Πολυτεχνική σχολή Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Transcript

1 Πολυτεχνική σχολή Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2012 Διπλωματική εργασία με θέμα Σχεδίαση αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος για τροφοδότηση κατοικίας Εκπόνηση: Παγγέλα Άννα, Τσακνάκη Σεβαστή Επιβλέπων καθηγητής: Δημουλιάς Χαράλαμπος

2 Διπλωματική εργασία με θέμα Σχεδίαση αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος για τροφοδότηση κατοικίας Εκπόνηση: Παγγέλα Άννα, Τσακνάκη Σεβαστή Επιβλέπων καθηγητής: Δημουλιάς Χαράλαμπος Θεσσαλονίκη, Ιούλιος

3 Περίληψη «ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ» Η ανάγκη χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στις περιπτώσεις όπου κρίνεται ασύμφορη η σύνδεση με το δίκτυο της ΔΕΗ, είτε λόγω μη ύπαρξης του δικτύου στην περιοχή είτε για οικολογικούς λόγους, μας οδήγησε στην ενασχόληση με την εργασία αυτή. Εξετάσαμε την τροφοδότηση ενός οικιακού δικτύου από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και πιο συγκεκριμένα, από φωτοβολταϊκές συστοιχίες και τη βοηθητική χρήση ντηζελογεννήτριας σε περίπτωση μη κάλυψης της ισχύος αιχμής. Επίσης, μελετήσαμε δύο διαφορετικούς τρόπους σύνδεσης της εγκατάστασης (AC σύνδεση DC σύνδεση). Η παρούσα διπλωματική αναφέρεται σε μία μονοκατοικία στην Βόρεια Ελλάδα και συγκεκριμένα στην περιοχή της Κατερίνης σε μία ιδεατή περιοχή όπου δεν υπάρχουν σκιάσεις από παρακείμενα κτίρια ή άλλα εμπόδια. Για τον σχεδιασμό της εγκατάστασης λήφθηκαν υπόψη οι κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής για ένα ολόκληρο έτος. Ο υπολογισμός του απαιτούμενου φορτίου έγινε με βάση την κατανάλωση ενέργειας ανά 5 λεπτά σε ένα 24ωρο για την κάλυψη των αναγκών μιας μέσης οικογένειας. Η διαστασιολόγηση των φωτοβολταικών έγινε για μια τυπική ημέρα του Απριλίου καθώς μια διαφορετική επιλογή θα οδηγούσε είτε σε υπερδιαστασιολόγηση του συστήματος (αύξηση του κόστους εγκατάστασης) είτε σε υποδιαστασιολόγηση (αύξηση του κόστους λειτουργίας υπερβολική χρήση της γεννήτριας). Κατόπιν, επιλέξαμε τους κατάλληλους συσσωρευτές οι οποίοι είναι απαραίτητοι για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς η παραγωγή και η κατανάλωσή της δε συμπίπτουν πάντοτε χρονικά. Προσδιορίσαμε τις διάφορες συσκευές (μετατροπέα, ρυθμιστή φόρτισης και ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος) για τη σωστή λειτουργία του συστήματος και τέλος επιλέξαμε τύπους και διατομές καλωδίων για την σύνδεση όλης της εγκατάστασης καθώς και διακοπτικά στοιχεία για την προστασία της από σφάλματα. 3

4 Μετά το σχεδιασμό του συστήματος υπολογίσαμε το ενεργειακό ισοζύγιο ενός έτους για να γνωρίζουμε σε ποιο ποσοστό η απαιτούμενη ενέργεια ολόκληρου του χρόνου καλύπτεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και σε ποιο από το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Στη συνέχεια προσομοιώσαμε το σύστημα με το λογισμικό PVSyst και συγκρίναμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με αυτά από τους προσεγγιστικούς υπολογισμούς. Τέλος για να κατανοήσουμε τη διαδικασία φόρτισης εκφόρτισης των συσσωρευτών σχολιάσαμε τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις όπως μας τις δίνει το PVSyst. Abstract «DESIGN OF A STANDALONE HYBRID PHOTOVOLTAIC RESIDENTIAL POWER SUPPLY SYSTEM» Τhe need of using renewable energy sources in cases when the connection to the public electricity grid is not cost effective, either because there is no network in the area or for environmental reasons, led us to deal with this project. We designed a standalone photovoltaic system for the power supply of a resident. We used a back up diesel generator to cover the load when necessary. Also, we studied two different ways of connecting (AC coupled DC coupled) This essay refers to a house in northern Greece and particularly in Katerini in an ideally designed location where there would be no shadows from nearby buildings or other obstructions. To design the system we took into account the climatic conditions of the location for a hole year. The calculation of the required load was based on the daily energy consumption of an average family. The sizing of PV was made in a typical day in April. Then, we chose the proper batteries which were necessary for the storage of electricity as energy generation and consumption do not generally coincide. We identified the various devices (inverter, charge controller and power generator) for the proper system operation and finally selected cable types and diameters to link the entire system and data switches to protect against malfunction. 4

5 After designing the system, we calculated the energy balance of a year in order to find out which percentage of the required energy was covered by the photovoltaic panels and which percentage was covered by the diesel generator. Then we simulated the system with the software PVSyst and we compared the simulation results with the approximate calculations. Finally, we commented some graphs from PVSyst to understand the state of charge of the battery during a typical day. 5

