PVS in BLOOM (Φωτοβολταϊκά ςε Ανάπτυξθ) ΣΕΧΝΚΚΟ ΕΓΧΕΚΡΚΔΚΟ

Transcript

1 PVS in BLOOM (Φωτοβολταϊκά ςε Ανάπτυξθ) ΣΕΧΝΚΚΟ ΕΓΧΕΚΡΚΔΚΟ Θ Εγκατάςταςθ επί του εδάφουσ φωτοβολταϊκϊν ςε υποβακμιςμζνεσ περιοχζσ

2 ISBN: Αυτό το τεχνικό εγχειρίδιο αναπτφχκθκε ςτα πλαίςια του ζργου PVs in Bloom Farming photovoltaic flowers: a new challenge for land valorization within a strategic ecosustainable approach to local development, με αρικμό ζγκριςθσ IEE/07/762/SI χρθματοδοτοφμενο από το Intelligent Energy Europe Programme (CIP Framework Programme) of the European Commission. Ο μόνοσ υπεφκυνοσ για το περιεχόμενο αυτισ τθσ ζκδοςθσ είναι ο ςυγγραφζασ και δεν απεικονίηει τθν άποψθ τθσ Ευρωπαϊκισ Κοινότθτασ. Θ Ευρωπαϊκι Ζνωςθ δεν είναι υπεφκυνθ για οποιαδιποτε χριςθ των πλθροφοριϊν που περιζχονται ςε αυτι τθν ζκδοςθ.

3 ΣΕΧΝΚΚΟ ΕΓΧΕΚΡΚΔΚΟ Θ Εγκατάςταςθ επί του εδάφουσ φωτοβολταϊκϊν ςε υποβακμιςμζνεσ περιοχζσ Ζργο PVs in BLOOM Μια νζα πρόκλθςθ ςτθν αξιοποίθςθ τθσ γθσ μζςα από μια ςτρατθγικι οίκο-εναλλακτικισ προςζγγιςθσ ςτθν τοπικι ανάπτυξθ G. Nofuentes, J. V. Muñoz, D. L. Talavera, J. Aguilera and J. Terrados

4

5 ΠΕΡΚΕΧΟΜΕΝΑ 1.1 Ειςαγωγι 1.2 Σμιμα DC (Φ/Β πάνελ, καλωδιώςεισ, κουτιά ςφνδεςθσ DC, DC διακόπτεσ) 1.3 Σμιμα AC (Μετατροπζασ & μετρθτζσ ενζργειασ) 1.4. Μεταλλικά τμιματα και προςτατευτικά ςτοιχεία (γείωςθ, αναςχιντζσ υπζρταςθσ, αςφάλειεσ, κλπ.) 1.5. Μερικά θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ενόσ τυπικοφ 1-MWp PVPP ΤΝΟΠΣΚΚΗ ΕΠΚΚΟΠΗΗ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ 1 2. Η εκτίμθςθ τθσ ετιςιασ ενζργειασ που παράγεται από διαςυνδεδεμζνο Φ / Β φςτθμα 2.1 Εκτίμθςθ ςφμφωνα με το θλιακό δυναμικό τθσ περιοχισ (τα διακζςιμα ςτοιχεία θλιακισ ακτινοβολίασ πθγζσ: επίγειων μετριςεων και δορυφορικών δεδομζνων) 2.2. Τπολογίηοντασ τθν ετιςια απόδοςθ θλεκτρικισ ενζργειασ ενόσ Φ / Β διαςυνδεδεμζνου ςυςτιματοσ ΤΝΟΠΣΚΚΗ ΕΠΚΚΟΠΗΗ ΣΟ ΣΜΗΜΑ 2 3. Σαξινόμθςθ κατά μζγεκοσ PV διαςυνδεδεμζνων ςυςτθμάτων 3.1. Επιλζγοντασ το Φ/Β πλαίςιο 3.2. Διαςταςιολόγθςθ τθσ ονομαςτικισ ιςχφοσ τθσ φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ 3.3. Διαςταςιολόγθςθ τθσ ονομαςτικι ιςχφοσ του μετατροπζα 3.4. Σαξινόμθςθ κατά μζγεκοσ του αρικμοφ των φωτοβολταϊκών πάνελ 3.5. Η ταξινόμθςθ κατά μζγεκοσ του αρικμοφ των ςε ςειρά ςυνδεδεμζνων πλαιςίων 3.6. Διαςταςιολόγθςθ του αρικμοφ των παράλλθλα ςυνδεδεμζνων πλαιςίων 3.7. Η κατά μζγεκοσ ταξινόμθςθ τθσ καλωδίωςθσ 3.8. Η ταξινόμθςθ κατά μζγεκοσ οριςμζνων προςτατευτικών μζτρων (αςφάλειεσ, αναςχετικά υπζρταςθσ, DC κεντρικόσ διακόπτθσ, κλπ.) 3.9 Μερικά χαρακτθριςτικά ςτοιχεία που αφοροφν εγκατάςταςθ PVPPs ΤΝΟΠΣΚΚΗ ΕΠΚΚΟΠΗΗ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ 3 ΠΡΟΑΡΣΗΜΑ ΣΜΗΜΑ 3: ΟΡΟΛΟΓΚΑ 4. Σαίριαςμα των τυπολογίων PVPP για υγκεκριμζνεσ περιοχζσ ΤΝΟΠΣΚΚΗ ΕΠΚΚΟΠΗΗ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ 4

6 5. Οικονομικι αξιολόγθςθ των διαςυνδεδεμζνων Φ / Β ςυςτιματων 5.1. Αντιπροςωπευτικά ςτοιχεία του κόςτουσ των PVGCS ςε οριςμζνεσ χώρεσ 5.2 Σα υφιςτάμενα μζτρα ςτιριξθσ για PVPPs ςε κάκε χώρα των εταίρων 5.3 Αναςκόπθςθ των πιο ςθμαντικών και κατανοθτών δεικτών κερδοφορίασ: ο δείκτθσ εςωτερικισ απόδοςθσ (IRR) 5.4 Εφκολοι ςτθ χριςθ πίνακεσ για τθν εκτίμθςθ του IRR 5.5. φντομθ επιςκόπθςθ των επιπτώςεων τθσ φορολογίασ ΤΝΟΠΣΚΚΗ ΕΠΚΚΟΠΗΗ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ 5 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Κ ΣΟΤ ΣΜΘΜΑΣΟ 5. ΠΚΝΑΚΕ ΠΟΤ ΑΠΕΤΙΤΝΟΝΣΑΚ ΣΗΝ ΕΚΣΚΜΗΗ ΣΩΝ IRR ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ ΚΚ ΣΟΤ ΣΜΗΜΑΣΟ 5: ΟΡΟΛΟΓΚΑ ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ: ΚΤΡΚΑ ΣΕΧΝΚΚΑ ΚΑΚ ΤΜΒΟΛΑΚΑΚΑ ΗΜΕΚΑ ΠΟΤ ΠΡΕΠΕΚ ΝΑ ΕΛΕΓΧΟΝΣΑΚ ΚΑΚ ΝΑ ΤΓΚΡΚΝΟΝΣΑΚ ΟΣΑΝ ΕΞΕΣΑΖΕΣΑΚ ΜΚΑ ΠΡΟΣΑΗ ΑΠΟ ΕΝΑΝ EPC ΠΡΟΜΗΙΕΤΣΗ ΕΤΧΑΡΚΣΚΕ

7 1. Βαςικά για τα διαςυνδεδεμζνα Φ/Β ςυςτιματα 1.1 Overview (Ειςαγωγι) Θ τεχνολογία φωτοβολταϊκϊν μετατρζπει τθν θλιακι ακτινοβολία ςε θλεκτριςμό, χρθςιμοποιϊντασ ςυςκευζσ που ονομάηονται φωτοβολταϊκα πάνελ. Ο τρόποσ αυτόσ παραγωγισ ενζργειασ, γνϊριςε τα τελευταία χρόνια μια φοβερι ανάπτυξθ ςτθν βιομθχανία παραγωγισ ενζργειασ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ, όπωσ φαίνεται και ςτο διάγραμμα 1.1 Διάγραμμα 1.1. Θ παγκόςμια εξζλιξθ του αρικμοφ των φωτοβολταϊκϊν κυψελϊν. Θ ανάπτυξθ των παραγόμενων MW ζχει ακολουκιςει μια εκκετικι τάςθ (Ρθγι: EurObsev'ER 2008). Τα φωτοβολταικά ςυςτιματα μποροφν να χωριςτοφν ςε δυο κατθγορίεσ, τα αυτόνομα ςυςτιματα (SAPV) και τα διαςυνδεδεμζνα ςυςτιματα (PVGCS). Τα πρϊτα κυρίωσ χρθςιμοποιοφνται για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ για ιδιοκατανάλωςθ, ενϊ ςτα δεφτερα θ παραγωγι ενζργειασ πωλείται διαμζςου του θλεκτρικοφ δικτφου. Λαμβάνοντασ υπόψθ τα χαρακτθριςτικά του προγράμματοσ «PV in Bloom» τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά

8 ςυςτιματα είναι εκτόσ του ςκοποφ ανάλυςθσ αυτοφ του πονιματοσ και για αυτό το λόγω κα επικεντρωκοφμε ςτα PVGCS. Σε αυτοφ του είδουσ τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα όλθ θ ενζργεια που παράγετε προωκείται ςτο δίκτυο τθσ εταιρείασ θλεκτρικισ ενζργειασ. Στθν πραγματικότθτα θ εταιρεία παίηει το ρόλο μιασ μεγάλθσ αποκικθσ θλεκτριςμοφ: Στισ αναπτυγμζνεσ χϊρεσ τα περιςςότερα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα είναι ςυνδεδεμζνα ςτο δίκτυο και ςε γενικζσ γραμμζσ αυτό το ςθμείο κάνει τα PVGCS απλοφςτερα από ότι τα (SAPV) κυρίωσ γιατί δεν είναι απαραίτθτθ θ αποκικευςθ τθσ ενζργειασ. Ο λόγοσ τθσ τροφοδότθςθσ όλθσ τθσ ενζργειασ που παράγεται από τα PVGCS, ςχετίηεται με το υπάρχουςα γενναιόδωρθ τιμολογιακι πολιτικι, όπου θ παραγόμενθ από φωτοβολταικά ςυςτιματα ενζργεια, πωλείται ςτο δίκτυο ςε τιμζσ πολφ παραπάνω από αυτζσ τθσ αγοράσ. Επιπλζον, ο αρικμόσ των ςυςτθμάτων αυτϊν ζχει αυξθκεί κατακόρυφα ςε όλο τον κόςμο. Θ ανάπτυξθ αυτι προιλκε από τθν μείωςθ του κόςτουσ των φωτοβολταϊκϊν ςε ςυνδυαςμό με τθν μεγάλθ ποικιλία των υποςτθρικτικϊν πολιτικϊν που οι διάφορεσ χϊρεσ κεςμοκζτθςαν (πχ: Γερμανία, Λςπανία και Λταλία). Αυτζσ οι ςτρατθγικζσ ι οι πολιτικζσ εφαρμόηονται με οικονομικά κίνθτρα, όπωσ θ χοριγθςθ επιδότθςθ ανά kwp εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ ι θ πλθρωμι ανά kwh που παράγεται και πωλείται, αυτζσ οι ζννοιεσ κα εξθγθκοφν ςε μεγαλφτερο βάκοσ ςτο τμιμα 5, με άλλα λόγια, τα δθμοςιονομικά αυτά κίνθτρα ςε γενικζσ γραμμζσ κατατάςςονται ςε αυτά με βάςθ τθν παραγόμενθ ενζργεια (κυρίωσ με εφαρμογι γενναιόδωρων τιμολογίων αγοράσ) και αυτζσ που ζχουν επίκεντρο τισ επενδφςεισ (αρχικζσ επιδοτιςεισ για επενδφςεισ ι εκπτϊςεισ, χαμθλότοκα δάνεια). Τα τελευταία αυτά κίνθτρα τείνουν προοδευτικά να εξαλειφκοφν από τουσ κρατικοφσ φορείσ. Μετά από αυτι τθν ςφντομθ προςζγγιςθ των PVGCS, μια πιο εισ βάκοσ μελζτθ κα επιτευχκεί ςτθν ςυνζχεια, που ςχετίηεται με τα ςτοιχεία των ςυςτθμάτων αυτϊν και πϊσ λειτουργοφν. Ζνα απλουςτευμζνο ςχεδιάγραμμα ενόσ διαςυνδεδεμζνα Φ / Β ςυςτιματοσ φαίνεται ςτθν εικόνα 1.2. Το ςφςτθμα περιλαμβάνει ςυνικωσ τα ακόλουκα ςτοιχεία: 1. Φ/Β Ράνελ ι πλαίςιο, το οποίο αποκαλείται ςυνικωσ φωτοβολταϊκι γεννιτρια (Φ/Β πλαίςια ςυνδεδεμζνα ςε ςειρά ι παράλλθλα ςε δομι ςτιριξθσ) 2. Inverter ι Μετατροπζασ (μια ςυςκευι που βαςίηεται ςτο ότι μετατρζπει το Συνεχζσ (DC) θλεκτρικό ρεφμα που παράγεται ςτα πάνελ ςε εναλλαςςόμενο (AC) με τα ίδια χαρακτθριςτικά με εκείνα που παρζχεται από το δίκτυο θλεκτρικισ ενζργειασ) 3. Συςκευι μζτρθςθσ που προορίηεται για τθ μζτρθςθ τισ θλεκτρικισ ενζργειασ που πωλείται ςτο δίκτυο. 4. Συςκευι μζτρθςθσ που προορίηεται για τθ μζτρθςθ τισ θλεκτρικισ ενζργειασ που αγοράηεται από το δίκτυο. 5. φορτία εναλλαςςόμενου ρεφματοσ από θλεκτρικζσ ςυςκευζσ

