σκοπούς, αποσυνδέσαµε τους ρυθµιστές φόρτισης, διότι χωρίς να υπάρχει χωρητικότητα στα άκρα τους δεν λειτουργούν. Το παραγόµενο φορτίο το οδηγήσαµε σε µια συστοιχία λαµπτήρων πυρακτώσεως. Ανάλογα µε το ποιά πηγή έχουµε υπό διερεύνηση, επιλέγουµε µέσω του επιλεκτικού διακόπτη (σχήµα ) το µέγεθος του φορτίου που θα οδηγήσουµε την παραγόµενη ενέργεια. Στα Φ/Β χρησιµοποιούµε λαµπτήρες 0 W (σχήµα ), ενώ στην Α/Γ λαµπτήρες ισχύος W (σχήµα ). Σχ.. Φορτίο Α/Γ σε λειτουργία Μετρώντας και αποθηκεύοντας την τάση και το ρεύµα, όπως επίσης την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέµου ανά τακτά χρονικά διαστήµατα, µπορούµε να εξάγουµε τα συµπεράσµατα για το κάθε σύστηµα στα ακόλουθα µεγέθη: Ανεµογεννήτρια:. Καµπύλη ισχύος Ανάλογα µε την ταχύτητα του ανέµου,. µέση αποδιδόµενη ενέργεια από µια Α/Γ στη διάρκεια ενός έτους,. πόσες µέρες ανά έτος έχουµε παραγωγή ενέργειας,. πόση ενέργεια παράγει µια Α/Γ σε µια µέρα,. αν µπορεί να λειτουργήσει ταυτόχρονα το υβριδικό µας σύστηµα,. ανεµολογικά δεδοµένα περιοχής. Φωτοβολταϊκή συστοιχία: Σχ.. Επιλογικός διακόπτης φορτιού Σχ.. Φορτίο Φ/Β σε λειτουργία. Μέση αποδιδόµενη ενέργεια από µια Φ/Β συστοιχία στη διάρκεια ενός έτους,. στιγµιαία παραγωγή ισχύος της Φ/Βσυστοιχίας,. µελέτη και σύγκριση παραγωγής ενέργειας, σε ηµέρες µε συννεφιά και σε ηλιόλουστες ηµέρα. Το βασικότερο ερώτηµα που τίθεται και καταβάλλεται προσπάθεια να απαντηθεί στην παρούσα εργασία, είναι η εξακρίβωση µε πειραµατικά αποτελέσµατα κατά πόσο ένα µικρό υβριδικό σύστηµα αποτελούµενο από Α/Γ και Φ/Β µπορεί να λειτουργήσει αυτόνοµα σε µια κατοικία, ή αν µπορεί να δίνει την ενέργειά του στο δίκτυο. Στην συνέχεια γίνεται περιγραφή της δοµής του πειραµατικού συστήµατος και κατόπιν παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα.. Βασικά τεχνικά στοιχεία για την υβριδική εγκατάσταση Το πειραµατικό υβριδικό σύστηµα αποτελείται από τα ακόλουθα τµήµατα:

3 Στοιχεία ανεµογεννήτριας: Πίνακας Στοιχεία Α/Γ σύµφωνα µε το τεχνικό φυλλάδιο του κατασκευαστή ( Whisper 00 ) Μέγιστη ισχύς εξόδου 000 W Ελάχιστη ταχύτητα 00 rpm περιστροφής Ταχύτητα έναρξης. m/sec περιστροφής Μέγιστη ταχύτητα 00 rpm περιστροφής Βέλτιστη ταχύτητα.m/sec ώστε να έχω µέγιστη ισχύ εξόδου Γωνιά πτερυγίου deg Πτερύγια ενισχυµένων ανθρακονηµάτων Προστασία έναντι Patented sidefurling υπερβολικής ταχύτητας ιάµετρος δροµέα. m Ταχύτητα επιβίωσης m/sec Η γεννήτρια είναι τριφασική σύγχρονη µηχανή, µόνιµου µαγνήτη, µε το τύλιγµα του στάτη σε συνδεσµολογία τριγώνου. Επίσης, πρέπει να αναφέρουµε ότι η Α/Γ έχει ως µέθοδο προστασίας από δυνατούς ανέµους τη µέθοδο stall (σχήµα )και η πέδη επιτυγχάνεται όταν βραχυκυκλώσουµε