Φωτοβολταϊκά συστήματα αυτόνομα και διασυνδεδεμένα στο δίκτυο της Δ.Ε.Η

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ Τεχνολογικό εκπαιδευτικό ίδρυμα καβάλας Τμήμα ηλεκτρολογίας Φωτοβολταϊκά συστήματα αυτόνομα και διασυνδεδεμένα στο δίκτυο της Δ.Ε.Η ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΟΥ Αντωνάκα Σαράντη Α.ΕΜ:3227 Επιβλέπων : Μπουτάκης Δημήτριος Καθηγητής Εφαρμογών Καβά/Λ, Ιούλιος 09

2 Περιεχόμενα Κ ΑΕ* A ΑΜ2. ηλεκτρολογίας > Κεφάλαιο Τι είναι ενέργεια Οι πηγές ενέργειας σήμερα Ανανεώσιμες πηγές > Κεφάλαιο Γιατί να στραφούμε σης ανανεώσιμες Φωτοβολταϊκό σύστημα Τα πλεονεκτήματα φωτοβολταϊκών συστημάτων Κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστημάτων Το ΦΒ φαινόμενο... περιληπτικά Από τι αποτελείται ένα φωτοβολταϊκό σύστημα Είδη φωτοβολταϊκών στοιχείων Παράδειγμα: Συνδεδεμένα φωτοβολταϊκό Ηλιοφάνεια στην Ελλάδα Θεσμικό πλαίσιο- Αδειοδοπκή Διαδικασία ΦΒ Το μέγεθος της επένδυσης που απαιτείται για ένα πάρκο loqkwatt...22 i»- Κεφάλαιο Φωτοβολτοϊκο στοιχείο Πυριτίου Το Φωτοβολταϊκό πλαίσιο Κατασκευαστικά στοιχεία Απόδοση του ΦΒ πλαισίου και παράγοντες που την επηρεάζουν Τρόποι στήριξης των συλλεκτών κοι προσανατολισμός τους Στοιχεία προσδιορισμού του προσανατολισμού ενός συλλέκτη Στήριξη του συλλέκτη με σταθερή γωνία κλίσης. Γωνία κλίσης για βέλτιστη ενεργειακή απολαβή συλλέκτη Στήριξη με δυνατότητα εποχικής ρύθμισης της κλίσης του συλλέκτη...35

3 3.3.4 Στήριξη με δυνατότητα στροφής του συλλέκτη γύρω από έναάξονα Στροφή γύρω από δύο άξονες Ελάχιστη απόσταση μεταξύ συστοιχιών φωτοβολταϊκού συγκροτήματος Σύγκριση σταθερού και διαξονικού φ/β πάρκου ισχύος (lockw) Μετατροπείς (converters) DC-DC, DC-AC και AC-DC Μετατροπέας συνεχούς τάσεως σε συνεχή PC-DC converter) Ο μετατροττέας DC-AC (Inverter) Μετατροπέας εναλλασσομένου ρεύματος σε συνεχές (AC-DC) Οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές Ηλεκτρικά χαρακτηρισπκά του συσσωρευτή Συσσωρευτής Μολύβδου- θειικού οξέος (Pb/H2S04) Χρόνος ζωής συσσωρευτή Εξάρτηση της χωρητικότητας συσσωρευτή οηό τους κύκλους λειτουργίας του με δεδομένο βάθος εκφόρτισης Επίδραση θερμοκρασίας λειτουργίας στο χρόνο ζωής του συσσωρευτή Πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Πάγωμα του ηλεκτρολύτη Επίλογος...52

4 Φωτοβολταικά Συστήματα I Κεφάλαιο Τι είναι ενέργεια; Ενέργεια ονομάζεται η ικανότητα παραγωγής έργου ή ακόμη η ικανότητα οργάνωσης ή αλλαγής της ύλης. Ενέργεια: εν + έργο, δηλαδή έργο μέσα σε κάποιο σώμα. Τοέργο σχετίζεται με την αλλαγή, την κίνηση ή τη στήριξη και ισοδυναμεί με την ενέργεια που δόθηκε στο αντικείμενο. Η ύλη, όταν προσλάβει ενέργεια, μπορεί να αποκτήσει διαφορετική οργάνωση στη δομή της (από στερεή να γίνει υγρή ή αέρια), ακόμη και να αλλάξει τη δομή της π.χ. με χημική αντίδραση. Η ενέργεια είναι φυσική ποσότητα που μπορεί να μετρηθεί και καθορίζει ποιες αλλαγές, γεγονότα ή φυσικά φαινόμενα είναι δυνατόν να συμβούν. Δεν καθορίζει όμως αν θα συμβούν, μια που αυτό εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες. Για παράδειγμα, η απαραίτητη συνθήκη για να θερμανθεί το περιβάλλον από ένα θερμό σώμα (έχει αποθηκευμένη ενέργεια) είναι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος να είναι χαμηλότερη από αυτή του θερμού σώματος. Η ενέργεια περικλείεται ή εμπεριέχεται, αποθηκεύεται, εκπέμπεται, μεταβιβάζεται, απορροφάται, μετατρέπεται, διατηρείται, υποβαθμίζεται, ρέει 1.2 Οι πηγές ενέργειας σήμερα Το σύνολο των πηγών ενέργειας, που ο άνθρωπος έχει στη διάθεση του διακρίνεται σε δύο κύριες κατηγορίες. Στις πηγές εκείνες που βασίζονται σε υπάρχοντα αποθέματα μέσα στο στερεό φλοιό της Γης, με συγκεκριμένη διάρκεια ζωής και σ' αυτές που καθημερινά και αέναα μας παρέχονται σε βαθμό ήτηας εκμετάλλευσης. Στις πρώτες ανήκουν τα ορυκτά καύσιμα (τιετρέλαιο, φυσικό αέριο, κάρβουνο), αναφερόμενα και ως συμβαηκά καύσιμα και η χαρακτηριστικά μη ήπια μορφή ενέργειας, η πυρηνική ενέργεια. Οι δεύτερες, έχουν βασική τους προέλευση τον Ήλιο. Η ακτινοβολούμενη απ' τον Ήλιο ενέργεια, που φτάνει στη Γ η, εκτός από τη γενικότερη συμβολή της στη δημιουργία, ανάπτυξη και διατήρηση της ζωής στον πλανήτη μας, δίδει ακατάπαυστα ενέργεια, με διάφορες μορφές αξιοποίησης. Αμεσα θερμαίνει, εξατμίζει μεγάλες ποσότητες θαλασσινού νερού και συντηρεί τον γνωστό φυσικό κύκλο, δημιουργώντας τις λίμνες και τα τϋτάμια, που αποτελούν πρόσθετη πηγή ενέργειας (υδατοπτώσεις). Θέτει σε κίνηση τις αέριες μάζες της ατμόσφαιρας (Αιολική ενέργεια), δημιουργεί τα κύματα (Ενέργεια κυμάτων). Συμβάλλει στην ανάπτυξη της χλωρίδας, η καύση δε των φυτικών προϊόντων παράγει ενέργεια (βιομάζα). Απορροφούμενο από συνδυασμένα υλικά παράγει ηλεκτρισμό (Φωτοβολταϊκό φαινόμενο).με το οποίο θα ασχοληθούμε αναλητικά.

5 I Οι κύριες πηγές ενέργειας, που χρησιμοποιούνται σήμερα, είναι: Αποτέλεσε γνα πολλά χρόνια μέχρι σήμερα, την κύρια καύσιμη ύλη. Σ' αυτό βασίστηκε κατά κύριο λόγο, η βιομηχανική επανάσταση. Μεγάλο μέρος της σημερινής παγκόσμιας βιομηχανικής παραγωγής βασίζεται στην ενέργεια από την καύση του ορυκτού άνθρακα. Ήταν γνωστό από την αρχαιότητα, στους Εβραίους και τους Αιγυπτίους. Στη Δύση, γινόταν περιορισμένη χρήση του σε φωτισμό και την ιατρική, μέχρι το τέλος του 15 αιώνα, οπότε άρχισε η βιομηχανική του εκμετάλλευση. Η παγκόσμια παραγωγή του εντατικοποιήθηκε από τα μέσα του 19 αιώνα, ενώ από τα μέσα του 20, οι ρυθμοί εκμετάλλευσης πήραν εκρηκτικές διαστάσεις. Σήμερα, μετά από δύο πετρελαϊκές κρίσεις (1973 και 1979) και τη διαπίστωση ορατών πλέον επιπτώσεων, συνειδητοποιούμε την ανάγκη αλλαγής του τρόπου ζωής μας και αναζήτησης λύσεων από το χώρο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Παράλληλα, αποκτά ιδιαίτερο νόημα η εφαρμογή αυστηρότερης πολιτικής στον τομέα της ορθολογικής χρήσης και εξοικονόμησης ενέργειας. Τα συμβατικά καύσιμα καλύπτουν το 85% της καταναλισκόμενης ενέργειας στις αναπτυγμένες χώρες και το 55%, στις υπό ανάπτυξη. Στις τελευταίες, το ποσοστό χρήσης τιετρελαίου, ως ενεργειακής πηγής, συνεχίζει να αυξάνει, ενώ στις αναπτυγμένες χώρες υπάρχει τάση μείωσης του, με σταδιακή διείσδυση των ανανεώσιμων ττηγών ενέργειας. Εκτιμάται ότι τα υπάρχοντα αποθέματα των πηγών αυτών θα επαρκέσουν ακόμα για περίπου 200 χρόνια για το κάρβουνο, 60 χρόνια για το φυσικό αέριο και 50 χρόνια για το πετρέλαιο. Η καύση του άνθρακα, του πετρελαίου και των παρα^ώγων του δίδει, ως άμεσα προϊόντα, το CO2, τα οξείδια του αζώτου και του θείου. Οι αυξημένες ποσότητες των αερίων αυτών, που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα, αποτελούν πια μόνιμη απειλή για το μέλλον μας, προκαλώντας ισχυρές κλιματικές αλλαγές και επτβαρυντική απόκλιση από ης κανονικές συνθήκες ισορροτήας του φαινομένου του θερμοκητήου. Η πυρηνική ενέργεια Από το 1945 και μετά, προστέθηκε στις μεγάλης ισχύος πηγές ενέργειας, η πυρηνική, στην οποία αρχικά βασίστηκαν πολλές ελπίδες. Η Γαλλία είναι από uς χώρες που έδωσαν μεγάλη έμφαση στην ανάπτυξη της, χρησιμοποιώντας.