6 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ε αυτό το σημείο θα θέλαμε να εκφράσουμε τις ευχαριστίες μας προς όλους Σ όσους ανταποκρίθηκαν σε κάθε ανάγκη και προβληματισμό που δημιουργήθηκε κατά την δημιουργία του παρόντος έργου. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον επιβλέπων καθηγητή Δημουλιά Χαράλαμπο για τη συνεισφορά του καθώς και στις οικογένειές μας, στους στενούς μας φίλους και συνεργάτες που μας στήριξαν όλο αυτό το διάστημα. 6

7 Περιεχόμενα Περίληψη «ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ»... 3 Abstract «DESIGN OF A STANDALONE HYBRID PHOTOVOLTAIC RESIDENTIAL POWER SUPPLY SYSTEM» ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Προσδιορισμός των ηλεκτρικών καταναλώσεων Επιλογή μπαταριών Επιλογή των φωτοβολταϊκών πλαισίων Προσδιορισμός του ρυθμιστή φόρτισης Προσδιορισμός του αυτόνομου μετατροπέα Προσδιορισμός του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους Προσδιορισμός των τύπων καλωδίων και των μέσων προστασίας ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ DC ΣΥΝΔΕΣΗ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΠΛΑΙΣΙΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΡΥΘΜΙΣΤΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΕΠΙΛΟΓΗ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΟΥ ΖΕΥΓΟΥΣ AC ΣΥΝΔΕΣΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΛΩΔΙΩΝ DC ΣΥΝΔΕΣΗ (DC coupled) AC ΣΥΝΔΕΣΗ (ΑC coupled) ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΣΩΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ DC ΣΥΝΔΕΣΗ (DC coupled) ΑC ΣΥΝΔΕΣΗ (ΑC coupled) ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ

8 4.3 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΚΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

9 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα Φωτοβολταϊκά στοιχεία αποτελούν μια κατηγορία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας με κυρίαρχο χαρακτηριστικό τους την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία δεν συνοδεύεται από εκπομπές ρύπων. Η αθόρυβη λειτουργία τους και η μεγάλη διάρκεια ζωής τους τα καθιστά πρώτη επιλογή στις οικολογικές συνειδήσεις. Τα Φωτοβολταϊκά συστήματα διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, στα απομονωμένα ή εκτός δικτύου συστήματα (stand alone ή off grid connected) και στα συνδεδεμένα στο δίκτυο (grid connected). Τα τελευταία συνδέονται απευθείας στο εθνικό δίκτυο ηλεκτρικής παροχής (AC) στο οποίο διοχετεύουν όλη την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Τα απομονωμένα ή εκτός δικτύου συστήματα έχουν ως βασικό χαρακτηριστικό τους το ότι παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να είναι συνδεδεμένα στο κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο, κάτι το οποίο φανερώνει και το όνομά τους. Όταν η ενέργεια αυτή, της φωτοβολταϊκής συστοιχίας, καλύπτει εξ ολοκλήρου τις ανάγκες της εγκατάστασης τότε το σύστημα ονομάζεται αυτόνομο. Ενώ όταν στην παραγωγή ενέργειας συμμετέχει και άλλη πηγή Α.Π.Ε. (π.χ. ανεμογεννήτρια) ή συμβατική πηγή καυσίμου (π.χ. ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος) τότε το σύστημα χαρακτηρίζεται ως υβριδικό. Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα βρίσκουν εφαρμογή στην ηλεκτροδότηση αγροτικών περιοχών στον αναπτυσσόμενο κόσμο. Επίσης αξιοποιούνται σαν μικρά συστήματα φωτισμού που εντάσσονται σε μεγαλύτερα συστήματα (π.χ. νοσοκομεία, σχολεία).μία ακόμη χρήση βρίσκουν σε απομακρυσμένες κατοικίες και κτήρια στα οποία η επέκταση του δικτύου θα είναι πιο ακριβή από την εγκατάσταση ενός αυτόνομου συστήματος καθώς και σαν εφεδρικά συστήματα όπου συμβαίνουν διακοπές ρεύματος μεγάλης διάρκειας. Ταυτόχρονα χρησιμοποιούνται ως ηλιακά συστήματα αντλιών νερού για πόση και άρδευση, για ηλιακή απολύμανση του νερού, και αφαλάτωση. Το φάσμα των εφαρμογών είναι αρκετά μεγάλο και συνεχώς αυξανόμενο. 9

10 Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζουμε τον σχεδιασμό αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος για την τροφοδότηση κατοικίας. Το αυτόνομο υβριδικό φωτοβολταϊκό σύστημα περιλαμβάνει τα παρακάτω στοιχεία: Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια που μετατρέπουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια Τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές (μπαταρίες) διότι απαιτείται η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας, αφού η παραγωγή της και η κατανάλωση δεν συμπίπτουν πάντα χρονικά. Τον ρυθμιστή φόρτισης που φροντίζει για την σωστή φόρτιση των συσσωρευτών Τον αντιστροφέα (inverter) για την μετατροπή της συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη για να συνδεθούν τα φορτία Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών όταν δεν επαρκεί η ηλεκτρική ενέργεια από τα φωτοβολταϊκά Τα καλώδια για την σύνδεση όλων των συσκευών της εγκατάστασης Τα μέσα προστασίας για την ασφάλεια του συστήματος Η συνδεσμολογία των στοιχείων αυτών φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. 10