τα άκρα της τριφασικής εξόδου (σχήµα ). Στοιχεία φωτοβολταϊκής συστοιχίας: Το Φ/Β πλαίσιο αποτελείται από κύτταρα µονοκρυσταλλικού πυριτίου. Πίνακας Στοιχεία Φ/Βπλαισίου σύµφωνα µε το τεχνικό φυλλάδιο του κατασκευαστή (ShellSolar PowerMax ultra P). Μέγιστη ισχύς Pmpp W Απόδοση πλαισίου n. % Μέγιστη τάση Vmpp. V λειτουργίας Μέγιστο ρεύµα Impp. Α λειτουργίας Τάση Voc. V ανοιχτοκυκλώµατος Ρεύµα βραχυκύκλωσης Isc. A Ελάχιστη αποδεκτή Pmpp min 0. µέγιστη ισχύς W Μέγιστο ρεύµα σειριακής Ifuse 0 A σύνδεσης Τα παραπάνω τεχνικά χαρακτηριστικά ισχύουν για C, κάθετη ακτινοβολία και 000 W / m. Για τη στήριξη των φωτοβολταϊκών πλαισίων κατασκευάστηκε µια µεταλλική βάση, η οποία έχει ρυθµιστικά µπουλόνια, που αλλάζοντας τους τη θέση µπορούµε να αλλάζουµε την οριζόντια κλήση των ΦΒ πλαισίων, αναλόγως µε την εποχή ακολουθώντας τη µέθοδο στήριξης µε αλλαγή γωνίας κλήσης οριζόντιου άξονα. Οι τυπικές θέσεις του συλλέκτη είναι δύο: Για το θερινό εξάµηνο ( Μαρτίου Σεπτεµβρίου), µε κλίση ίση µε β= {φ (0 εως )}, (για την Πάτρα που βρίσκεται στις. γεωγραφικό πλάτος ισχύει.. ). Για το χειµερινό εξάµηνο ( Σεπτεµβρίου Μαρτίου), µε κλίση ίση µε β= {φ (0 εως )}, (Πάτρα.. ). Σχ.. Μέθοδος προστασίας «stall» Σχ. Σχηµατικό διάγραµµα χειροκινήτου διακόπτη βραχυκυκλώσεωςπέδησης Α/Γ Σχ.. Μεταλλική βάση των ΦΒπλαισίων µε το µηχανισµό αλλαγής κλήσης επί της στέγης του Ε.Η.Μ.Ε.

4 JP VOLTAGE JP JP S/S CURRENT R 0K V R K CT LAH V M V V R 00R VDC VDC VDC VDC UA LMA UB LMA F 00mA F 00mA D NA.W R R D NA I.W R R JP S/S. Μετρητική διάταξη κατασκευές Για την καταχώρηση και αποθήκευση των δεδοµένων που αφορούν τα διάφορα φυσικά µεγέθη, αποκτήθηκε από το Εργαστήριο ένας αποθηκευτής δεδοµένων (data logger), ο οποίος εκτός από τις παλµικές εισόδους διαθέτει και αναλογικές εισόδους, από τις οποίες εκµεταλλευθήκαµε τις δυο, για να αποθηκεύσουµε τα δεδοµένα τάσης και ρεύµατος για τα δύο συστήµατα. Το θετικό αποτέλεσµα µε τη χρήση του data logger είναι, ότι µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε µαθηµατικές παραστάσεις έτσι, ώστε να αποθηκεύεται η πραγµατική τιµή της εισόδου και όχι η υποπολλαπλασιασµένη τιµή που φτάνει στην είσοδο του. Εδώ πρέπει να αναφέρουµε ότι ο data logger δέχεται ως είσοδο συνεχή τάση από 0V. Επίσης εκµεταλλευθήκαµε τις επιπλέον παλµικές εισόδους για να µπορέσουµε να δηµιουργήσουµε ένα µικρό µετεωρολογικό σταθµό, ο οποίος καταγράφει ταχύτητα ανέµου κατεύθυνση ανέµου, θερµοκρασία και την υγρασία. Λόγω του ότι η αποθηκευτική συσκευή δέχεται συνεχή τάση από 0 V και επειδή θέλαµε µε το ίδιο κύκλωµα να κάνουµε εισαγωγή δεδοµένων στο data logger, έπρεπε να καταφέρουµε να έχουν οι δυο πηγές παρόµοιες σε ό,τι αφορά τη µέγιστη τάση και το µέγιστο ρεύµα.. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιήσαµε µια µη ελεγχόµενη ανορθωτική τριφασική γέφυρα (σχήµα 0). JP VOLTAGE R 0K R K Σχ.. Κύκλωµα υποβιβασµού συνεχούς τάσεως VDC VDC UB LMA F 00mA A C D NA I.W Ως µέτρο προστασίας για τον data logger, χρησιµοποιήθηκε µια δίοδο zener των, V. Η σηµασία της είναι καθοριστική, διότι σε περίπτωση που η τάση εξόδου, που προέρχεται από τον ακόλουθο τάσης, αυξηθεί για οποιαδήποτε λόγο περισσότερο από, V, τότε η δίοδος αυτή θα αρχίσει να άγει και στο µετρητικό µας θα φτάνει µόνο η πτώση τάσης που υπάρχει στην δίοδο zener. Επίσης, χρησιµοποιήθηκε και µια ασφάλεια 00 ma σε συνδυασµό µε µια αντίσταση Ω έτσι ώστε αν ξεπεράσουµε το όριο των V, να καεί η ασφάλεια πριν ξεπεράσουµε τα V. Με αυτούς του τρόπους εκτιµούµε ότι δεν θα υπάρχει κίνδυνος καταστροφής του data logger. Για τη µέτρηση του ρεύµατος χρησιµοποιήσαµε το µετρητικό ρεύµατος LAH σε συνδεσµολογία τέτοια, ώστε να µπορεί να µετρά Α. Το ρεύµα από την Α/Γ δεν ξεπερνά τα Α σε συνεχή λειτουργία, ενώ το αντίστοιχο ρεύµα στα Φ/Β είναι Α. Το µετρητικό αυτό µπορεί να δίνει ως έξοδο ένα σήµα ρεύµατος ανάλογο προς το ρεύµα εισόδου, όµως 000 φορές πιο µικρό. Στην έξοδό του οδηγούµε το ρεύµα αυτό πάνω σε µια αντίσταση, η οποία πρέπει να εµπίπτει στα επιτρεπτά όρια (σχήµα ). Εµείς επιλέξαµε να χρησιµοποιήσουµε αντίσταση 00 Ω, έτσι ο πολλαπλασιαστής που χρειάζεται να εφαρµόσουµε στο µαθηµατικό τύπο στη συσκευή αποθήκευσης είναι,. R R Σχ.0. Ανορθωτική τριφασική γέφυρα Στα άκρα της Α/Γ και ως µέγιστη τάση καθορίσαµε τα 00 V, στη συνέχεια συνδέσαµε τα τέσσερα Φ/Β σε σειρά ώστε να έχουµε µέγιστη τάση λειτουργίας,v (σχήµα ). V V JP CT LAH CURRENT VDC M R 00R Σχ.. Κύκλωµα µέτρησης ρεύµατος UA LMA F 00mA A C D NA.W R R Σχ.. Συνδεσµολογία Φ/Β A C Για να καταφέρουµε να έχουµε µέγιστη τάση εισαγωγής V, κατασκευάσαµε ένα διαιρέτη τάσης, τέτοιο ώστε, όταν η τάση εισόδου είναι 00 V να έχουµε τάση εξόδου (τάση εισόδου data logger) V (σχήµα ). A C Σχ.. Κυκλωµατικό διάγραµµα ολόκληρου του κυκλώµατος το οποίο εισάγει τα δεδοµένα του ρεύµατος και της τάσης στη συσκευή µετρήσεων

5 Σχ.. Πλακέτα κυκλώµατος το οποίο εισάγει τα δεδοµένα του ρεύµατος και της τάσης στη συσκευή αποθήκευσης δεδοµένων Για να µπορέσουµε να πραγµατοποιήσουµε τις µετρήσεις στην Α/Γ, αφού την αποµακρύναµε από το εργοστασιακό σύστηµα ελέγχου, αναγκαστικά έπρεπε να δηµιουργήσουµε το δικό µας σύστηµα ελέγχου. Επίσης σχεδιάστηκε και ένα σύστηµα σύνδεσηςαποσύνδεσης φορτίου, ώστε να αποφεύγουµε τις ροπές αδράνειας του φορτιού κατά την εκκίνηση της Α/Γ. Για να πραγµατοποιήσουµε τον έλεγχο