6 I κατά την περίοδο της δεκαετίας του 70, το μη πειστικό τηα επιχείρημα της παραγωγής καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας. Σήμερα αντι>,αμβανόμαστε με απόγνωση, την αδυναμία μας να λύσουμε το πρόβλημα της ανεξέλεγκτης διασποράς των πυρηνικών όπλων ή της διασφαλισμένης αποθήκευσης των ττυρηνικών αποβλήτων και αισθανόμαστε τρόμο για τα ολοένα και ττιο τηθανά πυρηνικά ατυχήματα. Από τα πιο σημαντικά, εκείνο στον ττυρηνικό σταθμό του Three Mile Island της Πενσυλβάνιας (ΗΠΑ), τον Απρίλιο του 1979 και εκείνο στο Τσερνομττίλ της Ρωσίας, τον Απρίλιο του 1986, τρομοκράτησαν όλο τον κόσμο, ο οποίος συνειδητοποίησε με φρίκη την ανικανότητα του να αντιμετωτήσει ένα ύπουλο και αόρατο εχθρό, που μόνιμα τον απειλεί με αφανισμό. Η πυρηνική ενέργεια προορίζεται, στο βαθμό που έχει αναπτυχθεί σήμερα, κυρίως για παραγωγή ηλεκτρισμού βάσης, δηλαδή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σταθερής ισχύος χωρίς δυνατότητα κάλυψης των διακυμάνσεων ζήτησης. Καλύπτει το 4-5% της παγκόσμιας ενεργειακής ζήτησης. Η παραγόμενη παγκοσμίως ισχύς σε πυρηνικά εργοστάσια ανέρχεται σε-360 GW (2005). Στην Ευρώπη ξεπερνά τα 110 GW, με τη Γαλλία στα 63 GW. Το περιορισμένο των κοιτασμάτων του βασικού υλικού (Ουράνιο 235), τα πυρηνικά απόβλητα και η απειλητική πιθανότητα ολοσχερούς καταστροφής του κόσμου μας, είτε από την υποτιθέμενη υπό έλεγχο πυρηνική αντίδραση είτε από την ανεξέλεγκτη διασπορά των πυρηνικών όπλων, βάζουν φρένο στη χρήση της. Όλες οι μεγάλης πυκνότητας ισχύος συμβατικές τιηγές ενέργειας, εκτός από την αδιαμφισβήτητη προσφορά τους στην ανάπτυξη της τεχνολογίας και της επιστήμης και τη μεγάλη συμβολή τους στη βελτίωση της διαβίωσης του ανθρώπου, συνδέονται δυστυχώς με πολύ σοβαρές και εμφανώς αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Έτσι, ενισχύεται διεθνώς η άποψη για μερική, σε πρώτη φάση, αντικατάσταση τους με άλλες πηγές ενέργειας, που να μη ρυπαίνουν και να ενσωματώνονται φυλικά στο περιβάλλον, τις λεγάμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Σ ΥΜ Μ ΕΤΟ ΧΗ ΕΝ ΕΡΓ ΕΙΑ Κ Ω Ν ΠΗ ΓΩ Ν ΣΤΗΝ ΤΕΛΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΗΣ ΧΩΡΑΣ (1991) Βιομάζα Λιννίτπς 6,70% 4,50% " Ηλεκτρισμός 19,97% Μαζούι 8,83% Βενζίνη Νιίζελ Μ αζούτ Ηλεκτρισμός Υγραέριο Λιγνίτης Βιομάζα Ηλιακή 1.3 Ανανεώσιμες πηγές

7 Φωτοβολταικά Συστήματα I Ως ανανεώσιμες χαρακτηρίζονται οι τιηγές που θα συνεχίζουν να μας τιαρέχουν ενέργεια σε βάθος χρόνου. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), έχουν κύρια γενεσιουργό αιτία την ηλιακή ακτινοβολία, με εξαίρεση εκείνη που αφορά στην ενέργεια των παλιρροϊκών κινήσεων που οφείλονται στη βαρυτική δράση, κυρίως της Σελήνης, πάνω στους υδάτινους όγκους που καλύπτουν την επιφάνεια της Γης: Υδατόπτωση Είναι ένας από τους πιο φυσικούς τρόπους παραγωγής μεγάλης ισχύος ηλεκτρικής ενέργειας, με ανανεώσιμη συμπεριφορά. Έχει όμως περιορισμένη εφαρμογή και ταυτόχρονα το μειονέκτημα, σε πολλές τιεριπτώσεις, η δημιουργία των κατάλληλων εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης, να καταστρέφει εύφορες εκτάσεις, που σχεάζονται με την ύπαρξη του υδάτινου αυτού τιλούτου. Καλύπτει, περίπου, το 7 % της παγκόσμιας ενεργειακής παραγωγής. Ενέργεια κυμάτων ή παλιρροϊκών κινήσεων Η παραγωγή ενέργειας από τα κύματα ή τις παλιρροϊκές κινήσεις, έχει αξιοποιηθεί σε συγκεκριμένες θέσεις, κυρίως σης βόρειες θάλασσες. Στη Βρετάνη της Γαλλίας λειτουργεί από το 1966 σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ισχύος 240 Μ W. Βιομάζα Η βιομάζα καλύπτει σήμερα το 14% της παγκοσμίως απαιτούμενης ενέργειας. Η καύση αποτελεί, ουσιαστικά, ουδέτερη διαδικασία από την άποψη του φαινομένου του θερμοκηπίου, αρκεί να μη διαταράσσεται η λεπτή ισορροπία στο φυσικό περιβάλλον. Γεωθερμική ενέργεια Αφορά στην ενέργεια των θερμών νερών (ή ατμών του νερού), που αναβλύζουν μέσα από ηφαιστειακές διόδους ή ρήγματα του υπεδάφους. Σύμφωνα με την ετηκρατέστερη θεωρία, η θέρμανση των γεωθερμικών ρευστών αποδίδεται στην εκλυόμενη ενέργεια κατά τη διάσπαση των ραδιενεργών ισοτόπων στο στερεό φλοιό της γης. Οταν η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών είναι χαμηλή, η ενέργεια τους χρησιμοποιείται κυρίως σε θέρμανση κτιρίων, θερμοκηπίων, κτηνοτροφικών μονάδων, ιχθυοκαλλιεργειών, κ.α., ενώ στις περιπτώσεις που η θερμοκρασία των ατμών είναι υψηλή (> 150 Έ1), μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το γεωθερμικό δυναμικό που αφορά αποκλεισηκά σε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

8 I ανερχόταν παγκοσμίως, το 2003, σε 10 GW. Στη χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια αξιοποιείται κυρίως σε θερμοκητπακές μονάδες, σε περιοχές της Βόρειας Ελλάδας και σε νησιά του Βορειοανατολικού και Κεντρικού Αιγαίου. Αιολική ενέργεια Η εγκατάσταση αιολικών συστημάτων για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο, με χρήση ανεμογεννητριών οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα πτερυγίων, βρίσκεται σήμερα σε εντυπωσιακή εξέλιξη Η παγκοσμίως εγκαταστημένη ονομαστική ισχύς ανεμογεννητριών από 7,6 G W, το 1997, έφτασε τα 59,3 G W το Στην Ευρώπη, η αντίστοιχη ισχύς ξεπέρασε τα 40 GW. Στον πίνακα αναφέρονται οι χώρες με τη μεγαλύτερη εγκατεστημένη ισχύ Εγκατεστημένη ισχύς ΑΓ στο τέλος Χώρα του 2005 (GW) (GWEC) Ε Γ ερμανία 18,43 υ Ισπανία 10,03 Ρ Δανία 3,1 ώ Ιταλία 1,1 π Ολλανδία 1.1 η Ηνωμένο Βασίλειο (UK) 0,9 Ινδία 4,43 Ιαπωνία 1,0 Κίνα 1,3 ΗΠΑ 9,15 Στη χώρα μας, λειτουργούν αρκετά αιολικά πάρκα, με ισχύ από μερικές εκατοντάδες kw έως μερικά MW, κυρίως διασυνδεδεμένα με το δίκτυο της ΔΕΗ. Η συνολική εγκαταστημένη ισχύς βρίσκεται ακόμη σε χαμηλό επίπεδο, 525 MW(2005). Η ΔΕΗ έχει εγκαταστήσει στον Ελλαδικό χώρο, 24 MW κι απ' αυτά αρκετά στα νησιά (Κύθνος 5x20 kw, Μύκονος 100 kw, Κάρπαθος 175 kw κ.α.). Τα υπόλοιπα έχουν εγκατασταθεί από άλλους φορείς, κυρίως από την Τοπική Αυτοδιοίκηση και ιδιώτες. Στην Κρήτη, όπου η ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των μονάδων της ΔΕΗ, φθάνει τα 700 MW, λειτουργούν, ήδη, σε αρκετές περιοχές του νησιού μερικά μεγάλα αιολικά πάρκα, συνολικής ισχύος 96 Μ W (Δασίθι: Μονή Τοπλού (6,6 MW, Μιτάτο (10,2 MW), περιοχή Αχλαδιάς (συνολικά, 30 MW), Χάντρας (9,9 MW), Ξερολύμνη (10,2 MV^, Χόνος (συνολικά, 20 MW) κ.α. μικρότερα. Ηράκλειο: Μεγάλη βρύση (5 MW), Πρινιάς 3,4 MW)). Το αιολικό δυναμικό, δηλαδή η μέση ετήσια ταχύτητα του ανέμου, σε πολλά σημεία της χώρας μας βρίσκεται σε εξαιρετικά υψηλά επίπεδα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στα νησιά του Αιγαίου το αιολικό δυναμικό παρουσιάζει μια μέση ετησίως τιμή, από 7 έως 11 m/s, το οποίο υπερκαλύπτει την αποδοτική για τις ανεμογεννήτριες, περιοχή ταχυτήτων ανέμου και κατ' επέκταση τις απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια των νησιών αυτών. Συνεπώς, ο νησιωτικός

