ΠΑΝΕΠΘΣΗΜΘΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΥΑΝΘΚΩΝ ΚΑΘ ΣΕΥΝΟΛΟΓΘΑ ΗΛΕΚΣΡΟΝΘΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΘΣΩΝ ΣΟΜΕΑ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΗΛΕΚΣΡΘΚΗ ΕΝΕΡΓΕΘΑ Γιπλωματική Δργασία ηηρ Φοιηήηπιαρ ηος ημήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Ηλεκηπονικών Τπολογιζηών, ηηρ Πολςηεσνικήρ σολήρ ηος Πανεπιζηημίος Παηπών: ΒΔΡΓΟΠΟΤΛΟΤ ΜΑΓΓΑΛΗΝΗ Απιθμόρ Μηηπώος: 5875 Θέμα: ΗΠΙΔ ΜΟΡΦΔ ΔΝΔΡΓΔΙΑ ( σεδίαζη θωηοβοληαϊκού ζςζηήμαηορ ζςνδεδεμένος ζηο δίκηςο) Επιβλέπων καθηγηηήρ: ΘΩΑΝΝΗ ΜΗΛΘΑ-ΑΡΓΕΘΣΗ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΚΑΘΗΓΗΣΗ Πάηπα: Αριθμός Γιπλωματικής Δργασίας:
ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πιζηοποιείηαι όηι η διπλωμαηική επγαζία με θέμα: ΗΠΙΔ ΜΟΡΦΔ ΔΝΔΡΓΔΙΑ (σεδίαζη θωηοβοληαϊκού ζςζηήμαηορ ζςνδεδεμένος ζηο δίκηςο) ηηρ θοιηήηπιαρ ηος Σμήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ΒΔΡΓΟΠΟΤΛΟΤ ΜΑΓΓΑΛΗΝΗ Α.Μ.: 5875 Παποςζιάζηηκε δημόζια και εξεηάζθηκε ζηο Σμήμα Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ζηιρ / / Ο επιβλέπων: Ο Διεςθςνηήρ ηος Σομέα: Θωάννηρ Μήλιαρ - Απγείηηρ Αναπληπωηήρ Καθηγηηήρ Ανηώνιορ Αλεξανδπίδηρ Καθηγηηήρ
Δσταριστίες Εςσαπιζηώ θεπμά ηον επιβλέπονηα καθηγηηή ηηρ διπλωμαηικήρ επγαζίαρ μος κ. Θωάννη Μήλια για ηην καθοδήγηζη πος μος παπείσε όζον αθοπά ηην εκπόνηζη ηηρ παπούζαρ επγαζίαρ. Επίζηρ εςσαπιζηώ ηον κ. Ζασαπία Θωμά για ηην πολύηιμη βοήθεια ηος. Εςσαπιζηώ ιδιαίηεπα ηην οικογένεια μος και ηοςρ θίλοςρ μος για ηη ζςμπαπάζηαζη ηοςρ όλα αςηά ηα σπόνια.
Απιθμόρ Γιπλωμαηικήρ Δπγαζίαρ: ΣΙΣΛΟ : ΗΠΙΔ ΜΟΡΦΔ ΔΝΔΡΓΔΙΑ ( ρεδίαζε θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν) Φνηηήηξηα: ΒΔΡΓΟΠΟΤΛΟΤ ΜΑΓΓΑΛΖΝΖ Δπηβιέπσλ : ΗΩΑΝΝΖ ΜΖΛΗΑ-ΑΡΓΔΗΣΖ ΠΔΡΙΛΗΦΗ θνπφο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο είλαη ε ζρεδίαζε θσηνβνιηατθνχ (ΦΒ) ζπζηήκαηνο ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν δηαλνκήο ηεο ΓΔΖ. ηφρνο είλαη ε αλαιπηηθή παξνπζίαζε ησλ κνλάδσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζην ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα νχησο ψζηε λα θαζίζηαηαη δπλαηή ε εγθαηάζηαζε ηνπ. ην πξψην θεθάιαην γίλεηαη κηα εηζαγσγηθή αλαθνξά γηα ηελ αλάγθε ρξεζηκνπνίεζεο ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ, ηα είδε ησλ ζπζηεκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζήκεξα θαζψο θαη ησλ πιενλεθηεκάησλ θαη κεηνλεθηεκάησλ πνπ έρνπλ ζε ζρέζε κε ηηο ππφινηπεο πεγέο ελέξγεηαο πνπ έρεη ζηε δηάζεζε ηνπ ν άλζξσπνο ζήκεξα. ην δεχηεξν θεθάιαην γίλεηαη αλαιπηηθή πεξηγξαθή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Παξνπζηάδνληαη νη εμηζψζεηο ππνινγηζκνχ ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαζψο θαη νη εμηζψζεηο ππνινγηζκνχ ηεο άκεζεο θαη ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηνπλ ζε κηα επηθάλεηα. Αθφκα, γίλεηαη αλαθνξά ζηε δηαδηθαζία επηινγήο θαηάιιεινπ πξνζαλαηνιηζκνχ ηνπ 1
θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ ψζηε λα επηηπγράλεηαη ε κέγηζηε δπλαηή απνξξφθεζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο απφ ην ΦΒ πιαίζην. ην ηειεπηαίν ηκήκα ηνπ θεθαιαίνπ απηνχ πεξηγξάθνληαη ηα φξγαλα κέηξεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ε αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπο. ην ηξίην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ιεπηνκεξψο ε δηαδηθαζία παξαγσγήο ελέξγεηαο φηαλ πξνζπίπηεη ειηαθή αθηηλνβνιία ζε κηα επαθή δπν δηαθνξεηηθά λνζεπκέλσλ εκηαγσγψλ (θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν). ηε ζπλέρεηα πεξηγξάθνληαη ηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ θαη νη ζεκαληηθφηεξνη παξάγνληεο πνπ ηα επεξεάδνπλ. Αθφκα γίλεηαη αλαθνξά ζηα είδε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ πνπ έρνπλ θαηαζθεπαζηεί θαζψο θαη ζηα εκηαγσγηθά πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ παξαγσγή ηνπο. Σν θεθάιαην θιείλεη κε ηελ πεξηγξαθή ηνπ ηξφπνπ ζχλδεζεο ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ θαη ηηο δηαηάμεηο πξνζηαζίαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ψζηε λα κεηψλνληαη φζν ην δπλαηφλ πεξηζζφηεξν νη απψιεηεο φηαλ θάπνην απφ ηα ζπλδεδεκέλα ΦΒ ζηνηρεία είηε δελ ιεηηνπξγεί είηε είλαη ζθηαζκέλν. ην ηέηαξην θεθάιαην αξρηθά γίλεηαη κηα αλαθνξά ησλ εηδψλ ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ πνπ ππάξρνπλ θαη ελ ζπλερεία παξνπζηάδνληαη εθηελψο νη θαηεγνξίεο ησλ DC-AC κεηαηξνπέσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν ζπζηήκαηα. Δπίζεο, πεξηγξάθνληαη νη ιεηηνπξγίεο πνπ εθηεινχλ νη ζχγρξνλνη ζπλδεδεκέλνη κε ην δίθηπν αληηζηξνθείο, ε αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπο, ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο θαζψο θαη νη ηδηφηεηεο ηνπο. Αθφκα πεξηγξάθεηαη ε ζπκπεξηθνξά ηνπ αληηζηξνθέα φηαλ ζπκβαίλεη ην θαηλφκελν ηεο ππεξθφξησζεο. ην ηειεπηαίν ηκήκα ηεο ελφηεηαο απηήο δίλεηαη ηδηαίηεξε πξνζνρή ζηηο παξακέηξνπο πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε ψζηε λα επηιεγεί ν θαηάιιεινο αληηζηξνθέαο γηα ηε βέιηηζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο. ην πέκπην θεθάιαην γίλεηαη κειέηε ηνπ ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν ζπζηήκαηνο. Αλαθέξνληαη ηα θξηηήξηα επηινγήο ηεο ηζρχνο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ν ηξφπνο ππνινγηζκνχ ηεο ελέξγεηαο πνπ παξάγεηαη. ηε ζπλέρεηα, θαηαγξάθνληαη νη εμηζψζεηο ππνινγηζκνχ ηνπ αξηζκνχ ησλ πιαηζίσλ, θαζνξηζκνχ ηεο ζπλδεζκνινγίαο ηεο θσηνβνιηατθήο ζπζηνηρίαο, ππνινγηζκνχ ηεο ηζρχνο εμφδνπ, ππνινγηζκνχ ηεο ειάρηζηεο απφζηαζεο 2
κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ θαη ηνπ εκβαδνχ πνπ ζα θαηαιακβάλνπλ ηα ΦΒ πιαίζηα. Καηφπηλ, πεξηγξάθεηαη ε δηαδηθαζία επηινγήο ηνπ ηδαληθνχ αληηζηξνθέα ψζηε λα επηιεγνχλ νη απαξαίηεηνη ειεθηξηθνί αγσγνί κε ηελ θαηάιιειε δηαηνκή. Δλ ζπλερεία, αλαθέξεηαη ν ηξφπνο ππνινγηζκνχ ησλ ειεθηξηθψλ θαηαλαιψζεσλ πνπ ελδερνκέλσο ζα ππάξρνπλ. Σέινο, πεξηγξάθεηαη αλαιπηηθά ν ηξφπνο γείσζεο ηνπ ζπζηήκαηνο θαζψο θαη ησλ παξακέηξσλ πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε ψζηε λα είλαη αζθαιήο ε ζχλδεζή ηνπ ζην δίθηπν. ην έθην θεθάιαην κειεηάηαη αλαιπηηθά ε εγθαηάζηαζε ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ ζε θηηξηαθέο εγθαηαζηάζεηο. Πεξηγξάθεηαη ν ηξφπνο επηινγήο ζσζηνχ πξνζαλαηνιηζκνχ ησλ θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ ηα νπνία είλαη ηνπνζεηεκέλα ζε θηηξηαθή εγθαηάζηαζε θαη γεληθφηεξα νη παξάγνληεο πνπ ιακβάλνληαη ππφςε γηα ηε ζρεδίαζε θαη εγθαηάζηαζε ελφο θηηξηαθνχ θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο. Αθνινχζσο, αλαθέξεηαη ε πξνζηαζία ησλ ΦΒ απφ ηπρφλ ππεξηάζεηο θαζψο θαη ε αληηθεξαπληθή πξνζηαζία ηνπο. Αθφκα, εμεγείηαη αλαιπηηθά θαη παξνπζηάδεηαη κε ζρήκαηα ε ζχλδεζε ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ ζην δίθηπν. Σέινο, παξνπζηάδνληαη ηα επηηξεπηά φξηα θαη ηα πξνβιήκαηα πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ έγρπζε αξκνληθψλ ζπληζησζψλ ηνπ ξεχκαηνο θαη ηεο ηάζεο ζην δίθηπν ρακειήο ηάζεο. ην έβδνκν θεθάιαην κειεηάηαη ε εγθαηάζηαζε θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο 2880 W πνπ πεξαηψζεθε ζην εξγαζηήξην παξαγσγήο, κεηαθνξάο, δηαλνκήο θαη ρξεζηκνπνηήζεσο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ. Πεξηγξάθνληαη ηα θσηνβνιηατθά πιαίζηα θαη νη αληηζηξνθείο πνπ επηιέρζεθαλ, ε δηαδηθαζία ζχλδεζεο ησλ πιαηζίσλ θαη ηέινο ππνινγίδνληαη νη δηαηνκέο ησλ θαισδίσλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. ηα παξαξηήκαηα παξνπζηάδνληαη ηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ πιαηζίσλ θαη ησλ αληηζηξνθέσλ απφ ηηο εηαηξίεο παξαγσγήο. 3
ABSTRACT The purpose of the present thesis is the design of a grid connected photovoltaic system. Firstly, the solar radiation as well as the solar radiation particularly in Greece is reported and the mathematical tools to calculate the solar radiation on earth s surface are provided too. Moreover, the photovoltaic effect is presented and the electrical features of solar cells are analyzed. Yet, an important part of the thesis is the description of the features and properties of the grid connected inventers. Furthermore, a detailed study of a grid connected photovoltaic system is reported (PV modules, inverters, grounding etc.) especially the PV system on a building installation. Finally, a reference to the PV system of a nominal power of 2880W which is installed in the power systems laboratory at the Electrical and Computer Engineering Department at the University of Patras is made. 4
ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ ΠΔΡΙΛΗΦΗ...1 ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ...5 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 1ο : ΔΙΑΓΩΓΗ...11 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2ο : ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ...17 2.1 Γεληθά...17 2.2 Ζιηαθφ δπλακηθφ ζηελ Διιάδα.17 2.3 Υαξαθηεξηζηηθά κεγέζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο...19 2.3.1 Τπνινγηζκφο ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο...19 2.3.2 Τπνινγηζκφο ηεο άκεζεο θαη ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη ζε κηα επηθάλεηα...22 2.4 Πξνζαλαηνιηζκφο θαη δηάηαμε ηνπ θσηνβνιηατθνχ (ΦΒ) πιαηζίνπ (ζπιιέθηε)..25 2.5 Όξγαλα κέηξεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. 28 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 3ο : ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟ - ΗΛΔΚΣΡΙΚΑ ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΧΝ ΚΤΣΣΑΡΧΝ ΚΑΙ ΠΛΑΙΙΧΝ...33 3.1 Σν θαηλφκελν ηεο δηάρπζεο...33 3.2 Ζκηαγσγνί...33 3.3 Σν θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν θαη πσο έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν (ειηαθφ θχηηαξν) ιεηηνπξγεί. 36 3.4 Ζιεθηξηθέο ηδηφηεηεο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ...39 3.5 Υαξαθηεξηζηηθή θακπχιε I-V θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ..40 5
