Currently a staggering 1.3 billion people are still without electricity. Most of them live in rural areas, where there is no power grid available. 1
Αυτόνομα Υβριδικά Συστήματα Παροχής Ισχύος που βασίζονται σε ΑΠΕ 1. PV modules 2. Wind Generators 3. Charge Controllers 4. Inverter 5. Fuse box 6. AC appliances 7. Battery Bank Εδώ ακριβώς μπορούν να δώσουν λύση τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα ΑΠΕ. Ωστόσο για να είναι ένα σύστημα πραγματικά αυτόνομο πρέπει να περιλαμβάνει πέραν τον φωτοβολταικών πλαισίων και το Ηλεκτρονικών Ισχύος και κάτι ακόμα: Μπαταρία! (Battery storage) 2
Οι ΑΠΕ παρουσιάζουν διαλείψεις στην παροχή λόγω ημερήσιων και εποχικών διακυμάνσεων. 3
Στην προηγούμενη διαφάνεια φαίνεται ένα παράδειγμα διακύμανσης της ημερήσιας ενεργειακής κατανάλωσης (ζήτηση του φορτίου) και ένα τυπικό ηλιακό προφίλ ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου. Είναι φανερό πως η ζήτηση του φορτίου, είναι σημαντική τις ώρες όπου δεν υπάρχει ηλιοφάνεια. Σε ένα αυτόνομο σύστημα χωρίς κάποιο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, ακόμη και αν ο ήλιος υπερκαλύπτει θεωρητικά τις ενεργειακές ανάγκες κατά τη διάρκεια της ημέρας, το σύστημα αποτυγχάνει να αξιοποιήσει αυτή την επιπλέον ενέργεια και δεν είναι σε θέση να τροφοδοτήσει τα φορτία. Με την εισαγωγή συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρία), η πλεονάζουσα ενέργεια από τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να αποθηκευτεί και ωα αξιοποιηθεί σε ώρες υψηλής ζήτησης ή κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλής ηλιακής ακτινοβολίας. 4
Τύποι Μπαταριών 5
Μπαταρίες σε υβριδικά συστήματα Οι μπαταρίες αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή χημικής ενέργειας Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται: Τη νύχτα και τις περιόδους με παρατεταμένη συννεφιά. Για τη παροχή σταθερή πηγή ισχύος. Τια την παροχή απαραίτητων υψηλών ποσών ενέργειας σε μικρό χρονικό διάστημα. 6
Μπαταρίες σε υβριδικά συστήματα Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται συχνά σε υβριδικά συστήματα είναι: Μπαταρίες Μολύβδου Οξέος (Lead acid batteries) Ανοιχτού τύπου Κλειστού τύπου Αλκαλικές Μπαταρίες (Alkaline Batteries) Νικελίου Καδμίου Νικελίου Μεταλλικού υδριδίου Μπαταρίες ιόντων Λιθίου 7
Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος έχουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από άλλα συστήματα και σχετικά μικρότερο κύκλο ζωής. Πάρα ταύτα, λόγω ωριμότητας της τεχνολογίας και του ασύγκριτα χαμηλότερου κόστους, οι μπαταρίες μολύβδου οξέος, αποτελούν σήμερα την πρώτη επιλογή αποθήκευσης σε αυτόνομα υβριδικά συστήματα. 8
Φόρτιση Εκφόρτιση Μπαταρίας Μολύβδου Οξέος Πλήρη φόρτιση έχουμε όταν Vbat = 2.4V 9
Προδιαγραφές Μπαταρίας Χωρητικότητα Μπαταρίας Βάθος και Ρυθμός Εκφόρτισης Διάρκεια Ζωής Περιβαλλοντικές Συνθήκες Ημέρες Αυτονομίας 10
