Γενικές Πληροφορίες για τα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα

Transcript

1 Γενικές Πληροφορίες για τα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα Business Unit: CON No of Pages: 6 Authors: AR Use: External Info Date: 01/03/2007 Τηλ.: , Fax: info@abele.gr -

2 Title: Γενικές Πληροφορίες για τα Φ/Β Συστήµατα No of Pages: 2 of 6 Γενικές Πληροφορίες για τα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα 1. Τι είναι τα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα Τα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα (Φ/Β) είναι συστήµατα τα οποία εκµεταλλεύονται την ηλιακή ενέργεια µετατρέποντας την σε ηλεκτρική. Η λειτουργία των Φ/Β Συστηµάτων βασίζεται στο Φωτοβολταϊκό φαινόµενο, δηλαδή την άµεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας από την ηλιακή ακτινοβολία (φως). Η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται µε τη χρήση υλικών (ηµιαγώγιµων) τα οποία διαθέτουν την ιδιότητα να απορροφούν φωτόνια του ηλιακού φωτός απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια (φωτοηλεκτρικό φαινόµενο). Η ροή των ελεύθερων αυτών ηλεκτρονίων συνεπάγεται τη δηµιουργία ηλεκτρικού ρεύµατος ηλεκτρικής τάσης. Τα Φ/Β πλαίσια χωρίζονται ανάλογα µε την τεχνολογία κατασκευής τους σε 3 βασικές οµάδες: Πολυκρυσταλλικά, µε µέση απόδοση 11-14%, Μονοκρυσταλλικά, µε µέση απόδοση 12-16% και σε Άµορφα µε απόδοση 6-8% αντίστοιχα. Ανάλογα µε την εφαρµογή που χρησιµοποιούνται, τα Φ/Β Συστήµατα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: στα ιασυνδεδεµένα Φ/Β Συστήµατα, στα οποία η παραγόµενη ενέργεια πωλείται στο δίκτυο. στα Αυτόνοµα Φ/Β Συστήµατα, στα οποία η παραγόµενη ενέργεια αποθηκεύεται σε µπαταρίες για χρήση σε περιόδους όπου η ηλιοφάνεια δεν είναι αρκετή ή κατά τη διάρκεια της νύχτας. Τα Αυτόνοµα Φ/Β Συστήµατα µετατρέπονται εύκολα σε υβριδικά µε την προσθήκη ανεµογεννήτριας ή και ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους. Φωτοβολταϊκό Φαινόµενο Φωτοβολταϊκό Στοιχείο Φωτοβολταϊκό Πλαίσιο Φωτοβολταϊκό Πανέλο Φωτοβολταϊκή Συστοιχία Φωτοβολταϊκή Γεννήτρια Ορολογία Φωτοβολταϊκών Η άµεση µετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική τάση. Για ευκολία, συνήθως χρησιµοποιούµε τη σύντµηση Φ/Β για τη λέξη "φωτοβολταϊκό" (photovoltaic - PV). Η ηλεκτρονική διάταξη που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δέχεται ακτινοβολία. Λέγεται ακόµα Φ/Β κύτταρο ή Φ/Β κυψέλη (PV cell). Ένα σύνολο Φ/Β στοιχείων που είναι ηλεκτρονικά συνδεδεµένα. Αποτελεί τη βασική δοµική µονάδα της Φ/Β γεννήτριας (PV module). Ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια, που έχουν προκατασκευαστεί και συναρµολογηθεί σε ενιαία κατασκευή, έτοιµη για να εγκατασταθεί σε Φ/Β εγκατάσταση (PV panel). Μια οµάδα από Φ/Β πλαίσια ή πανέλα µε ηλεκτρική αλληλοσύνδεση, τοποθετηµένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης (PV array). Το τµήµα µιας Φ/Β εγκατάστασης που περιέχει Φ/Β στοιχεία και παράγει συνεχές ρεύµα (PV generator). Αντιστροφέας (Inverter) Ηλεκτρονική συσκευή που µετατρέπει το συνεχές ρεύµα σε εναλλασσόµενο. Ρυθµιστής Φόρτισης (charge controller) kw (κιλοβάτ) kwp (κιλοβάτ πικ-peak) kwh (κιλοβατώρα) Συσκευή που χρησιµοποιείται σε αυτόνοµα συστήµατα για να ρυθµίζει τη φόρτιση των συσσωρευτών. µονάδα ισχύος [1 kw = Watt, 1 MW = kw] µονάδα ονοµαστικής ισχύος του φωτοβολταϊκού (ίδιο µε το kw) µονάδα ενέργειας