9 Τα PVGCS ςυςτιματα, ςυχνά είναι τοποκετθμζνα ςε ςτζγεσ ιδιωτικϊν κτιρίων για οικογενειακι χριςθ. Σιμερα, αυτά τα ςυςτιματα όλο και περιςςότερο εγκακίςταται ςε διαμζριςμα, ςχολεία, γεωργικά και βιομθχανικά κτίρια, κλπ. Επιπλζον, όπου θ γενναιόδωρθ τιμολογιακι πολιτικι είναι διακζςιμθ, το κακεςτϊσ τισ φαίνεται ςτο ςχιμα 1.2 ζχει εγκαταλειφκεί και αντικαταςτακεί από το πιο αναβακμιςμζνο ωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 1.3. Το τελευταίο επιτρζπει ςτον ιδιοκτιτθ του ςυςτιματοσ να πωλεί τθν παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια ςτο ςφνολό τισ ςτο δίκτυο. Αυτι θ ευεργετικι διάταξθ ζχει προετοιμάςει το ζδαφοσ για επιχειριςεισ παραγωγισ ενζργειασ, εταιρείεσ εκμετάλλευςθσ και επενδφςεων για τθν ανάπτυξθ μεγάλου μεγζκουσ PVGCS τοποκετθμζνα ςτο ζδαφοσ. Επιπλζον, ιδιαίτερα τισ περιοχζσ με μεγάλθ θλιοφάνεια, ςυςτιματα παρακολοφκθςθσ του ιλιου ζχουν αποδειχκεί επικερδι, λαμβάνοντασ υπόψθ τισ ευνοϊκζσ οικονομικζσ ςτθρίξεισ που αναφζρεται παραπάνω. (1) (1) (2) (3) (4) (5) (5) AC Loads = ~ 245,7 kwh 457,3 kwh Electricity grid (1) PV modules (2) Inverter (3) Metering device (Electricty sold to the grid) (4) Metering device (Electricity bought from the grid) Φωτοβολταϊκό Ράνελ (2) Μετατροπζασ (3) Συςκευι Μζτρθςθσ (ενζργειασ που πωλείται ςτο δίκτυο) (4) Συςκευι Μζτρθςθσ (ενζργειασ που αγοράηεται από το δίκτυο) (5) φορτία εναλλαςςόμενου ρεφματοσ Σχιμα 1.2. Απλοποιθμζνθ διάταξθ ενόσ διαςυνδεδεμζνο ςτο δίκτυο φ/β ςυςτιματοσ. Ππου θ παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια πωλείται εν μζρει ςτο δίκτυο

10 (1) = ~ 245,7 kwh Electricity grid (1) PV modules (2) Inverter (3) Metering device (Electricty sold to the grid) Φωτοβολταϊκό Ράνελ (2) Μετατροπζασ (3) Συςκευι Μζτρθςθσ(ενζργειασ που πωλείται ςτο δίκτυο) (4) Δίκτυο θλεκτρικισ ενζργειασ Σχιμα 1.3. Απλοποιθμζνθ διάταξθ ενόσ διαςυνδεδεμζνου ςτο δίκτυο φ/β ςυςτιματοσ. Πλθ θλεκτρικι ενζργεια που παράγεται πωλείται ςτο δίκτυο εάν τα χαρακτθριςτικά τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ λθφκοφν υπόψθ, τότε ςτο ςχιμα 1.3 μπορεί να χωριςτοφν ςε δφο τμιματα. Τμιμα DC : Από το Φωτοβολταϊκό πάνελ μζχρι τον Μετατροπζα, θ ενζργεια ζχει τθν μορφι ςυνεχοφσ θλεκτρικοφ ρεφματοσ. Σε αυτό το τμιμα περιλαμβάνονται τα φωτοβολταικά πάνελ, οι υποςτθρικτικζσ υποδομζσ, καλϊδια, και τα κουτιά ςφνδεςθσ DC ρεφματοσ. Τμιμα AC: Από τον μετατροπζα μζχρι το δθμόςιο θλεκτρικό δίκτυο, θ ενζργεια ζχει τθν μορφι εναλλαςςόμενου θλεκτρικοφ ρεφματοσ. Σε αυτό το τμιμα περιλαμβάνονται το εξισ ςτοιχεία: Μετατροπζασ, καλϊδια, ςτοιχεία προςταςίασ και ςυςκευι μζτρθςθσ που μετρά τθν πωλοφμενθ ςτο δίκτυο θλεκτρικι ενζργεια. Θ διαίρεςθ αυτι είναι χριςιμθ όταν τα PVGCS και τα αποτελοφμενα ςτοιχεία τουσ περιγράφονται. Ραρ 'όλα αυτά υπάρχει ζνα βαςικό ςτοιχείο των ςυςτθμάτων που ςυνδζονται ςτο δίκτυο το οποίο ςχετίηεται με τα τμιματα του DC και AC? Δθλαδι, μεταλλικά τμιματα και θλεκτρόδια γείωςθσ. Τζτοια ςτοιχεία είναι βαςικά για τθν αςφάλεια του ςυςτιματοσ και προορίηονται για τθν προςταςία από θλεκτροπλθξία. 1.2 Τμιμα DC (Φ/Β, καλωδιϊςεισ, κουτιά ςφνδεςθσ DC, DC διακόπτεσ)

11 Φ/Β Ρλαίςια, καλϊδια και τα κουτιά ςφνδεςθσ είναι τα κφρια ςτοιχεία που μποροφν να βρεκοφν ςτο τμιμα DC. Τα χαρακτθριςτικά του DC ρεφματοσ κζτει πολλά ερωτιματα και νζεσ καταςτάςεισ για τουσ νζουσ εργαηόμενουσ ςτισ θλεκτρικζσ εγκαταςτάςεισ που ζχουν μάκει να χειρίηονται το AC ρεφμα Φωτοβολταϊκά πάνελ Το φωτοβολταϊκά πάνελ είναι ζνα από τα πιο ςθμαντικά ςτοιχεία του PVGCS ςυςτιματοσ, Πταν τα φωτοβολταϊκά πάνελ ςυνδζονται ςε διάταξθ ςε ςειρά και/θ παράλλθλα εξαςφαλίηουν τθν παραγωγι. Ραράλλθλα τα φωτοβολταϊκά πάνελ γίνονται ςυνδζοντασ φωτοβολταϊκά ςτοιχεία (θλιακζσ κυψζλεσ ι κφτταρα), που ςυνδζονται ςε ςειρά και παράλλθλα για να εξαςφαλίςουν μεγαλφτερθ ζνταςθ και τάςθ. Για τθν προςταςία του Φ/Β ςτοιχείου από μθχανικζσ καταπονιςεισ, καιρικζσ ςυνκικεσ και τθν υγραςία, τα ςτοιχεία, καλφπτονται με διαφανζσ υλικό που τα απομονϊνει. Στισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ χρθςιμοποιείται το γυαλί αλλά ανάλογα με τθ διαδικαςία, είναι δυνατό να χρθςιμοποιθκεί ακρυλικό πλαςτικό, μζταλλο ι πλαςτικό φφλλο. Αντίκετα, θ θλεκτρικι ςφνδεςθ των ςτοιχείων τθσ λεπτισ μεμβράνθσ αποτελεί αναβακμιςμζνο ςφςτθμα καταςκευισ, που επιτυγχάνεται με τθν κοπι αυλακϊςεων ςτα επιμζρουσ ςτρϊματα. Τζλοσ, τα τυποποιθμζνα πάνελ ζχουν ςκελετό από αλουμίνιο αν και είναι δυνατό να δθμιουργθκοφν πάνελ και Χωρίσ πλαίςιο (frameless). Οι Θλιακζσ κυψζλεσ που περιλαμβάνονται ςτα Φ/Β Ράνελ, μετατρζπουν άμεςα τθν θλιακι ακτινοβολία ςε θλεκτρικι ενζργεια. Κατά τθ διαδικαςία μετατροπισ, θ προςπίπτουςα θλιακι ακτινοβολία δθμιουργεί φορτιςμζνα ςωματίδια ςε οριςμζνα υλικά, που είναι γνωςτά ςαν θμιαγωγοί, τα οποία χωρίηονται από θ δομι τθσ ςυςκευισ και παράγουν θλεκτρικό ρεφμα. Αυτό το ρεφμα μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να θλεκτροδοτιςει ζνα θλεκτρικό κφκλωμα. Το πιο ςυχνά χρθςιμοποιοφμενο υλικό για τα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία είναι το πυρίτιο (Si), ζνα από τα πιο άφκονα ςτοιχεία ςτθ γθ. Τα πρϊτα εμπορικά διακζςιμα ςτοιχεία ιταν αυτά του μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου όπου τα άτομα του πυριτίου είναι απόλυτα ευκυγραμμιςμζνα οικοδομϊντασ ζναν οργανωμζνο κρφςταλλο. Για να μειωκεί όμωσ το κόςτοσ, νζεσ τεχνικζσ καταςκευισ αναπτφχκθκαν οι οποίεσ με τθ ςειρά τουσ δθμιοφργθςαν τα πολυκρυςταλλικά φωτοβολταϊκά ςτοιχεία. Αυτόσ ο τφποσ υλικό περιζχει πολλά κρφςταλλα, και τα άτομα ευκυγραμμίηονται ςε διαφορετικζσ κατευκφνςεισ.