Χωρητικότητα Μπαταρίας 11
Κάθε μπαταρία χαρακτηρίζεται από κάποια ονομαστική τάση (Volt) και χωρητικότητα (Capacity). Η ονομαστική τάση, είναι η τάση λειτουργίας της μπαταρία στους δυο πόλους της. Η τάση λειτουργείας ενός στοιχείου (battery cell) μιας μπαταρίας μολύβδου οξέος είναι 2Vdc. Ανάλογα με την εσωτερική ή εξωτερική συνδεσμολογία των εκάστοτε μπαταριών μπορούν να προκύψουν τάσεις των 12V, 24V ή 48V. Η μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας μιας μπαταρίας είναι η αμπερ-ώρα, Ampere-hour ή Amphour, και συμβολίζεται ως Ah. 12
Αν για παράδειγμα μια καινούργια μπαταρία έχει ονομαστική χωρητικότητα C = 10Ah, μπορεί θεωρητικά να παρέχει 1 A ρεύμα για 10 ώρες ή 10Α ρεύμα για 1 ώρα. Ωστόσο στην πράξη αυτό δεν επιτυγχάνεται σχεδόν ποτέ καθώς η χωρητικότητα εξαρτάτε από μια σειρά άλλων παραγόντων όπως θα δούμε στη συνέχεια. Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας (Battery Capacity - Ah) δεν πρέπει να συγχέεται με την ενέργεια μπαταρίας (Energy Capacity - Wh). 13
Χωρητικότητα Μπαταρίας Χωρητικότητα μιας μπαταρίας C (από την αγγλική λέξη capacity) είναι το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο που μπορούμε να πάρουμε από μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες εκφόρτισης (ρυθμό εκφόρτισης, τάση και θερμοκρασία). Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα μιας μπαταρίας: Ρυθμός εκφόρτισης Βάθος εκφόρτισης Θερμοκρασία Ηλικία Χαρακτηριστικά επαναφόρτισης 14
Η χωρητικότητα είναι ανάλογη της ποσότητας του ενεργού υλικού εντός της μπαταρίας. Γι αυτό μικρές σε όγκο και βάρος μπαταρίες έχουν μικρή χωρητικότητα και μεγάλες μπαταρίες έχουν μεγάλη χωρητικότητα. Πάρα ταύτα είναι δυνατό να έχουν και οι δυο την ίδια ονομαστική τάση. Οπότε μπορούμε να πούμε πως η τάση στους πόλους μιας μπαταρίας εξαρτάται περισσότερο από τις χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό της ενώ η χωρητικότητα εξαρτάται περισσότερο από, την ποσότητα του ενεργού υλικού που χρησιμοποιείτε. 15
Βάθος εκφόρτισης (DOD) Αναφέρεται στο κλάσμα ή το ποσοστό της χωρητικότητας που έχει αφαιρεθεί από την πλήρως φορτισμένη μπαταρία. Ο χρόνος ζωής μιας μπαταρίας συνδέεται άμεσα με το βάθος εκφόρτισής της κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης / εκφόρτισης. 16
The State of Charge or the SOC is defined as the percentage of the battery capacity available for discharge. Thus a 10Ah rated battery that has been drained by 2Ah has a SOC of 80%. Then we also have the Depth of Discharge or DOD. Depth of Discharge is defined as the percentage of the battery capacity that has been discharged. For example the same 10Ah battery that has been drained by again 2Ah has a depth of discharge of 20%. Thus the DOD and SOC can be seen as complementary to each other. 17