στροφών, επιλέξαµε να ελέγχουµε την εναλλασσόµενη τάση στα άκρα δυο φάσεων της Α/Γ (πολική) σε συνδυασµό µε το ρεύµα βραχυκύκλωσης κατά την διάρκεια που φρενάρει η Α/Γ. Την τάση την περνάµε από ένα µετασχηµατιστή και την υποβιβάζουµε στο /0 της αρχικής και µετά την ανορθώνουµε σε µια ανορθωτική γέφυρα. Αφού την συγκρίνουµε µε µια τάση ελέγχου, µε τη βοήθεια του τελεστικού ενισχυτή lm δηµιουργείται ένα καινούριο σήµα, το οποίο οδηγείται σε µια πύλη NOR. Το σήµα από το ρεύµα βραχυκυκλωσης χρειάζεται για να ξέρουµε αν έχει µειωθεί ο αριθµός στροφών της Α/Γ και λαµβάνεται από ένα µετρητικό ρεύµατος LAH0. Ο λόγος που χρησιµοποιήθηκε το LAH0 είναι ότι κατά τη µεταβατική κατάσταση, δηλαδή τη στιγµή που γίνεται το βραχυκύκλωµα, µετρήθηκαν στιγµιαία µεταβατικά ρεύµατα της τάξεως των 0 Α, ενώ στο µόνιµο βραχυκύκλωµα µετρήθηκαν ρεύµατα µέχρι και 0 Α. Το µετρητικό LAH0 λειτουργεί φυσιολογικά µέχρι και 0 Α, αλλά στιγµιαία µπορεί να µετρήσει µέχρι και 0 Α, έτσι ικανοποιούσε τις προδιαγραφές. Μετά το µετρητικό ρεύµατος τοποθετήθηκε µια αντίσταση, για να µετατρέπεται το σήµα έντασης σε σήµα τάσης όπως και στο LAH. Στη συνέχεια τοποθετήθηκε µια δίοδος έτσι, ώστε να έχουµε ηµιανόρθωση του σήµατος τάσης που λαµβάνεται από το µετρητικό ρεύµατος. Αφού το ρεύµα βραχυκύκλωσης είναι εναλλασσόµενο έτσι και το σήµα εξόδου του µετρητικού είναι εναλλασσόµενο. Ακολούθως, συγκρίνεται το σήµα από το µετρητικό ρεύµατος µε µια τάση ελέγχου µέσω του τελεστικού ενισχυτή lm και δηµιουργείται ένα καινούριο σήµα το οποίο οδηγείται σε µια πύλη NOR. Μετά τη πύλη NOR οδηγούµε το σήµα της σε ένα τριφασικό ρελέ. Αν τότε ξεπεραστούν τα όρια που θέτουµε για πέδηση της Α/Γ, τότε το ρελέ βραχυκυκλώνει και η Α/Γ φρενάρει. Σχ.. Κυκλωµατικό διάγραµµα διάταξης η οποία ελέγχει την ταχύτητα περιστροφής της Α/Γ Σε περίπτωση που συµβεί σφάλµα και καταστραφεί µέρος η όλο το κύκλωµα ελέγχου, ή στην περίπτωση που η ηλεκτρική παροχή διακοπεί στα κυκλώµατα τροφοδοσίας, τότε έχω αυτόµατα φρενάρισµα της Α/Γ. Για το κύκλωµα σύνδεσηςαποσύνδεσης χρησιµοποιήθηκε το συνεχές µέρος της παραγόµενης τάσης (µετά την ανορθωτική διάταξη), το οποίο υποβιβάζουµε µε ένα διαιρέτη τάσης. Μετά τον υποβιβασµό το σήµα οδηγείται σε ένα τελεστικό ενισχυτή, όπου γίνεται σύγκρισή του µε µια τάση αναφοράς. Ξεπερνώντας την τάση αναφοράς κλείνει ένα βοηθητικό ρελέ τύπου ( Normally Closed) το οποίο µε την σειρά του οδηγεί ένα άλλο κύριο ρελέ. Αν σε κάποια περίπτωση έχουµε απώλεια τροφοδοσίας, τότε το φορτίο εµπλέκεται µόνιµα στην Α/Γ, επενεργώντας έµµεσα ως φρένο (δράση αντίδραση). JP PS VDC LOAD ONOFF CONTROLER JP DC LOAD VDC VOLTAGE GENERATOR SPEED LIMITTER T