9 χώρος αποτελεί ιδανικό πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας των αιολικών συστημάτων. Η ηλιακή ενέργεια Η ηλιακή ενέργεια είναι καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη. Η ηλιακή ακτινοβολία δεν ελέγχεται από κανέναν και αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιμότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία. Όσον αφορά την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες εφαρμογών :α) τα παθητικά ηλιακά συστήματα, β) τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα, γ) και τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα παθητικά και τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που εκπέμπεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ τα φωτοβολταϊκά συστήματα στηρίζονται στη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Κεφάλαιο Γιατί να στραφούμε στις ανανεώσιμες... Κάθε κιλοβατώρα ηλεκτρισμού που παράγεται από το δίκτυο της ΔΕΗ, ετηβαρύνει την ατμόσφαιρα με ένα τουλάχιστον κιλό διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα, το σημαντικότερο "αέριο του θερμοκηπίου" που συμβάλλει στις ετηκίνδυνες κλιματικές αλλαγές. Μονόδρομος γιατην αποτροπή των κλιματικών αλλαγών που απειλούν σήμερα τον πλανήτη είναι η στροφή στις καθαρές πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή. Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (εττίπεδες και κεκλιμένες) ή και σε προσόψεις κτιρίων. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως δομικά υλικά.

10 υποκαθιστώντας άλλα παραδοσιακά υλικά (π.χ. κεραμοσκεπες ή υαλοστάσια σε προσόψεις). Κατ'αυτό το τρόπο εξοικονομούνται χρήματα και φυσικοί πόροι. 2.2 Φωτοβολταϊκό σύστημα Τα φωτοβολταϊκά (ή Φ/Β) συστήματα αποτελούν μια από τις εφαρμογές των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας με τεράστιο ενδιαφέρον για την Ελλάδα. Εκμεταλλευόμενο το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, το φωτοβολταϊκό σύστημα παράγει ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ενέργεια. Αποτελεί μετάφραση του αγγλικού photovoltaic. Ο όρος αυτός χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1890 έχοντας σαν συνθετικά τις λέξεις: photo από την ελληνική λέξη Φως και volt η οποία συνδέεται με την πρωτοπόρο στην ανάπτυξη του ηλεκτρισμού Alesssandro Volta. Αναφέρεται δηλαδή στον ηλεκτρισμό από το φως. Αυτό ακριβώς κάνουν τα φωτοβολταϊκά υλικά, μετατρέπουν την ενέργεια του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια (Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο), όπως ανακάλυψε ο Edmond Becquerel το Τα μεμονωμένα φωτοβολταϊκά στοιχεία (PV cells), κοινώς γνωστά σαν ηλιακά στοιχεία / κυψέλες (solai cells) είναι συσκευές που παράγουν ηλεκτρισμό κατασκευασμένες από ημιαγώγιμα υλικά. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία φτάνονται σε διάφορες μεγέθη και σχήματα, από μικρότερα του ενός γραμματοσήμου μέχρι αρκετά εκατοστά. Συχνά συνδέονται μεταξύ τους σχηματίζοντας του φωτοβολταϊκούς πίνακες, οι οποίο με τη σειρά τους συχνά συνενώνονται σε φωτοβολταϊκές συστοιχίες διαφόρων μεγεθών και ισχύος εξόδου. Το μέγεθος μιας φωτοβολτάϊκής συστοιχίας εξαρτάται από μια πληθώρα παραγόντων, όπως η ποσότητα του ηλιακού φωτός που είναι διαθέσιμη σε μια δεδομένη τοποθεσία και τις ενεργειακές απαιτήσεις του καταναλωτή. Οι φωτοβολταϊκή ττίνακες της συστοιχίας αποτελούν το κύριο μέρος ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει ακόμη ηλεκτρικές συνδέσεις, μηχανισμούς στήριξης, ρυθμιστές ενέργειας και μπαταρίες για τις περιπτώσεις όπου απαιτείται ενέργεια όταν ο ήλιος έχει δύσει. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι ήδη μέρος της καθημερινής μας ζωής. Απλά Φ/Β συστήματα παρέχουν ενέργεια για μικρές συσκευές όπως υπολογιστές τσέπης και ρολόγια χειρός. Πιο πολύπλοκα Φ/Β σύστημα χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν με ενέργεια τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους, αντλίες νερού, συσκευές, μηχανές καθώς τα σπίτια και τους χώρους εργασίας αρκετών ανθρώπων. Πολλά επίσης φώτα δρόμων και τηλεφωνικοί θάλαμοι τροφοδοτούνται με ενέργεια από Φ/Β συστήματα. Σε πολλές περιπτώσεις η ενέργεια από τα Φ/Β συστήματα αποτελεί την φθηνότερη λύση για ηλεκτρική ενέργεια.

11 I Τα φωτοβολταΐκά συστήματα έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα: Τεχν'ολογία φιλική στο περιβάλλον: δεν προκαλούνται ρύποι απο την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια είναι αποκεντρωμένο "καύσιμο", διατίθεται παντού και δεν στοιχίζει απολύτως τίποτα. Αθόρυβη λειτουργία. Σχεδόν μηδαμινές απαιτήσεις συντήρησης. Μεγάλη διάρκεια ζωής: οι κατασκευαστές εγγυώνται τα "κρύσταλλα" για χρόνια λειτουργίας. Δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης, ώστε να ανταποκρίνονται στις αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών Μπορούν να κατασκευαστούν πάνω σε ήδη υπάρχουσες κατασκευή, όπως η στέγη ενός στητιού ή η πρόσοψη ενός κτιρίου. Ευελιξία στις εφαρμογές, καθώς, τα φωτοβολταΐκά 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 φωτοβολταΐκού συστήματος είναο ότι μπορεί να διασυνδεθεί με το δίκτυο ηλεκτροδότησης (διασυνδεδεμένο σύστημα), καταργώντας με τον τρόπο αυτό την ανάγκη για εφεδρεία και δίνοντας ετηπλέον την δυνατότητα στον χρήστη να πουλήσει τυχόν πλεονάζουσα ενέργεια στον διαχειριστή του ηλεκτρικού δικτύου Τα φωτοβολταΐκά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: 1 Αυτόνοαα Συστήαατα