Ρυθμός Εκφόρτισης Ο Ρυθμός εκφόρτισης εκφράζεται συχνά ως C-rate για την κανονικόποίηση ως προς τη χωρητικότητα της μπαταρίας, η οποία είναι συχνά διαφορετική μεταξύ των μπαταριών. C-rate είναι ένα μέτρο του ρυθμού με τον οποίο μια μπαταρία εκφορτίζεται σε σχέση με την ονομαστική χωρητικότητα. Ο ρυθμός με τον οποίο εκφορτίζεται μια μπαταρία επηρεάζει άμεσα τη χωρητικότητά της. Υψηλοί ρυθμοί χωρητικότητα εκφόρτισης δίνουν χαμηλότερη Χαμηλοί ρυθμοί χωρητικότητα εκφόρτισης δίνουν υψηλότερη 18
2C σημαίνει πως η μπαταρία εκφορτίζεται πλήρως σε ½ ώρα, με ρεύμα διπλάσιο της χωρητικότητας. C/10 σημαίνει πως η μπαταρία εκφορτίζεται πλήρως σε 10 ώρες, με ρεύμα το 1/10 της χωρητικότητας. 19
Χρόνος ζωής μπαταρίας Οι κατασκευαστές των μπαταριών ορίζουν το χρόνο ζωής μιας μπαταρίας σε όρους «αριθμού κύκλων». Η ζωή της μπαταρίας επηρεάζεται από το βάθος εκφόρτισης, ως ποσοστό της χωρητικότητας της μπαταρίας 20
Η μπαταρία με τον καιρό υφίσταται φθορές. Ως κύκλος ζωής μιας μπαταρίας ορίζεται ο αριθμός των κύκλων φόρτισης εκφόρτισης, εωσότου η χωρητικότητα της μπαταρίας πέσει κάτω από το 80% της ονομαστικής της τιμής. Συνήθως λοιπών ο κύκλος ζωής είναι ένας αριθμός. Ωστόσο είναι πολύ γενικευμένη η θεώρηση πως η ζωή μιας μπαταρίας εξαρτάται μόνο από έναν αριθμό. Κι αυτό διότι όλοι οι παράμετροι που αναφέρθηκαν έως τώρα δεν εξαρτώνται μόνο μεταξύ τους αλλά σχετίζονται και με την θερμοκρασία των μπαταριών και του χώρου όπου λειτουργούν. 21
Χρόνος ζωής μπαταρίας 22
Ο κύκλος ζωής μιας μπαταρίας εξαρτάται από το βάθος εκφόρτησης (DOD) και από την θερμοκρασία. Αυτό φαίνεται και στο προηγούμενο διάγραμμα που αφορά μια μπαταρία μόλυβδου οξέος. Η μπαταρία «κρατάει» περισσότερο όταν χρησιμοποιείτε σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Επίσης, για συγκεκριμένη θερμοκρασία, ο κύκλος ζωής εξαρτάται μη γραμμικά από το βάθος εκφόρτισης. Όσο μικρότερο το βάθος εκφόρτισης τόσο μεγαλύτερος ο κύκλος ζωής. 23
Περιβαλλοντικές Συνθήκες Η λειτουργία των μπαταριών επηρεάζεται από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Απαιτείται υψηλότερη τάση για την ολοκλήρωση της φόρτισης μιας μπαταρίας για λειτουργία σε χαμηλές θερμοκρασίες (το αντίθετο συμβαίνει σε υψηλές θερμοκρασίες) Οι ελεγκτές φόρτισης θα πρέπει αυτόματα να ρυθμίζουν τη τάση φόρτισης με βάση τη θερμοκρασία της μπαταρίας. 24
Περιβαλλοντικές Συνθήκες Effect of Temperature on Battery Discharge Capacity 25
Ημέρες Αυτονομίας Η αυτονομία αναφέρεται στον αριθμό των ημερών που μπορεί μια μπαταρία να καλύψει τις ανάγκες ενός φορτίου χωρίς να επαναφορτιστεί. Ο αριθμός των ημερών αυτονομίας προσδιορίζεται από: την τοποθεσία το συνολικό φορτίο το είδος του φορτίου Η γενική περιοχή ημερών αυτονομίας καθορίζεται ως ακολούθως: 2 με 3 ημέρες για μη υψηλής σημασίας χρήσεις ή για συστήματα που διαθέτουν γεννήτρα πετρελαίου ως εφεδρεία. 5 με 7 ημέρες για κρίσιμα φορτία χωρίς άλλες διαθέσιμες εφεδρικές πηγές ενέργειας. 26