CURRENT GENERATOR SPEED LIMITTER JP JP AC LOAD CURRENT V R 0K 0/XVAC CT R K LAH 0 V D M W0M V D N000 C V 0uF R 0R R D 00R N000 D N000 00uF C C R0 00uF 00R C 00uF R 0K R M R M VDC R 0K VDC R 0K VDC UA VDC LMA UA LMA VDC GND VDC VCC UA UB LMA 00/FP VDD VSS VDC <OrgName> <OrgAddr> <OrgAddr> <OrgAddr> <OrgAddr> Title TITLE Σχ.. Κυκλωµατικό διάγραµµα ολόκληρου του συστήµατος ελέγχου, το οποίο περιλαµβάνει το κύκλωµα ελέγχου στροφών και το κύκλωµα εµπλοκής απεµπλοκής της Α/Γ από το φορτίο UB LMA UA ULN00A UB ULN00A UE ULN00A UF ULN00A UG ULN00A 0 LOAD RELAY JP SHORT RELAY Size Document Number Rev A PAGE A Date: Sunday, October, 00 Sheet of

6 Σχ.. Πλακέτα ολικού κυκλώµατος ελέγχου της Α/Γ. Πειραµατικά αποτελέσµατα Κύριος στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η διεξαγωγή διαφόρων µετρήσεων, όσο το δυνατόν µεγαλύτερης χρονικής διάρκειας, για το κάθε σύστηµα ξεχωριστά. Το πρώτο πείραµα που διεξάχθηκε ήταν για τον προσδιορισµό των καµπύλων φορτίσεως για τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τα οποία αποκτήθηκαν από το Εργαστήριο. Ρεύµα σε (Α) Τάση σε (V) Σχ.. Σχέση ρεύµατος τάσης ενός ΦΒπλαισίου (//0 :0) Στο προηγούµενο διάγραµµα παρατηρούµε τη γραφική παράσταση του ρεύµατος ενός Φ/Βπλαισίου, ως προς την τάση, µεταβάλλοντας ένα ωµικό φορτίο στα άκρα εξόδου της φωτοβολταϊκής πηγής. Ισχύς σε (W) Τάση σε (V) Σχ.0 Σχέση ισχύος τάσης ενός ΦΒπλαισίου (//0 :0) ισχύος, το οποίο συµπίπτει και µε το σηµείο γονάτου από την γραφική παράσταση του σχήµατος. Το δεύτερο πείραµα ήταν η απόκτηση της καµπύλης φόρτισης σε σχέση µε την ταχύτητα του ανέµου για την Α/Γ. Επειδή σε ένα πειραµατικό σύστηµα ενδέχεται να υπάρξουν σφάλµατα µε καταστρεπτικές συνέπειες, για το λόγο αυτό κατά την διεξαγωγή των πειραµάτων έπρεπε να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή σε ό,τι αφορά την αξιόπιστη λειτουργία του συστήµατος για την αποφυγή βλαβών, έτσι, για να αποκτήσουµε αποτελέσµατα από την Α/Γ, έπρεπε να υπάρχει η παρουσία ανθρώπου κοντά στο σύστηµα κατά τη διάρκεια των µετρήσεων για λόγους ασφαλείας, ώστε να επέµβει σε περίπτωση που παρουσιαστεί σφάλµα. Οι µετρήσεις οι οποίες λήφθηκαν, ήταν σε χρονικό διάστηµα 0 ηµερών. Παραγόµενη στιγµιαία ισχύς [W] ΣΤΙΓΜΙΑΙΑ.... Ισχύς ως προς την ταχύτητα του ανέµου Ταχύτητα ανέµου [m/sec] Σχ.. Ισχύς ως συνάρτηση της ταχύτητα του ανέµου στην υπό διερεύνηση Α/Γ Στη προηγούµενη γραφική παράσταση παρουσιάζεται η αποδιδόµενη στιγµιαία ισχύς σε σχέση µε την ταχύτητα του ανέµου. Το σύστηµα ελέγχου της Α/Γ για λόγους ασφαλείας ρυθµίστηκε να διακόπτει την λειτουργία της σε ταχύτητες ανέµου µεγαλύτερες των m/sec. Η µέγιστη παραγόµενη στιγµιαία