3.6 Κακπχιε θφξηνπ 43 3.7 Ηζνδχλακν θπθισκαηηθφ δηάγξακκα ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ.44 3.8 πληειεζηήο πιήξσζεο θαη απφδνζε ΦΒ πιαηζίνπ....45 3.9 ρεδηαζκφο θαη ιεηηνπξγία ελφο ΦΒ πιαηζίνπ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ..47 3.10 Δίδε ειηαθνχ θπηηάξνπ....49 3.11 Σξφπνο ζχλδεζεο ΦΒ ζηνηρείσλ...51 3.12 Πξνβιήκαηα ζθίαζεο ή βιάβεο ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ ηνπ πιαηζίνπ θαη δηαηάμεηο πξνζηαζίαο ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ..52 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 4o: ΜΔΣΑΣΡΟΠΔΙ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΙΚΧΝ ΤΣΗΜΑΣΧΝ ΤΝΓΔΓΔΜΔΝΧΝ ΣΟ ΓΙΚΣΤΟ...55 4.1 Σα είδε ησλ ΦΒ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν θαη απφ ηη απνηεινχληαη...55 4.2 DC-AC κεηαηξνπέαο (αληηζηξνθέαο).....56 4.3 Καηεγνξίεο DC-AC κεηαηξνπέσλ...58 4.3.1 Αληηζηξνθείο πεγήο ηάζεο....59 4.3.2 Διεγρφκελνη απφ ην δίθηπν κνλνθαζηθνί αληηζηξνθείο.61 4.3.3 Απηνκεηαγφκελνη αληηζηξνθείο (self-commutated inverters)...62 4.4 Αλάιπζε ηνπ DC-AC κνλνθαζηθνχ αληηζηξνθέα γέθπξαο κε ζπξίζηνξ...66 4.5 Υαξαθηεξηζηηθά θαη ηδηφηεηεο ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν αληηζηξνθέσλ....69 4.6 χλδεζε ζην δίθηπν......71 4.7 πκπεξηθνξά θαηά ηελ ππεξθφξησζε 73 6
4.8 Δπηινγή κεηαηξνπέα ηάζεο DC-AC...74 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 5o: ΜΔΛΔΣΗ ΦΒ ΤΣΗΜΑΣΟ ΤΝΓΔΓΔΜΔΝΟΤ ΣΟ ΗΛΔΚΣΡΙΚΟ ΓΙΚΣΤΟ...75 5.1 Κξηηήξηα επηινγήο ηεο ηζρχνο ηνπ ζπζηήκαηνο....75 5.2 Τπνινγηζκφο ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν ΦΒ ζηαζκνχ Παξαγσγήο Ζιεθηξηθήο ελέξγεηαο.75 5.3 Παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα ΦΒ εγθαηάζηαζεο....76 5.4 Δπηινγή αληηζηξνθέα.......81 5.4.1πλεξγαζία ΦΒ πιαηζίνπ-αληηζηξνθέα....82 5.5 Ζιεθηξηθνί αγσγνί.....84 5.5.1 Δπηινγή ειεθηξηθψλ αγσγψλ.85 5.6 Ζιεθηξηθέο θαηαλαιψζεηο....88 5.7 Γεηψζεηο....89 5.8 χλδεζε ζην δίθηπν......92 5.9 Δγθαηάζηαζε ηνπ ζπζηήκαηνο....96 5.9.1 Γηεχξπλζε ζθαικάησλ..97 5.10 Γείσζε αληηζηξνθέα....98 5.11 Σν θαηλφκελν ηεο λεζίδαο....101 5.12 Αξκνληθή παξακφξθσζε θαη επηηξεπηά φξηα έγρπζεο αξκνληθψλ...102 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 6o: ΤΝΓΔΓΔΜΔΝΟ ΣΟ ΓΙΚΣΤΟ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΤΣΗΜΑ Δ ΚΣΙΡΙΑΚΔ ΔΓΚΑΣΑΣΑΔΙ. 105 6.1 Γνκή ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν θηηξηαθψλ ΦΒ ζπζηεκάησλ....105 7
6.2 Καηεγνξηνπνίεζε ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν θηηξηαθψλ ΦΒ ζπζηεκάησλ....106 6.3 πλδεδεκέλα ζην δίθηπν θηηξηαθά ΦΒ ζπζηήκαηα ππφ ην θαζεζηψο αλεμάξηεηνπ παξαγσγνχ..106 6.4 Πξνζαλαηνιηζκφο ΦΒ πιαηζίσλ ζε θηηξηαθή εγθαηάζηαζε... 107 6.5 ηαηηθή κειέηε θαη πιηθά ζηήξημεο. 109 6.6 Δπηινγή ηνπ ρψξνπ ηνπνζέηεζεο ησλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ...109 6.7 ρεδίαζε θηηξηαθνχ ΦΒ πιαηζίνπ..110 6.7.1 Υαξαθηεξηζηηθέο ειεθηξηθέο ηηκέο ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο 110 6.8 Πξνζηαζία ησλ θηηξηαθψλ ΦΒ ζπζηεκάησλ απφ ππεξηάζεηο- Αληηθεξαπληθή πξνζηαζία..110 6.9 χλδεζε ζην δίθηπν...112 6.9.1 χλδεζε ζην δίθηπν ρακειήο ηάζεο..114 ΚΔΦΑΛΑΙΟ 7o : ΜΔΛΔΣΗ ΚΑΙ ΥΔΓΙΑΗ ΔΓΚΑΣΑΣΑΗ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ 2880 W ΣΟ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΠΑΡΑΓΧΓΗ ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΓΙΑΝΟΜΗ ΚΑΙ ΥΡΗΙΜΟΠΟΙΗΔΧ ΗΛΔΚΣΡΙΚΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ.117 7.1 Φσηνβνιηατθά πιαίζηα....117 7.2 Αληηζηξνθείο. 118 7.3 χλδεζε ησλ πιαηζίσλ...125 7.4 Καισδηψζεηο θαη ππνινγηζκφο δηαηνκψλ θαισδίσλ. 126 7.5 Πίλαθεο θαη πξνζηαηεπηηθά ζηνηρεία. 128 7.6 ηνηρεία ειέγρνπ θαη κεηξεηηθά ζηνηρεία..130 8
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...133 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α. 134 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Β.136 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Γ..138 9
10
Κεθάλαιο 1 Διζαγωγή Ζ χπαξμε θαη αλάπηπμε ηεο αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηαο ζα ήηαλ αδχλαηε ρσξίο ελέξγεηα. Οη πεγέο ελέξγεηαο πνπ έρεη ζηε δηάζεζε ηνπ ν άλζξσπνο ζήκεξα κπνξνχλ λα δηαθξηζνχλ ζε δπν θαηεγνξίεο. ηελ πξψηε θαηεγνξία αλήθνπλ νη πεγέο ελέξγεηαο πνπ βαζίδνληαη ζε απνζέκαηα πνπ ππάξρνπλ κέζα ζην ζηεξεφ θινηφ ηεο γεο θαη πξφθεηηαη λα θαηαλαισζνχλ ηα επφκελα ρξφληα θαη ζηε δεχηεξε αλήθνπλ εθείλεο πνπ ζα ζπλερίδνληαη λα παξάγνληαη αέλαα. Σα νξπθηά θαχζηκα (πεηξέιαην, θπζηθφ αέξην, άλζξαθα) θαζψο θαη ε ππξεληθή ελέξγεηα αλήθνπλ ζηελ πξψηε θαηεγνξία. Οη πεγέο ελέξγεηαο ηεο δεχηεξεο θαηεγνξίαο έρνπλ σο βαζηθή ηνπο πξνέιεπζε ηνλ ήιην. Ζ ελεξγεηαθή θξίζε θαη ε απμαλφκελε κφιπλζε ηνπ πεξηβάιινληνο νδήγεζε ηνλ άλζξσπν ζηελ αλαδήηεζε θαη ρξεζηκνπνίεζε λέσλ ελαιιαθηηθψλ πεγψλ ελέξγεηαο. Ζ κεγαιχηεξε ελεξγεηαθή είζνδνο ζηε γε είλαη ε ειηαθή αθηηλνβνιία ε νπνία είλαη αλαλεψζηκε θαζψο πξφθεηηαη λα ζπλερηζηεί κε ηνλ ίδην ξπζκφ γηα δηζεθαηνκκχξηα ρξφληα ζην κέιινλ. Απηφ είρε σο απνηέιεζκα ηελ αμηνπνίεζε ηεο κε ηελ αλάπηπμε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ. Σα θσηνβνιηατθά (ΦΒ) ζπζηήκαηα παξάγνπλ ειεθηξηθή ελέξγεηα θαη βαζίδνληαη ζην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν, δειαδή ζηελ άκεζε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ειεθηξηθή ελεξγεία. Αλ θαη ην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν αλαθαιχθζεθε απφ ηνλ Becquerel ην 1839 ε ηερλνινγία ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ αλαπηχρηεθε πνιχ αξγφηεξα, ζην δεχηεξν κηζφ ηνπ 20 νπ αηψλα. Σν 1954 αλαθνηλψζεθε ε πξψηε θαηαζθεπή ειηαθνχ ζηνηρείνπ Ππξηηίνπ Si, κε ζρεκαηηζκφ p-n επαθήο κε δηάρπζε θαη κε απφδνζε 6%, απφ ηνπο Fuller, Pearson θαη Chapin. Σα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα δηαθξίλνληαη ζε δπν κεγάιεο θαηεγνξίεο: 1) ηα απνκνλσκέλα ή εθηφο δηθηχνπ ζπζηήκαηα θαη 2) ζηα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν ζπζηήκαηα. 11