12 Σχιμα 1.4. Κφριοι τφποι Φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων διακζςιμων ςτθν παροφςα αγορά Οι τεχνικζσ αυτζσ επιτρζπουν τθν καταςκευι θλιακϊν κυψελϊν με ευκολότερο, φκθνότερο και ταχφτερο τρόπο χρθςιμοποιϊντασ λιγότερο κακαρό πυρίτιο. Με αυτι τθν ζννοια, θ ανάπτυξθ των τεχνολογιϊν λεπτό φιλμ ζχει επιτρζψει περαιτζρω μειϊςεισ του κόςτουσ, μειϊνοντασ τθν ποςότθτα του υλικοφ που απαιτείται για τθν πραγματοποίθςθ τθσ θλιακισ κυψζλθσ. Κάποια άλλα υλικά εκτόσ πυριτίου, όπωσ Τελλουριοφχου καδμίου (CdTe), Διςελθνοϊνδιοφχοσ Χαλκόσ (CIS), άμορφου πυριτίου, κλπ., χρθςιμοποιοφνται για τθν καταςκευι θλιακϊν κυψελϊν. Ρολλζσ διαφορετικζσ θλιακζσ κυψζλεσ είναι τϊρα διακζςιμεσ ςτθν αγορά και ακόμθ περιςςότερεσ είναι υπό ανάπτυξθ. Οι τφποι των πάνελ ςυχνά χωρίηονται ανάλογα με τθν τεχνολογία τθσ θλιακισ κυψζλθσ που ενςωματϊνουν. Με αυτι τθν ζννοια, είναι κοινό να βρεκοφν ςτθ βιβλιογραφία πάνελ μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου (Si), πολυκρυςταλλικά πάνελ Si, πάνελ άμορφου Si, πάνελ CdTe, πάνελ CIS κλπ. Ακλουκϊντασ αυτό τον τρόπο διαχωριςμοφ, μια πιο εισ βάκοσ επεξιγθςθ των ςθμαντικότερων τεχνολογιϊν θλιακϊν κυψελϊν που υπάρχουν ςιμερα δίνεται παρακάτω. Τεχνολογίεσ κρυςταλλικοφ πυριτίου. Το πιο ςθμαντικό υλικό για τα κρυςταλλικά Φ/Β ςτοιχεία, είναι το πυρίτιο. Αυτό είναι το δεφτερο πιο άφκονο ςτοιχείο ςτθ γθ, αν και ποτζ δεν βρζκθκε ςαν κακαρό χθμικό ςτοιχείο. Είναι δεμζνα ςτο οξυγόνο, με τθ μορφι διοξειδίου του πυριτίου. Γι αυτό είναι απαραίτθτο να διαχωριςτοφν τα δφο ςτοιχεία μζςω μιασ χθμικισ διαδικαςίασ για να πάρουμε μεταλλουργικό πυρίτιο με κακαρότθτα 98%. Αυτόσ ο τφποσ πυριτίου, δεν μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθν παραγωγι Φ/Β ςτοιχείων λόγω τθσ χαμθλισ κακαρότθτασ του. Ζτςι, είναι αναγκαίο να εφαρμοςτεί μια άλλθ διαδικαςία κακαριςμοφ που επιτρζπει τθν απόκτθςθ υψθλισ ποιότθτασ πυριτίου (τουλάχιςτον 99: % κακαρότθτασ). Αυτό το υψθλισ ποιότθτασ πυρίτιο μπορεί πλζον να υποβάλλεται ςε επεξεργαςία με διαφορετικοφσ τρόπουσ για τθν παραγωγι μονοκρυςταλλικϊν ι πολυκρυςταλλικϊν Φ/Β ςτοιχείων. Ενϊ δεν είναι δθλθτθριϊδεσ, και είναι φιλικό προσ το περιβάλλον, δεδομζνου ότι τα απόβλθτα του δεν ζχουν κανζνα πρόβλθμα.

13 Ανάμεςα ςε όλα τα είδθ των Φ/Β ςτοιχείων τα πυρίτικα Φ/Β ςτοιχεία είναι τα πιο ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενα. Θ αποδοτικότθτα τουσ όμωσ περιορίηεται βάςθ διαφόρων παραγόντων. Θ ενζργεια των φωτονίων μειϊνεται ςε υψθλότερα μικθ κφματοσ. Το υψθλότερο μικοσ κφματοσ ςτο οποίο θ ενζργεια των φωτονίων είναι ακόμθ αρκετά μεγάλθ για να παράγει ελεφκερα θλεκτρόνια είναι 1.15μm (ιςχφει για το πυρίτιο μόνο). Ακτινοβολία με υψθλότερο Μικοσ κφματοσ προκαλεί μόνο το ηζςταμα των θλιακϊν κυττάρων και δεν παράγει κανζνα θλεκτρικό ρεφμα. Κάκε φωτόνιο μπορεί να προκαλζςει μόνο τθν παραγωγι ενόσ ηεφγουσ θλεκτρονίων-οπϊν. Ακόμθ και ςε χαμθλότερα μικθ κφματοσ πολλά φωτόνια δεν παράγουν ηεφγθ θλεκτρονίων-οπϊν, αλλά αυξάνουν τθν θλιακι κερμοκραςία του καλάμου. Θ υψθλότερθ απόδοςθ που επιτυγχάνεται από τα πυριτικά Φ/Β ςτοιχεία ςε ζνα ερευνθτικό εργαςτιριο βρίςκεται γφρω ςτο 23%, ενϊ για άλλα υλικά θμιαγωγϊν το ποςοςτό αυτό αυξάνει ζωσ και 30%. Στθν πραγματικότθτα, θ αποτελεςματικότθτα εξαρτάται από το υλικό των θμιαγωγϊν. Οι απϊλειεσ προκαλοφνται από τισ μεταλλικζσ επαφζσ ςτθν επάνω πλευρά του Φ/Β ςτοιχείου, εκτόσ από ζνα μζροσ όπου θ θλιακι ακτινοβολία αντανακλά ςτθν άνω πλευρά (γυαλί) των θλιακϊν κυψελϊν. Τα κρυςταλλικά Φ/Β ςτοιχεία είναι ςυνικωσ γκοφρζτεσ, περίπου 0,3 χιλιοςτά πάχουσ, που ζχουν κοπεί από ζνα κυλινδρικό κρφςταλλο πυριτίου με διάμετρο 10 ζωσ 15 cm. Ραράγουν περίπου 35 ma ρεφματοσ ανά cm2 επιφάνειασ (μαηί μζχρι 2 Α / κφτταρο) ςτθν τάςθ των 550mV ςε πλιρθ φωτιςμό. Θ αποτελεςματικότθτα ςτο Εργαςτιριο των θλιακϊν κυψελϊν υπερβαίνει το 20%, ενϊ από τα εμπορικά κλαςικά Φ/Β ςτοιχεία παράγεται ςυνικωσ άνω του 15%. Στθν πραγματικότθτα, υπάρχουν πολλοί τφποι πυρίτικων Φ/Β ςτοιχείων: μονοκρυςταλλικά (Single-κρυςταλλικό), πολυκρυςταλλικό (και τα δφο πρϊτα είδθ ςχολιάςτθκαν προθγουμζνωσ) και άμορφου. Ραρ όλα αυτά για να δθμιουργιςετε το άμορφο πυριτικό Φ/Β ςτοιχείο είναι απαραίτθτθ μια ειδικι τεχνικι καταςκευι, για το λόγω αυτό δεν είναι ςυνικωσ προϊόν το οποίο προωκείτε μαηί με μονοκρυςταλλικά ι πολυκρυςταλλικά, εκτόσ από τα Φωτοβολταϊκα υλικά λεπτϊν επιςτρϊςεων, thin film. Φωτοβολταϊκα υλικά λεπτών επιςτρώςεων, thin film Τα τελευταία χρόνια, θ ανάπτυξθ τθσ διαδικαςίασ thin film για τθν καταςκευι θλιακϊν κυψελϊν ζχει γίνει όλο και πιο ςθμαντικι. Θ διαδικαςία ςυνίςταται ςτθν εφαρμογι ενόσ λεπτοφ ςτρϊματοσ φωτοδραςτικϊν θμιαγωγϊν ςε ζνα υπόςτρωμα (ςυνικωσ γυαλί). Τα πιο ςυνικθ υλικά είναι: του άμορφου πυριτίου (a-si), λεπτζσ ταινίεσ πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου που αφαιροφνται με χαμθλό κόςτοσ, Διςελθνοϊνδιοφχοσ Χαλκόσ (CIS) και Τελλουριοφχου καδμίου (CdTe). Τα μειωμζνα υλικά, θ κατανάλωςθ ενζργειασ και θ αυτοματοποιθμζνθ παραγωγι παρζχουν ςε αυτιν τθν τεχνολογία πολφ υψθλζσ δυνατότθτεσ μείωςθσ του κόςτουσ ςε ςφγκριςθ με τεχνολογία κρυςταλλικοφ πυριτίου. Το άμορφο πυρίτιο διαφζρει του κρυςταλλικοφ πυριτίου, διότι τα άτομα πυριτίου δεν Βρίςκονται ςε πολφ ακριβείσ αποςτάςεισ μεταξφ τουσ και αυτι θ τυχαιότθτα ςτθν ατομικι δομι ζχει ιςχυρό αντίκτυπο ςτισ θλεκτρονικζσ ιδιότθτεσ του υλικοφ. Θ διαδικαςία παραγωγισ ςυνίςταται ςτθν απόκεςθ ςε ζνα χαμθλοφ κόςτουσ γυαλί των διαφόρων ςτρωμάτων οξειδίου, a-si και μεταλλικισ επαφισ. Θ αποδοτικότθτα των άμορφων θλιακϊν κυψελϊν βρίςκεται ςυνικωσ μεταξφ 6 και 8%. Θ διάρκεια ηωισ των άμορφων κυψελϊν είναι μικρότερθ από τθ διάρκεια ηωισ των κρυςταλλικϊν κυψελϊν. Οι άμορφεσ κυψζλεσ ζχουν πυκνότθτα ρεφματοσ μζχρι 15mA/cm2, και θ τάςθ χωρίσ ςυνδεδεμζνο φορτίο 0,8 V,