11 DC Σύνδεση Η σύνδεση αυτή των στοιχείων του συστήματος ονομάζεται DC σύνδεση. Ωστόσο υπάρχει και ένας δεύτερος, πιο σύγχρονος τρόπος λειτουργίας του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος. Χρησιμοποιείται για μεγαλύτερα συστήματα και από ορισμένους μόνο κατασκευαστές μετατροπέων (όπως είναι η εταιρία SMA). Σε αυτήν την περίπτωση το σύστημα αποτελείται από τα ίδια στοιχεία που περιγράψαμε παραπάνω, δηλαδή τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές, τον αυτόνομο αντιστροφέα (Stand alone inverter), το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος και φυσικά καλώδια και μέσα προστασίας για τη σωστή λειτουργία του συστήματος. Όμως τώρα αντί για ρυθμιστής φόρτισης χρησιμοποιείται ένας ακόμη μετατροπέας. Αυτός είναι ένας απλός φωτοβολταϊκός μετατροπέας που χρησιμοποιείται και στα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα. Η συνδεσμολογία σε αυτήν την περίπτωση, που ονομάζεται ACσύνδεση, φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: 11

12 AC Σύνδεση 12

13 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη σχεδίαση ενός αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος και κάθε μηχανικός ανάλογα με τις γνώσεις και την εμπειρία του ακολουθεί κάποιο συγκεκριμένο τρόπο. Εμείς για το σχεδιασμό του δικού μας συστήματος ακολουθήσαμε την παρακάτω μεθοδολογία: 2.1 Προσδιορισμός των ηλεκτρικών καταναλώσεων Το πρώτο και κυριότερο βήμα για το σχεδιασμό του συστήματος είναι ο προσδιορισμός τόσο της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας όσο και της μέγιστης ισχύος ανάλογα με τις ανάγκες των ανθρώπων που κατοικούν στην οικία στην οποία πρόκειται να γίνει η εγκατάσταση. Έτσι αρχικά γίνεται απαρίθμηση όλων των ηλεκτρικών συσκευών που υπάρχουν και καταγραφή της ισχύος τους. Στη συνέχεια είναι απαραίτητη μία εκτενής συζήτηση με τους χρήστες για τον τρόπο με τον οποίο τις χρησιμοποιούν ώστε να γνωρίζουμε τον πιθανό χρόνο λειτουργίας τους στη διάρκεια της ημέρας, καθώς και την πιθανότητα ταυτόχρονης λειτουργίας κάποιων συσκευών. Γνωρίζοντας λοιπόν την ισχύ των συσκευών και το χρόνο λειτουργίας τους μπορούμε να υπολογίσουμε την απαιτούμενη ημερήσια ηλεκτρική ενέργεια, ενώ θεωρώντας ταυτόχρονη λειτουργία κάποιων συσκευών υπολογίζουμε τη μέγιστη ισχύ κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ανάλογα με την οικονομική δυνατότητα των χρηστών μπορεί να γίνει σχεδίαση μικρότερου συστήματος προγραμματίζοντας τη χρήση των συσκευών (π.χ. όχι ταυτόχρονη χρήση πλυντηρίου ρούχων και ηλεκτρικής σκούπας ή καθημερινή χρήση πλυντηρίου πιάτων και στεγνωτήρα μαλλιών). Φυσικά οι ανάγκες των χρηστών διαφέρουν από εποχή σε εποχή αλλά και από ημέρα σε ημέρα. Επομένως για τη σωστότερη διαστασιολόγηση του συστήματος γίνεται διαφορετικός προσδιορισμός των ηλεκτρικών καταναλώσεων για μία ημέρα του χειμώνα και διαφορετικός για μία ημέρα του καλοκαιριού. Επιπλέον θεωρούμε μία "τυπική" ημέρα της καθημερινής ζωής των χρηστών. 13

14 2.2 Επιλογή μπαταριών Στα περισσότερα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι απαραίτητη η χρήση μπαταριών καθώς η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και η κατανάλωση δε συμπίπτουν. Η ενέργεια που παράγεται από τις φωτοβολταϊκές συστοιχίες κατά τη διάρκεια της ημέρας δεν καταναλώνεται πάντα και έτσι πρέπει να αποθηκευτεί. Ενώ πολλές ημέρες του χρόνου λόγω συννεφιάς δεν παράγεται η απαιτούμενη ενέργεια και οι ανάγκες των χρηστών πρέπει να ικανοποιηθούν. Ο τύπος της μπαταρίας που θα επιλέξουμε πρέπει να είναι κατάλληλος για αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Έτσι επιλέγουμε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, οικονομικά αποδοτικές και με ικανότητα διαχείρισης μικρών και μεγάλων ρευμάτων φόρτισης με υψηλή απόδοση. Το μέγεθος των μπαταριών επιλέγεται με βάση την ημερήσια απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια καθώς και για πόσες ημέρες συννεφιάς θέλουμε να μπορεί να καλύπτει το φορτίο μας, δηλαδή πόσες ημέρες αυτονομίας θέλουμε. Η χωρητικότητά τους μετριέται σε Ah (Αμπερώρια), επομένως κατά την επιλογή τους είναι απαραίτητο να αποφασίσουμε την τάση στην οποία θα λειτουργεί το σύστημα. 2.3 Επιλογή των φωτοβολταϊκών πλαισίων Η επιλογή των φωτοβολταϊκών πλαισίων θα γίνει με βάση την ταχύτητα με την οποία επιθυμούμε να φορτίζουν οι μπαταρίες. Η ενέργεια όμως που παίρνουμε από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια διαφέρει ανάλογα με την ακτινοβολία που προσπίπτει στα πλαίσια και τη θερμοκρασία του αέρα. Επομένως διαφέρει από περιοχή σε περιοχή καθώς και με την κλίση και το προσανατολισμό των πλαισίων. Επομένως για τη συγκεκριμένη περιοχή στην οποία θα γίνει η εγκατάσταση θα επιλέξουμε τη βέλτιστη δυνατή κλίση και προσανατολισμό. Επίσης για τη σωστή διαστασιολόγηση του συστήματος πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι η θερμοκρασία και η ακτινοβολία σε μια περιοχή διαφέρει ανάλογα με το μήνα του έτους. 14