ισχύς παρατηρήθηκε για ταχύτητα ανέµου, m/sec και ήταν W. Στη συνέχεια, αφήσαµε το σύστηµα να λειτουργεί και να καταγράφει µετρήσεις για την ταχύτητα του ανέµου για τη διάρκεια ενός µήνα έτσι, ώστε να καταγράψουµε τα ανεµολογικά δεδοµένα της περιοχής του Πανεπιστηµίου Πατρών. Λόγω του φόβου για την εµφάνιση σφάλµατος στο σύστηµα ελέγχου της Α/Γ δεν αφήσαµε την Α/Γ να λειτουργεί συνέχεια, αλλά µόνο όταν υπήρχε κάποιος κοντά της. Εδώ κρίνεται σωστό να τονίσουµε ότι η διάταξη ελέγχου της Α/Γ, που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, τέθηκε σε λειτουργία σε ηµέρες µε πολύ ισχυρούς ανέµους και λειτούργησε µε απόλυτη επιτυχία. Τα γραφήµατα που ακολουθούν έγιναν µε τη βοήθεια του προγράµµατος excel..... ΙΣΧΥΣ Στο προηγούµενο διάγραµµα παρατηρούµε τη γραφική παράσταση της ισχύος ως προς την τάση ενός Φ/Βπλαισίου, ενώ φαίνεται ξεκάθαρα το σηµείο µέγιστης

7 Ταχύτητα ανέµου [m/sec] Ταχύτητα ανέµου [m/sec] ::00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0:00:00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 ::00 :0:00 ::00 Σχ.. Το γράφηµα παρουσιάζει την στιγµιαία ταχύτητα του ανέµου σε σχέση µε την ώρα της µέρας για τις (..0) ::00 0:0:00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0:0:00 0:0:00 ::00 0::00 0::00 ::00 :0:00 ::00 Σχ.. Το γράφηµα παρουσιάζει την στιγµιαία ταχύτητα του ανέµου σε σχέση µε την ώρα της µέρας (..0) Στα δυο προηγούµενα γραφήµατα παρατηρούµε την ταχύτητα του ανέµου σε σχέση µε τη χρονική στιγµή της κάθε ηµέρας. Κρίθηκε σκόπιµο να παραθέσουµε τις µετρήσεις που λήφθηκαν κατά τη διάρκεια δυο συνεχόµενων ηµερών, ώστε να υπάρχει κάποια συνέχεια στις παρατηρήσεις µας. ::00 ::00 ::00 :0:00 :0:00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 0:0:00 0::00 0::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 Παραγόµενη ισχύς [W] ::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 Σχ.. Παραγωγή ισχύος στις /0/0 από ΦΒσύστηµα σε ηλιόλουστη µέρα Παρατηρούµε ότι στις /0/0, όπου είχαµε µεγάλη ηλιοφάνεια, είχαµε ολική παραγωγή ενέργειας. Wh, ενώ η µέγιστη στιγµιαία ισχύς ήταν 0. W. Παραγόµενη ισχύς (W) 0 0 0:0:00 0:0:00 0:0:00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 :0:00 ::00 Σχ.. Παραγωγή ισχύος στις /0/0 από ΦΒσύστηµα µέρα µε µικρή νέφωση Παρατηρούµε ότι στις /0/0, όπου παρατηρήθηκε µικρή νέφωση, είχαµε ολική παραγωγή ενέργειας. Wh, ενώ η µέγιστη στιγµιαία ισχύς ήταν 0. W. ::00 ::00 ::00 :0:00 :0:00 :0:00 :0:00 :0:00 ::00 0:0:00 :0:00 :0:00 ::00 ::00 0::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 ::00 Ταχύτητα ανέµου [m/sec] ::0 :: ::0 :: ::0 :: ::0 :: Ώρα της µέρας ::0 :: ::0 :: Σχ.. Το γράφηµα