14 που είναι μεγαλφτερθ από εκείνθ των κρυςταλλικϊν κυψελϊν για αυτιν τθν παράμετρο. Οι φαςματικζσ κορυφζσ απαντοφν ςτο μικοσ κφματοσ φάςματοσ του μπλε φωτόσ: ωσ εκ τοφτου, θ ιδανικι πθγι φωτόσ για άμορφα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία είναι αυτι του λαμπτιρα φκοριςμοφ. Το βαςικό μειονζκτθμα του άμορφου πυριτίου είναι θ χαμθλι του αποτελεςματικότθτα τθσ τάξεωσ (6-8%), θ οποία και μειϊνεται κατά τθ διάρκεια των πρϊτων 6-12 μθνϊν λειτουργίασ του. Μετά από αυτό το χρονικό διάςτθμα, θ απόδοςθ παίρνει μια ςτακερι τιμι. Σχετικά με τισ λεπτζσ ταινίεσ πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου, ζνα αγϊγιμο κεραμικό υπόςτρωμα που περιζχουν πυρίτιο είναι καλυμμζνο με μια λεπτι ςτρϊςθ του πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου. Θ διαδικαςία καταςκευισ απαιτεί χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ ζτςι είναι δυνατό να επιτευχκεί υψθλι ποιότθτα θμιαγωγϊν που ζχουν πολφ μεγάλεσ δυνατότθτεσ για τθ μείωςθ του κόςτουσ. Τελλουριοφχου καδμίου (CdTe) είναι ζνα υλικό λεπτισ μεμβράνθσ thin film που παράγεται με εναπόκεςθ ι με ψακαςμό και είναι μια πολλά υποςχόμενθ χαμθλοφ κόςτουσ φωτοβολταϊκι εφαρμογι για το μζλλον. Το μειονζκτθμα τθσ διαδικαςίασ είναι ότι ζνα δθλθτθριϊδεσ υλικό (κάδμιο) χρθςιμοποιείται για τουσ καταςκευι, αν και οριςμζνοι καταςκευαςτζσ υποςτθρίηουν μια πολιτικι προςζγγιςθ αςφαλιςτιριου με χρθματοδότθςθ των μελλοντικϊν δαπανϊν τθσ επιςτροφισ και τθσ ανακφκλωςθσ των ςτοιχείων ςτο τζλοσ τθσ χριςθ τουσ. Θ απόδοςθ των κυψελϊν ςτο εργαςτιριο είναι ζωσ και 16%, ενϊ θ εμπορικι τουσ αποτελεςματικότθτα είναι ζωσ και 8%. Ο Διςελθνοϊνδιοφχοσ Χαλκόσ (CuInSe2, ι CIS) είναι ζνα υλικό λεπτοφ υμενίου με αποτελεςματικότθτα που κυμαίνονται από περίπου 13% ςε εμπορικζσ μονάδεσ και ςε περίπου 17% που επιτεφχκθκε ςε Ερευνθτικά εργαςτιρια. Είναι ζνα πολλά υποςχόμενο υλικό, αλλά δεν ζχει χρθςιμοποιθκεί ευρζωσ λόγω των ειδικϊν διαδικαςιϊν παραγωγισ και ςτθ ςπανιότθτα του ινδίου. Ο Ρίνακασ 1.1 ςυνοψίηει τα κφρια χαρακτθριςτικά των εμπορικϊν θλιακϊν κυψελϊν. Ρίνακασ 1.1. Κφρια χαρακτθριςτικά των εμπορικϊν θλιακϊν κυψελϊν Υλικά Αποτελεςματικότθτα Ονομαςτικι υποβάκμιςθ ενζργειασ Χρϊμα μετά από 22 χρόνια υπαίκρια ζκκεςθ

15 Table 1.1. Main characteristics of commercial solar cells Material Efficiency Nominal power degradation after 22-year outdoor exposure a Colour Monocrystal Si 15-22% 14,8% (Tedlar TM and EVA encapsulant) Dark blue Multicrystal Si 13-15% 6,4% (Transparent silicon encapsulant) Blue Amorphous Si 8-15% N/A Red-blue, black CdTe 6-9% N/A Dark green, black CIS N/A Black a Source: Ewan D. Dunlop and David Halton, The Performance of Crystalline Silicon Photovoltaic Solar Modules after 22 Years of Continuous Outdoor Exposure, Prog. Photovolt: Res. Appl., DOI: /pip.627 Σιμερα, θ αγορά Φ/Β προςφζρει μια τεράςτια γκάμα παραγόμενθσ ιςχφσ των φωτοβολταϊκϊν μονάδων. Είναι δυνατό να αποκτθκεί Φ/Β από λίγα βατ μζχρι αρκετζσ εκατοντάδεσ watt και ο αρικμόσ των εταιρειϊν που προςφζρουν Φ/Β ςτον κόςμο είναι πολφ υψθλόσ. Ζνα τυπικό κανονικό πάνελ αποτελείται από κυψζλεσ και θ ιςχφσ κυμαίνεται 75 ζωσ 270 Wp, ςτθν περίπτωςθ των κρυςταλλικϊν κυψελϊν. Μερικζσ φορζσ, ςε οριςμζνεσ ςυνκικεσ λειτουργίασ οι θλιακζσ κυψζλεσ ςε ζνα Φ/Β πάνελ μπορεί να ςκιαςτοφν και θ κερμοκραςία τουσ μπορεί να αυξθκεί μζχρι να προκαλζςει βλάβεσ ςτο υλικό. Θ κατάςταςθ αυτι είναι γνωςτι ςαν "καυτά ςθμεία" και όταν εμφανίηονται θ ονομαςτικι ιςχφσ που παράγεται μειϊνεται δραματικά. Ρροκειμζνου να αποφευχκοφν και να προλθφκοφν τα κερμά ςθμεία, το Φ/Β πρζπει να ενςωματϊςει διόδουσ παράκαμψθσ. Συνικωσ, μια δίοδοσ παράκαμψθσ είναι ςυνδεδεμζνθ για τθν προςταςία θλιακϊν ςτοιχείων Καλωδίωςθ Θ καλωδίωςθ τθσ εγκατάςταςθσ Φ / Β αφορά ςτθ μεταφορά του θλεκτρικοφ ρεφματοσ από το Φ/Β πάνελ για το μετατροπζα και από τον μετατροπζα ςτο δίκτυο τθσ εταιρείασ θλεκτρικισ ενζργειασ. Αυτό ςθμαίνει ότι θ καλωδίωςθ απαιτείται και ςτισ δφο DC και AC μορφζσ ρεφματοσ. Ειδικι προςοχι πρζπει να δοκεί ςτθν DC καλωδίωςθ, διότι τα χαρακτθριςτικά του ςυνεχοφσ ρεφματοσ κάνουν το τμιμα αυτό πιο επικίνδυνο από το AC εάν ζνα βραχυκφκλωμα λάβει χϊρα. Για το λόγο αυτό είναι προτιμότερο να χρθςιμοποιείτε μία κατθγορία μόνωςθσ επιπζδου ΛΛ ςε όλα τα καλϊδια, ζτςι αυτά τα είδθ των καλωδίων ζχουν διπλι επίςτρωςθ για να καταςτεί θ καλωδίωςθ πιο ανκεκτικι ςτισ καιρικζσ

16 ςυνκικεσ. Επιπλζον, το ρεφμα που ρζει ςτο τμιμα DC (Στισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ, είναι υψθλότερο από αυτό που ρζει ςτο μζροσ του AC) κακιςτά προτιμότερο να χρθςιμοποιείτε μία κατάλλθλθ διατομι του καλωδίου για τθν αποφυγι απωλειϊν ςτθν παραγωγι ρεφματοσ. Υπό τθν ζννοια αυτι, πρζπει να ακολουκιςετε τισ ςυμβουλζσ που υποςτθρίηουν ότι θ πτϊςθ τάςθσ ςτθν καλωδίωςθ δεν πρζπει να υπερβαίνει 1,5%. Στο τμιμα 3 κα επαναλάβουμε αυτό το κζμα για το μζγεκοσ τθσ κατάλλθλθσ διατομισ των καλωδιϊςεων ςε μια εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν. Τζλοσ, προκειμζνου να γίνει μια ςωςτι διάταξθ τθσ καλωδίωςθσ, ενδείκνυται ο κετικόσ πόλοσ και ο αρνθτικόσ πόλοσ να είναι χωριςμζνοι και ςαφϊσ διαφοροποιθμζνοι. Με αυτι τθν ζννοια το χρϊμα του καλωδίου από το κετικό πόλο πρζπει να είναι διαφορετικό από εκείνο του αρνθτικοφ, χρθςιμοποιϊντασ ςτισ περιςςότερεσ των περιπτϊςεων τα ηεςτά χρϊματα για το κετικό (δθλαδι κόκκινο) πόλο και ψυχρά χρϊματα για τον αρνθτικό πόλο (δθλαδι μαφρο). Στο τμιμα AC είναι ςκόπιμο να χρθςιμοποιθκοφν διαφορετικά χρϊματα μεταξφ φάςεων και ουδζτερο γείωςθσ πάρα πολφ Κυτία Ρίνακεσ ςυνδζςεων Τα κυτία ςυνδζςεων είναι τα ςτοιχεία ςτα οποία είναι ςυνδεδεμζνα τα καλϊδια του φωτοβολταϊκοφ πάνελ. Ο ρόλοσ των πινάκων ςφνδεςθσ είναι διπλόσ: πρϊτον, ότι εξαςφαλίηουν ζνα ςτεγανό μζροσ ςφνδεςθ μεταξφ των καλωδίων και, δεφτερον, περιλαμβάνουν αρκετζσ ςυςκευζσ αςφαλείασ πολφ χριςιμεσ για τθν προςταςία τθσ εγκατάςταςθσ από τισ θλεκτρικζσ αςτοχίεσ και τα προβλιματα από τισ καιρικζσ ςυνκικεσ, όπωσ βραχυκυκλϊματα μζςω υγραςίασ ι υποβάκμιςθ τάςθσ από παρατεταμζνθ ζκκεςθ ςτθν θλιακι ακτινοβολία UV. Το Σχιμα 1.5 χρθςιμοποιείται για να δείξει και να εξθγιςει τα ςτοιχεία που περιλαμβάνονται ςτα DC κουτιά ςφνδεςθσ. 1. Κάκε καλϊδιο από το φωτοβολταϊκο πάνελ πρζπει να οδθγείται ςτον πίνακα ςφνδεςθσ χωριςτά, κετικά γραμμζσ ομαδοποιοφνται ςτθ μία πλευρά και οι αρνθτικζσ ομαδοποιοφνται ςτθν άλλθ. Το μζτρο αυτό διαςφαλίηει τθν αςφαλι φυςικι απόςταςθ μεταξφ των κετικϊν και αρνθτικϊν πόλων προσ αποφυγι βραχυκυκλωμάτων και επιτρζπει τθν εφκολθ πρόςβαςθ ςτισ εργαςίεσ ςυντιρθςθσ. 2. Κάκε καλϊδιο ζχει μια αςφάλεια για τθν προςταςία τθσ γραμμισ από ανάςτροφα ρεφματα. Αντίςτροφα ρεφματα μπορεί να εμφανιςτοφν όταν ζνα από τα καλϊδια ζχει μια αςτοχία και ρεφμα ενόσ άλλου καλωδίου περάςει διαμζςου αυτισ τθσ αςτοχίασ. 3. Ανάςκθτεσ τάςθσ (Varιstors) για προςταςία από πικανζσ υπερτάςεισ (π.χ.: που προκαλείται ςτο καλϊδιο βρόχουσ λόγω κεραυνοφ κοντά τθν εγκατάςταςθ) που μπορεί να εμφανίηονται ςτο φωτοβολταϊκό πάνελ. 4. Ο διακόπτθσ DC είναι ζνα πολφ χριςιμο ςτοιχείο προκειμζνου να ςπάςει θ ροι του DC ρεφματοσ από γεννιτρια για το μετατροπζα (inverter).