15 2.4 Προσδιορισμός του ρυθμιστή φόρτισης Η επιλογή του κατάλληλου ρυθμιστή φόρτισης γίνεται με κριτήριο η ονομαστική του ισχύς να είναι μεγαλύτερη από τη συνολική μέγιστη ισχύ των φωτοβολταϊκών πλαισίων που έχουμε επιλέξει. Επίσης εξετάζουμε, η μέγιστη τάση που επιβάλλεται στα πλαίσια να είναι μικρότερη από τη μέγιστη τάση που δέχεται ο ρυθμιστής στην DC πλευρά. Το τελευταίο κριτήριο είναι και αυτό που θα μας καθορίσει τον τελικό αριθμό των φωτοβολταϊκών πλαισίων, καθώς και τον τρόπο σύνδεσής τους. Ουσιαστικά υπολογίζουμε πόσα φωτοβολταϊκά θα συνδεθούν σε σειρά σε μία στοιχειοσειρά και πόσες στοιχειοσειρές θα συνδέσουμε παράλληλα στο ρυθμιστή φόρτισης. Οφείλουμε να σημειώσουμε ότι όλες οι στοιχειοσειρές πρέπει να έχουν τον ίδιο αριθμό φωτοβολταϊκών πλαισίων, αφού η στοιχειοσειρά με το μικρότερο ρεύμα γραμμής είναι και αυτή που καθορίζει το ρεύμα στην είσοδο του ρυθμιστή φόρτισης. 2.5 Προσδιορισμός του αυτόνομου μετατροπέα Για τον προσδιορισμό του κατάλληλου αυτόνομου μετατροπέα λαμβάνουμε υπόψη μας τη μέγιστη ζητούμενη ηλεκτρική ενέργεια (P peak ) ανά πεντάλεπτο, την οποία έχουμε υπολογίσει κατά τον προσδιορισμό των πιθανών ηλεκτρικών καταναλώσεων. Εξετάζουμε αν το μέγιστο φορτίο σε διάρκεια μίας ώρας είναι μικρότερο από την ισχύ στην AC πλευρά που μπορεί να δέχεται ο μετατροπέας καθώς και αν η μέγιστη ισχύς αιχμής του φορτίου σε διάρκεια 5 λεπτών είναι μικρότερη από τα αντίστοιχα όρια ισχύος που έχουν θέσει οι κατασκευαστές του για τον ίδιο χρόνο. 2.6 Προσδιορισμός του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους Ο προσδιορισμός του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους γίνεται με κριτήριο τη μέγιστη ισχύ αιχμής φορτίου. Το μέγεθος της ισχύος που θα έχει η γεννήτρια υπολογίζεται για την χειρότερη περίπτωση, δηλαδή αυτήν που θα τροφοδοτεί αποκλειστικά τον καταναλωτή με το μέγιστο φορτίο που πιθανόν να του ζητήσει. Ταυτόχρονα, γίνεται και έλεγχος ώστε να μπορούμε, σε περίπτωση που το φορτίο 15

16 είναι μικρότερο από την ισχύ που δίνει η γεννήτρια, με την περίσσεια ισχύ της να φορτίζουμε τις άδειες μπαταρίες. 2.7 Προσδιορισμός των τύπων καλωδίων και των μέσων προστασίας Οι τύποι των καλωδίων και των μέσων προστασίας που επιλέγουμε πρέπει να πληρούν τους κανονισμούς απαιτήσεων των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων (ELOT HD384). Αρχικά, με κριτήριο την εγκατάσταση επιλέγουμε τον κατάλληλο τύπο καλωδίων για την DC και την AC πλευρά. Στη συνέχεια φροντίζουμε, σε κάθε σημείο της εγκατάστασης, η διατομή του καλωδίου που θα υπολογίσουμε να αντέχει το αντίστοιχο ρεύμα που θα περνάει από το συγκεκριμένο καλώδιο. Τα διακοπτικά μέσα τα επιλέγουμε σε κάθε καλώδιο ανάλογα με το είδος και το μέγεθος της προστασίας που οφείλουμε να παρέχουμε στις αντίστοιχες συσκευές της εγκατάστασης. 16