3 Title: Γενικές Πληροφορίες για τα Φ/Β Συστήµατα No of Pages: 3 of 6 Γενικά ένα τυπικό Φ/Β Σύστηµα συνδεδεµένο στο δίκτυο αποτελείται από τα εξής επιµέρους υποσυστήµατα: Φωτοβολταϊκή Γεννήτρια Κατασκευή Στήριξης Συστήµατα Μετατροπής Ισχύος Ηλεκτρονικά Συστήµατα Ελέγχου, Προστασίας & λοιπά στοιχεία Φωτοβολταϊκή Γεννήτρια: Τα Φ/Β Πλαίσια αποτελούνται από (συνήθως 30 έως 36) ερµητικά σφραγισµένα Φ/Β στοιχεία µέσα σε ειδική διαφανή πλαστική ύλη, των οποίων η µπροστινή όψη προστατεύεται (συνήθως) από ανθεκτικό γυαλί χαµηλής περιεκτικότητας σε οξείδιο του σιδήρου. Η κατασκευή αυτή, που δεν ξεπερνά σε πάχος τα 4 µε 5 χιλιοστά, τοποθετείται συνήθως σε πλαίσιο αλουµινίου, όπως τα τζάµια των κτιρίων. Τα στοιχεία εσωτερικά είναι διασυνδεόµενα σε σειρά ή παράλληλα ανάλογα µε την εφαρµογή. Κατασκευή Στήριξης: Τα Φ/Β Πλαίσια προκειµένου να τοποθετηθούν / προσαρµοστούν στο σηµείο εγκατάστασής τους εφοδιάζονται µε ειδικές κατασκευές. Οι κατασκευές αυτές στήριξης πρέπει να πληρούν συγκεκριµένα κριτήρια, όπως αντοχή στα φορτία που προέρχονται από το βάρος των πλαισίων και τους τοπικούς ανέµους, να µη προκαλούν σκιασµό στα πλαίσια, να επιτρέπουν την προσέγγιση στα πλαίσια, αλλά ταυτόχρονα να διασφαλίζουν την ασφάλειά τους. Σε εφαρµογές όπου τα Φ/Β Πλαίσια ενσωµατώνονται σε κτιριακές δοµές, τότε απαιτείται καλή συναρµογή µε τα δοµικά στοιχεία. Συστήµατα Μετατροπής Ισχύος: Τα Φ/Β Πλαίσια παράγουν συνεχές ρεύµα ενώ τα φορτία καταναλώνουν εναλλασσόµενο ρεύµα. Για την µετατροπή της ισχύος στα Φ/Β Συστήµατα χρησιµοποιούνται συνήθως αντιστροφείς (inverters) συνεχούς σε εναλλασσόµενο (DC/AC). Σκοπός των συστηµάτων µετατροπής ισχύος είναι η κατάλληλη ρύθµιση των χαρακτηριστικών του παραγόµενου ρεύµατος, ώστε να καταστεί δυνατή η τροφοδοσία των διαφόρων καταναλώσεων. Τα σηµαντικότερα κριτήρια για την επιλογή του αντιστροφέα είναι: Η αξιοπιστία Η ενεργειακή απόδοση Οι αρµονικές παραµορφώσεις Το κόστος Η συµβατότητα µε τις τεχνικές απαιτήσεις της ΕΗ Σε ένα τυπικό Φ/Β Σύστηµα ο αντιστροφέας τοποθετείται σε απόσταση από τα Φ/Β Πλαίσια σε στεγασµένο χώρο. Στις περιπτώσεις αυτές οι καλωδιώσεις είναι συνεχούς ρεύµατος. Ωστόσο έχουν αναπτυχθεί Φ/Β Πλαίσια µε ενσωµατωµένους αντιστροφείς (AC-modules) µε συνέπεια να αντικαθίστανται οι καλωδιώσεις συνεχούς µε αντίστοιχες εναλλασσόµενου ρεύµατος, οι οποίες είναι χαµηλότερου κόστους και περισσότερο ασφαλείς. Ηλεκτρονικά Συστήµατα Ελέγχου, Προστασίας & λοιπά στοιχεία: Το Φ/Β Σύστηµα συµπληρώνουν οι ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου, η γείωση, οι καλωδιώσεις (συνεχούς και εναλλασσόµενου ρεύµατος) και σχετικό ηλεκτρολογικό υλικό, οι διατάξεις ασφαλείας, ο µετρητής ηλεκτρικής ενέργειας και σύστηµα παρακολούθησης της λειτουργίας του Φ/Β Συστήµατος (κατ επιλογή, αλλά προτεινόµενο). Σηµειώνεται ότι η ΕΗ απαιτεί την ύπαρξη προστασίας απόζευξης του σταθµού µέσω διατάξεων του αντιστροφέα ή µε άλλο τρόπο, ώστε ο σταθµός να αποσυνδέεται τόσο σε περίπτωση έλλειψης τάσης από το δίκτυο της ΕΗ, (προς αποφυγή του φαινόµενου της νησιοδότησης) όσο και στην περίπτωση που η τάση και η συχνότητα αποκλίνουν των επιτρεπτών ορίων.