A. Σα απνκνλσκέλα ή εθηφο δηθηχνπ ζπζηήκαηα (stand-alone systems) είλαη απηφλνκα θαη παξάγνπλ ειεθηξηθή ελέξγεηα ρσξίο λα είλαη ζπλδεδεκέλα ζην θεληξηθφ ειεθηξηθφ δίθηπν ηεο ΓΔΖ. Σα θσηνβνιηατθά απηά ζπζηήκαηα κπνξνχλ λα ηνπνζεηεζνχλ ζηηο ζηέγεο ζπηηηψλ θαη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα νηθηαθή ρξήζε. Καζψο ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη κπνξεί λα κελ ρξεζηκνπνηεζεί άκεζα θαηά ην ρξφλν παξαγσγήο ηεο είλαη απαξαίηεηε ε δεκηνπξγία ζπζηήκαηνο απνζήθεπζήο ηεο. Γηα ην ιφγν απηφ ρξεζηκνπνηνχληαη επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο. Έλα απηφλνκν ζχζηεκα ζπλήζσο πεξηιακβάλεη : 1. θσηνβνιηατθά πιαίζηα, ηα νπνία απνηεινχληαη απφ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά ή παξάιιεια θσηνβνιηατθά (ΦΒ) ζηνηρεία, 2. κνλάδα απνζήθεπζεο(ζπζζσξεπηήο), 3. ζχζηεκα έιεγρνπ, 4. κεηαηξνπέα DC-AC θαη 5. θνξηίν. Καηεγνξία ησλ απνκνλσκέλσλ ζπζηεκάησλ είλαη ηα πβξηδηθά ΦΒ ζπζηήκαηα ζηα νπνία ε απαηηνχκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα θαιχπηεηαη απφ ην ζπλδπαζκφ ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο κε άιιεο πεγέο ελέξγεηαο, φπσο γηα παξάδεηγκα αλεκνγελλήηξηα ή θαη θχηηαξα θαπζίκνπ. B. Σα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν ΦΒ ζπζηήκαηα (Grid-connected systems) ιφγσ ηεο άθζνλεο ελέξγεηαο ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ δελ ρξεηάδεηαη λα απνζεθεχνπλ ηελ παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα. Γηαθξίλνληαη ζε απηά πνπ είλαη ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν σο θαηαλεκεκέλα ζπζηήκαηα θαη ζε εθείλα πνπ ζπληζηνχλ θεληξηθνχο ΦΒ ζηαζκνχο κεγάιεο ηζρχνο, ησλ νπνίσλ ε παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα δηνρεηεχεηαη ζην θεληξηθφ ειεθηξηθφ δίθηπν. Έλα ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν ζχζηεκα απνηειείηαη απφ: 1. θσηνβνιηατθά πιαίζηα (κεγάινο αξηζκφο πιαηζίσλ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά ή παξάιιεια), 2. κεηαηξνπέα DC- AC, 3. ζχζηεκα έιεγρνπ θαη 4. θνξηίν. 12
Σα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν ζπζηήκαηα απνηεινχλ ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηνπ ζπλφινπ ησλ εγθαηεζηεκέλσλ ΦΒ ζπζηεκάησλ παγθνζκίσο. Πιενλεθηήκαηα Φσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ : 1. Έρνπλ κεδεληθφ θφζηνο θαπζίκνπ αθνχ ν Ήιηνο είλαη κηα αλαλεψζηκε θαη ειεχζεξα δηαζέζηκε ελεξγεηαθή πεγή. 2. Λεηηνπξγνχλ ρσξίο λα παξάγνπλ νπνηαδήπνηε κνξθή ξχπαλζεο θαη ζνξχβνπ. χκθσλα κε ην ζεκεξηλφ ελεξγεηαθφ κείγκα ζηελ Διιάδα θαη ηηο κέζεο απψιεηεο ηνπ δηθηχνπ, κε θάζε ειηαθή θηινβαηψξα απνηξέπεηαη ε έθιπζε 1,1 Kg CO 2 ζηελ αηκφζθαηξα. Απηφ ζεκαίλεη φηη έλα ΦΒ ζχζηεκα ηζρχνο 1 KW p απνηξέπεη ηελ έθιπζε 1300 Kg CO 2 /έηνο ζηελ αηκφζθαηξα, δειαδή, ηελ πνζφηεηα πνπ απνξξνθνχλ 200 δέληξα ζε έλα ρξφλν, δεδνκέλνπ φηη έλα δέληξν απνξξνθά πεξίπνπ 6 Kg CO 2 /έηνο. Δθηφο φκσο απφ ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα (CO 2 ), ηα ΦΒ ζπζηήκαηα απνηξέπνπλ ηελ έθιπζε θαη άιισλ επηθίλδπλσλ ξχπσλ φπσο ην δηνμείδην ηνπ ζείνπ (SO 2 ), ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ (NO x ) θαη ηα αησξνχκελα κηθξνζσκαηίδηα κε δηάκεηξν κηθξφηεξε απφ 10 εθαηνκκπξηνζηά ηνπ κέηξνπ. 3. Γελ έρνπλ ηδηαίηεξεο απαηηήζεηο ζπληήξεζεο αθνχ ζπλήζσο δελ δηαζέηνπλ θηλεηά κέξε. 4. Έρνπλ κεγάιε δηάξθεηα δσήο θαη πςειή αμηνπηζηία. 5. Μπνξνχλ λα επεθηαζνχλ θαη λα ζπλδεζνχλ κε άιιεο πεγέο ελεξγείαο. 6. Παξέρνπλ ελεξγεηαθή αλεμαξηεζία ζηνλ ρξήζηε φπνπ θαη αλ απηφο βξίζθεηαη. 7. Δπλνείηαη ε ιεηηνπξγία ηνπο εηδηθά ζηελ Διιάδα, ιφγσ ησλ θιηκαηνινγηθψλ ζπλζεθψλ, ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο θαη ησλ πνζνζηψλ ειηνθάλεηαο. 8. Ζ κέγηζηε παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ ηα ΦΒ ζπζηήκαηα, ζπκπίπηεη ρξνληθά κε ηηο εκεξήζηεο αηρκέο ηεο δήηεζεο ζε ειεθηξηζκφ θαη ηελ επνρηθή δήηεζε, εηδηθά ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο ζπκβάιινληαο ζεκαληηθά ζηελ εμνκάιπλζε ησλ αηρκψλ θνξηίνπ θαη ζηε κείσζε ηνπ ζπλνιηθνχ θφζηνπο ηεο ειεθηξνπαξαγσγήο, δεδνκέλνπ φηη ε θάιπςε ησλ αηρκψλ θνξηίνπ είλαη ηδηαίηεξα δαπαλεξή. 13
σήμα 1.1 Γηαγξάκκαηα εκεξήζηαο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία θαη εκεξήζηαο θαηαλάισζεο σήμα 1.2 Γηαγξάκκαηα επνρηθήο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία θαη επνρηθήο δήηεζεο ειεθηξηζκνχ 14
Μεηνλεθηήκαηα Φσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ: 1. Σν πςειφ αξρηθφ θφζηνο εγθαηάζηαζεο, ην νπνίν φκσο αλακέλεηαη λα κεησζεί θη άιιν ηα ακέζσο πξνζερή ρξφληα. 2. Ο απαξαίηεηνο πεξηνδηθφο θαζαξηζκφο ηεο επηθάλεηαο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ κε απνξξππαληηθφ γηα λα απνθεπρζεί ε κείσζε ηεο απφδνζεο απφ ηε ξχπαλζε (αηζάιε, ζθφλε, αιάηη ζαιάζζεο, θιπ). 3. Τπάξρεη αλάγθε απνζήθεπζεο ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ή ζπλεξγαζίαο ησλ ΦΒ κε αλεκνγελλήηξηεο θαη ζπκβαηηθέο κεραλέο παξαγσγήο ιφγσ εηεξνρξνληζκνχ θνξηίνπ θαη παξαγσγήο. 15
16