17 3. ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 3.1 DC ΣΥΝΔΕΣΗ Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει η σχεδίαση ενός αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος για τροφοδότηση κατοικίας σύμφωνα με τη μεθοδολογία που παρουσιάστηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Η κατοικία στην οποία θα γίνει η εγκατάσταση βρίσκεται στην πόλη της Κατερίνης του νομού Πιερίας, δηλαδή σε γεωγραφικό πλάτος 40,3 ο N γεωγραφικό μήκος 22,5 ο E και υψόμετρο 38 μέτρα από το επίπεδο της θάλασσας. Πρόκειται για μία μονοκατοικία η οποία στεγάζει μία τετραμελή οικογένεια και αποτελείται από τρία υπνοδωμάτια, ένα σαλόνι, κουζίνα και μπάνιο. Έχει κεραμοσκεπή η μία πλευρά της οποίας είναι προς το νότο(αζιμούθια γωνία ίση με το μηδέν), ενώ η κλίση της είναι 30 ο. Η κλίση των πλαισίων καθώς και η αζιμούθια γωνία επηρεάζουν το βαθμό απόδοσής τους. Για το βόρειο ημισφαίριο ο βέλτιστος προσανατολισμός είναι προς το νότο ενώ για την Ελλάδα η βέλτιστη κλίση είναι οι 30 ο. Έτσι η συγκεκριμένη κατοικία είναι ιδανική για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στη στέγη της. Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται ο τρόπος με τον οποίο η κλίση και ο προσανατολισμός επιδρούν στην ηλεκτροπαραγωγική ικανότητα των φωτοβολταϊκών πλαισίων. 17

18 3.1.1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΩΝ Όπως αναφέραμε το πρώτο βήμα για το σχεδιασμό του συστήματος είναι ο προσδιορισμός της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας και της μέγιστης ισχύος. Πρόκειται για μία μονοκατοικία όπου ζει μια τετραμελής οικογένεια. Θεωρούμε ότι για τη θέρμανση του νερού υπάρχει ήδη εγκατεστημένος ηλιακός θερμοσίφωνας, ενώ για το μαγείρεμα χρησιμοποιείται κουζίνα υγραερίου. Θερμάστρες υγραερίου χρησιμοποιούνται και για τη θέρμανση του σπιτιού. Επίσης όλες οι ηλεκτρικές συσκευές είναι ενεργειακής κλάσης Α, δηλαδή χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Κάποιες παλιότερες συσκευές που ίσως να υπήρχαν έχουν αντικατασταθεί. Το υψηλό κόστος για την προμήθειά τους αντισταθμίζεται από την εξοικονόμηση ενέργειας την οποία προσφέρουν. Οι ανάγκες των χρηστών διαφέρουν κατά τους χειμερινούς και κατά τους θερινούς μήνες. Για παράδειγμα το καλοκαίρι χρησιμοποιούνται κλιματιστικά για την ψύξη του σπιτιού που το χειμώνα δε χρειάζονται, ενώ το χειμώνα είναι ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΠΑΓΓΕΛΑ ΑΝΝΑ ΤΣΑΚΝΑΚΗ ΣΕΒΑΣΤΗ 18

19 περισσότερες οι ώρες χρήσης του φωτισμού μέσα και έξω από το σπίτι. Για το λόγο αυτό είναι απαραίτητο να κάνουμε δύο διαφορετικούς υπολογισμούς των ηλεκτρικών καταναλώσεων. Καθώς τα κλιματιστικά χρειάζονται μόνο κατά τους μήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο θα θεωρήσουμε αυτούς τους τρείς ως θερινούς μήνες, ενώ όλους τους υπόλοιπους ως χειμερινούς. Και στις δύο περιπτώσεις οι υπολογισμοί θα γίνουν για μία τυπική ημέρα. Στους παρακάτω πίνακες φαίνονται οι ηλεκτρικές συσκευές της κατοικίας, η ηλεκτρική ισχύς κάθε μιας, ο χρόνος λειτουργίας τους κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου και τέλος η ημερήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε συσκευή. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΙΣΧΥΣ (W) ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (hours/day) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Wh/day) ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΚΡΕΒΑΤΟΚΑΜΑΡΑΣ 15/16 1/2 47 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΔΩΜΑΤΙΩΝ (2) 16/46/30 2/2/1 154 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΜΠΑΝΙΟΥ 15 1,083 16,25 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΚΟΥΖΙΝΑΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΣΑΛΟΝΙΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ LED 40" LAPTOP ΛΟΙΠΑ ΦΟΡΤΙΑ ΨΥΓΕΙΟ ΑΠΟΡΟΦΗΤΗΡΑΣ ΤΟΣΤΙΕΡΑ 700 0, ,67 ΒΡΑΣΤΗΡΑΣ ,083 83,33 ΚΑΦΕΤΙΕΡΑ , ,7 συνεχίζεται ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ/ΠΙΑΤΩΝ 2000(5min) / 1455(55min)