Μπαταρία 12 Volt 27
Ηλεκτρονικά Ισχύος 28
Όπως πιθανότατα γνωρίζετε είδη, ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος (Electronic Power Converters) εγκαθίστανται μεταξύ των συστοιχιών φωτοβολταϊκών πλαισίων και του δίκτυο διανομής εναλλασσόμενου ρεύματος AC. Οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος χρησιμοποιούνται για την προσαρμογή της ισχύος εξόδου των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην κατανάλωση. Μέσω αυτών των συστημάτων επεξεργαζόμαστε και ελέγχουμε τις εκάστοτε ροές της ηλεκτρικής ενέργειας. Με τη βοήθεια ενός μετατροπέα ισχύος, είναι δυνατόν για παράδειγμα να μετατρέψουν το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα. 29
Βάση των κυματομορφών στην είσοδο και εξόδου αυτών των συστημάτων, οι μετατροπείς ισχύος μπορούν να ταξινομηθούν σε 4 κατηγορίες: 1. AC/DC, ανορθωτές (rectifier) 2. DC/AC, μετατροπείς (inverter) 3. DC/DC converter 4. AC/AC converter. Ουσιαστικά, οι μετατροπείς ισχύος προσαρμόζουν την τάση και την συχνότητα της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας στην τάση και την συχνότητα που απαιτείται από το φορτίο (κατανάλωση). 30
31
Αρχιτεκτονική Υβριδικών Συτημάτων 32
Τα διάφορα βέλη απεικονίζουν τις εκάστοτε ροές ενέργειας από και προς τα αντίστοιχα δομικά στοιχεία του συστήματος. Κομβικό στοιχείο κάθε υβριδικού είναι ο Inverter/Charger δηλαδή το σύστημα ηλεκτρονικών ισχύος που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο και αντίστροφα. Διακρίνονται επίσης με κόκκινο και καφέ χρώμα οι ζυγοί συνεχούς και εναλλασσόμενης τάσης. Σε αυτούς τους ζυγούς συνδέονται στη συνέχεια όλες οι επιμέρους μονάδες παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας. 33
Ανάλογα με την κατανάλωση ενέργειας (AC & DC φορτία) διαμορφώνονται και οι ροές ενέργειας. Αμφίδρομή ροή ενέργειας έχουμε μόνο στην μπαταρία (φόρτιση ή εκφόρτωση) και στην τροφοδοσία από το δίκτυο διανομής. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να λειτουργήσει είτε σαν UPS (π.χ. όταν διακόπτετε η τροφοδοσία από το δίκτυο τα φορτία τροφοδοτούνται από την μπαταρία και πηγές) είτε ανεξάρτητα με εφεδρεία του δικτύου, όπου τα φορτία τροφοδοτούνται μονίμως από την μπαταρία και πηγές. 34
DC-coupled hybrid system 35
AC-coupled hybrid system 36
Σχεδιασμός Συστήματος Αυτόνομης Οικίας Σε μια οικία, κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου, κατεγράφησαν οι καταναλώσεις που παρουσιάζονται στο διπλανό πίνακα. Να κατασκευαστεί σε γράφημα το προφίλ της καταναλισκόμενης ενέργειας και με βάση τη μέση ηλιακή ακτινοβολία του πίνακα να υπολογιστεί η απαιτούμενη επιφάνεια των φωτοβολταϊκών καθώς και το μέγεθος της μπαταρίας για την πλήρη κάλυψη της κατανάλωσης αυτής της ημέρας Ώρα Σύνολο Ενεργειακών Αναγκών, Wh Μέση Ηλιακή Ακτινοβολία, Wh/m 2 0-1 550 0 1-2 550 0 2-3 300 0 3-4 300 0 4-5 300 0 5-6 300 0 6-7 420 0 7-8 420 10.3 8-9 775 138.5 9-10 500 352.9 10-11 500 545.5 11-12 500 690.5 12-13 2500 782.4 13-14 500 801.8 14-15 500 766.3 15-16 960 660.5 16-17 1385 439.9 17-18 2760 248.9 18-19 1710 138.4 19-20 3400 12.4 20-21 2650 0 21-22 1900 0 22-23 1900 0 37 23-24 1360 0