Κεθάλαιο 2 Ηλιακή ακηινοβολία 2.1 Γενικά Ο Ήιηνο είλαη έλαο αζηέξαο κε κάδα 2 10 30 Kg θαη αθηίλα 700.000 Km. Ζ ζεξκνθξαζία ηεο επηθάλεηαο ηνπ ήιηνπ ππνινγίδεηαη ζηνπο 5.800 Κ, ε δε ζεξκνθξαζία ηνπ ππξήλα ηνπ ζηνπο 14.000.000 Κ ελψ ε κέζε απφζηαζε ηνπ απφ ηε Γε είλαη 150.000.000 Km. Ζ πςειή ζεξκνθξαζία ηνπ ήιηνπ νθείιεηαη ζηηο απηνζπληεξνχκελεο ζεξκνππξεληθέο αληηδξάζεηο πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζηνλ ππξήλα ηνπ. Κάζε δεπηεξφιεπην 564 εθαηνκκχξηα ηφλνη πδξνγφλνπ (H) κεηαηξέπνληαη ζε Ήιην (He). Ζ κάδα πνπ ράλεηαη κεηαζρεκαηίδεηαη ζε ελέξγεηα. Απφ ηε κεηαηξνπή 1gr πδξνγφλνπ ζε Ήιην ππνινγίδεηαη φηη παξάγεηαη ελέξγεηα ίζε κε 1,67 10 5 KWh. Ζ ειηαθή ελέξγεηα δηαδίδεηαη ζην ζχκπαλ θπξίσο κε ηελ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία, αιιά θαη κε ηε ζσκαηηδηαθή κνξθή. Ζ ζσκαηηδηαθή αθηηλνβνιία απνηειείηαη απφ ειεθηξηθά θνξηηζκέλα ζσκαηίδηα, θπξίσο ειεθηξφληα θαη πξσηφληα, αιιά δελ παξνπζηάδεη ελδηαθέξνλ ε εθκεηάιιεπζή ηεο. Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ εθπέκπεηαη ζε 20 min είλαη ίζε κε ηελ ελέξγεηα πνπ θαηαλαιψλεη ν πιεζπζκφο ηεο γεο ζε έλαλ νιφθιεξν ρξφλν. 2.2 Ηλιακό δςναμικό ζηην Δλλάδα Αλάινγα κε ηελ ηνπνζεζία ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηαζκνχ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ε παξαγφκελε ηζρχο ηνπ δηαθνξνπνηείηαη ιφγσ ησλ θαηξηθψλ θαηλνκέλσλ ηεο ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρήο θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη. Σν ειηαθφ δπλακηθφ ηεο Διιάδαο ζεσξείηαη απφ ηα πςειφηεξα ηεο Δπξψπεο. Γελ κπνξνχλ λα εμαρζνχλ αλάινγα ζπκπεξάζκαηα γηα φιεο ηηο πεξηνρέο ηηο ρψξαο, θαζψο ππάξρνπλ πεξηνρέο πνπ δέρνληαη πςειά πνζά ειηαθήο αθηηλνβνιίαο (π.ρ. λεζηά λνηηναλαηνιηθνχ Αηγαίνπ), ελψ άιιεο πνιχ ρακειφηεξα (π.ρ. βφξεηα Διιάδα). Ο Διιαδηθφο ρψξνο κπνξεί λα ρσξηζηεί ζε 7 δψλεο αλάινγα κε ηελ πνζφηεηα ηεο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη. 17
σήμα 2.1- Καηαλνκή ηεο κέζεο ζπλνιηθήο εηήζηαο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ζε νξηδφληην επίπεδν, ζηηο δηάθνξεο πεξηνρέο ηεο Διιάδαο Απφ ηνλ ράξηε ηνπ ζρήκαηνο 2.1 κπνξνχκε εχθνια λα βξνχκε ηα ζεκεία πνπ έρνπλ πςειέο ηηκέο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Απηά είλαη ηα λεζηά ηνπ λφηηνπ, λνηηναλαηνιηθνχ Αηγαίνπ θαη ην λφηην ηκήκα ηεο Κξήηεο. Αλ ζπγθξίλνπκε ηελ εηήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία ησλ πεξηνρψλ κε πςειφ δπλακηθφ κε ηελ εηήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία ησλ πεξηνρψλ κε ην ρακειφηεξν γίλεηαη 18
αληηιεπηφ φηη νη πξψηεο πεξηνρέο δέρνληαη θαηά 25% πεξίπνπ πςειφηεξν πνζνζηφ εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. 2.3 Υαπακηηπιζηικά μεγέθη ηηρ ηλιακήρ ακηινοβολίαρ Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη ηα πην ραξαθηεξηζηηθά κεγέζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο: Ιστύς ή ροη ακτινοβολίας (radiant power): Οξίδεηαη σο ην πειίθν ηεο αθηηλνβνινχκελεο ελέξγεηαο du ζε ρξφλν dt. (Watt) Πσκνότητα ιστύος ΗΜ ακτινοβολίας G(Irradiance): Ζ ππθλφηεηα ηζρχνο θαζνξίδεηαη απφ ηε ζπλνιηθή θαη απφ δηάθνξεο θαηεπζχλζεηο, ξνή αθηηλνβνιίαο, πνπ εθπέκπεηαη απφ κηα επηθάλεηα ή πξνζπίπηεη ζε κηα επηθάλεηα αλεμάξηεηα απφ ηε γσληά ησλ αθηηλψλ σο πξνο ηελ επηθάλεηα απηή. ds : είλαη ε ζηνηρεηψδεο επηθάλεηα πνπ πξνζπίπηεη ε ζηνηρεηψδεο ηζρχο ηεο αθηηλνβνιίαο dp. Πσκνότητα ενέργειας ΗΜ ακτινοβολίας (Irradiation, Isolation): Ζ ππθλφηεηα ελέξγεηαο είλαη ε πξνζπίπηνπζα ζε κηα επηθάλεηα ελέξγεηα αλά κνλάδα επηθάλεηαο. Τπνινγίδεηαη κε νινθιήξσζε ηεο ππθλφηεηαο ηζρχνο ζε θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα, ην νπνίν είλαη ζπλήζσο κηα κέξα (H) ή κηα ψξα (I). Ζ κνλάδα κέηξεζεο ηεο, ζην SI, είλαη ην 1 J/m 2. 2.3.1 Τπολογιζμόρ ένηαζηρ ηηρ ηλιακήρ ακηινοβολίαρ Ζ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην εμσηεξηθφ (δειαδή ζην φξην) ηεο γήηλεο αηκφζθαηξαο εμαξηάηαη απφ ηελ απφζηαζε ηνπ Ήιηνπ απφ ηε γε. 19
Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο ε απφζηαζε απηή θπκαίλεηαη κεηαμχ 1.47 10 8 Km (πνπ αληηζηνηρεί ζε ειηαθή αθηηλνβνιία 1325 W/m 2 ) θαη 1.52 10 8 Km (πνπ αληηζηνηρεί ζε ειηαθή αθηηλνβνιία 1412 W/m 2 ). Ζ κέζε ηηκή ηεο ηζρχνο (ειηαθή αθηηλνβνιία) πνπ πέθηεη ζε 1 m 2 επηθάλεηα ε νπνία είλαη θάζεηε ζηηο αθηίλεο ηνπ Ήιηνπ έμσ απφ ηελ αηκφζθαηξα είλαη G sc =1367 W/m 2 θαη νλνκάδεηαη ειηαθή ζηαζεξά. Ζ κεηαβνιή ηεο απνζηάζεσο γεο-ήιηνπ νδεγεί ζε εμάξηεζε ηεο αθηηλνβνιίαο απφ ηε κέξα ηνπ έηνπο ζχκθσλα κε ηε ζρέζε : (εξίζωζη 1) φπνπ : G o : ε αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ζε θάζεην επίπεδν ζε θάζε ρξνληθή ζηηγκή (W/m 2 ) ζ z : ε δελίζηα γσλία θαη είλαη ε γσληαθή απφζηαζε ηνπ Ήιηνπ απφ ηελ θαηαθφξπθν ηνπ ηφπνπ κε cosζ z = cosδ cosθ cosσ+sinδ sinθ δ: ε απφθιηζε θαη είλαη ε γσληαθή απφζηαζε ηνπ Ήιηνπ απφ ηνλ Ηζεκεξηλφ, κε ζεηηθέο ηηο βφξεηεο απνθιίζεηο (-23.45 ν δ 23,45 ν ) Ζ απφθιηζε δ ππνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε : φπνπ : n : ε κέξα ηνπ έηνπο θ : ην γεσγξαθηθφ πιάηνο ελφο ηφπνπ (-90 ν θ 90 ν ), δειαδή ε γσληαθή ζέζε βφξεηα ή λφηηα ηνπ Ηζεκεξηλνχ 20