17 Σχιμα 1.5. Υποδειγματικό κουτί ςφνδεςθσ DC. Πλα τα ςτοιχεία του ζχουν μια καλι τοποκζτθςθ και είναι προςβάςιμα (Ευγενικι προςφορά τθσ SunTechnics) 5. Πλα τα μεταλλικά τμιματα και εκροζσ από Varistors πρζπει να ςυνδεκοφν με τθ γείωςθ. 6. Θ καλωδίωςθ εξόδου πρζπει να οδθγείται ςτο μετατροπζα ι ςε άλλο κουτί ςφνδεςθσ. Ρροφανϊσ, θ διατομι των εν λόγω καλωδίων εξόδου πρζπει να είναι υψθλότερθ αυτισ τθσ «Χορδισ» καλϊδια 1.3 Τμιμα AC (Μετατροπζασ & μετρθτζσ ενζργειασ) Ο/ΟΛ μετατροπζασ (-εισ), θ καλωδίωςθ AC, ο κεντρικόσ διακόπτθσ DC (και μαηί, ο μαγνθτοκερμικόσ διακόπτθσ και ο διακόπτθσ του οικιακοφ ρεφματοσ) μαηί με τουσ μετρθτζσ ενζργειασ είναι τα κφρια ςτοιχεία που βρίςκονται ςτο τμιμα AC. Ο μετατροπζασ είναι το φψιςτο ςτοιχείο αυτοφ του μζρουσ, κακϊσ ο μετρθτισ ενζργειασ είναι μια ςυςκευι που επιλζγεται και εγκακιςτάτε από τθν εταιρεία θλεκτριςμοφ ςτισ περιςςότερεσ των περιπτϊςεων. Στθν πραγματικότθτα, ο μετατροπζασ μετατρζπει ςυνεχζσ ρεφμα ςε εναλλαςςόμενο ρεφμα με τα ίδια χαρακτθριςτικά με εκείνα του δικτφου. Αυτόσ είναι ο λόγοσ που ο μετατροπζασ (-εισ) αποτελοφν ηωτικά ςτοιχεία ςε Φ/Β εγκαταςτάςεισ Μετατροπζασ

18 Οι μετατροπείσ των διαςυνδεδεμζνων είναι γνωςτοί και ωσ δίκτυο ςυνδεδεμζνων μετατροπζων. Αυτι θ ςυςκευι (Σχιμα 1.2 και 1.3) ςυνδζει τθ ςυςτοιχία Φ / Β με το δίκτυο, ι το δίκτυο και τα φορτία εναλλαςςόμενου ρεφματοσ ενόσ κτιρίου. Είναι επιφορτιςμζνοσ κυρίωσ με τθν μετατροπι τθσ θλιακισ ενζργειασ DC ςε θλεκτρικι ενζργεια AC με τα ίδια χαρακτθριςτικά με εκείνα του δικτφου, όπωσ ςχολιάςαμε παραπάνω. Θ απόδοςθ των ςυςκευϊν αυτϊν ζχει βελτιωκεί ςθμαντικά κατά το πρόςφατο παρελκόν και μόνο μικρζσ απϊλειεσ λαμβάνουν χϊρα ςε αυτι τθ μετατροπι. Στο PVPPs, ωσ ιδιαίτερθ περίπτωςθ του PVGCS, ο μετατροπζασ ςυνδζεται απευκείασ με το δίκτυο ακολουκϊντασ το ςφςτθμα που απεικονίηεται ςτο ςχιμα 1.3, ζτςι ϊςτε όλθ θ παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια να διοχετεφεται ςτο δίκτυο. Σχιμα 1.6. Εικόνα με ονομαςτικισ ιςχφ Μετατροπζα 100-kW κατά τθν υλοποίθςθ ενόσ ποιοτικοφ ελζγχου Τα PVGCS χρθςιμοποιοφν ςυνικωσ αντιςτροφείσ ιςχφοσ ζωσ 5kw και είναι ςυςτιματα μονοφαςικά. Πταν το ποςό αυτό υπερβεί, τότε χρθςιμοποιοφνται τριφαςικοί μετατροπείσ (Σχιμα 1.6). Κάνοντασ τθν περιςςότερθ από τθν καμπφλθ τθσ τάςθσ του ρεφματοσ τθσ Φ/Β γεννιτριασ απαιτείτε από τον μετατροπζα να λειτουργεί ςτθ μζγιςτθ ιςχφ (MPP) αυτισ τθσ καμπφλθσ. Το ςθμείο αυτό αλλάηει αδιάκοπα ανάλογα με τισ περιβαλλοντικζσ ςυνκικεσ, ζτςι κατάλλθλεσ θλεκτρονικζσ ςυςκευζσ πρζπει να είναι διακζςιμεσ, εντόσ του μετατροπζα για να παρακολουκοφν αυτό το MPP και να μεγιςτοποιοφν τθν ιςχφ τροφοδοςίασ DC.

19 Οι Μετατροπείσ ςυχνά ενςωματϊνουν μεταςχθματιςτζσ για να απομονϊνουν θλεκτρικά τθν PVGCS από το δίκτυο. Μετατροπείσ χωρίσ μεταςχθματιςτι είναι μικρότεροι και ελαφρφτεροι, αλλά πολλά εκνικά θλεκτρικά δίκτυα ςτουσ κϊδικεσ και κανονιςμοφσ τουσ, που αφοροφν ςε διαςυνδεδεμζνα Φ/Β δεν επιτρζπουν τθ χριςθ τζτοιων ςυςκευϊν (π.χ: Ο Λςπανικόσ κανονιςμόσ δεν επιτρζπει να χρθςιμοποιοφνται μετατροπείσ χωρίσ μεταςχθματιςτι, ενϊ οι γερμανικοί κανονιςμοί το επιτρζπουν). Θ απόδοςθ μετατροπισ (n) είναι θ παράμετροσ είναι ο λόγοσ τθσ ιςχφοσ εξόδου AC και τθσ ειςόδου DC ρεφματοσ. Αυτι θ παράμετροσ λαμβάνει υπόψθ τισ απϊλειεσ που προκλικθκαν από τoν μεταςχθματιςτι-αν αυτι θ ςυςκευι είναι ενςωματωμζνθ ςτον μετατροπζα-ωμικά ςτοιχεία, διατάξεισ μεταγωγισ, κ.α. Αξίηει να ςθμειωκεί ότι θ αποδοτικότθτα τθσ μετατροπισ εξαρτάται από τα δεδομζνα ςυνεχοφσ ρεφματοσ: αυτό είναι ιδιαίτερα αιςκθτό ςε χαμθλά επίπεδα ακτινοβολίασ που προςπίπτουν ςτο φωτοβολταϊκό Ράνελ, το οποίο προκαλεί χαμθλότερο φορτίο που κα ςυνδεκεί με το μετατροπζα. Οι καταςκευαςτζσ παρζχουν ςυνικωσ μια καμπφλθ που απεικονίηει τθν απόδοςθ μετατροπισ ςε ςχζςθ με τθν απόδοςθ ιςχφοσ AC: Μετατροπείσ πρότυπα μποροφν να επιτφχουν τθ μζγιςτθ τιμι ςε αυτι τθν καμπφλθ περίπου κατά 95%. Για να γίνει θ βάςθ τθσ αποτελεςματικότθτασ για τθν ςφγκριςθ των μετατροπζων, ζνασ λογικόσ τρόποσ μζτρθςθσ τθσ αποτελεςματικότθτασ, λαμβάνοντασ υπόψθ διαφορετικζσ κλιματικζσ ςυνκικεσ (Ευρϊ απόδοςθ, ι n Euro ) κεςπίςτθκε με τον οριςμό τθσ Ευρϊ απόδοςθσ (n Euro ). Θ αποτελεςματικότθτα αυτισ τθσ παραμζτρου ςτακμιςμζνθ για το ευρωπαϊκό κλίμα, λαμβάνοντασ υπόψθ τισ διαφορετικζσ ςυνκικεσ φορτίου, λόγω του κλίματοσ. Θ Ραράμετροσ n Euro αναφζρεται ωσ εξισ: Euro % % % % % % Ππου ο δείκτθσ τθσ παραμζτρου n αναφζρεται ςτο βακμό απόδοςθσ του μετατροπζα ςε ζνα φορτίο εκφραςμζνο ωσ ποςοςτό του ονομαςτικοφ φορτίου AC (100%) που αντιςτοιχεί ςτο n 100%. Κα πρζπει να επιςθμανκεί ότι τα διαφορετικά βάρθ που αποδίδονται ςε κάκε μορφι του n ςε διαφορετικά φορτία πραγματοποιικθκε λαμβάνοντασ υπόψθ το κλίμα τθσ Κεντρικισ Ευρϊπθσ. Μετατροπείσ πρότυπα μπορεί να επιτφχουν n Euro που κυμαίνεται από τοισ εκατό Μετρθτζσ ενζργειασ Ο μετρθτισ ενζργειασ (ςχιμα 1.7) είναι το ςτοιχείο που αποςκοπεί ςτθν μζτρθςθ του θλεκτρικοφ ρεφματοσ AC που παράγεται από τθν Φ/Β εγκατάςταςθ. Αυτι θ ςυςκευι τοποκετείται ακριβϊσ πριν από το ςθμείο ςφνδεςθσ του δικτφου, μετά τον μετατροπζα. Ρροφανϊσ, ο μετρθτισ ενζργειασ είναι μια ςυςκευι που ζχει εγκαταςτακεί και ελζγχεται από τθν εταιρεία θλεκτριςμοφ του δικτφου, ζτςι ϊςτε οφτε ο εγκαταςτάτθσ ι ο ιδιοκτιτθσ του Φ / Β ςυςτιματοσ να μθν μποροφν να το χειραγωγιςουν, για προφανείσ λόγουσ.

20 Σχιμα 1.7. Τριφαςικόσ μετρθτισ ενζργειασ με ζνα ςφςτθμα παρακολοφκθςθσ και επικοινωνίασ Σχεδόν όλοι οι ςφγχρονοι μετρθτζσ ενζργειασ ζχουν εγκαταςτιςει ζνα ςφςτθμα παρακολοφκθςθσ για τθν αποκικευςθ των μετριςεων. Στθ ςυνζχεια, οι μετριςεισ είναι προςβάςιμεσ τόςο για τον ιδιοκτιτθ τθσ εγκατάςταςθσ όςο και για τθν εταιρεία θλεκτρικισ ενζργειασ Μεταλλικά τμιματα και προςτατευτικά ςτοιχεία (γείωςθ, αναςχιντζσ υπζρταςθσ, αςφάλειεσ, κλπ.) Και τα δφο μζρθ AC και DC ζχουν αγϊγιμα μεταλλικά ςτοιχεία που μπορεί να είναι προςιτά ςτα άτομα. Θ γείωςθ είναι ζνα προςτατευτικό ςτοιχείο με ςκοπό τθν αποτροπι αυτϊν των διαρροϊν από μεταλλικά ςτοιχεία και τθν πρόκλθςθ θλεκτροςόκ ςε πρόςωπα. Στθν πραγματικότθτα, μια επικίνδυνθ κατάςταςθ μπορεί να δθμιουργθκεί εάν ζνα DC ι AC καλϊδιο παρουςιάςει ςφάλμα μόνωςθσ και ζρκει ςε επαφι με ζνα μεταλλικό τμιμα τθσ εγκατάςταςθσ. Με αυτι τθν ζννοια και για τθν πρόλθψθ επικίνδυνων καταςτάςεων όπωσ αυτι, όλα τα μεταλλικά τμιματα τθσ εγκατάςταςθσ Φ/Β, όπωσ το πλαίςιο του inverter, τα φ/β πλαίςια, τα κιβϊτια ςφνδεςθσ DC πρζπει να είναι ςυνδεδεμζνα με το θλεκτρόδιο γείωςθσ. Στθν περίπτωςθ αυτι, εάν παρουςιαςτεί μια αποτυχία ςτθν μόνωςθ, θ γείωςθ κα παίξει το ρόλο μιασ αποςτράγγιςθσ που αποτρζπει τον κίνδυνο τθσ θλεκτροπλθξίασ. Επιπλζον, ζνασ από τουσ τερματικοφσ ςτακμοφσ των υπερτάςεων είναι ςυνδεδεμζνοσ ςτο θλεκτρόδιο γείωςθσ: το ςτοιχείο αυτό παρζχει το δρόμο για τθν αποςτράγγιςθ τθσ υπερζνταςθσ που διεξάγεται μζςω αυτϊν των αναςχιντϊν υπερτάςεων.