20 ΣΥΝΟΛΟ 5504,33 Ηλεκτρικές καταναλώσεις κατά τους χειμερινούς μήνες ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΙΣΧΥΣ (W) ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (hours/day) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Wh/day) ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΚΡΕΒΑΤΟΚΑΜΑΡΑΣ 15/16 1/2 47 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΔΩΜΑΤΙΩΝ (2) 16/46/30 2/2/1 154 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΜΠΑΝΙΟΥ 15 1,083 16,25 ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΚΟΥΖΙΝΑΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΣΑΛΟΝΙΟΥ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ LED 40" LAPTOP ΛΟΙΠΑ ΦΟΡΤΙΑ ΨΥΓΕΙΟ 300 ΑΠΟΡΟΦΗΤΗΡΑΣ ΤΟΣΤΙΕΡΑ 700 0, ,67 ΒΡΑΣΤΗΡΑΣ ,083 83,33 ΚΑΦΕΤΙΕΡΑ , ,7 ΠΛΥΝΤΗΡΙΟ ΡΟΥΧΩΝ/ΠΙΑΤΩΝ 2000(5min) / 1455(55min) ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΟ 800 3, ΣΥΝΟΛΟ 7954,33 Ηλεκτρικές καταναλώσεις κατά τους θερινούς μήνες Τα αποτελέσματα για τη συμπλήρωση των πινάκων βγήκαν από το πρόγραμμα Excel. Εκεί χωρίσαμε σε πεντάλεπτα ένα εικοσιτετράωρο και συμπληρώσαμε τα πεντάλεπτα στα οποία λειτουργεί η κάθε συσκευή. Έτσι υπολογίσαμε την ηλεκτρική ισχύ για κάθε πεντάλεπτο καθώς και τη συνολική 20

21 ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την κάλυψη των αναγκών της οικογένειας για μία τυπική ημέρα. Τη διαδικασία αυτή την κάναμε δύο φορές, μία για τα φορτία του χειμώνα και μία για αυτά του καλοκαιριού. Όσον αφορά στα πλυντήρια θεωρούμε ότι κάποιες ημέρες της εβδομάδας χρησιμοποιείται το πλυντήριο ρούχων και κάποιες άλλες το πλυντήριο πιάτων. Επομένως μία τυπική ημέρα χρησιμοποιείται ένα από τα δύο. Και εφόσον η ισχύς και ο τρόπος λειτουργίας τους είναι ίδια τα θεωρούμε ως ένα φορτίο. Το πρώτο πεντάλεπτο της λειτουργίας τους θερμαίνεται το νερό και η ισχύς που χρειάζεται είναι μεγαλύτερη(2000w). Στην υπόλοιπη διάρκεια της πλύσης η ισχύς που καταναλώνεται είναι 1455W με αποτέλεσμα για τη συνολική πλύση διάρκειας μίας ώρας να καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια ίση με 1,5kWh. Το ψυγείο τροφοδοτείται καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας. Όταν ανέβει η θερμοκρασία στο εσωτερικό του δουλεύει κάποια λεπτά ώστε να αναψύξει και σταματάει. Αυτό επαναλαμβάνεται συνεχώς στη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. Από τον κατασκευαστή του γνωρίζουμε ότι η ημερήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι 300Wh. Για να μοιράσουμε τη λειτουργία του στα πεντάλεπτα που προαναφέραμε θεωρήσαμε ότι λειτουργεί 50 λεπτά τις μεσημεριανές ώρες(μεταξύ 14:00 15:00), 50 λεπτά τις απογευματινές ώρες(μεταξύ 19:00 20:00) καθώς και κάποια πεντάλεπτα τις βραδινές και πρωινές ώρες. Με τη φράση λοιπά φορτία εννοούμε την ηλεκτρική σκούπα, το ηλεκτρικό σίδερο και το στεγνωτήρα μαλλιών, τα οποία έχουν ισχύ 1800W το καθένα. Θεωρήσαμε ότι μία τυπική ημέρα λειτουργεί ένα από αυτά για μία ώρα. Έτσι η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνουν σε μία ημέρα είναι 1800Wh. Το κλιματιστικό το οποίο όπως αναφέραμε παραπάνω χρησιμοποιείται μόνο το καλοκαίρι, έχει ηλεκτρική ισχύ 800W και λειτουργεί λίγο περισσότερο από τρείς ώρες την ημέρα. Ενώ για το φωτισμό χρησιμοποιούνται διάφορες λάμπες εξοικονόμησης ενέργειας και ο χρόνος λειτουργίας τους διαφέρει το χειμώνα και το καλοκαίρι. 21

22 Με αυτό τον τρόπο υπολογίσαμε όλα τα φορτία και από το πρόγραμμα Excel πήραμε τις παρακάτω ημερήσιες καμπύλες φορτίου, μία για τους χειμερινούς μήνες και μία για τους θερινούς ΚΑΜΠΥΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟΙ ΜΗΝΕΣ 2000 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (W) ΩΡΕΣ ΗΜΕΡΑΣ ΚΑΜΠΥΛΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΘΕΡΙΝΟΙ ΜΗΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (W) ΩΡΑ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ Αθροίζοντας όλα τα φορτία σε κάθε πεντάλεπτο παίρνουμε τη συνολική ισχύ που καταναλώνεται ανά πεντάλεπτο. Έτσι μπορούμε να δούμε πόση είναι η μέγιστη ισχύς και σε ποιό πεντάλεπτο παρατηρείται, πράγμα το οποίο φαίνεται και στην καμπύλη φορτίου. Κατά τους χειμερινούς μήνες η μέγιστη ισχύς παρατηρείται το 22