4 Title: Γενικές Πληροφορίες για τα Φ/Β Συστήµατα No of Pages: 4 of 6 2. Απόδοση Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων Η απόδοση ενός Φωτοβολταϊκού Συστήµατος εξαρτάται: Από το κλίµα της περιοχής (όσο λιγότερες είναι οι ηµέρες της ηλιοφάνειας, πχ υτική Ελλάδα, τόσο µικρότερη είναι η απόδοση). Από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής (όσο πιο νότια είναι η περιοχή, τόσο µεγαλύτερη είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας). Από την κλίση των Φ/Β Πάνελ ως προς το οριζόντιο επίπεδο (η βέλτιστη απόδοση είναι µε νότιο προσανατολισµό και κλίση περίπου 30 µοίρες) Από την ηλικία των Φ/Β πάνελ (υπολογίζεται ότι τα πάνελ έχουν ζωή έτη µε απόδοση έως και 80% για τα πρώτα 20έτη). Πίνακας απόδοσης Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων σε διάφορες κλίσεις και προσανατολισµούς Προσανατολισµός Κλίση ως προς το οριζόντιο επίπεδο 0 o 30 o 90 o Ανατολικός - υτικός 90% 85% 50% Νοτιοανατολικός- Νοτιοδυτικός 90% 95% 60% Νότιος 90% 100% 60% Βορειοανατολικός- Βορειοδυτικός 90% 67% 30% Βόρειος 90% 60% 20% Ο χάρτης που ακολουθεί, δίνει µια αρκετά ρεαλιστική ενδεικτική εικόνα για το τι ισχύει σε διάφορες περιοχές της χώρας. Χάρτης Ετήσιας Παραγωγής Ενέργειας (κιλοβατώρες ανά κιλοβάτ) (Πηγή: PVGIS European Communities Φεβρουάριος 2007)

5 Title: Γενικές Πληροφορίες για τα Φ/Β Συστήµατα No of Pages: 5 of 6 Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο είναι προβλέψιµη. Αυτό που ενδιαφέρει, είναι πόσες κιλοβατώρες θα µας δώσει το σύστηµά µας σε ετήσια βάση. Σε γενικές γραµµές, ένα Φωτοβολταϊκό Σύστηµα στην Ελλάδα παράγει κατά µέσο όρο ετησίως περί τις κιλοβατώρες ανά εγκατεστηµένο κιλοβάτ (kwh/έτος/kw). Συνεπώς στις νότιες και ανατολικές ηλιόλουστες περιοχές της χώρας ένα Φωτοβολταϊκό Σύστηµα παράγει περισσότερο ηλιακό ηλεκτρισµό απ ότι στις βόρειες. Ενδεικτικά αναφέρεται πως ένα Φωτοβολταϊκό Σύστηµα αποδίδει: στην Αθήνα >> kwh/έτος/kw στη Θεσσαλονίκη >> kwh/έτος/kw στην Κρήτη ή στη Ρόδο >> kwh/έτος/kw Η ακριβής απόδοση ενός Φωτοβολταϊκού Συστήµατος θα υπολογιστεί, λαµβάνοντας υπόψη συγκεκριµένα στοιχεία και χαρακτηριστικά όπως, ο εξοπλισµός που θα χρησιµοποιηθεί, οι ιδιαίτερες συνθήκες του οικοπέδου που θα εγκατασταθεί το Φωτοβολταϊκό Σύστηµα, οι τυχόν σκιάσεις και αποκλίσεις από τη βέλτιστη κλίση και προσανατολισµό, κ.λπ. 3. Επένδυση στη Φ/Β Ενέργεια Εξασφαλισµένη Απόδοση Ο νέος νόµος για τις ΑΠΕ που ισχύει από τον Ιούνιο του 2006 θέτει τις προϋποθέσεις για νέες επενδύσεις στον τοµέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ιδιαίτερα αποδοτικές είναι οι Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις. Οι Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις ισχύος µέχρι 20 kwp δεν απαιτούν τις συνήθως πολύπλοκες διαδικασίες αδειοδότησης ή περιβαλλοντικής µελέτης, ενώ οι εγκαταστάσεις ισχύος µέχρι 150 kwp µπορούν υπό προϋποθέσεις να εξαιρούνται από την υποχρέωση αδειοδότησης. Η αποδοτικότητα της επένδυσης στηρίζεται στην υποχρέωση της ΕΗ για πλήρη απορρόφηση της παραγόµενης ενέργειας µε προνοµιακή τιµή, διασφαλίζοντας ικανοποιητική κερδοφορία για τουλάχιστον 20 χρόνια. Παράλληλα ο ισχύων νόµος προβλέπει φοροαπαλλαγές για όσους επενδύσουν στα φωτοβολταϊκά. Τα προγράµµατα επενδύσεων στην φωτοβολταϊκή ενέργεια είναι επιδοτούµενα µε ισχυρά κίνητρα φορολογικών απαλλαγών. Τα Φ/Β Πάνελ που αποτελούν το µεγαλύτερο κόστος ενός Φ/Β Συστήµατος δίνονται από τους κατασκευαστές µε εγγυήσεις από 10 έως και 25 έτη. Το κόστος της λειτουργίας - συντήρησης ενός Φ/Β Συστήµατος, είναι πρακτικά µηδαµινό. Η προληπτική συντήρηση που απαιτούν είναι ο καθαρισµός αυτών από την σκόνη, όταν υπάρχουν µεγάλα διαστήµατα ανοµβρίας, και η φροντίδα ώστε ο περιβάλλοντας χώρος να µην µεταβάλλεται ώστε να δηµιουργούνται συνθήκες σκίασης (όπως ανάπτυξη δένδρων, θάµνων κλπ). Οι περιπτώσεις έκτακτων καταστροφών, όπως φωτιά, σεισµός κλπ καλύπτονται από συνηθισµένες ασφάλειες κτιρίων και εξοπλισµού. Συνοπτικά, τα Πλεονεκτήµατα των Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων είναι τα ακόλουθα: Μηδενική ρύπανση και αθόρυβη λειτουργία Προσφέρουν υψηλή και εγγυηµένη απόδοση Αξιοπιστία και µεγάλη διάρκεια ζωής (φθάνει τα 30 χρόνια) Απεξάρτηση από την τροφοδοσία καυσίµων για τις αποµακρυσµένες περιοχές