Προφίλ της καταναλισκόμενης ενέργειας και της μέσης ηλιακής ακτινοβολίας Energy Demand, Wh 4000 900 3000 600 Solar Energy, Wh/m 2 2000 300 1000 0 0 0 5 10 15 20 25 Hour of the Day, hr 38
Φωτοβολταϊκά Πλαίσια Δεδομένα: 39
Δεδομένα: DC/DC Μετατροπέας 40
Δεδομένα: DC/AC Αντιστροφέας 41
Απαιτούμενη Ενέργεια από Μπαταρία Ώρα Σύνολο Ενεργειακών Αναγκών, Wh Μέση Ηλιακή Ακτινοβολία, Wh/m 2 Ενέργεια από PV, Wh Ενέργεια από Μπαταρία, Wh Ενέργεια προς Μπαταρία, Wh 0-1 550 0 0 579 0 1-2 550 0 0 579 0 2-3 300 0 0 316 0 3-4 300 0 0 316 0 4-5 300 0 0 316 0 5-6 300 0 0 316 0 6-7 420 0 0 442 0 7-8 420 10,3 56 383 0 8-9 775 138,5 749 27 0 9-10 500 352,9 1909 0 1409 10-11 500 545,5 2951 0 2451 11-12 500 690,5 3736 0 3236 12-13 2500 782,4 4233 0 1733 13-14 500 801,8 4338 0 3838 14-15 500 766,3 4146 0 3646 15-16 960 660,5 3573 0 2613 16-17 1385 439,9 2380 0 995 17-18 2760 248,9 1347 1488 0 18-19 1710 138,4 749 1012 0 19-20 3400 12,4 67 3508 0 20-21 2650 0 0 2789 0 21-22 1900 0 0 2000 0 22-23 1900 0 0 2000 0 23-24 1360 0 0 1432 0 26940 5588,3 30234 17503 19921 42
Μπαταρία Δεδομένα: 43
Διαστασιολόγηση Μπαταρίας 44
Παραγωγή και Κατανάλωση Ενέργειας 5000 5000 4000 4000 3000 3000 2000 2000 1000 1000 0 0-1000 -1000-2000 -2000-3000 -4000 Energy Demand, Wh Energy from PV, Wh Energy from/to Battery, Wh -5000-5000 0 4 8 12 16 20 24 Hour of the Day, hr -3000-4000 45
DC AC Παράδειγμα Sunlight Gen-Set AC Loads AC Bus DC Loads Inverter DC Bus Battery Photovoltaic Array 46
Λειτουργία Ημέρα χωρίς Σύννεφα Diesel GenSet 230 V AC / 50 Hz DC AC Loads Charge Regulator AC 48 V DC DC Loads PV Array Battery Bank 47
Λειτουργία Ημέρα με Σύννεφα Diesel GenSet 230 V AC / 50 Hz DC AC Loads Charge Regulator AC 48 V DC DC Loads PV Array Battery Bank 48
Λειτουργία Νύχτα Diesel GenSet 230 V AC / 50 Hz DC AC Loads Charge Regulator AC 48 V DC DC Loads PV Array Battery Bank 49
Λειτουργία Εφεδρείας (Γεννήτρια Πετρελαίου) Diesel GenSet 230 V AC / 50 Hz DC AC Loads Charge Regulator AC 48 V DC DC Loads PV Array Battery Bank 50
Monitoring and Control System 51
Monitoring and Control System 52
PV power, kw Solar Irradiation and PV array Solar Irradiation, W/m 2 1000 800 600 400 200 0 6 5 4 3 2 1 0 Time, h 53
Battery Power, kw Battery Bank 15 10 5 0-5 -10 10 5 0-5 -10 0 100 200 300 400 500 600 700 Time, h 54
Load, kw AC Load 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Time, h 55