23 πεντάλεπτο 21:00 21:05 και είναι 2135W. Ενώ για 55 λεπτά η μέγιστη ισχύς είναι 2036W. Αντίστοιχα για τους θερινούς μήνες η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς είναι 2135W και πάλι για το πεντάλεπτο 21:00 21:05, ενώ με διάρκεια 55 λεπτά μεταξύ 20:00 21:00 είναι 2006W. Για να μετατρέψουμε τη συνολική ισχύ που υπολογίσαμε για κάθε πεντάλεπτο σε ενέργεια χρησιμοποιούμε τον τύπο: EiWh PiW 5 60 και τελικά προσθέτουμε τα 288 πεντάλεπτα από τα οποία αποτελείται το εικοσιτετράωρο και έχουμε την ημερήσια ηλεκτρική ενέργεια: EWh Ei Wh Από την καμπύλη φορτίου η ημερήσια ηλεκτρική ενέργεια υπολογίζεται βρίσκοντας το εμβαδό της χρωματιστής περιοχής, καθώς ο κάθετος άξονας της καμπύλης είναι η ηλεκτρική ισχύς και ο οριζόντιος ο χρόνος λειτουργίας. Με αυτόν τον τρόπο βρίσκουμε ότι η απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια για μία τυπική ημέρα ενός χειμερινού μήνα είναι 5504,33Wh και η αντίστοιχη για μία τυπική ημέρα ενός θερινού μήνα είναι 7954,33Wh ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ Όπως αναφέραμε παραπάνω απαραίτητο στοιχείο στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι οι μπαταρίες και μάλιστα οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Κάποιοι τύποι επαναφορτιζόμενων μπαταριών που υπάρχουν στην αγορά είναι οι μπαταρίες μολύβδου οξέος, νικελίου καδμίου, νικελίου υδριδίου μετάλλου και ιόντων λιθίου. Από αυτές μόνο οι πρώτες χρησιμοποιούνται στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα ενώ οι υπόλοιπες χρησιμοποιούνται κυρίως σε μικρές συσκευές όπως ρολόγια, ραδιόφωνα, φορητούς υπολογιστές κλπ. 23

24 Οι μπαταρίες είναι δοχεία. Μία μπαταρία μολύβδου οξέος είναι γεμάτη με αραιωμένο θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) που λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης. Μέσα στον ηλεκτρολύτη υπάρχουν τοποθετημένες δύο πλάκες αντίθετης πολικότητας που λειτουργούν ως ηλεκτρόδια. Αυτές αποτελούνται από το ενεργό υλικό και το πλέγμα. Το ενεργό υλικό προσφέρει την επιφάνεια στην οποία γίνεται η ηλεκτροχημική αντίδραση και είναι ουσιαστικά η αποθήκη ενέργειας, ενώ το πλέγμα είναι ένα πλαίσιο από κράμα μολύβδου και είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Για την αποφυγή αγώγιμης επαφής του θετικού ηλεκτροδίου με το αρνητικό χρησιμοποιείται ένα απομονωτικό μέσο το οποίο ονομάζεται "διαχωριστής". Τέλος στην μπαταρία υπάρχουν οι πόλοι, δηλαδή οι εξωτερικές ηλεκτρικές συνδέσεις της. Μία μπαταρία για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα πρέπει να πληροί όσο το δυνατόν περισσότερα από τα παρακάτω χαρακτηριστικά : 1. Καλή αναλογία τιμής απόδοσης 2. Μικρές απαιτήσεις για συντήρηση 3. Αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής 4. Χαμηλή αυτοεκφόρτιση και υψηλή ενεργειακή απόδοση 5. Ικανότητα φόρτισης με μικρά ρεύματα φόρτισης 6. Δυνατότητα ανακύκλωσης 7. Ανθεκτικότητα σε δονήσεις Για συστήματα όπως το δικό μας, όπου τα φωτοβολταϊκά εγκαθίστανται σε μόνιμη κατοικία προτείνονται μπαταρίες τύπου OPzS και OPzV. Οι πρώτες είναι μπαταρίες ανοιχτού τύπου και ο ηλεκτρολύτης τους είναι σε υγρή μορφή. Έτσι κατά τη φόρτισή τους γίνεται ηλεκτρόλυση και παράγονται αέρια υδρογόνο και οξυγόνο. Γι' αυτό και πρέπει να τοποθετούνται σε καλά αεριζόμενους χώρους. Επίσης πρέπει 24