21 Ραρά το γεγονόσ ότι δεν αποτελεί ενεργό μζροσ τθσ PVGCS, το θλεκτρόδιο γείωςθσ ςυνδεδεμζνο με τα μεταλλικά ςτοιχεία είναι το κλειδί για τθν επίλυςθ των προβλθμάτων αςφάλειασ που ςχετίηονται με βλάβεσ μόνωςθσ, υπερεντάςεισ και υπερτάςεισ. Δεδομζνου ότι οι εγκαταςτάςεισ Φ / Β ςυνικωσ δεν ζχουν γείωςθ, για λόγουσ αςφάλειασ πολλοί εκνικοί νομοκετικοί κϊδικεσ θλεκτριςμοφσ επιβάλλουν αυτό το θλεκτρικό ςφςτθμακακζνασ από τουσ πόλουσ του (κετικόσ ι αρνθτικόσ) είναι ςυνδεδεμζνοσ με το θλεκτρόδιο γείωςθσ, ο ςωςτόσ ςχεδιαςμόσ αυτοφ του ςτοιχείου είναι ζνα κζμα που πρζπει να παρακολουκείτε προςεκτικά. Ζτςι, είναι ιδιαίτερα ςκόπιμο θ αντίςταςθ του θλεκτροδίου γείωςθσ να μθν είναι πάνω από το 37 ohms. Επιπλζον, οι ςυνδζςεισ μεταξφ των μεταλλικϊν ςτοιχείων και τθσ γείωςθσ πρζπει να είναι ευδιάκριτεσ και προςβάςιμεσ, προκειμζνου να ελεγχκεί θ αςφάλεια του ςυςτιματοσ (ςχιμα 1.8). Οι DC Αςφάλειεσ και οι αναςχιντζσ τάςθσ ςτεγάηονται ςε DC κουτιά ςφνδεςθσ-βλζπε υποενότθτα AC , ενϊ Οι αναςχιντζσ τάςθσ AC Επίςθσ ςυνδζεται και με τθν είςοδο και ζξοδο μετατροπζα. Σχιμα 1.8. Σθμείο ςφνδεςθσ μεταξφ του θλεκτροδίου γείωςθσ και διάφορων μεταλλικϊν ςτοιχείων ςε μια εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν Μερικά θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ενόσ τυπικοφ 1-MWp PVPP Δεδομζνθσ τθσ μεγάλθσ ποικιλίασ των υφιςταμζνων ςτο εμπόριο ςυςκευϊν που χρθςιμοποιοφνται για τθν καταςκευι PVPP μζςα ςτθν κλίμακα ιςχφοσ του ζργου «PVs in Bloom» που επικεντρϊνεται ςτο (50 kwp - 2 MWp) και θ διαφορετικζσ τεχνικζσ λφςεισ που μποροφν να λθφκοφν για τθν εγκατάςταςθ ενόσ PVPP μιασ ςυγκεκριμζνθ ιςχφοσ ενζργειασ, είναι δφςκολο να δοκεί ςτον αναγνϊςτθ με οριςμζνα τυπικά θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ζνα τζτοιο ςφςτθμα. Ωςτόςο, ζνα παράδειγμα ενόσ τυπικοφ PVPP περίπου 1MWp μπορεί να

22 GRID βοθκιςει να πάρει μια ιδζα για το εφροσ τθσ τάςθσ, το ρεφμα και τθν ιςχφ αυτϊν των ςυςτθμάτων. Μια ευρζωσ διαδεδομζνθ τεχνικι λφςθ με ςτόχο τθν ανάπτυξθ μεγάλθσ κλίμακασ PVPPs (με ονομαςτικι ιςχφ ίςθ ι μεγαλφτερθ από 1MWp) είναι ο χωριςμόσ του ςε μικρότερα PV υποςυςτιματα. Θ Βζλτιςτθ εφικτι λφςθ μπορεί να περιλαμβάνει δζκα 120MWp υποςυςτιματα. Κάκε υποςφςτθμα φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ είναι ςυνδεδεμζνο με μετατροπζα 3-φάςων 100kW ενϊ κάκε ηευγάρι μετατροπζων οδθγείτε ςε ζνα μεταςχθματιςτι 400kVA 380V / 20 kv 1 (πζντε από τθσ εν λόγω μεταςχθματιςτζσ απαιτοφνται ςυνολικά). Το Διάγραμμα 1.9 απεικονίηει το θλεκτρικό ςφςτθμα για ζνα τζτοιο 1.2-MWp PVPP. Σε αυτό το διάγραμμα, οι μετρθτζσ ενζργειασ δζκα (τθσ για κάκε inverter), μποροφν τθσ να αντικαταςτακοφν μόνο με ζναν ςτθν υψθλι τάςθ εξόδου του μεταςχθματιςτι. Μάλιςτα, τθν τοποκζτθςθ του μετρθτι ενζργειασ, είτε ςτθν χαμθλι τάςθ ειςόδου ι τθν υψθλι τάςθ εξόδου τθσ τελευταίασ ςυςκευισ ζχει ςυνικωσ να κάνει περιςςότερα με νομικά κζματα ςε ςχζςθ με τθσ τεχνικοφσ περιοριςμοφσ = ~ 245,7 kwh 5 X = ~ 345,2 kwh 400-kVA 380 / 20 kv transformer Two 120-kWp PV generators Two 100-kW 3-phase inverters Σχιμα 1.9. Θλεκτρικό ςφςτθμα μιασ δυνατισ τεχνικισ λφςθσ για ζνα PVPP 1.2-MWp Τα κφρια θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ςτο STC τθσ φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ για κάκε ζνα από τα δζκα πικανά υποςυςτιματα ςυγκεντρϊνονται ςτον πίνακα 1.2. Ρίνακασ 1.2. Κφρια θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ςε STC τθσ φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ τθσ υποςυςτιματοσ του τυπικοφ PVPP τθσ τάξθσ του 1 MWp που περιγράφονται ςτο παρόν τμιμα. Τα αρικμθτικά ςτοιχεία για τα θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ζχουν επιλεγεί λαμβάνοντασ υπόψθ πρότυπο πάνελ κρυςταλλικοφ πυριτίου και μετατροπζα που προωκοφν τθν επιλογι τθσ ςυνδεδεμζνθσ ςε

23 ςειρά και παράλλθλθσ ςφνδεςθσ μονάδων ςτθν αγορά κατά τθν θμερομθνία ςφνταξθσ του παρόντοσ εγγράφου. Ονομαςτικι ιςχφσ (Wp) Ανοικτοφ κυκλϊματοσ τάςθ (V) Βραχυκφκλωμα ρεφματοσ (A) Τάςθ ςε μζγιςτθ ιςχφσ ςθμείο (V) Ενταςθ ςτο μζγιςτθ ιςχφσ ςθμείο (Α) Nominal power Open-circuit Short-circuit Voltage at Current at (Wp) voltage (V) current (A) maximum power point (V) maximum power point (A) Τα ςτοιχεία τθσ υψθλισ τάςθσ του μεταςχθματιςτι μπορεί να ποικίλλουν ανάλογα με τθ χϊρα και θλεκτρικό ςφςτθμα διανομισ του ρεφματοσ. Θ ονομαςτικι ιςχφσ του μεταςχθματιςτι είναι ςκόπιμα υπερμεγζκθσ μζχρι το διπλάςιο τθσ ςυνδεδεμζνθσ ςτο μεταςχθματιςτι ενεργείασ. ΣΥΝΟΡΤΛΚΘ ΕΡΛΣΚΟΡΘΣΘ ΤΟΥ ΤΜΘΜΑΤΟΣ 1 Στο τμιμα 1 δόκθκαν με λεπτομζρεια τα κφρια χαρακτθριςτικά ενόσ διαςυνδεδεμζνου φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ. Για τθν περιγραφι των ςυςτθμάτων αυτϊν, ζγινε ο κατάλλθλοσ διαχωριςμόσ. Με αυτι τθν ζννοια, οποιοδιποτε από τα ςυςτιματα αυτά αποτελείτε περίπου από τρία διαφορετικά μζρθ. Ζτςι, κάκε μζροσ ςχολιάςτθκε και τα ςυςτατικά του ςτοιχεία προςεγγιςτικαν. τμιμα DC: εκτείνεται από τθν φωτοβολταϊκι γεννιτρια με τθν είςοδο ςτο μετατροπζα? Το κφριο χαρακτθριςτικό ςε αυτό το μζροσ είναι ότι θ θλεκτρικι ενζργεια παραδίδεται ςε ςυνεχζσ ρεφμα. Τα Φ/Β πάνελ, οι υποςτθρικτικζσ δομζσ, τα προςτατευτικά ςτοιχεία, τα καλϊδια και τα κουτιά ςφνδεςθσ DC περιλαμβάνονται ςτο τμιμα αυτό. Τα χαρακτθριςτικά (απόδοςθσ, ενκυλάκωςθσ, αποικοδόμθςθσ, κ.λ.π) και είδθ (Μονοκρυςταλλικά-monocrystal, Ρολυκρυςταλλικάpolicrystal ι Λεπτοφ φφλλου thin film) των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων και των Φ / Β πλαιςίων τονίςτθκαν ςτο παρόν τμιμα. τμιμα AC: εκτείνεται από το μετατροπζα για το δθμόςιο δίκτυο θλεκτρικισ ενζργειασ? Σε αυτό το μζροσ θ θλεκτρικι ενζργεια παραδίδεται ςε ρεφμα AC. Inverter, καλϊδια, προςτατευτικά ςτοιχεία και μια ςυςκευι μζτρθςθσ που προορίηονται για τθ μζτρθςθ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ που πωλείται ςτο δίκτυο. Θ απόδοςθ του μετατροπζασ τονίςτθκε ςε αυτό το τμιμα, ςυμπεριλαμβανομζνων των εξιςϊςεων για τον υπολογιςμό αυτισ τθσ παραμζτρου. Μεταλλικά ςτοιχεία και γείωςθ: το μζροσ αυτό ζχει ωσ ςτόχο τθν αποφυγι θλεκτροπλθξίασ ςτουσ ανκρϊπουσ. Οι Ζννοιεσ των υπερφορτϊςεων και υπερτάςεων ςε Φ / Β ςτακμοφσ μαηί με τα ςτοιχεία για τθν αποτροπι αυτϊν των αποτυχιϊν παρουςιάςτθκαν.