Παράδειγμα NCES LAB Experimental Setup 56
12V System Experimental setup PV: 795 Wp Battery Capacity: 224 Ah 57
Τον τελευταίο χρόνο στο εργαστήριο μη συμβατικών πηγών ενέργειας υλοποιήσαμε τρία τέτοια συστήματα με διαφορετικά χαρακτηριστικά το καθένα. Το πρώτο υβριδικό έχει τάση λειτουργείας 12V στον ζυγό συνεχούς ρεύματος. Η εγκατεστημένη ισχύ των ΦΒ είναι περίπου 800Wp και ως μέσο αποθήκευσης χρησιμοποιούνται μπαταρίες μόλυβδου οξέος χωρητικότητας 220Ah. Στην εικόνα διακρίνουμε επίσης και τα επιμέρους υποσυστήματα του υβριδικού που είναι ο Inverter και ο ελεγκτής φορτίου των ΦΒ. Σαν κατανάλωση χρησιμοποιούμε τον φωτισμό εντός του οικίσκου του εργαστηρίου. 58
24V System Experimental setup PV: 500 Wp Battery Capacity: 56 Ah 59
Το επόμενο σύστημα είναι σαφώς μικρότερο καθώς εξυπηρετεί μόνο τον εξωτερικό φωτισμό του εργαστηρίου. Έχει τάση λειτουργείας 24V στον ζυγό συνεχούς ρεύματος. Η εγκατεστημένη ισχύ των δυο ΦΒ πλαισίων είναι περίπου 500Wp και ως μέσο αποθήκευσης χρησιμοποιούνται μπαταρίες μόλυβδου οξέος χωρητικότητας 56Ah. Στην εικόνα πάλι διακρίνουμε τα επιμέρους υποσυστήματα του υβριδικού που είναι ο Inverter και ο ελεγκτής φορτίου των ΦΒ, ωστόσο στο συγκεκριμένο σύστημα δεν πραγματοποιείται φόρτιση των μπαταριών από το δίκτυο. 60
48V System Experimental setup PV: 1590 Wp Wind Turbine: 1000W Battery Capacity: 150 Ah 61
Το τρίτο και πιο καινούργιο σύστημα ενέργειας παρουσιάζει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα αφενός μεν διότι φέρει μεγαλύτερη ποικιλία σε ΑΠΕ αφετέρου δε πρόκειται για σύστημα μεγαλύτερης ισχύος. Έχει τάση λειτουργείας 48V στον ζυγό συνεχούς ρεύματος. Η εγκατεστημένη ισχύ των δυο ΦΒ συστοιχιών, είναι περίπου 1600Wp, της ανεμογεννήτριας 1000W και ως μέσο αποθήκευσης χρησιμοποιούνται 24 μπαταρίες μόλυβδου οξέος σε σειρά, χωρητικότητας 150Ah. Στην εικόνα πάλι διακρίνουμε τον Inverter ο οποίος διαθέτει και το χαρακτηριστικό του φορτιστή. Επίσης βλέπουμε τον ελεγκτή φορτίου των ΦΒ, και σαν νέο στοιχείο το υποσύστημα εκτροπής ενέργειας για την περίπτωση πλεονάζουσας ενέργειας από την ανεμογεννήτρια. Σαν κατανάλωση χρησιμοποιούμε μόνιμα ένα από τα δύο κλιματιστικά 12000BTU εντός του οικίσκου του εργαστηρίου. 62
Metering Data Acquisition Load Control Experimental Setup Modbus TCP / Ethernet SCPI / Ethernet Modbus TCP / Ethernet Modbus TCP / Ethernet REST / Ethernet REST / WiFi 63
Data Visualization Power Graph 3day snapshot Week 35 (2016) 12V System 64
Εδώ έχουμε ένα στιγμιότυπο δεδομένων, ένα γράφημα ισχύος (του 12V sys) τριών 24ώρων την εβδομάδα 35 του 2016. Με μαύρο χρώμα απεικονίζεται η ισχύς που παρέχεται από τα ΦΒ, με κόκκινο η φόρτιση ή εκ φόρτιση της μπαταρίας και με μπλε η απαίτηση ισχύος του φορτίου. Στο πρώτο 24ωρω δεν εφαρμόζεται κανένα φορτίο. Με την έναρξη της ηλιοφάνειας τα ΦΒ φορτίζουν για κάποιο διάστημα την μπαταρία αλλά ο ελεγκτής φορτίου σταματά στην συνέχεια την διάθεση ενέργειας από τα ΦΒ καθώς αντιλαμβάνεται την πληρότητα της μπαταρίας. 65