σ: ε σξηαία γσλία,δειαδή ε γσληαθή κεηαηφπηζε ηνπ Ήιηνπ αλαηνιηθά ή δπηηθά ηνπ ηνπηθνχ κεζεκβξηλνχ, ιφγσ πεξηζηξνθήο ηεο γεο πεξί ηνλ άμνλα ηεο θαηά 15 ν αλά ψξα. Γηα ηηο πξν κεζεκβξίαο ψξεο ιακβάλεηαη αξλεηηθή, ελψ γηα ηηο κεηά κεζεκβξίαο ιακβάλεηαη ζεηηθή. σήμα 2.2 - Πξνζδηνξηζκφο ηεο ζέζεο ηνπ ήιηνπ σο πξνο ηνλ ζπιιέθηε Ζ ηηκή ηεο G o φκσο δελ θηάλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο. Ζ αηκφζθαηξα ηεο γεο κεηψλεη ηελ έθζεζε ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία κέζσ αληαλάθιαζεο, απνξξφθεζεο (απφ ην φδνλ, απφ ηνπο αηκνχο ηνπ λεξνχ, ην νμπγφλν θαη ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα) θαη δηάρπζεο (ε φπνηα πξνθαιείηαη απφ ηα κφξηα ηνπ αέξα, ηα κφξηα ηεο ζθφλεο ή ηελ κφιπλζε). Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ πέθηεη πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο είλαη ην άζξνηζκα ηεο άκεζεο θαη ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο. Άκεζε αθηηλνβνιία νλνκάδεηαη ε πξνζπίπηνπζα ζηε Γε, απεπζείαο απφ ηελ θαηεχζπλζε ηνπ Ήιηνπ, ελψ δηάρπηε απηή πνπ πξνέξρεηαη απφ ηνλ πεξηβάιινληα θαη κφλν ρψξν. Γειαδή, ε δηάρπηε αθηηλνβνιία είλαη απηή πνπ ζθεδάδεηαη ζηα κφξηα ηνπ αέξα θαη πξνζπίπηεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο κεηά απφ πνιιέο αλαθιάζεηο. 21
σήμα 2.3 - Σν ειηαθφ θσο πνπ θηάλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, απνηειείηαη απφ δπν ζπληζηψζεο. Σελ άκεζε, πνπ αθνξά ηηο αθηίλεο πνπ θηάλνπλ απεπζείαο απφ ηνλ Ήιην θαη ηελ δηάρπηε πνπ αθνξά ηηο αθηίλεο πνπ θηάλνπλ ζηελ επηθάλεηα αθνχ ππνζηνχλ πνιιαπιέο ζθεδάζεηο Ζ ηηκή ηεο έληαζεο ηεο αθηηλνβνιίαο (radiant power) φζν θαη ε αλαινγία ηεο άκεζεο θαη δηάρπηεο κπνξνχλ λα δηαθέξνπλ αηζζεηά θαζψο εμαξηψληαη απφ ηελ ππθλφηεηα ησλ ζχλλεθσλ θαη ηελ ψξα ηεο εκέξαο. Ζ αθξηβήο γλψζε ηεο ηξνρηάο ηνπ Ήιηνπ θαζίζηαηαη απαξαίηεηε γηα ηνλ αθξηβή ππνινγηζκφ ηεο ηηκήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Ζ ζέζε ηνπ Ήιηνπ κπνξεί λα πεξηγξαθεί ζε νπνηαδήπνηε ζέζε απφ ην χςνο ηνπ Ήιηνπ θαη ηελ αδηκνχζηα γσλία ηνπ (α s ). πλεπψο, ιφγσ ηεο εκεξεζίαο θαη εηήζηαο κεηαβνιήο ηεο αθηηλνβνιίαο θαζψο θαη ηεο θαηλφκελεο θίλεζεο ηνπ Ήιηνπ, ε ζρεδίαζε ελφο θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο βαζίδεηαη ζηα δεδνκέλα πνπ ζπλάγνληαη θαη ηηο απαξαίηεηεο κεηξήζεηο θνληά ζηελ ηνπνζεζία ηεο εγθαηάζηαζήο ηνπ. 2.3.2 Τπολογιζμόρ ηηρ άμεζηρ και ηηρ διάσςηηρ ακηινοβολίαρ πος πποζπίπηει ζε επιθάνεια Γηα λα δηαθξίλνπκε ηελ άκεζε αθηηλνβνιία ρξεζηκνπνηνχκε ηνλ δείθηε (b), ηελ δηάρπηε αθηηλνβνιία ηνλ δείθηε (d), γηα ηελ αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο 22
αηκφζθαηξαο ηνλ δείθηε (ο) θαη γηα ηελ αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλε επηθάλεηα ηνλ δείθηε (η). Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ππνινγίζηεθε παξαπάλσ απφ ηνλ ηχπν : Αλ νινθιεξψζνπκε ηελ εμίζσζε απηή απφ ηελ αλαηνιή κέρξη ηε δχζε πξνθχπηεη ε εκεξήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο : Όπνπ σ s : ε σξηαία γσλία δχζεο ηνπ ειίνπ ζε κνίξεο Απφ ηελ εκεξήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία κπνξεί λα ππνινγηζηεί θαη ε κέζε κεληαία εκεξήζηα αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο φπνπ ηα n θαη δ ζα αληηζηνηρνχλ ζηελ κέζε κέξα ηνπ κήλα. Ζ αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ζε νξηδφληηα επηθάλεηα γηα ρξνληθή πεξίνδν κηαο ψξαο κπνξεί λα πξνθχςεη νινθιεξψλνληαο ηελ εμίζσζε 1 απφ ηηο σξηαίεο γσλίεο σ 1, σ 2, δειαδή : Έρνληαο ππνινγίζεη ηα I o, H o, θαη παίξλνληαο κεηξήζεηο ηεο νιηθήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληηα επηθάλεηα γηα ηα I, H, κπνξνχκε λα ππνινγίζνπκε ηνπο δείθηεο αηζξηφηεηαο κέζσ ησλ νπνίσλ ζα ππνινγίζνπκε ηελ άκεζε θαη δηάρπηε ζπληζηψζα ηεο σξηαίαο αθηηλνβνιίαο. Ο κέζνο κεληαίνο δείθηεο αηζξηφηεηαο ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν : 23
Ο εκεξήζηνο δείθηεο αηζξηφηεηαο Κ η ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν : Ο σξηαίνο δείθηεο αηζξηφηεηαο k η ππνινγίδεηαη απφ ηνλ ηχπν : Ζ δηάρπηε, ζπλεπψο, ζπληζηψζα ηεο σξηαίαο αθηηλνβνιίαο ππνινγίδεηαη απφ ηηο ζρέζεηο: γηα k η <0.35 γηα 0.35< k η <0.75 γηα k η >0.75 Ζ δηάρπηε ζπληζηψζα ηεο εκεξεζίαο αθηηλνβνιίαο ππνινγίδεηαη απφ ηηο ζρέζεηο: 24
2.4 Πποζαναηολιζμόρ και διάηαξη ηος θωηοβοληαϊκού πλαιζίος (ζςλλέκηη) Α) Πξνζαλαηνιηζκφο ΦΒ πιαηζίνπ Γηα λα απνξξνθήζεη ν ζπιιέθηεο φζν ην δπλαηφλ πεξηζζφηεξε αθηηλνβνιία, ζα πξέπεη λα είλαη θαηάιιεια πξνζαλαηνιηζκέλνο. Δπεηδή φκσο, ε πνξεία ηνπ Ήιηνπ αιιάδεη ψξα κε ηελ ψξα θαη κέξα κε ηε κέξα γηα λα επηηεπρζεί ε κέγηζηε απνξξφθεζε ηεο αθηηλνβνιίαο ζα έπξεπε ην ΦΒ πιαίζην λα πεξηζηξέθεηαη αθνινπζψληαο ηελ ηξνρηά ηνπ Ήιηνπ έηζη ψζηε ε ειηαθή αθηηλνβνιία λα πξνζπίπηεη θάζεηα ζε απηφ. Γεδνκέλνπ σζηφζν ηνπ ηδηαίηεξα πςεινχ θφζηνπο θαη ηεο κεραληθήο πνιππινθφηεηαο απνθεχγεηαη ζπλήζσο ε ρξήζε θηλνχκελσλ πιαηζίσλ. Αλ επηιεγεί ζηαζεξφο πξνζαλαηνιηζκφο ησλ πιαηζίσλ, πξέπεη ε γσλία πξφζπησζεο λα είλαη φζν ην δπλαηφλ πην θνληά ζηηο 90 ν θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Ο ζηφρνο απηφο επηηπγράλεηαη κε ζσζηή επηινγή ηεο θιίζεο θαη ηεο αδηκνχζηαο γσλίαο ηνπ πιαηζίνπ. Ζ θιίζε ηνπ πιαηζίνπ είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη αλάκεζα ζην επίπεδν ηεο επηθάλεηαο ηνπ πιαηζίνπ θαη ηνλ νξίδνληα. Ζ αδηκνχζηα γσλία είλαη απηή πνπ ζρεκαηίδεηαη πάλσ ζην νξηδφληην επίπεδν αλάκεζα ζηελ πξνβνιή ηεο θαηαθφξπθνπ ηνπ πιαηζίνπ θαη ζηνλ ηνπηθφ κεζεκβξηλφ βνξξάλφηνπ. σήμα 2.4 - Γξαθηθή απεηθφληζε ηεο θιίζεο θαη ηεο αδηκνχζηαο γσλίαο ελφο ΦΒ πιαηζίνπ 25