24 Μερικά θλεκτρικά χαρακτθριςτικά ενόσ τυπικοφ 1-MWp PVPP παρζχονται για να βοθκιςουν τον αναγνϊςτθ να επιτφχει μια καλφτερθ κατανόθςθ τθσ ζννοιασ αυτισ 2. Θ εκτίμθςθ τθσ ετιςιασ ενζργειασ που παράγεται από διαςυνδεδεμζνο Φ / Β Σφςτθμα Αν και το κόςτοσ μιασ τυπικισ Φ / Β εγκατάςταςθσ επί του εδάφουσ που κυμαίνεται από 50 kwp ζωσ 2 MWp (το εφροσ των διαςτάςεων των PVPPs που αςχολείτε το ζργο PVs in Bloom) ζχει εντυπωςιακά μειωκεί κατά 35% περίπου κατά τα ζτθ , θ αρχικι επζνδυςθ που αφορά τθν εγκατάςταςθ απαιτεί ο μελλοντικόσ ιδιοκτιτθσ ςε πολλζσ περιπτϊςεισ να λάβει χριματα με τθ μορφι δανείου από τράπεηα. Το μζλλον τθσ παραγωγισ ενζργειασ του ςυςτιματοσ είναι θ καλφτερθ εγγφθςθ για τον ιδιοκτιτθ-και για τθν τράπεηα, φυςικά-προκειμζνου να επιτευχκεί θ πλθρωμι του δανείου. Το γεγονόσ αυτό μπορεί να βοθκιςει να πάρετε μια ιδζα για τθ ςθμαςία να κάνουμε μια καλι εκτίμθςθ τθσ ετιςιασ παραγόμενθσ ενζργειασ από Φ / Β ςυνδεδεμζνα ςτο δίκτυο του ςυςτιματοσ. Αυτι θ ενότθτα ζχει ωσ ςτόχο να εξθγιςει πϊσ να υπολογιςτεί θ ετιςια απόδοςθ θλεκτρικισ ενζργειασ ενόσ Φ / Β διαςυνδεδεμζνου ςυςτιματοσ. Επιπλζον, online εργαλεία για τθν αξιολόγθςθ του θλιακοφ δυναμικοφ (θ κφρια πθγι αβεβαιότθτασ) πρόκειται λεπτομερζςτερα να αναφερκεί κατωτζρω. 2.1 Εκτίμθςθ ςφμφωνα με το θλιακό δυναμικό τθσ περιοχισ (τα διακζςιμα ςτοιχεία θλιακισ ακτινοβολίασ πθγζσ: επίγειων μετριςεων και δορυφορικϊν δεδομζνων) Γνωρίηοντασ το θλιακό δυναμικό είναι το πρϊτο βιμα για τθν αξιολόγθςθ τθσ ετιςιασ παραγωγισ Φ/Β. Αυτό ςθμαίνει ότι είναι απαραίτθτο να γνωρίηουμε τθν ετιςια ακτινοβολία που προςπίπτει ςτθ Φ/Β γεννιτρια. Επιπλζον, τόςο θ κλίςθ του πάνελ (β, ι γωνία κλίςθσ, θ οποία βρίςκεται μεταξφ 0 ο και 90 ο ) όςο και ο προςανατολιςμόσ (α, ι αηιμοφκιο, Ανατολικό = -90 ο, Νότιο = 0 ο, Δυτικό = 90 ο ) πρζπει να λαμβάνεται υπόψθ ςτο ηιτθμα αυτό, επειδι θ ακτινοβόλθςθ που λιφκθκε κατά τθ διάρκεια ενόσ ζτουσ από επιφάνεια με μια αυκαίρετθ γωνία κλίςθσ και αηιμουκίου μπορεί να διαφζρει πολφ από τθν ακτινοβολία που ςυλλζγετε από μια οριηόντια επιφάνεια (τα πιο κοινά διακζςιμα ςτοιχεία ακτινοβολίασ των θλιακϊν βάςεων δεδομζνων). Υπάρχουν κάποιεσ μζκοδοι για τον προςδιοριςμό τθσ προθγοφμενθσ παραμζτρου από τθν τελευταία, αλλά βρίςκονται ζξω από το πεδίο εφαρμογισ τθσ παροφςασ εργαςίασ. Τζλοσ, είναι χριςιμο να γνωρίηουμε ότι ο προςανατολιςμόσ Λςθμερινοφ των Φ / Β γεννθτριϊν ςυνεπάγεται προςανατολιςμό Νότουμε (α = 0 º) και Βορρά-με (α = 180 º) για Βόρεια και Νότια θμιςφαίρια, αντίςτοιχα, με γωνία κλίςθσ ελαφρϊσ χαμθλότερθ από τθν τοπικό γεωγραφικό πλάτοσ (β opt ) μεγιςτοποιεί τθν ετιςια ςυλλογι τθσ παγκόςμιασ ακτινοβολίασ και κατά ςυνζπεια μεγιςτοποιεί τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Το ςχιμα 2.1 δείχνει τα χαρακτθριςτικά που ςχετίηονται με τθν γωνία κλίςθσ β και το αηιμοφκιο α.

25 Σχιμα 2.1:. Κλίςθ και προςανατολιςμόσ μιασ φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ (πθγι: IDAE IDEA, 2002 Instalaciones de Energía Solar Fotovoltaica Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas ζνα κόκκινο IDAE IDEA, Μαδρίτθ, ς ) Ρριν αρχίςουμε να παρουςιάηουμε το πϊσ να αξιολογιςει κάποιοσ το θλιακό δυναμικό, είναι ενδιαφζρον να εξθγθκεί ποια είναι θ ακτινοβολία είναι και ποιεσ είναι οι διαφορζσ μεταξφ τθσ ακτινοβολίασ (H) και του ακτινοβολιςμοφ (G). Για να δείτε τθ διαφορά μεταξφ αυτϊν των δφο όρων, το Σχιμα 2.2 μπορεί φανεί χριςιμο. Σχιμα 2.2-Α απεικονίηει ζνα διάγραμμα τθσ μετροφμενθσ ακτινοβολίασ ζναντι του χρόνου κατά τθ διάρκεια μιασ θλιόλουςτθσ θμζρασ. Ππωσ φαίνεται, θ ακτινοβολία ζχει μονάδεσ Watt ανά τετραγωνικό μζτρο (W/m2), ζτςι ϊςτε θ ακτινοβολία να είναι θ πυκνότθτα ιςχφοσ του προςπίπτοντοσ θλιακοφ φωτόσ. Δεδομζνου ότι θ ακτινοβολία δεν είναι τίποτα, αλλά θ δφναμθ του φωσ του ιλιου ανά τετραγωνικό μζτρο, ο ςτιγμιαίοσ χαρακτιρασ τθσ ακτινοβολίασ πρζπει να τονιςτεί. Στο Σχιμα 2.2-B, θ περιοχι κάτω από τθν καμπφλθ ακτινοβολίασ και ο x-άξονασ χρωματίςτθκαν με κόκκινο χρϊμα: Θ περιοχι αυτι είναι θ ακτινοβολία που ςυλλζγετε ςε όλθ αυτιν τθν θμζρα. Ζτςι, θ ακτινοβολία ζχει μονάδεσ W s / m2 ι kwh/m2: αυτό ςθμαίνει τθν ενζργεια που ςυλλζγετε ανά τετραγωνικό μζτρο κατά ζνα ςυγκεκριμζνο χρονικό διάςτθμα. Εάν το εξεταηόμενο χρονικό διάςτθμα είναι μια μζρα ι ζνα ζτοσ, οι όροι "θμεριςια ακτινοβολία» ι ετιςια ακτινοβολία" μπορεί να χρθςιμοποιθκοφν. Σχιμα 2.2. Διάγραμμα Α παρουςιάηει τθ μζτρθςθ ακτινοβολίασ κατά τθ διάρκεια μιασ θλιόλουςτθσ θμζρασ, ενϊ θ κόκκινθ περιοχι του γραφιματοσ Β ιςοφται με τθν ακτινοβολία που ςυλλζγετε κατά τθ διάρκεια αυτισ τθσ θλιόλουςτθσ μζρασ.

26 Λαμβάνοντασ υπόψθ το ςτατιςτικό χαρακτιρα του προφίλ ακτινοβολίασ ενόσ τόπου, ετιςιεσ ι μθνιαίεσ μζςεσ τιμζσ για τθν θμεριςια ακτινοβολία (Hda(0) και Hma(0), αντίςτοιχα) χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ κατά το ςχεδιαςμό των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Ππωσ ςχολιάςαμε προθγουμζνωσ, αυτζσ οι μζςεσ τιμζσ είναι διακζςιμεσ μόνο για οριηόντιεσ επιφάνειεσ ςτισ περιςςότερεσ θλιακζσ βάςεισ δεδομζνων. Ωςτόςο, για εγκαταςτάςεισ που γίνονται ςε περιοχζσ τθσ Ευρϊπθσ όπου επικρατεί θλιοφάνεια και με βζλτιςτθ γωνία κλίςθσ, θ εξίςωςθ 2.1 είναι ο κανόνασ, ο οποίοσ ςχετίηει ςε μεγάλο βακμό τθ μζςθ ετιςια οριηόντια ακτινοβολία -H(0)- και τθν μζςθ ετιςια ακτινοβολία που ςυλλζγετε ςε ιςθμερινό προςανατολιςμό, β opt -κεκλιμζνθ επιφάνεια-h (0, β opt ): H( 0, opt )[ kwh m 2 year 1 Αυτό προφανϊσ ςθμαίνει ότι: ] 1. 15H( 0 )[ kwh m 2 year 1 ] H da ( 0, opt Αυτό είναι: )[ kwh m 2 day 1 ] H da ( 0 )[ kwh m 2 day 1 ] 365 H da ( 0, opt )[ kwh m 2 day 1 ] 1. 15H da ( 0 )[ kwh m Αν θ ακτινοβολία ςυλλζγετε ςε επιφάνειεσ με αυκαίρετθ αηιμοφκιο γωνία α και θ κλίςθ τθσ γωνίασ β πρζπει να εκτιμθκεί-h(α, β)- κάποια διαγράμματα που προτείνονται ςτθν βιβλιογραφία μπορεί να βοθκιςουν πολφ. Ζτςι, το Σχιμα 2.3 ζχει ςκοπό να αντλιςει τθν τελευταία τιμι του H(0) και μπορεί να εφαρμοςτεί ςε παρόμοια φαςματικά γεωγραφικά πλάτθ με εκείνο τθσ Λςπανίασ (δθλαδι: χϊρεσ τθσ Νότιασ Ευρϊπθσ). Ζνα παράδειγμα δίνεται ϊςτε να επιτευχκεί μια καλφτερθ κατανόθςθ τθσ χριςθσ του. 2 day 1 ]

27 Σχιμα 2.3. Ροςοςτιαία αναλογία μεταξφ τθσ μζςθσ ετιςιασ θμεριςιασ ακτινοβολίασ ςε αυκαίρετα προςανατολιςμζνθ επιφάνεια και θ μζγιςτθ τιμι αυτισ τθσ παραμζτρου ςτθ Μαδρίτθ (α = 0 και β = 35 ) (Ρθγι: IDAE IDEA, 2002 Instalaciones de Energía Solar Fotovoltaica Pliego de Condiciones Técnicas de.. Instalaciones Conectadas IDAE IDEA, Μαδρίτθ, ς.55) Οι ομόκεντροι περίμετροι εκπροςωποφν τθν γωνία κλίςθσ, ενϊ οι ακτίνεσ αναφζρονται ςτον προςανατολιςμό (αηιμοφκιο γωνία) τθσ επιφάνειασ ςτο ςχιμα 2.3. Για παράδειγμα, ασ υποκζςουμε ότι Θ τοποκεςία είναι Jaén, Λςπανία (37 Β γεωγραφικό πλάτοσ, 3 W γεωγραφικοφ μικουσ), όπου Hda(0) = 4,9 kwh m - 2 day -1. Θ Hda(0) βρίςκεται ςτο κζντρο του κφκλου (μπλε κουκίδα). Από τον χρωματικό κωδικό του ςχιματοσ προκφπτει Hda(0) = 0.85 Hda(0, 35 ). Κατά ςυνζπεια, Hda(0, 35 )= Hda(0) / 0,85 = 5,8 kwh m -2 day -1 (Μαφρθ κουκκίδα). Ασ υποκζςουμε τϊρα μια επιφάνεια με α= -30 y β= 60 (κόκκινθ κουκίδα). Σφμφωνα με τον κϊδικα χρωμάτων του ςχιματοσ, Hda (-30, 60 ) = 0.85 hda (0, 35 ) = 4,93 kwh m -2 day -1. Θ λευκι κεντρικι περιοχι υποδεικνφει ότι θ ςυλλεγμζνθ ακτινοβολία παρουςιάηει μικρι ςχετικά ευαιςκθςία ςε μικρζσ αποκλίςεισ από το βζλτιςτο προςανατολιςμό και τθ γωνία κλίςθσ. Υπάρχουν κάποια άλλα διαγράμματα ςτθ βιβλιογραφία που προορίηονται για τον ίδιο ςκοπό με εκείνο που περιγράφεται παραπάνω. Για παράδειγμα, το ςχιμα 2.4 προβλζπει τθ μζςθ ετιςια ακτινοβολία (KWh m -2 year -1 ) ςτο Βερολίνο, ανάλογα με τθ γωνία αηιμοφκιο και τθν κλίςθ των εξεταηόμενων επιφανειϊν. Το ςχετικό ςχιμα των ιςοχψϊν- όχι για τισ