Παρόμοια κατάσταση έχουμε στην διάρκεια του 2 ου 24ώρου, ωστόσο εφαρμόζουμε φορτίο περίπου 150W το οποίο εξυπηρετείται από ΦΒ και Μπαταρία για το υπόλοιπο της ημέρας και κατά την διάρκεια της νύχτας αποκλειστικά από την μπαταρία. Στο 3 ο 24ωρο πάλι με την έναρξη της ηλιοφάνειας το φορτίο τροφοδοτείται συνδυαστικά από ΦΒ και Μπαταρία αλλά στην συνέχεια μόλις διακοπεί το φορτίο τα ΦΒ ξεκινούν την φόρτιση της μπαταρίας. 66
Data Visualization Power Graph Week 36 (2016) 3day snapshot 24V System 67
Ένα διαφορετικό στιγμιότυπο δεδομένων, πάλι γράφημα ισχύος, αλλά του 24V συστήματος, τριών 24ώρων την εβδομάδα 36 του 2016. Με μαύρο χρώμα απεικονίζεται η ισχύς που παρέχεται από τα ΦΒ, με κόκκινο η φόρτιση ή εκ φόρτιση της μπαταρίας και με μπλε η απαίτηση ισχύος του φορτίου. Παρόμοια με την προηγούμενη διαφάνεια, με την διαφορά ότι εδώ εφαρμόζουμε φορτίο περίπου 80W καθημερινά και ο ελεγκτής φορτίου δεν επεμβαίνει ποτέ καθώς υπάρχει πάντοτε φορτίο που πρέπει να εξυπηρετηθεί. Σε αυτό το παράδειγμα δεν υπάρχει ποτέ πλεονασμός ενέργειας. 68
Data Visualization Power Graph 1 day Snapshot of week 35 48V System Load: Air Condition 69
Εδώ φαίνεται ένα γράφημα ισχύος, ενός 24ώρου του τρίτου συστήματος (48V) στο οποίο αποτυπώνεται η συμπεριφορά του inverter και ως φορτιστή. Με μπλε χρώμα εφαρμόζεται μόνιμα μη γραμμικό φορτίο, συγκεκριμένα ένα κλιματιστικό το οποίο εξυπηρετείτε την νύχτα από την μπαταρία (με κόκκινο χρώμα) και την ημέρα από τον συνδυασμό Μπαταρίας ΦΒ. Παρόλο που παρέχεται το σύνολο της διαθέσιμης ισχύος από το σύστημα, οι απαιτήσεις του φορτίου είναι μεγαλύτερες και ο inverter μεταθέτει την τροφοδοσία του κλιματιστικού στο δίκτυο και αρχίζει την διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας. 70
Homework Θέμα 3: Έστω ένα υβριδικό σύστημα παροχής ισχύος, αποτελούμενο από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία, μία ανεμογεννήτρια και μία μπαταρία, το οποίο καλύπτει τις ενεργειακές ανάγκες ενός AC φορτίου (σχήμα). Τη χρονική στιγμή t έγιναν οι παρακάτω καταγραφές: Ένταση ρεύματος φωτοβολταϊκών, I pv = _ Amp Τάση φωτοβολταϊκών, V pv = _ Volt Ένταση ρεύματος φωτοβολταϊκών μετά τον μετατροπέα, I cc = _ Amp Τάση φωτοβολταϊκών μετά τον μετατροπέα, V cc = _ Volt Ρεύμα ανεμογεννήτριας, I w = _ Amp Ένταση ρεύματος κατανάλωσης στο φορτίο, I L = _ Amp Τάση φορτίου, V L = _ Volt 71 Απόδοση αντιστροφέα, n inv = _%
72
Να δοθούν οι απαντήσεις στα παρακάτω ερωτήματα: Τη χρονική στιγμή t, η μπαταρία φορτίζεται ή εκφορτίζεται; Ποίο είναι το ρεύμα της μπαταρίας τη χρονική στιγμή t; Amp Ποια είναι η τάση της μπαταρίας τη χρονική στιγμή t; Volt Ποια είναι η απόδοση του μετατροπέα τη χρονική στιγμή t; % 73