παρουσιάζει την στιγµιαία ταχύτητα του ανέµου σε ένα πολύ µικρό χρονικό διάστηµα λεπτών, ανά sec (..0) Στη συνέχεια επί ένα µήνα τέθηκε σε λειτουργία το Φ/Βσύστηµα και από τις µετρήσεις προέκυψαν τα ακόλουθα γραφήµατα: Παραγόµενη ισχύς (W) 0 0 0:0:00 0::00 0::00 0:0:00 0:0:00 0::00 0::00 0:00:00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 Σχ.. Παραγωγή ισχύος στις 0/0/0 από ΦΒσύστηµα πολύ συννεφιασµένη µέρα Παρατηρούµε ότι στις 0/0/0, όπου είχαµε µεγάλη νέφωση, είχαµε ολική παραγωγή ενέργειας µόνο 0. Wh, ενώ η µέγιστη στιγµιαία ισχύς ήταν. W. ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 0::00 0::00 :0:00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 Παραγόµενη ισχύς (W) 0 0:0:00 0:0:00 0:0:00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 0::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 ::00 0::00 ::00 ::00 ::00 Σχ.. Παραγωγή ισχύος //0 από ΦΒσύστηµα µέρα µε πολύ µεγάλη νέφωση

8 Παρατηρούµε ότι στις //0, όπου είχαµε πολύ µεγάλη νέφωση, η ολική παραγωγή ενέργειας περιορίστηκε µόνο στις. Wh, ενώ η µέγιστη στιγµιαία ισχύς ήταν. W.. Συµπεράσµατα Τονίζουµε ότι ευχής έργο θα ήταν να µπορούσαµε να έχουµε σε συνεχή λειτουργία το σύστηµα καταγραφής δεδοµένων το λιγότερο για τη διάρκεια ενός έτους,ώστε να αποκτηθούν αξιόπιστα στοιχεία για το αιολικό δυναµικό και την ποσότητα ενέργειας που µπορεί να αποκτηθεί µέσω του πειραµατικού υβριδικού συστήµατος. Από τις µετρήσεις που λάβαµε προέκυψαν τα ακόλουθα συµπεράσµατα:. Έχουµε µεγάλη και αξιόπιστη παραγωγή ενέργειας από το Φ/Βσύστηµα, ακόµη και στην περίπτωση που επικρατεί µικρή συννεφιά.. Το ανεµολογικό αποτύπωµα της περιοχής του Πανεπιστηµίου Πατρών είναι αρκετά καλό για να στηρίξει τη λειτουργία µιας µικρού µεγέθους Α/Γ.. Από τα σχήµατα και 0 παρατηρούµε ότι εκµετάλλευση της αιολικής και της ηλιακή ενέργειας µπορεί να οδηγήσει στη δηµιουργία ενός υβριδικού συστήµατος σε περιοχές κοντά στην περιοχή του Πανεπιστηµίου Πατρών. Οι δυο πηγές αλληλοσυµπληρώνονται, όπως φαίνεται και από τα γραφήµατα των σχηµάτων και 0. Οι γραφικές παραστάσεις που ακολουθούν στα σχήµατα και 0, αναφέρονται στα ανεµολογικά στοιχεία και την ηλιακή παραγωγή ενέργειας στις //0 για την υπό διερεύνηση περιοχή του Πανεπιστηµίου Πατρών. Στιγµιαία ταχύτητα ανέµου [m/sec] ::00 0:0:00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0:0:00 Γiακουµή Ιάκωβος 0:0:00 0::00 0::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 Χρόνος σε µια µέρα Σχ.. Ταχύτητα ανέµου ως προς τον χρόνο Παραγόµενη ισχύς (W) 0 00::00 0::00 0:0:00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 0::00 0::00 0:0:00 0::00 ::00 ::00 ::00 Σχ.0. Ολική παραγωγή ενέργειας 0. Wh (Μέγιστη στιγµιαία ισχύς.w) ::00 :0:00 :0:00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 ::00 :00:00 ::00 ::00 ::00 ::00 0::00 0::00 ::00 :0:00 ::00 ::00 ::00 ::00 :0:00 ::00. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας µελετήθηκε επίσης η σκοπιµότητα επένδυσης και η απόδοση του επενδυόµενου κεφαλαίου σε ένα Φ/Βσταθµό συνολικής ισχύος 00 kw. Τα οικονοµοτεχνικά στοιχεία για το Φ/Βσταθµό που χρησιµοποιήθηκαν, λήφθηκαν από την ιστοσελίδα του Σ.Ε.Φ., ενώ για την απόδοση του κεφαλαίου σε µια τράπεζα κατασκευάσθηκαν µοντέλα στον υπολογιστή. Χρησιµοποιώντας τα προηγούµενα τεχνοοικονοµικά στοιχεία καταλήξαµε στο συµπέρασµα, ότι επενδύοντας σήµερα σε ένα Φ/Βσταθµό µε την υπάρχουσα νοµοθεσία είναι καλύτερα από την κατάθεση σε µια τράπεζα µε επιτόκιο %, γιατί υπολογίζεται ότι θα υπάρξει κέρδος στο τέλος της 0ετια 00,000 ευρώ περισσότερα από ό,τι αν το ίδιο κεφάλαιο κατατεθεί σε µια τράπεζα µε επιτόκιο %.. Βιβλιογραφία [] Θ. Ζαχαρίας: ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ I ΚΑΙ II Εκδόσεις Πανεπιστήµιου Πατρών, 00, Πάτρα []T. Markvart : ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΑΠΟ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εκδόσεις Ιών, 00, Αθήνα []Β. Μαλαµης : Αυτόνοµες Εφαρµογές Ηλιακής Ενέργειας Μικρού & Μεσαίου Μεγέθους Εκδόσεις Ιών,, Αθήνα [] Α. Σ. Αλεξακης : ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ εκδόσεις Μ. Σιδέρης, 00, Αθήνα []Γ. Μπεργελές: ΑΝΕΜΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εκδόσεις Συµεών, 00, Αθήνα [] Internet http: p:// p:// []Ι. Καλδέλης: ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκδόσεις Α. Σταµούλης, 00, Αθήνα []Ι. Ε. Φραγκιαδάκης: ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εκδόσεις Ζήτη, 00, Θεσσαλονίκη []Α. Σαφάκας: ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Ι,ΙΙ Εκδόσεις Πανεπιστήµιου Πατρών, 00, Πάτρα [0]Α. Σαφάκας: ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΙΝΗΤΗΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εκδόσεις Πανεπιστήµιου Πατρών 00, Πάτρα []Α. Σαφάκας: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ Εκδόσεις Πανεπιστήµιου Πατρών, 00, Πάτρα Σηµείωση: Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας (Ε.Η.Μ.Ε.) του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών στα πλαίσια του θεσµού της διπλωµατικής εργασίας. Ο συγγραφέας ευχαριστεί τον ιευθυντή του Εργαστηρίου Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, Καθηγητή κ. Αθανάσιο Σαφάκα για την ανάθεση του θέµατος και την επίβλεψη της διπλωµατικής εργασίας. Επίσης ευχαριστώ τον Λέκτορα κ. Ε. Μητρονίκα για τις πολύτιµες συµβουλές του.