12 I Μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση μπορεί νααποτελέσει ένα αυτόνομο σύστημα που να καλύπτει το σύνολο των ενεργειακών αναγκών ενός κηρίου ή μιας επαγγελμαηκής λρήσης. Το αυτόνομο σύστημα έχει τη δυνατότητα παροχής συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος με την χρήση μετατροπέα τάσεως (ανηστροφέαinverter). Σκοπός ενός τέτοιου συστήματος είναι να παρέχει ρεύμα σε μια οικία ή σε οποιονδήποτε άλλο χώρο (π.χ. το εξοχικό, το σκάφος κ.α.) χρησιμοποιώντας ενέργεια απο τον ήλιο, χωρίς εξάρτηση απο το δίκτυο της ΔΕΗ. Άρα δεν υπάρχουν λογαριασμοί, πάγια, κόστος μεταφοράς γραμμής ("ρολόι") κ.λ.π., μόνο δωρεάν ενέργεια απο τον ήλιο. Είναι ιδανικά για απομακρυσμένες τιεριοχές όπου δεν υπάρχει τρόπος σύνδεσηςμε το δίκτυο. Το σύστημα απαιτεί και τηνύπαρξη μονάδας αποθήκευσης (μπαταρίας) για την συνεχή λειτουργία του κατα τις νυχτερινές ώρες ή ώρες συννεφιάς. Η συντήρηση που απαιτείται είναι μηδαμινή και αφορά κυρίως ένα περιοδικό καθαρισμό των ετηφανειών των ηλιακών συλλεκτών και τον έλεγχο των συσσωρευτών (μτταταρίες) Τα αυτόνομα συστήματα χωρίζονται στις παρακάτω κατηγορίες > Συστήαατα Μικούε Ισγύοε Τα συστήματα μικρής /οχύος εγκαθιστούνται συνήθως σε κτίρια που διαθέτουν ενεργηηκά ή παθηηκά ηλιακά συστήματα. Χρησιμοποιούνται συχνά για τη λειτουργία αντλιών ή ανεμιστήρων συνεχούς ρεύματος που χρησιμοποιούνται για την κυκλοφορία του αέρα ή του νερού στους ηλιακούς συλλέκτες. Έχουν ενσωματωμένο ρυθμιστή ισχύος ο οποίος διακόπτη τη λειτουργία του φωτοβολταϊκού συστήματος,όταν η ηλιακή ενέργεια δεν επαρκεί, και bo/ απαιτούν την χρήση των συσσωρευτών για την αποθήκευση της ενέργειας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αποτελούνται απο ένα μόνο φωτοβολταϊκό πλαίσιο, το οποίο τροφοδοτεί έναν μικρό ανεμιστήρα που τον χειμώνα χρησιμεύει για την κυκλοφορία του θερμού αέρα απο ένα θερμοκήπιο στο υπόλοιπο δίκτυο ή τον αερισμό των υπερθερμαινόμενων χώρων το καλοκαίρι. > Υβριδικά Τα υβριδικά συστήματα είναι συνδυασμός φωτοβολταϊκού συστήματος με γεννήτρια πετρελαίου (ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος Η/Ζ). Απευθύνονται σε μεγάλες οικιακές ή επαγγελμαηκές εφαρμογές. Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ), συνήθως ενεργοποιείται αυτόματα σε έκτατες περιπτώσεις για να υποβοηθήσει το φωτοβολταϊκό σύστημα. Αν το υβριδικό σύστημα είναι σε συνδυασμό με το κεντρικό δίκτυο, τότε το κεντρικό δίκτυο χρησιμοποείται ως εφεδρική πηγή σε περίπτωση ανάγκης. Κυρίως χρησιμοποιούνταιγια την αδιάλειπτη λειτουργία στρατηγικής σημασίας ηλεκτρικών φορτίων ή ευαίσθητων φορτίων, σε περιοχές όπου το κεντρικό δίκτυο παρουσιάζει προβλήματα (διακοπές ή μεταβολή τάσης Το υβριδικό σύστημα είναι αυτόνομο και αποτελείται απο τη φωτοβολταϊκή συστοιχία που λειτουργεί σε συνδυασμό με άλλες πηγές ενέργειας (π.χ. σε συνδυασμό με μια γεννήτρια πετρελαίου ή με άλλη ανανεώσιμη τιηγή ενέργειας, όπως μια ανεμογεννήτρια).

13 2. Συνδεδεαένα στο δίκτυο Στην ττερίπτωση αυτή, καταναλώνει κανείς ρεύμα απο το δίκτυο όταν το φωτοβολταϊκά σύστημα δεν επαρκεί (π.χ. όταν έχει συννεφιά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας) και δίνει ενέργεια στο δίκτυο όταν η παραγωγή υπερκαλύπτει τις ανάγκες του, π.χ. τις ηλιόλουστες ημέρες ή όταν λεύιει κανείς. Το συνδεδεμένο με το δίκτυο σύστημα αποτελείται απο μια συστοιχία φωτοβολταϊκών στοιχείων, η οποία μέσω ενός αντιστροφέα είναι συνδεδεμένη με το ηλεκτρικό δίκτυο. Συνήθως σε εφαρμογές μικρής εγκατεστημάσις ισχύος, όπου τα φωτοβολταϊκά πρέπει να καλύψουν συγκεκριμένο φορτίο, το δίκτυο χρησιμοποιείται ως μέσο για την προσωρινή αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας. Σε κεντρικά συστήματα μεγάλης εγκατεστημένης ισχύος, η παραγόμενη απο τα φωτοβολταϊκά'στοιχεία ενέργεια παρέχεται ατιευθείας στο ηλεκτρικό δίκτυο. Είναι με λίγα λόγια, ένα σύστημα με φωτοβολταϊκά που μοιάζει με το αυτόνομο φωτοβολταϊκά σύστημα αλλά είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο της ΔΕΗ. Έτσι ο παραγωγός ηλεκτρικής ενέργειας απο τον ήλιο μπορεί να καταναλώσει μέρος της παραγωγής ηλεκτρισμού και το υπόλοιπο να το πουλήσει στην ΔΕΗ, έναντι προσυμφωνημένης τιμής για να βγάλει κέρδος. Στο διασυνδεδεμένο δίκτυο δεν απαιτούνται μπαταρίες αφού το ρεύμα διοχετεύεται στο δίκτυο της ΔΕΗ με αποτέλεσμα το κόστος ενός διασυνδεδεμένου φωτοβολταΐκού συστήματος να είναι σημαντικά χαμηλότερο απο το κόστος ενός αυτόνομου φωτοβολταΐκού συστήματος, που απαιτεί τη χρήση ακριβών συσσωρευτών. Τα συνδεδεμένα στο δίκτυο συστήματα, χωρίζονται στις παρακάτω κατηγορίες: - Σταθερά Τα σταθερά συστήματα πλεονεκτούν σε σχέση με ταιταειιεγ στην απλότητα της κατασκευής, στο κόστος εγκατάστασης, στην ταχύτητα εγκατάστασης, στο κόστος συντήρησης, στην μεγαλύτερη απεξάρτηση του επενδυτή από τον κατασκευαστή και σε θέματα αξιοπιστίας (realibility, availability). - Κινητά (tracker) Στα φωτοβολταϊκά πάρκα πολλές φορές συνιθίζεται η χρήση συστημάτων παρακολούθησης της τροχιάς του ήλιου. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται ηλιοστάτες ή trackers. Το πλεονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ότι η άμεση ακπνοβολία (direct irradiation) προσπίπτει στα πάνελ κάθετα με αποτέλεσμα την αυξημμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν 3 βασικά είδη τέτοιων συστημάτων. - Παρακολούθηση της τροχιάς στον κάθετο άξονα (vetrical one axis tracker)-> (Μικρή αύξηση απόδοσης)

14 - Παρακολούθηση της τροχιάς στον οριζόντιο άξονα (horizontal one axis tracker) -> (Μεσαία αύξηση απόδοσης) - Παρακο/ούθηση της τροχιάς και στους δύο άξονες (dual axis tracker) -> (Μέγιστη αύξηση απόδοσης) Σύστημα παρακολούθησης της τροχιάς του ήλιου (dual axis tracker) Εττίσης ανάλογα με την μέθοδο 7 διακρίνονται σε: - Υδραυλικά συστήματα κίνησης - Ηλεκτρικά συστήμτατα κίνησης δίνει κίνηση στους άξονες του συστήματος Πλεονεκτήματα κινητών συστημάτων (ηλιοστατών) Τα tracker πλεονεκτούν συνολικά στην απόδοση της επένδυσης του φωτοβολταϊκού συστήματος και αποδίδουν μεγαλύτερα οικονομικά ωφέλη (όταν όμως ισχύουν και αρκετοί άλλοι παράμετροι) Υπάρχει ένα αυξημένο κόστος γενικότερα στην κατασκευή και την εγκατάσταση αλλά οι ηλιοστάτες μπορούν να αυξήσουν αρκετά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

15 Φωτοβολταικά Συστήματα Φυσικά αυτό και μόνο το γεγονός αποτελεί βασικό κριτήριο για πολλούς επενδυτές που επιθυμούν το μέγιστο όφελος από ττ]ν επένδυση τους. Η αύξηση αυτή μπορεί ξεκινάει από 10% (για συστήματα μονού άξονα) να φτάσει ακόμα και το 40% (αλλά για κάποιες μόνο εποχές του χρόνου). Ο υπολογσμός τηε αέσης ετήσιας αύξησης στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενός συστήματος είναι το κρίσιμο μέγεθος που θα πρέπει να υπολογισεί κανείς για να βγάλει χρήσιμα συμπεράσματα. Η χρήση των tracker πάντως συστήνεται μόνο σε περιοχές που έχουν υψηλό ποσοστό άμεσης ακτινοβολίας (όπως στην Ελλάδα). Για αυτόν ακριβώς τον λόγο μπορεί να παρατηρήσει κανείς ότι στην Ισπανία και την Γερμανία (οι 2 περισσότερο ώριμες αγορές του κόσμου) όπου έχουν τοποθετηθεί πολλά φωτοβολταικά πάρκα χρησιμοποιούνται διαφορετικές πρακτικές όσον αφορά τα συστήματα στήριξης. Στην μεν συνεφιασμένη Γ ερμανία τα συντριπτικά περισσότερα εγκατεστημμένα συστήματα είναι σταθερά, ενώ στην Ισπανία τα trackers έχουν κατακτήσει ένα πολύ σημαντικό μερίδιο της αγοράς. Συμπερασματικά υπάρχουν αρκετοί παράμετροι που θα πρέπει κανείς να σταθμίσει για να προχωρήσει στην επιλογή ενός σταθερού συστήματος στήριξης σε σχέση με ένα σταθερό. Μειονεκτήματα κινητών συστημάτων (ηλιοστατών) Στα μειονεκτήματα των κινητών συστημάτων μπορούν να αναφερθούν: - Το αυξημένο κόστος της επένδυσης. - Η ύπαρξη κινητών μερών η οποία και αυξάνει την πολυπλοκότητα του συστήματος. - Η ανάγκη για αυτοκατανάλωση κάποιας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας για την περιστροφή (κίνηση) των συστημάτων. - Το αυξημένο κόστος συντήρησης. - Η μεγαλύτερη ανάγκη για απομακρυσμένο (τηλεπικοινωνιακά) έλεγχο του συστήματος μιας και η πιθανότητα αστοχίας είναι μεγαλύτερη. - Μεγαλύτερος κίνδυνος καταστροφής σε περίπτωση ακραίων καιρικών φαινομένων. Συαπεοασαατικά υπάρχουν αρκετοί παράμετροι που θα πρέπει κανείς να σταθμίσει για να προχωρήσει στην ετηλογή ενός σταθερού συστήματος στήριξης σε σχέση με ένα σταθερό. Φωτογραφίες από φωτοβολταικά έργα σταθερα και κινητά. > ΕΎκατεσττιαένα στη Στέντι Υπάρχει δυνατότητα να εγκατασταθούν φωτοβολταικά σε κτίρια για τα οποία δεν έχει προβλεφθεί η τοποθέτηση τους. Λόγω των φυσικών χαρακτηριστικών των Φ/Β (αθόρυβα, ελαφριά κ.λ.π.) μπορούν να τοποθετηθούν σε οικιστικά