28 ςυγκεκριμζνεσ τιμζσ τθσ μζςθσ ετιςια ακτινοβολία - μπορεί να εφαρμόηεται ςε κλίματα τθσ Κεντρικισ Ευρϊπθσ Figure2.4. Θ μζςθ ετιςια ακτινοβολία (KWh m -2 year -1 ) ςτο Βερολίνο, ανάλογα με το αηιμοφκιο και θ γωνία κλίςθσ Ρθγι: DGS και Ecofys, 2005 Σχεδιαςμόσ και εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων Ζνασ οδθγόσ για εγκαταςτάτεσ, αρχιτζκτονεσ και μθχανικοφσ, James & James, Λονδίνο, ςελ. 13) Θ χριςθ διαξονικισ ιχνθλάτιςθσ (Two-axis tracking) ςτθ νότια Ευρϊπθ μπορεί να επιτφχει κζρδοσ εκμετάλλευςθσ τθσ ακτινοβολίασ μζχρι 40% περίπου, ςε ςχζςθ με του ςτατικοφ τφπου επιφάνειεσ με βζλτιςτο προςανατολιςμό και κλίςθ (0, βopt). Αυτό το κζρδοσ μειϊνεται ςε οριςμζνεσ περιπτϊςει και κάτω του 30% ςτθν Κεντρικι Ευρϊπθ, λόγω του νεφελϊδουσ κλίματοσ του. Θ Μονοαξονικοί ιχνθλάτιςθ ςτθ Νότια Ευρϊπθ ενδζχεται να επιτφχει κζρδθ ακτινοβολία μζχρι 25-33%, ανάλογα με τθ μζκοδο παρακολοφκθςθσ, όταν ςυγκρικεί με ςτατικά ςυςτιματα ςε ςτατικζσ επιφάνειεσ με βζλτιςτο προςανατολιςμό και κλίςθ (0, βopt). Αυτό το κζρδοσ μειϊνεται περίπου κάτω από 20% ςτθν Κεντρικι Ευρϊπθ, λόγω του γεγονόσ που αναφζρκθκε προθγουμζνωσ. Εκτόσ από τισ παραπάνω γραφικζσ μεκόδουσ, υπάρχουν κάποια εφχρθςτα εργαλεία λογιςμικοφ για τθν αξιολόγθςθ τθσ ακτινοβολίασ ςε αυκαίρετθ κλίςθ και προςανατολιςμό επιφάνεια για ζνα ςυγκεκριμζνο χϊρο (που προςδιορίηεται από το γεωγραφικό πλάτοσ και μικοσ του). Το μεγαλφτερο μζροσ αυτϊν των εργαλείων λογιςμικοφ βαςίηεται ςε μια βάςθ δεδομζνων που δεδομζνα τθσ λαμβάνονται από δφο τρόπουσ: δεδομζνα που ςυλλζγονται από επίγειεσ μετριςεισ ι/και δορυφορικϊν δεδομζνων. Αυτζσ οι εφαρμογζσ λογιςμικοφ ςυνικωσ ζχουν μια μθχανι λογιςμικοφ που είναι ςε κζςθ να αξιολογιςει τθν ακτινοβολία μζςω πολφπλοκων μεκόδων, λαμβάνοντασ υπόψθ τα δεδομζνα από διάφορουσ μετεωρολογικοφσ ςτακμοφσ και / ι δορυφορικζσ παρατθριςεισ γφρω από τθν τοποκζτθςθ τθσ φωτοβολταϊκισ εγκατάςταςθσ. Με αυτι τθν ζννοια, τα προγράμματα όπωσ το Meteonorm, το Sundy και το Shell Solar Path κάνουν δυνατι και εφκολθ τθν αξιολόγθςθ τθσ ετιςια ακτινοβόλθςθσ ενόσ ςυγκεκριμζνου τόπου. Υπάρχουν επίςθσ μερικά ελεφκερα ςε απευκείασ ςφνδεςθ (online) εργαλεία λογιςμικοφ για τθν εκτίμθςθ τθσ ακτινοβολίασ. Με αυτόν τον τρόπο, για τοποκεςίεσ τθσ

29 Ευρϊπθσ και τθν Αφρικισ, θ EC -χρθματοδοτεί το ζργο PVGIS ( και παρζχει υποςτιριξθ μζςα από μια εξαιρετικι web εφαρμογι που φαίνεται ςτθν εικόνα 2.5. Οι επιλογζσ τθσ εφαρμογισ, θ οποία ζχει ςχεδιαςτεί για Φ/Β ζργα, επιτρζπει να περιλθφκοφν πολλά τεχνικά χαρακτθριςτικά τθσ εγκατάςταςθσ Φ / Β, ακόμθ και αν θ εγκατάςταςθ χρθςιμοποιεί τεχνικζσ εντοπιςμοφ. Εικόνα 2.5. Web εφαρμογι για τθν εκτίμθςθ τθσ ακτινοβολίασ που περιλαμβάνεται ςτθν ιςτοςελίδα PVGIS (πθγι: #). Τζλοσ, θ ιςτοςελίδα τθσ NASA ( παρζχει απευκείασ δεδομζνα ακτινοβόλθςθσ, αλλά ςτθν περίπτωςθ αυτι οι τιμζσ είναι διακζςιμεσ για κάκε χϊρα ςε όλο τον κόςμο Υπολογίηοντασ τθν ετιςια απόδοςθ θλεκτρικισ ενζργειασ ενόσ Φ / Β διαςυνδεδεμζνου ςυςτιματοσ Ζνα ςφςτθμα λζγεται ότι είναι 1 kwp εάν θ φωτοβολταϊκι γεννιτρια παράγει το 1 kw, υπό ςτακερζσ Συνκικεσ δοκιμισ (STC). Οι εν λόγω όροι ςυνίςτανται ςε ςυνολικι ακτινοβολία 1000 W m -2 του οποίου θ φαςματικι κατανομι βρίςκεται ςε ΑΜ 1.5G φάςματοσ και Φ/Β κελί κερμοκραςίασ 25 ο C. Ραρά το γεγονόσ αυτοφ του ςφνκετου οριςμοφ, Θ διαβάκμιςθ των Φ / Β ςυςτθμάτων γίνεται χρθςιμοποιϊντασ kwp (ι πολλαπλάςια του) είναι βολικό, διότι επιτρζπει μια απλι εκτίμθςθ τθσ ετιςιασ ενεργειακισ απόδοςθσ ενόσ PVGCS (EPV) με τθν ακόλουκθ εξίςωςθ:

30 E PV [ kwh year ] H(, )[ kwh m year * ] P [ kwp] PR Ππου P* = Λςχφσ τθσ Φ / Β γεννιτρια ςτο STC και PR = δείκτθσ απόδοςθσ Ο δείκτθσ τθσ απόδοςθσ ςχετίηεται με τθν αποτελεςματικότθτα του ςυςτιματοσ μαηί με πολλζσ άλλεσ απϊλειεσ που είναι αναπόφευκτεσ -απϊλειεσ κερμοκραςίασ κατά τθν λειτουργία, θ ιςχφσ κλιματιςμοφ, τισ απϊλειεσ των καλωδίων, κλπ-και επθρεάηουν τθν παραγωγι θλεκτριςμοφ των Φ / Β ςυςτθμάτων. Οι τιμζσ PR για καλά ςχεδιαςμζνα PVGCS μπορεί να υποκζςει κανείσ ότι κυμαίνονται από 0,70 ζωσ 0,80. Αυτζσ οι τιμζσ ςυμπίπτουν με πολλά διακζςιμα δεδομζνα απόδοςθσ. Ζνα παράδειγμα μπορεί να βοθκιςει ςτθν καλφτερθ κατανόθςθ τθσ εξίςωςθσ (2.4). Ασ υποκζςουμε ότι 1 MWp PVGCS βρίςκεται ςε μια περιοχι όπου θ μζςθ ετιςια ακτινοβολία για τθ Φ / Β γεννιτρια ιςοφται με 1900 kwh m -2 Year -1. Αν μια υποκετικι ίςθ με 0,7 λθφκεί ςαν δείκτθσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ, τότε: E PV ( kwh year 1 ) 1900kWhm 2 year kWp kWh year 1 Μια παράμετροσ που χρθςιμοποιείτε ςυνικωσ για τθν εκτίμθςθ του ποςοφ τθσ θλιακισ θλεκτρικισ ενζργειασ που παράγεται από ζνα PVGCS είναι θ τελικι απόδοςθ (Y f, ςε kwh m - 2 Year -1 ). Το ςχιμα 2.6 απεικονίηει οριςμζνεσ ελάχιςτεσ και μζγιςτεσ τιμζσ για τθν παράμετρο αυτι ςε οριςμζνεσ χϊρεσ. Επίςθσ, ο Ρίνακασ 2.1 ςυγκεντρϊνει οριςμζνεσ τυπικζσ τιμζσ για τθν παράμετρο αυτι υπολογιςμζνεσ ςε οριςμζνεσ ειδικζσ περιοχζσ που βρίςκονται ςε κάκε χϊρα των εταίρων του ζργου.

31 Σχιμα 2.6. Ελάχιςτεσ και μζγιςτεσ ετιςιεσ αποδόςεισ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ Φ / Β ςε διάφορεσ χϊρεσ που παράγονται από Σφςτθμα 1kWp (kwh year -1 ) Με το βζλτιςτο τρόπο κλίςθ φ / β και ςχζςθ απόδοςθ ίςθ με 0,75. (Ρθγζσ: Ευρωπαϊκι Επιτροπι Κζντρο Ερευνϊν, και Εκνικό Εργαςτιριο Ανανεϊςιμων Ρθγϊν Ενζργειασ, Ρίνακασ 2.1 Τυπικζσ τιμζσ για τθν παράμετρο υπολογιηόμενθ ςε οριςμζνεσ ειδικζσ περιοχζσ που βρίςκονται ςε κάκε χϊρα των εταίρων του ζργου. Σθμ.: λογιςμικό PVGIS ζχει χρθςιμοποιθκεί. Λςθμερινόσ προςανατολιςμόσ και βζλτιςτθ κλίςθ ςτατικισ δομισ με δείκτθ απόδοςθσ που ιςοφται με 0,8 ζχουν υποκετικά κεωρθκεί Τόποσ Γεωγραφικό πλάτοσ, γεωγραφικό μικοσ Βζλτιςτθ γωνία κλίςθσ ( ο ) Y f, (kwh kwp - 1 Year -1 ) Place Latitude, longitude Optimal tilt angle (º) Y f, (kwh kwp -1 year -1 ) Representative places from Italy Padova (Italy) N, E Belluno (Italy) N, E 36º 1096 Berchidda (Italy) N, 9.166E Lugo di Vicenza (Italy) N, E 35º 1112 Mores (Italy) N, 1.564E 34º 1376 Sassari (Italy) N, 8.56E Siliqua (Italy) N, 8.81E Representative places from Greece Afetes (Greece) N, 23.18E Aiginio (Greece) N, 22.54E Lefkonas (Greece) N, 23.50E Milies (Greece) N, 23.15E Sourpi (Greece) N, 22.90E Representative places from Poland Adamow (Poland) N, 23.15E