25 να συντηρούνται κάθε 0,5 έως 3 χρόνια. Αντίθετα οι μπαταρίες τύπου OPzV είναι κλειστού τύπου, δηλαδή ο ηλεκτρολύτης τους είναι σε μορφή ζελέ και γι' αυτό δεν υπάρχει κίνδυνος διαρροής αερίων. Επιπλέον δε χρειάζονται συντήρηση, ωστόσο είναι πιο ακριβές από τις αντίστοιχες μπαταρίες ανοιχτού τύπου. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των μπαταριών είναι η διάρκεια ζωής τους που μετριέται σε κύκλους. Κατά τη διαδικασία της εκφόρτισης γίνονται κάποιες χημικές αντιδράσεις με αποτέλεσμα να μειώνεται η ποσότητα του ηλεκτρολύτη. Αυτή η χημική αλλαγή ανατρέπεται όταν η μπαταρία επαναφορτίζεται, όμως η διαδικασία δεν είναι πλήρως αναστρέψιμη και η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται. Η μείωση αυτή είναι μεγαλύτερη όσο βαθύτερη είναι η εκφόρτισή της. Έτσι η διάρκεια ζωής της μεταβάλλεται με το βάθος εκφόρτισής της. Οι μπαταρίες που αναφέραμε παραπάνω για βάθος εκφόρτισης 50% έχουν διάρκεια ζωής περίπου 3500 κύκλους, ενώ φτάνουν τους 5000 κύκλους όταν εκφορτίζονται 45%. Καθώς η μπαταρία φορτίζει η τάση της αυξάνεται. Για την προστασία της ο κατασκευαστής πρέπει να ορίσει ένα άνω όριο, την τάση διακοπής φόρτισης (charge cut off voltage). Ομοίως και κατά την εκφόρτισή της η τάση της μειώνεται, οπότε ορίζει ένα κάτω όριο, την τάση διακοπής εκφόρτισης (discharge cut off voltage). Έτσι έχει οριστεί το επιτρεπτό βάθος εκκφόρτισης της μπαταρίας. Ο έλεγχος ώστε η τάση της μπαταρίας να κυμαίνεται μεταξύ των ορίων αυτών γίνεται από το ρυθμιστή φόρτισης. Από τα παραπάνω φαίνεται επίσης ότι η στάθμη φόρτισης της μπαταρίας μπορεί να προσδιοριστεί από την τάση της(τάση ανοιχτού κυκλώματος). Στην παρακάτω γραφική παράσταση βλέπουμε τη μεταβολή της τάσης ανάλογα με το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας. Παρατηρούμε ότι όταν η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη η τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι 2,15 A και η σχέση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος με το επίπεδο φόρτισης δεν είναι γραμμική. 25

26 Μεταβολή της τάσης της μπαταρίας ανάλογα με την κατάσταση φόρτισής της Η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι η ποσότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να εκφορτιστεί κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Δεν είναι σταθερή αλλά μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία, το ρεύμα εκφόρτισης και την τάση διακοπής εκφόρτισης. Η χωρητικότητα μεταβάλλεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας με διαφορετικό τρόπο για κάθε μπαταρία. Έτσι κάθε κατασκευαστής δίνει μία γραφική παράσταση όπως αυτή που φαίνεται παρακάτω όπου βλέπουμε ότι με αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται και η χωρητικότητα. 26

27 Μεταβολή της χωρητικότητας της μπαταρίας με τη μεταβολή της θερμοκρασίας Η χωρητικότητα των μπαταριών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ρυθμό εκφόρτισής τους και άρα από το ρεύμα εκφόρτισής τους. Γενικά όταν οι συσσωρευτές εκφορτίζουν αργά με μικρά ρεύματα εκφόρτισης μπορούν να δώσουν περισσότερη ενέργεια από όταν εκφορτίζουν γρήγορα με μεγάλο ρεύμα. Συνήθως οι κατασκευαστές ορίζουν τη χωρητικότητα για ρυθμό εκφόρτισης C 10 που αντιστοιχεί σε ρεύμα 1/10 των Ah της μπαταρίας. Έτσι μια μπαταρία των 260Ah μπορεί να εκφορτίζει με ρεύμα 267/10 = 26.7A για 10 ώρες. Παρακάτω φαίνεται πώς το ρεύμα εκφόρτισης επηρεάζει τη χωρητικότητα της μπαταρίας. 27

28 Μεταβολή της χωρητικότητας της μπαταρίας με το ρεύμα εκφόρτισης Σύμφωνα με τα παραπάνω ο τύπος της μπαταρίας που επιλέγουμε είναι OPzV (κλειστού τύπου). Θα επιλέξουμε από την εταιρία Sunlight η οποία έχει μεγάλο εύρος χωρητικότητας ( Ah) και διαθέσιμα στοιχεία των 2V το καθένα. Το βάθος εκφόρτισής τους ορίζεται στο 80%, ενώ ο βαθμός απόδοσής τους είναι 85%. Ο υπολογισμός της απαιτούμενης χωρητικότητας των συσσωρευτών γίνεται με βάση την ημερήσια απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια καθώς και το πόσες ημέρες αυτονομίας θέλουμε. Θεωρούμε ότι για τη συγκεκριμένη εγκατάσταση χρειάζεται μία μόνο ημέρα αυτονομίας. Έτσι θα υπολογίσουμε τη χωρητικότητα των μπαταριών ώστε να καλύπτεται το φορτίο μίας ημέρας. Όπως υπολογίσαμε παραπάνω η απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια για μία τυπική ημέρα ενός χειμερινού μήνα είναι 5504,33Wh και η αντίστοιχη για μία τυπική ημέρα ενός θερινού μήνα είναι 7954,33Wh. Για τον προσδιορισμό του μεγέθους των μπαταριών θα δουλέψουμε με το μεγαλύτερο φορτίο (7954,33Wh), δηλαδή περίπου 8kWh. Η ενέργεια που δίνεται κατά την εκφόρτιση των συσσωρευτών, για να φτάσει στο φορτίο μας περνάει από τον αυτόνομο μετατροπέα όπως δείξαμε πιο επάνω. Εκεί χάνεται ένα μέρος της ενέργειας. Ο μετατροπέας που επιλέξαμε έχει βαθμό απόδοσης 95%(η επιλογή του φαίνεται παρακάτω). Έτσι από την μπαταρία πρέπει να παίρνουμε: 28