16 σύνολα, σε αθλητικές εγκαταστάσεις, σε δημόσια κτίρια, σε βιομηχανικούς χώρους κ.α. Η εγκατάσταση τους γίνεται ύστερα από κατάλληλη αυτοψία τοι χώρου, πολλές φορές χωρίς να είναι απαραίτητες οι αλλαγές στη δομή του κτιρίου. Τοποθέτηση ευλύγιστων Φ/Β σε στέγη Οι τρόποι τοποθέτησης διαφέρουν ανάλογα με τον τόπο εγκατάστασης. Μπορούν να τοποθετηθούν οριζόντια, κάθετα ή κεκλιμένα και με νότιο, κατά προτίμηση, προσανατολισμό, για μέγιστη απόδοση. Δεν αποκλείεται και διαφορετικός προσανατολισμός, με μειονέκτημα την απόδοση του συστήματος. Τα Φ/Β τοποθετούνται στην οροφή ή τη στέγη του κτιρίου σε μεταλλικές βάσεις στήριξης όπως και στο έδαφος. Οι βάσεις στηρίζονται με κατάλληλους αποστάτες στην οροφή χωρίς να δημιουργούνται προβλήματα στεγανότητας. Είναι κατάλληλα κατασκευασμένοι από ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο, με Ώς απαραίτητες προδιαγραφές, για τέτοιες εφαρμογές.

17 Τοχοθέτηση ευλύγιστοαν Φ/Β σε στητη Στην αγορά κυκλοφορούν ευλύγιστα Φ/Β από άμορφο πυρίτιο. Είναι σε μορφή ταινίας και απλώνονται στην οροφή ή τη στέγη του κτιρίου. Είναι πολύ εύκολα, γρήγορα και οικονομικά στην εγκατάσταση καθώς είναι πολύ ελαφριά, εύκαμπτα και δεν απαιτείται βάση στήριξης, αρκεί να εξασφαλίζεται ο σωστός αερισμός τους 2.3 Το ΦΒ φαινόμενο... περιληπτικά Ένα ΦΒ στοιχείο είναι μια επαφή υλικών (συνηθέστερα ημιαγωγών), στην οποία, η απορροφούμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία,, μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια,ύο φως, παράγει "ελεύθερα" ηλεκτρόνια και οπές, σ' όλη την έκταση των δύο σε επαφή ημιαγωγών. Όσα απ' αυτά δημιουργούντα μέσα και κοντά στην επαφή των υλικών, προωθούνται από το εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο της επαφής, στα δύο άκρα της διάταξης, αντίστοιχα. Ο ρυθμός που παράγονται, οι ελεύθεροι φορείς εί/αι τέτοιος ώστε, το ηλεκτρικό ρεύμα καθώς και η ηλεκτρική τάση στα άκρα του ΦΒ στοιχείου να διατηρούνται σε πρακτικά αξιοποιήσιμα επίπεδα, όσον αφορά την αποδιδόμενη στον καταναλωτή ηλεκτρική ισχύ. Συνεπώς, το ΦΒ στοιχείο εμφανίζει χαρακτηριστικά πηγής ενέργειας, κατάλληλης για τροφοδοσία τυπικών ηλεκτρικών εφαρμογών. Συμπερασματικά, η συνεργασία των δύο αναφερθέντων παραγόντων, του ενδογενούς ηλεκτρικού πεδίου των δύο σε επαφή φωτοαγώγιμων υλικών και του φωτός, παράγει το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Επαοή ολικών + Φως = Φωτοβολταϊκό tpaivouevo 2.4 Από τι αποτελείται ένα φωτοβολταϊκό σύστημα;

18 ΦΒ ftvffcρόττίμλ (PV mtray iidd} ή ΦΒ { Ρ\* Ρ3γ'ι ) «νός ΦΒ ητ^ομοΰ (PV statkhs) CLτυπικός σχημαπσμός σύνθεσης φ/β 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 ηλεκτρονικά συνδεδεμένα. Αποτελεί τη βασική δομική μοιάδα της Φ/Β γεννήτριας (PV module). Φωτοβολταϊκό πανέλο: Ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια, που έχουν προκατασκευαστεί και συναρμολογηθεί σε ενιαία κατασκευή, έτοιμη για να εγκατασταθεί σε Φ/Β εγκατάσταση (PV panel).

19 I Φωτοβολταϊκή συστοιχία: Μια ομάδα από Φ/Β πλαίσια ή πανέλα με ηλεκτρική α/ληλοσύνδεση. τοποθετημένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης (PV array). Συστήματα μετατροπής ισχύος (inverters): Τα Φ/Β πλαίσια παράγουν συνεχές ρεύμα ενώ τα φορτία καταναλώνουν εναλλασσόμενο ρεύμα. Για την μετατροπή της ισχύος στα Φ/Β συστήματα χρησιμοποιούνται 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 διάφορων καταναλώσεων. Τα σημαντικότερα κριτήρια για την επιλογή του αντιστροφέα είναι: - η αξιοπιστία - η ενεργειακή απόδοση - οι αρμονικές παραμορφώσας το κόστος - η συμβατότητα με τις τεχνικές απαιτήσεις της ΔΕΗ Σε ένα τυτηκό Φ/Β σύστημα ο ανηστροφέας (ή αντιστροφείς) τοποθετείται σε απόσταση από τα Φ/Β πλαίσια σε στεγασμένο χώρο. Στις περιπτώσεις αυτές οι καλωδιώσεις είναι συνεχούς ρεύματος. Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου προστασίας και λοιπά στοιχεία: Το Φ/Β σύστημα συμπληρώνουν οι ηλεκτροΐ'ΐκές 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. Η ΔΕΗ απαιτεί την ύπαρξη προστασίας απόζευξης του σταθμού μέσω διατάξεων του αντιστροφέα, ώστε ο σταθμός να αποσυνδέεται τόσο σε περίπτωση έλλειψης τάσης από το δίκτυο της ΔΕΗ, (προς αποφυγή του

20 φαινομένου της νησνοδότησης) όσο και στην τιερίπτωση που η τάση και η συχνότητα αποκλίνουν των ακολούθων ορίων: Τάση: από +15% έως -20% επί της ονομαστικής (230V) - Συχνότητα: +-0,5Ηζ της ονομασπκής (50Ηζ) Σε περίπτωση υπέρβασης των πιο πάνω ορίων ο αντιστροφέας θα τίθεται εκτός (αυτόματη απόζευξη) με τις ακόλουθες χρονικές ρυθμίσεις: Θέση εκτός του αντιστροφέα σε 0,5sec - Επανάζευξη του αντιστροφέα μετά από 3 min Εάν κατά την λειτουργία του Φ/Β σταθμού διαπιστωθούν προβλήματα αρμονικών, έγχυσης συνεχούς τάσεως στο δίκτυο κλπ, θα πρέπει ο παραγωγός να λάβει τα κατάλληλα μέτρα που θα του υποδείξει η ΔΕΗ. Οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές: Η παραγόμενη από τη ΦΒ συστοιχία, η/χκτρική ενέργεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε απευθείας είτε σε χρόνο μεταγενέστερο της παραγωγής της, π.χ. κατά τη διάρκεια της νύκτας. Άρα, παρουσιάζεται η ανάγκη μιας διάταξης αποθήκευσης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Μέχρι στιγμής, η καλύτερη λύση, από πλευράς κόστους πυκνότητας αποταμιευμένης ενέργειας ανά μονάδα βάρους και όγκου της διάταξης, είναι η χρησιμοποίηση των διαφόρων τύπων ηλεκτρικών συσσωρευτών, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από αντιστρεπτότητα των χημικών δράσεων στα ηλεκτρόδια τους. Σ' αυτή την κατηγορία ανήκουν οι συσσωρευτές θείου-μολύβδου, οι συσσωρευτές NiCd κ.ά. Η έρευνα στον τομέα των συσσωρευτών έχει οδηγήσει σε βελτιωμένους τύπους, με εξαιρετικά βελτιούμενα τεχνικά χορακτηριστικά. 2.5Είδη φωτοβολταϊκών στοιχείων Τα φωτοβολταικα πάνελ μετατρέπουν μόνο ένα ποσοστό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Το πόσο μεγάλο είναι αυτό το ποσοστό εξαρτάται από τον τύπο των φωτοβολταϊκών στοιχείων. I. Μονοκρυσταλλικού Πυριτίου