6 Title: Γενικές Πληροφορίες για τα Φ/Β Συστήµατα No of Pages: 6 of 6 υνατότητα επέκτασης ανάλογα µε τις ανάγκες Ελάχιστη συντήρηση µετά την αρχική εγκατάσταση Συµπερασµατικά, µε σταθερό και προβλέψιµο κόστος εικοσαετίας, µε προβλέψιµη ενεργειακή απόδοση (kwh/έτος/kw) αλλά και δεδοµένη τιµή πώλησης για µια εικοσαετία, οι επενδύσεις στα Φ/Β Συστήµατα είναι από τις πλέον σίγουρες επενδύσεις της αγοράς. 3. Κατάλληλοι χώροι τοποθέτησης Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων Ένα Φ/Β Σύστηµα µπορεί να τοποθετηθεί: Στην οροφή υπάρχοντος κτιρίου Σε οποιονδήποτε ανοικτό ιδιόκτητο και περιφραγµένο χώρο Σε ανοιχτό χώρο parking ως σκίαστρο Ως δοµικό συστατικό νέας κτιριακής κατασκευής σύµφωνα µε την υπάρχουσα διεθνή εµπειρία Ως αρχιτεκτονική παρέµβαση, σε στάδια, πάρκα, πλατείες, δρόµους κλπ σύµφωνα µε την υπάρχουσα διεθνή εµπειρία Γενικά τα περισσότερα κτίρια και οικόπεδα είναι κατάλληλα, αρκεί να πληρούνται οι εξής προϋποθέσεις: Να υπάρχει επαρκής ελεύθερος και ασκίαστος χώρος Το κτίριο ή η έκταση να είναι νόµιµα Να υπάρχει σωστός προσανατολισµός Για τα υπάρχοντα Φωτοβολταϊκά Συστήµατα απαιτούνται περίπου τετραγωνικά µέτρα για κάθε kw εγκατεστηµένης ισχύος ανάλογα µε την τεχνολογία των πάνελ που θα χρησιµοποιηθεί. Επίσης πρέπει να υπολογιστεί η απόσταση που πρέπει να έχουν µεταξύ τους οι συστοιχίες των πάνελ για την επισκεψιµότητα και την αποφυγή σκίασης. Στην επιλογή του χώρου θα πρέπει να υπολογιστούν η σχετική νοµοθεσία (για τυχόν ειδικές πολεοδοµικές διατάξεις, ειδικούς περιβαλλοντικούς όρους), η ηλιοφάνεια (αποφυγή χώρων µε σκίαση από δέντρα, γειτονικά κτίρια, βόρειος προσανατολισµός κεκλιµένων σκεπών) και η εγγύτητά του µε το δίκτυο της ΕΗ.