21 I Κατασκευάζονται από κυψέλες που έχουν κοπεί από ένα κυλινδρικό κρύσταλλο πυριτίου. Αποτελούν τα πιο αποδοτικά φωτοβολταϊκά με αποδόσεις της τάξεως του 15%. Η κατασκευή τους όμως είναι πιο πολύπλοκη γιατί απαιτεί την κατασκευής του μονοκρυσταλλικού πυριτίου με αποτέλεσμα το υψηλότερο κόστος κατασκευής. I. Πολυκρυσταλλικού Πυριτίου Τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κατασκευάζονται από ράβδους λιωμένου και επανακρυσταλλομένου πυριτίου. Για την παραγωγή τους οι ράβδοι του πυριτίου κόβονται σε λεπτά τμήματα από τα οποία κατασκευάζεται η κυψέλη του φωτοβολταϊκού. Η διαδικασία κατασκευής τους είναι απλούστερη από εκείνη των μονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών με αποτέλεσμα το φθηνότερο κόστος παραγωγής. Παρουσιάζουν όμως σε γενικές γραμμές μικρότερη απόδοση της τάξεως του 12%. I. Αμορφου Πυριτίου Τα φωτοβολταϊκά αυτής της κατηγορίας αποτελούνται από ένα λεπτό στρώμα πυριτίου που έχει εναποτεθεί ομοιόμορφα σε κατάλληλο υπόβαθρο. Σαν υπόβαθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη γκάμα υλικών από δύσκαμπτα μέχρι ελαστικά με αποτέλεσμα να βρίσκει μεγιλύτερο εύρος εφαρμογών, ιδιαίτερα σε καμπύλες ή εύκαμπτες επιφάνειες. Ενώ το άμορφο πυρίτιο παρουσιάζει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απορρόφηση του φωτός,εντούτοις η φωτοβολταϊκή απόδοση του είναι του μικρότερη των κρυσταλλικών, περίπου 6%. Το φθηνό όμως κόστος κατασκευής τους τα κάνει ιδανικά σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται υψηλή απόδοση.

22 I. Αλ> α είδη Μια σειρά από νέα υλικά που μπορούν να παραχθούν με φθηνότερες διαδικασίες από το κρυσταλλικό πυρίηο όπως το CdTe και το CIS έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκά συστήματα. 2.6 Παράδειγμα: Συνδεδεμένα φωτοβολταικα Ο ήλιος παρέχει πάνω από 1000 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο. Έτσι, ένα φωτοβολταικό με διαστάσεις ένα μέτρο πλάτος και ένα μέτρο ύψος (δηλαδή ένα τετραγωνικό μέτρο) θα παράγει περίπου 160 Watt την ώρα αν αποτελείται από μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία, περίπου 140 Watt την ώρα αν αποτελείται από πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία και περίπου 80 Watt την ώρα αν είναι για παράδειγμα άμορφου πυριτίου. Ένα φωτοβολταϊκά με ονομαστική μέγιστη ισχύ 100 Wp βγάζει έξοδο περίπου 20 Volt και 5 Ampere (20X5=100). Μπορούμε να συνδέσοιμε όσα φωτοβολταικα πανελ θέλουμε σε σειρά ή και παράλληλα, για να πετύχουμε το συνδυασμό τάσης ρεύματος (volt), έντασης ρεύματος (ampere) και φυσικά την συνολική ισχύ (watt) που θέλουμε να έχει το σύστημά μας. Αν έχουμε 10 φωτοβολταϊκά πάνελ ισχύος loowp το κάθε ένα, συνδεδεμένα σε σειρά θα έχουν συνολική τάση περίπου 200V και ένταση 5Α. Συνδεδεμένα παράλληλα θα έχουν συνολική τάση περίπου 20V και ένταση 50Α. Και στις δύο περιπτώσεις, η συνολική ισχύς θα είναι Watt/p. Δηλαδή, με 5 ώρες έντονης ηλιοφάνειας την ημέρα, θα αποδίδουν Watt/ώρες κάθε μέρα, ή αuιώς 5KWh. Φωτοβολταικα συνδεδεμένα σε σειρά εννοούμε όταν τα έχουμε συνδέσει μεταξύ τους, ενώνοντας το θετικό καλώδιο εξόδου του ενός πάνελ με το αρνητικό του άλλου, δηλαδή εναλλάξ το + με το - κ.ο.κ. Συνδεδεμένα παράλληλα είναι όταν συνδέουμε το θετικό καλώδιο εξόδου του ενός πάνελ με το θεηκό του επόμενου και το αρνητικό καλώδιο εξόδου με το αρνηπκό του επόμενου. Σε σειρά αθροίζεται μόνο η τάση (τα volt), ενώ παράλληλα αθροίζεται μόνο η ένταση (τα ampere). Τα φωτοβολταικα πανελ τα συνδέουμε συνήθως σε σειρά για μεγαλύτερη τάση (volt) όταν πρόκειται να συνδεδεθούν με το δίκτυο της ΔΕΗ. Αν προορίζονται για αυτόνομο σύστημα με συσσωρευτές (μπαταρίες), τότε η απαιτούμενη τάση εξαρτάταιαπό αυτή των

23 I συσσωρευτών. Αν η τάση των συσσωρευτών είναι 12V, τότε συνδέουμε τα φωτοβολταικά παράλληλχι (η τάση μένει σταθερή και πολλαπλασιάζουμε τα Ampere). 2.7Ηλιοφάνεια στην Ελλάδα Πόση είναι η ηλεκτρική ενέργεια που θα παρήγαγε ένα φωτοβολταϊκό πάρκο σε μια δεδομένη θέση της Ελλάδος; Στο ερώτημα αυτό μπορούμε να απαντήσουμε σε πρώτη εκτίμηση χρησιμοποιώντας το παρακάτω χάρτη του PVGIS. Εκεί απεικονίζεται η ηλεκτρική ενέργεια που θα παρήγαγε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα ισχύος IKWp σε ένα έτος έχοντας βέλτιστο προσανατολισμό. Παρατηρείστε ότι ολόκληρη η ετηκράτεια είναι σε ζώνες με παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγαλύτερης των llookwh/kwp. Έτσι για παράδειγμα, μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση με ονομαστική ισχύ 100 KWp χωρίς σύστημα παρακολούθησης της ηλιακής τροχιάς στη νοτιοδυτική Κρήτη, όπου η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι 1500KWh/KWp το έτος θα παράγει σε ένα χρόνο 1500*100KWh ή 150 MWh. Η ίδια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση στα βόρεια της Θεσσαλονίκη, όπου η παραγωγή ενέργειας είναι περίπου 1150 KWh/KWp θα παράγει 115 MWh σε ένα έτος.

24 Yearly solar electricily generated by 1 1cWp photovoltaic system wi#i modules mounted at optimum angle Ετήσια παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος άπο ένα πάρκο lookwp 2.8 Θεσμικό πλαίσιο- Αδειοδοτική Διαδικασία ΦΒ Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει αναπτυχθεί τους τελευταίους μήνες στις επενδύσεις σε φωτοβολταϊκά πάρκα. Το έναυσμα έδωσε τόσο ο νόμος 3468/06. για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όσο και ο νέος επενδυτικός νόμος βάσει του οποία) επενδύσεις σε φωτοβολταϊκά πάρκα μπορούν να επιδοτιιθούν έως και 60% (αναλόγως της περιοχής και του μεγέθους της επιχείρησης).

25 Άδεια Παραγωγής ή Εξαίρεση ή Ατιαλλαγή - Απαλλαγή για σταθμούς έως 20 kw - Εξαίρεση για σταθμούς από 20 kw έως 150 kw (και για κορεσμένα δίκτυα και για σταθμούς κάτω των 20 kw) - Άδεια Παραγωγής για σταθμούς άνω των 150 kw Όροι Σύνδεσης στο Σύστημα ή το Δίκτυο Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (για σταθμούς άνω των 20 kw και για όλους τους σταθμούς εντός NATURA 2000) Άδεια Εγκατάστασης (για σταθμούς άνω των 150 kw) Άδεια Άειτουργίας (για σταθμούς άνω των 150kW) 2.9 Ποιο είναι το μέγεθος της επένδυσης που απαιτείται για ένα πάρκο lookwatt Όι περισσότερες εταιρείες που κατασκευάζουν φωτοβολταϊκά πάρκα δίνουν τιμές για κάθε εγκατεστημένο kwp )(δηλαδή τη μέση τιμή του κόστους κατά την παράδοση του Φ/Β πάρκου με το «κλειδί στο χέρι»). Το κόστος αυτό είναι της τάξεως των 6000 ανά εγκατεστημένο kwp, για την περίπτωση της εγκατάστασης φωτοβολταϊκών με σταθερή στήριξη, ποσό που θα μπορούσε να είναι μεγαλύτερο για μικρές εγκαταστάσεις. Έτσι ένα Φ/Β πάρκο των lookwp έχει ένα αρχικό κόστος 6Θ0.Θ00 χωρίς Φ.Π.Α. Για την εγκατάσταση ενός τέτοιου πάρκου απαιτείται έκταση lookwp χ 10m2 m'/kwp = 100Θ Κεφάλαιο Φωτοβολταϊκά στοιχείο Πυριτίου Το υλικό, που χρησιμοποιείται ευρύτατα στη βιομηχανία των ΦΒ κυψελίδων, είναι το Πυρίτιο (Si), του οποίου οι διαδοχικές εργασίες καθαρισμού της πρώτης ύλης, της άμμου, παρουσιάζονται στο σχήμα 3.9. Στην άμμο, ίο πυρίτιο περιέχεται με τη μορφή του οξειδίου του πυριτίου (Si02). Το τελικό προϊόν χαρακτηρίζεται από υψηλή καθαρότητα (99,99999 %). Τα ΦΒ στοιχεία Πυριτίου διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες, ανάλογα με τη δομή του βασικού υλικού ή τον ιδιαίτερο τρόπο παρασκευής. Οι διαφορετικοί τύποι είναι οι εξής:

26 1. ΦΒ στοιχεία κρυσταλλικού Πυριτίου (Single-crystalSilicon): Το βασικό υλικό είναι μονο-κρυστα?7.ικό. Το πάχος του υλικού είναι σχετικά μεγάλο. Η απόδοση τους, με τη μορφή κυψελίδας, κυμαίνεται από 21% έως 24%, ενώ με τη μορφή των ΦΒ πλαισίων, μεταξύ 13 έως 16%. Χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος κατασκευής. Χρώμα: Σκούρο μπ}. 2. ΦΒ στοιχεία πολυκρυσταλλικού Πυριτίου ^Vlulticrystaline Silicon mc- Si): Δυνατότητα κατασκευής μεγάλων επιφανειών. Συνήθως κόβονται σε τετραγωνικής μορφής στοιχεία. Αποτελούνται από λεπτά επιστρώματα, πάχους 10 έως 50 μιτι. Στην επιφάνεια της κυψελίδας, διακρίνονται οι διαφορετικές μονο-κρυσταλλικές περιοχές. Τα όριά τους αποτελούν θέσεις παγίδευσης των φορέων. Λρα. όσο μικρότερο το συνολικό μήκος των οριακών περιοχών μέσα στο δεδομένης διάστασης ΦΒ στοιχείο, τόσο καλύτερη η ηλεκτρική αγωγιμότητα τους. Γενικά, όσο μεγαλύτερες οι διαστάσεις των μονοκρυσταλλικών π:εριοχών του πολυκρυσταλλικού ΦΒ στοιχείου, τόσο υψηλότερη η απόδοση του. η οποία κυμαίνεται από 17% έως 20%, σε εργαστηριακή μορφή κυψελίδας και από 10% έως και 14%, σε βιομηχανική μορφή ΦΒ πλαισίου. Χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλή χρονική σταθερότητα. Το κόστος παρασκευής τους είναι χαμηλότερο σε σχέση με το αντίστοιχο του μονοκρυσταλ-λικού πυριτίου. Το χρώμα τους είναι γαλάζιο. 3. ΦΒ στοιχεία ταινίας (Ribbon Si/icon): Δημιουργία λεπτής ταινίας από τηγμένο υλικό. Πολυκρυσταλλικό Πυρίτιο με απόδοση περί το 13%. Μέθοδος υψηλού κόστους και, προς το παρόν, περιορισμένης βιομηχανικής παραγωγής. ΦΒ στοιχεία άμορφου Πυριτίου (Amorphous ή Thin film Silicon): Τεχνολογία λεπτών επιστρώσεων ή υμενίων (films), θεωρητικά πολύ χαμηλού κόστους παραγωγής, εξαιτίας την μικρής χρησιμοποιούμενης μάζας υλικού. Το λεπτό επίστρωμα σχηματίζεται πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης, χαμηλού κόστους. Η απόδοση των ΦΒ στοιχεύον αυτών μειώνεται έντονα, στα αρχικά στάδια φωτισμού τους, στα επίπεδα του 6 έως 8%. Σήμερα, η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται για την παρασκευή σύνθετων ΦΒ στοιχείων, με διαδοχικές ενώσεις δύο ή τριών στρωμάτων με διαφορετικό ενεργειακό χάσμα, με σκοπό την αύξηση του αξιοποιήσμου τμήματος του ηλιακού φάσματος. Π.χ. παρασκευάζονται ΦΒ στοιχεία από κράμα Πυριτίου με Ανθρακα και Γερμάνιο, τριών επαφών, με σταθεροποιημένη απόδοση 13%. Το ιδιαίτερο κατασκευαστικό χαρακτηριστικό τους είναι η δυνατότητα δημιουργίας διαδοχικών ΦΒ στοιχείων σε μεγάλες επιφάνειες ΦΒ πλαισίων. 3.2 Το Φωτοβολταϊκά πλαίσιο 3.2.1Κατασκευαστικά στοιχεία

27 Το φωτοβολταϊκό στοιχείο, μικρών διαστάσεων αποτελεί αντικείμενο έρευνας σε εργαστηριακό επίπεδο. Σε επόμενο στάδιο βιομηχανικής παρασκευής, η ετητυχής μεθοδολογία μεταφέρεται σε συσκευές - θαλάμους, μεγαλυτέρου μεγέθους, οι οποίοι επιτρέπουν την παρασκευή ΦΒ στοιχείων μεγαλυτέρων διαστάσεων, με αυξημένο ρυθμό παραγωγής. Μετά την παρασκευή της βασικής δομής του ΦΒ στοιχείου, ακολουθεί η κοπή του στο επιθυμητό σχήμα, συνήθως τετραγωνικό, ώστε κατά τη σύνθεση τους σε μεγαλύτερη μονάδα, να αφήνουν μεταξύ τους την ελάχιστη μη εκμε ταλλεύσιμη επιφάνεια. Ένα σύνολο ΦΒ στοιχείων συνδέονται σε σειρά, ώστε να αποτελούν εύχρηστη σε μέγεθος μονάδα, με τα επιθυμητά ηλεκτρικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά. Τα βασικά κριτήρια των χαρακτηριστικών αυτών είναι: 1. Για μεν τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, η δυνατότητα συνδυασμού της μονάδας αυτής με συσσωρευτή τυπικής ονομαστικής τάσης 12 V, για την αποθήκευση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, 2. Για δε τις διαστάσεις της μονάδας, η ευκολία κατασκευής, μεταφοράς και ενσωμάτωσης τους σε σύνολα (συστοιχίες) καθώς και το μειωμένο κόστος αντικατάστασης της, στην περίπτωση βλάβης ή καταστροφής της. Στην πράξη, ένα σύνολο ΦΒ στοιχείων συνδεμένων σε σειρά, ώστε να εμφανίζουν συγκεκριμένη τάση ανοικτού κυκλώματος τοποθετούνται, σε επίπεδη γυάλινη πλάκα, υψηλής διαφάνειας, προσαρμοσμένης σε μεταλλικό πλαίσιο, υψηλής αντοχής, συνήθως από ανοδιομένο αλουμίνιο. Το πίσω μέρος καλύπτεται από ειδικό πλαστικό υλικό, για προστασία από την υγρασία. Η τελική κατασκευή πληροί ειδικές προδιαγραφές, ώστε να διαθέτει την απαραίτητη μηχανική αντοχή, τις κατάλληλες υποδοχές στήριξης και επιπλέον την αυξημένη στεγανότητα για προστασία από την υγρασία. Η διάταξη αυτή αποτελεί την τυτηκή βιομηχανική μονάδα (module) και ονομάζεται φωτοβολταϊκό πλαίσιο (Photovoltaic module). Αποτελεί τη βασική δομική μονάδα κάθε μεγαλύτερης εγκατάστασης παραγωγής ΦΒ ηλεκτρικής ενέργεπς, δηλαδή, της φωτοβολταϊκής συστοιχίας (array). Σπανιότερα, χρησιμοποιείται ο όρος φωτοβολταϊκή γεννήτρια (Photovoltaic generator). Τυπικές τιμές ισχύος αιχμής ενός ΦΒ πλαισίου εμπορίου: από μερικά Wp' έως τα 150 Wp. Διατίθενται επίσης σε μεγαλύτερες δκστάσεις, με περισσότερα ΦΒ στοιχεία, σε σειρά και παράλληλη εσωτερική σύνδεση, με τη μορφή σύνθετων διατάξεων, που χαρακτηρίζονται από υψηλή ισχύ αιχμής και συνήθως υψηλή τάση ανοικτού κυκλώματος, κατάλληλες για ειδικές εφαρμογές. Το σύμβολο ηλεκτρολογικής σχεδίασης του ΦΒ πλαισίου δείχνεται στο σχήμα. Η αρχική μορφή των ΦΒ στοιχείων στο πλαίσιο ήταν η κυκλική (Κυκλικά wafers από το κυλινδρικό ingot της μεθόδου Czochralski), με αποτέλεσμα να μένει αρκετή μη ενεργός επιφάνεια του πλαισίου. Σήμερα, τα ΦΒ στοιχεία που χρησιμοποιούνται στα ΦΒ πλαίσια, έχουν τετραγωνικό σχήμα (mc-si) ή τετραγωνικό με κομμένες τις γωνίες (κυψελίδες c-si), ώστε να ελαχιστοποιείται η μη αξιοποιήσιμη επιφάνεια του ΦΒ πλαισίου.

28 Όσον αφορά στην επιλογή του αριθμού των ΦΒ στοιχείων απ' τα οποία θα κατασκευαστεί το ΦΒ πλαίσιο, αναφέρθηκε προηγουμένως ότι, αυτό έχει άμεση σχέση με την ονομαστική ηλεκτρική τάση 12 V στους πόλους των ηλεκτρικών συσσωρευτών Pb/H2S04, οι οποίοι κατέχουν την πρώτη θέση στην παγκόσμια αγορά. Ο λόγος είναι ο εξής: Η ΦΒ συστοιχία αποδίδει την ενέργεια της με τη μέγιστη ισχύ, όταν φωτίζεται με ένα ήλιο (1 sun»1 kw/m^) και λειτουργεί στο λεγόμενο σημείο μέγιστης ισχύος (ΣΜΙ). Το σημείο αυτό, στην Σχήμα:(α) Τρόπος σύνδεσης δύο διαδοχικών ΦΒ στοιχείων μέσα σε ένα ΦΒ πλαίσιο, (β) Εσωτερική δομή ενός ΦΒ πλαισίου. Διακρίνονται οι δίοδοι παράκαμψης, (γ) Η συμβολική παράσταση ενός ΦΒ πλαισίου. περίτιτωσηενός ΦΒ πλαισίου, φροντίζουμε να αντιστοιχεί σε τάση που να καλύπτει τη φόρτιση του τυπικού ηλεκτρικού συσσωρευτή. Συγκεκριμένα, για τη φόρτιση του συσσωρευτού μολύβδου-θειικού οξέως (Pb/H2S04), ονομασπκής τάσης 12 V, απαιτείται τάση περίπου 14,2-14,4 V. Στο σύστημα αυτό είναι απαραίτητη η παρεμβολή μιας απλής ηλεκτρονικής διάταξης, για τον έλεγχο των ορίων τάσης φόρτισης και εκφόρτισης του συσσωρευτή καθώς και μιας διόδου αντεπιστροφής ώστε να αποτρέτιεται η εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτού διαμέσου της ΦΒ συστοιχίας, όταν αυτή δεν φωτίζεται. Αυτά τα πρόσθετα ηλεκτρονικά και οι γραμμές μεταφοράς, απαιτούν μια επιπλέον τάση 1-2 V. Αρα το ΣΜΙ της πιο ατιλής ΦΒ συστοιχίας, δηλαδή, ενός ΦΒ πλαισίου, σε ένα ήλιο, πρέπει να καλύπτει τουλάχιστον την τάση των 15 έοος 17 V (14,4 V -ι-1 έως 2 V). Η απαίτηση αυτή, σε συνδυασμό με τα ηλεκτρικά χαρακτηρισπκά των ΦΒ στοιχείων, οδηγεί στην επιλογή των συγκεκριμένων ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των ΦΒ πλαισίων. Όπως θα διαπιστώσετε στην 3.8.5, η τάση στο «γόνατο» της I-V, όπου αντιστοιχεί η ισχύς αιχμής του ΦΒ πλαισίου και άρα η τάση όπου επιθυμούμε να λειτουργεί αυτό, σε διάφορα επίπεδα φωτισμού, βρίσκεται στην πφιοχή 14V + 17V. Η αντίστοιχη τάση ανοικτού κυκλώματος είναι στην περιοχή 19 V-22 V. Αυτό δικαιολογεί το πλήθος των ΦΒ στοιχείων που χρησιμοποιούνται σ' ένα ΦΒ πλαίσιο.

29 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Τυττικη ισχύς αιχμής, Ρρ (Peak Power) Εγγύηση για ελάχιστο της ισχύος αιχμής Ηλεκτρική τάση στο σημείο ισχύος αιχμής (Vm-src) Ηλεκτρικό ρεύμα στο σημείο ισχύος αιχμής (L.STC) Τάση ανοικτού κυκλώματος (Vqc,STC) Ρεύμα Βραχυκύκλωσης (lsc,stc) Θερμικός συντελεστής ρεύματος βραχυκύκλωσης Θερμικός συντελεστής τάσης ανοικτού κυκλώματος Θερμικός συντελεστής μεταβολής ισχύος NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ L xbx H (Μήκος x πλάτος x πάχος), σε mm Βάρος Τψή Τιμή I 1425 x652 x36 11,9 kg ΤΥΠΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Φ/Β ΠΛΑΣΙΩΝ Ονομαστικής Τόσης Εξόδου I2V. Με στόχο τα ΦΒ πλαίσια να προσαρμοστούν περισσότερο στην αρχιτεκτονική μορφή του κτιρίου, οι εταιρείες κατασκευής τους προτείνουν λύσεις που ταιριάζουν με τις απαιτήσεις της πρακτικότητας και της αισθηηκής. Παραδείγματος χάριν, για τις στέγες των κτιρίων παραδοσιοκής μορφής, προτείνεται η χρήση ΦΒ πλαισίων με τη μορφή κεραμιδιών. Στις πλευρές του κτιρίου, μπορούν να τοποθετηθούν ΦΒ πλαίσια - ζωγραφικοί πίνακες. ΦΒ πλαίσια ημιπερατά στο ηλιακό φως μπορούν να τοποθετηθούν σε διαδρόμους μεγάλων κτιριακών συγκροτημάτων, συνδυάζοντας τη δυνατότητα φυσικού ημερήσιου φωτισμού του διαδρόμου με τη δυνατότητα τς^νητού φωτισμού, από αποθηκευμένη ΦΒ ηλεκτρική ενέργεια, κατά τη διάρκεια της νύκτας ή των συννεφιασμένων ημερών. Ειδικής χρήσης ΦΒ πλαίσια, είναι κατασκευασμένα από εύκαμπτο υλικό και σε μερικές περιπτώσεις, με τέτοιο τρόπο, ώστε να διπλώνονται, καταλαμβάνοντας μικρό χώρο. Η πιο απλή και ευρέως διαδεδομένη εφαρμογή των ΦΒ στοιχείων αφορά στην ηλεκτρική τροφοδοσία των φορητών υπολογιστών αριθμηηκών πράξεων (Calculators) Απόδοση του ΦΒ πλαισίου και παράγοντες που την επηρεάζουν > Συντελεστής απόδοσης τι Ο στιγμιαίος συντελεστής απόδοσης ενός ΦΒ πλαισίου προσδιορίζεται από το πηλίκο της αποδιδόμενης μέγιστης ηλεκτρικής ισχύος, Ρ, προς την

30 προσπίπτουσα στο πλαίσιο, ισχύ της ηλιακής ακτινοβολίας E-S, όπου Ε, η πυκνότητα ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο του ΦΒ πλαισίου; ηπι=ριτι/ε*8 Εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες των υλικών παρασκευής του, τη θερμοκρασία των κυψελίδων και την πυκνότητα ισχύος της προσπίτττουσας ακτινοβολίας. Σε συνθήκες διαφορετικές από τις πρότυπες, η τιμή του καθορίζεται από τη διαφορά θε-θδτ(;, των θερμοκρασιών της κυψελίδας στη δεδομένη κατάστιση φωτισμού και στην κατάσταση STC (25 C), αντίστοιχα καθώς και από την πυκνότητα ισχύος Ε, της προσπίπτουσας ΗΜ ακτινοβολίας. Η απόδοση των ΦΒ πλαισίων είναι μικρότερη της αντίστοιχης του ΦΒ στον χείου εργαστηριακής παρασκευής. Οι βασικότεροι λέγοι είναι: η μη πλήρης κάλυψη της γεωμετρικής επιφάνειας του από ετηφάνεια ΦΒ στοιχείων, η οποία καθορίζεται από τον παράγοντα κάλυψης packing factor), η ανομοιογένεια των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων που συνθέτουν το ΦΒ πλαίσιο και η ανακλαστικότητα του υαλοπίνακα του πλαισίου. Σήμερα, η απόδοση των ΦΒ πλαισίων από κρυσταλλικό Πυρίτιο (c-si), βρίσκεται στην περιοχή 14-17% ενώ σ' αυτές από άμορφο ττυρίτιο (a-si:h), προηγούμενης γενιάς, δεν ξεπερνά το 6%. Νεότερης κατασκευής ΦΒ στοιχεία a- Si:H, τριιόν σε επαφή ΦΒ στοιχείων, εμφανίζουν εργαστηριακή απόδοση ~13 %. Σε βιομηχανική μορφή έχει ανακοινωθεί η κατασκευή ΦΒ πλαισίων άμορφου Πυριτίου, τριών επαφών, με σταθερή απόδοση 10,2 %, με σχετικά χαμηλό κόστος κατασκευής. Τα ΦΒ στοιχεία πολυκρυσταλλικού πυριτίου (mc- Si), συνδυάζουν καλή ποιότητα κατασκευής, καλή απόδοση 13-14% και μικρότερο κόστος κατασκευής από τα κρυσταλλικά, με τα οποία έχουν τον ίδιο, περίπου, χρόνο ζωής. Η αναπτυσσόμενη υψηλή θερμοκρασία των ΦΒ στοιχείων του πλαισίου, οι καταστάσεις θερμής κηλίδας η εισχώρηση υγρασίας στο εσωτερικό τους και οι συνακόλουθες αλλοιώσεις δομής της ΦΒ κυψελίδας, μειώνουν σταδιακά την ενεργειακή απόδοση τους. Το μέγεθος της ετήδρασης εξαρτάται από το υλικό του ΦΒ στοιχείου τον τύπο του και τη διαχρονική αξοπιστία της μηχανικής κατασκευής και των ηλεκτρολογικών και μονωτικών υλικών. Επίσης, σκόνες και άλλα σώματα στην ετηφάνεια όψης των πλαισίων, μειώνουν την απόδοση τους. Η τιμή του στιγμιαίου συντελεστής απόδοσης του ΦΒ πλαισίου, η^, καθορίζεται από τις αποκλίσεις που υφίσταται από την ημή η,^5τ0 που προσδιορίζεται σε πρότυπες συνθήκες ελέγχου (STC). Σε συντομία, οι απώλειες αυτές αφορούν: στη γήρανση του ΦΒ πλαισίου, δηλαδή στη μείωση της απόδοσης του λόγω αλλοίωσης των υλικών κατασκευής των κυψελίδων του ΦΒ πλαισίου. i