Γεληθφηεξα, γηα ην βφξεην εκηζθαίξην ε βέιηηζηε θιίζε β θαηά ηε δηάξθεηα φινπ ηνπ έηνπο είλαη ίζε κε ηε γεσγξαθηθή παξάιιειν θ ηνπ ηφπνπ ελψ ε αδηκνχζηα γσλία είλαη πεξίπνπ 0 ν (θαηεχζπλζε πξνο λφην). Πην ζπγθεθξηκέλα νη βέιηηζηεο γσλίεο θιίζεο ελφο ΦΒ πιαηζίνπ ζην βφξεην εκηζθαίξην είλαη: β= θ γηα φιε ηε δηάξθεηα ηνπ ρξφλνπ β= θ + 15 γηα θαιχηεξε απφδνζε ηνλ ρεηκψλα β= θ 15 γηα θαιχηεξε απφδνζε ην θαινθαίξη β= θ 15 ζε πεξηνρέο κε πγξφ θιίκα, φπνπ κεγάιν κέξνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο δηαρέεηαη ζηνλ νπξαλφ ιφγσ ησλ ζηαγνληδίσλ λεξνχ ζηελ αηκφζθαηξα (ην ΦΒ πιαίζην αληηθξίδεη πεξηζζφηεξν ηνλ νπξαλφ θαη δέρεηαη κεγαιχηεξε δηάρπηε αθηηλνβνιία) β= 5 ν 10 ν ζε πεξηνρέο κε γεσγξαθηθφ πιάηνο θ 20 ν, δειαδή νη πεξηνρέο πνπ βξίζθνληαη γχξσ απφ ηνλ ηζεκεξηλφ β= 0 ν ζε πεξηνρέο κε πνιχ κηθξή ειηνθάλεηα γηα λα εθκεηαιιεπηνχκε ην κέγηζην πνζνζηφ ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο Όηαλ ε γσλία θιίζεο ηζνχηαη αθξηβψο κε ηε γεσγξαθηθή παξάιιειν ηνπ ηφπνπ νη αθηίλεο ηνπ Ήιηνπ πέθηνπλ θάζεηα ζην ζπιιέθηε δπν θνξέο ην ρξφλν (ην κεζεκέξη ησλ ηζεκεξηψλ). Σν κέγηζην χςνο ηνπ ειίνπ, πνπ ζπκβαίλεη ην ειηαθφ κεζεκέξη ELM, κεηαβάιιεηαη θαζεκεξηλά απφ ηελ ειάρηζηε ηηκή ELM ει =(90 ν -θ)-23,5 (22 Γεθεκβξίνπ) κέρξη ηε κεγίζηε ELM κεγ =(90 ν -θ)+23,5 (22 Ηνπλίνπ) θαη ζηε ζπλέρεηα ειαηηψλεηαη επαλεξρφκελν ζηελ ηηκή ηεο 22 αο Γεθεκβξίνπ. Αληίζηνηρα, ε γσλία ησλ αθηηλψλ ηνπ ειίνπ θαηά ηε κεζνπξάλεζή ηνπ ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζπιιέθηε σο πξνο ηελ θάζεηε κεηαβάιιεηαη απφ -23,5 ν έσο +23,5 ν. ε πεξίπησζε ηνπνζέηεζεο ηνπ πιαηζίνπ πάλσ ζε θηίξην θαη ε ζέζε ηνπ θηηξίνπ δελ επηηξέπεη ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ησλ πιαηζίσλ πξνο ην Νφην (γηα ην βφξεην εκηζθαίξην), ηα πιαίζηα ηνπνζεηνχληαη πξνο ηελ αλαηνιή ή ηε 26
δχζε αιιά πνηέ πξνο ην βνξξά, ψζηε λα απνθεπρζεί ε πνιχ ρακειή απφδνζε. Ο πξνζαλαηνιηζκφο πξνο βνξξά επηηξέπεηαη γηα νξηδφληηα πιαίζηα (γσλία θιίζεο β=0). Αθφκα έλαο ζεκαληηθφο παξάγνληαο είλαη ε απνπζία νπνηαδήπνηε ζθίαζεο ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζπιιέθηε απφ εκπφδηα φπσο θνληηλά θηίξηα ή δέληξα αθνχ θαη ε πην κηθξή ζθίαζε πξνθαιεί ζεκαληηθή κείσζε ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Β) Γηάηαμε ΦΒ πιαηζίνπ Καηά ηελ ηνπνζέηεζε ησλ ΦΒ πιαηζίσλ πξέπεη λα κεξηκλήζνπκε ψζηε έλα πιαίζην λα κελ ζθηάδεη αηζζεηά έλα άιιν. Ηδηαίηεξε πξνζνρή ζπλίζηαηαη φηαλ έρνπκε δπν ζεηξέο πιαηζίσλ θαη δελ ζέινπκε ε κηα ζεηξά λα ζθηάδεη ηελ άιιε. Απηφ κπνξνχκε λα ην επηηχρνπκε κε ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ειάρηζηεο απφζηαζεο ε κεηαμχ ησλ δπν ζεηξψλ. Ο ππνινγηζκφο απηφο γίλεηαη κε ηνλ αθφινπζν ηξφπν: 1. Τπνινγηζκφο ηεο επηθάιπςεο ηνπ χςνπο ηεο θαηαζθεπήο ζηήξημεο: φπνπ: γ [m] :κήθνο ΦΒ πιαηζίσλ β [ ν ] :γσλία θιίζεο ΦΒ πιαηζίσλ δ [m] :πςνκεηξηθή δηαθνξά αλάκεζα ζηα ζηεξίγκαηα δπν ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ (δ=0 γηα ζηήξημε ζην ίδην επίπεδν) 27
σήμα 2.5 - Τπνινγηζκφο ηεο ειεχζεξεο απφζηαζεο κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ 2. Τπνινγηζκφο ηεο ειεχζεξεο απφζηαζεο κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ: Ζ ειεχζεξε απφζηαζε α πξνθχπηεη απφ ην ιφγν α/π, ηνλ νπνίν ππνινγίδνπκε απφ ην παξαθάησ δηάγξακκα: Γιάγπαμμα 2.1 Γξαθηθή απεηθφληζε ηεο ζρέζεο κεηαμχ ηνπ ιφγνπ α/π θαη ηνπ γεσγξαθηθνχ πιάηνπο θ 3. Τπνινγηζκφο ηεο ειάρηζηεο απφζηαζεο κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ: φπνπ: α [m], γ [m], β[ o ] φπσο πξνεγνχκελα 2.5 Όπγανα μέηπηζηρ ηηρ ηλιακήρ ακηινοβολίαρ Γηαθξίλνπκε δπν κεγάιεο θαηεγνξίεο νξγάλσλ κέηξεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο: 1) Σνπο ζεξκηθνχο αηζζεηήξεο θαη 2) ηνπο αηζζεηήξεο ειεθηξνληθήο δηέγεξζεο. 28
Οη ζεξκηθνί αηζζεηήξεο, ζηνπο νπνίνπο αλήθνπλ ηα ππξαλφκεηξα, ν ππξνειεθηξηθνο θξχζηαιινο, ηα βνιφκεηξα θιπ, είλαη αηζζεηήξεο πςειήο αθξίβεηαο νη νπνίνη κεηξνχλ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία κέζσ ηεο ζέξκαλζεο ηεο θσηηδφκελεο πιαθάο, ζπγθξίλνληαο ηελ κε ηε ζεξκνθξαζία θάησ απφ ηελ πιάθα. Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη νη πην ραξαθηεξηζηηθνί ζεξκηθνί αηζζεηήξεο: 1. Ππξαλφκεηξα Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπο βαζίδεηαη ζην ζεξκνειεθηξηθφ θαηλφκελν. Σν ππξαλφκεηξν απνηειείηαη απφ δπν πιάθεο θαη απφ έλα κεγάιν αξηζκφ ζεξκνειεθηξηθψλ δεπγψλ. Σν ππξαλφκεηξν κεηξάεη ηελ νιηθή αθηηλνβνιία κε κήθνο θχκαηνο ι=0,3-3 κm. Ζ αθηηλνβνιία πξνζπίπηεη ζηελ άλσ επηθάλεηα (καχξε) θαη ηελ ζεξκαίλεη ελψ ηαπηφρξνλα ε θάησ πιάθα παξακέλεη ζε ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο. Ζ πάλσ πιάθα πξνζηαηεχεηαη απφ ηελ πγξαζία θαη ηελ ςχμε κε ηε βνήζεηα αεξίσλ ξεπκάησλ κε δπν νκφθεληξα θξπζηάιιηλα εκηζθαίξηα. Σα ζεξκνειεθηξηθά δεχγε ζπλδένληαη ζε ζεηξά θαη νη κηζέο επαθέο ηνπο είλαη εληππσκέλεο ζηελ πάλσ πιάθα ελψ νη άιιεο κηζέο ζηελ θάησ. Υξεζηκνπνηείηαη κεγάινο αξηζκφο ζεξκνειεθηξηθψλ δεπγψλ ψζηε λα εμαζθαιίδεηαη ηάζε κεξηθψλ mv ζηα δπν ειεχζεξα άθξα ηνπο, έηζη ψζηε λα κπνξεί λα κεηξεζεί κε έλα βνιηφκεηξν. 2. Ππξνειεθηξηθφο θξχζηαιινο Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ ππξνειεθηξηθνχ θξπζηάιινπ βαζίδεηαη ζηελ ηξνπνπνίεζε ηεο δηπνιηθήο ειεθηξηθήο ξνπήο δηειεθηξηθψλ πιηθψλ πνπ νλνκάδνληαη ππξνειεθηξηθά. Ζ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ ππξνειεθηξηθνχ πιηθνχ νδεγεί ζε πφισζε ηνπ πιηθνχ. Έρεη απφθξηζε αλεμάξηεηε ηνπ κήθνπο θχκαηνο ι θαη απηφ ηνλ θαζηζηά ηδαληθφ γηα θαηαγξαθή θαζκάησλ ζηελ πεξηνρή επαηζζεζίαο ηνπ. 3. Βνιφκεηξα Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ βνινκέηξνπ βαζίδεηαη ζηε κεηαβνιή ηεο ειεθηξηθήο αληίζηαζεο ελφο πιηθνχ ιφγσ απνξξφθεζεο ηεο ελέξγεηαο 29
ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο. Καηεγνξία ησλ βνινκέηξσλ είλαη ηα thermistors. Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ησλ αηζζεηήξσλ ειεθηξνληθήο δηέγεξζεο βαζίδεηαη είηε ζην θσηνειεθηξηθφ θαηλφκελν, δειαδή ηελ εθπνκπή ειεθηξνλίσλ απφ ηελ επηθάλεηα ελφο κεηάιινπ είηε ζηε δηέγεξζε ειεθηξνλίσλ απφ ηε δψλε ζζέλνπο ζηε δψλε αγσγηκφηεηαο ζηελ πεξίπησζε ησλ εκηαγσγψλ. Αηζζεηήξεο πνπ βαζίδνληαη ζην θσηνειεθηξηθφ θαηλφκελν: 1. Φσηνδίνδνη ή θσηνθχηηαξα Απηά απνηεινχληαη απφ δπν ειεθηξφδηα (άλνδνο θαη θάζνδνο) ελζσκαησκέλα ζε κηα δηάηαμε πςεινχ θελνχ. Ζ θάζνδνο,πάλσ ζηελ νπνία πξνζπίπηεη ην θσο, απνηειείηαη απφ πιηθφ ρακεινχ έξγνπ εμφδνπ ησλ θσηνειεθηξσλίσλ. Ζ άλνδνο βξίζθεηαη ζε νξηζκέλν ειεθηξηθφ δπλακηθφ ζε ζρέζε κε ηελ θάζνδν, ζπιιέγνληαο ηα θσηνειεθηξφληα. 2. Φσηνπνιιαπιαζηαζηέο Όηαλ ε πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία είλαη ρακειήο έληαζεο ρξεζηκνπνηνχληαη ζχλζεηεο δηαηάμεηο, νη θσηνπνιιαπιαζηαζηέο, πνπ απνηεινχληαη απφ ζπλδπαζκφ πνιιψλ θσηνδηφδσλ ζε ζεηξά (θάζνδνο αληηθάζνδνη-άλνδνο). Αηζζεηήξεο πνπ βαζίδνληαη ζηελ θσηναγσγηκφηεηα ηνπ πιηθνχ: 3. Φσηναγσγνί ή θσηναληηζηάζεηο Πξφθεηηαη γηα εκηαγσγνχο πνπ εκθαλίδνπλ έληνλε θσηναγσγηκφηεηα, έλα θαηλφκελν πνπ δεκηνπξγείηαη θαζψο ε απνξξφθεζε θσηφο ζην εκηαγσγφ πιηθφ δηεγείξεη ειεθηξφληα απφ ηε δψλε ζζέλνπο ζηε δψλε αγσγηκφηεηαο, απμάλνληαο ηελ ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπ εκηαγσγνχ. 30
4. Φσηνδίνδνο εκηαγσγψλ Δίλαη κηα δίνδνο επαθήο εκηαγσγψλ, ε νπνία φηαλ θσηίδεηαη ζην εζσηεξηθφ ηεο παξάγνληαη επηπιένλ δεχγε ειεθηξνλίνπ-νπήο. 31
32
Κεθάλαιο 3 Φωηοβοληαϊκό θαινόμενο - Ηλεκηρικά ταρακηηριζηικά θωηοβοληαϊκών κσηηάρων και πλαιζίων 3.1 Σο θαινόμενο ηηρ διάσςζηρ Γηάρπζε είλαη ε δηαδηθαζία δηαζπνξάο ησλ κειψλ (κνξίσλ, ηφλησλ ή ειεθηξνλίσλ) ελφο ζπζηήκαηνο Α, κέζα ζε έλα άιιν ζχζηεκα Β, ιφγσ δηαθνξψλ ηεο ζπγθέληξσζεο ηεο νπζίαο Α, ζηηο 2 ζέζεηο. Ζ δηάρπζε ζπλερίδεηαη κέρξη ηε ζηηγκή πνπ ε ζπγθέληξσζε ηνπ ζψκαηνο Α, ηζνθαηαλεκεζεί κέζα ζηε κάδα ηνπ ζψκαηνο Β. Ζ δηάρπζε πεξηγξάθεηαη απφ ηνπο λφκνπο ηνπ Fick. ε κηα δηάζηαζε, ν πξψηνο λφκνο έρεη ηε κνξθή, Όπνπ: J: είλαη ε ππθλφηεηα ξεχκαηνο κνξίσλ, πξνο ηελ θαηεχζπλζε ζέζεσλ κηθξφηεξεο ζπγθέληξσζεο c, ηεο νπζίαο Α ζηε ζέζε x, ηελ ρξνληθή ζηηγκή t : ε βαζκίδα ζπγθέληξσζεο ζηε ζέζε x Ζ D απνηειεί ηε ζηαζεξά δηαρχζεσο, ηεο νπζίαο Α, κέζα ζηελ νπζία Β. Δμαξηάηαη απφ ηε θχζε ησλ νπζηψλ Α θαη Β θαη απφ ηε ζεξκνθξαζία ηνπ δηαιχκαηνο θαη παξακέλεη πξαθηηθά αλεμάξηεηε απφ ηε ζπγθέληξσζε c. 3.2 Ημιαγωγοί Κάζε ζηεξεφ ζψκα απνηειείηαη απφ άηνκα. Κάζε άηνκν πεξηιακβάλεη έλα ππξήλα θαη έλαλ αξηζκφ ειεθηξνλίσλ, πνπ πεξηζηξέθνληαη γχξσ απφ απηφλ. Ο ππξήλαο θέξεη ζεηηθφ ειεθηξηθφ θνξηίν θαη ηα ειεθηξφληα αξλεηηθφ. Σν ζεηηθφ ειεθηξηθφ θνξηίν ηνπ ππξήλα είλαη ίζν θαη αληίζεην κε ην αξλεηηθφ θνξηίν ησλ ειεθηξνλίσλ. Σα ειεθηξφληα δηαηάζζνληαη γχξσ απφ ηνλ ππξήλα ζε ζπγθεληξηθνχο θινηνχο ή ζηνηβάδεο. Σα ειεθηξφληα ηεο εμσηεξηθήο ζηνηβάδαο νλνκάδνληαη ειεθηξφληα ζζέλνπο. Κάζε ειεθηξφλην ζζέλνπο έρεη 33
κηα ζπγθεθξηκέλε ελέξγεηα, δειαδή βξίζθεηαη ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ζηάζκε ελέξγεηαο. Ζιεθηξηθή αγσγηκφηεηα νλνκάδεηαη ε θίλεζε ησλ ειεθηξνλίσλ κέζα ζε έλα ζψκα. Αλάινγα κε ηελ ειεθηξηθή ηνπο αγσγηκφηεηα, ηα ζηεξεά δηαθξίλνληαη ζε ηξεηο θαηεγνξίεο : α) κνλσηέο β) αγσγνχο γ) εκηαγσγνχο. Απφ ηελ άπνςε ηεο ειεθηξηθήο ζπκπεξηθνξάο, ηα ειεθηξφληα ησλ εκηαγσγψλ είλαη ηξηψλ εηδψλ: Ζιεθηξφληα εζσηεξηθψλ ζηνηβάδσλ. Σα ειεθηξφληα απηά είλαη ηα ιηγφηεξν ελεξγά θαη δελ ζπκκεηέρνπλ ζε κεραληζκνχο αγσγηκφηεηαο. Διεχζεξα ειεθηξφληα. Δίλαη ειεθηξφληα πνπ δηαζέηνπλ αξθεηή ελέξγεηα γηα λα απνζπαζηνχλ απφ ηνπο δεζκνχο ηνπ ζψκαηνο. Ζιεθηξφληα ζζέλνπο. Πξφθεηηαη γηα ηα ειεθηξφληα ηεο εμσηεξηθήο ζηνηβάδαο ησλ αηφκσλ, ηα νπνία κπνξνχλ λα θηλεζνχλ πξνο ηηο νπέο γεηηνληθψλ δεζκψλ πνπ δεκηνπξγήζεθαλ επεηδή ηα εθεί ειεθηξφληα ζζέλνπο εγθαηέιεηςαλ ηε ζέζε ηνπο, ή αληάιιαμαλ ηηο ζέζεηο ηνπο κε άιια ειεθηξφληα ζζέλνπο γεηηνληθψλ δεζκψλ. Οη ελεξγεηαθέο δψλεο ζε έλαλ εκηαγσγφ θαίλνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα. Ζ θάησ δψλε νλνκάδεηαη δψλε ζζέλνπο θαη είλαη ε ελεξγεηαθή δψλε ησλ ειεθηξνλίσλ ζζέλνπο. Ζ άλσ δψλε νλνκάδεηαη δψλε αγσγηκφηεηαο γηαηί εθεί βξίζθνληαη ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα ηα νπνία είλαη ππεχζπλα γηα ηελ εθδήισζε ηεο ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο. Ζ απφζηαζε κεηαμχ ησλ δπν δσλψλ νλνκάδεηαη ελεξγεηαθφ δηάθελν ή ελεξγεηαθφ ράζκα Δg. Σν ελεξγεηαθφ ράζκα εθθξάδεη ηελ ειάρηζηε ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη γηα ηε δηέγεξζε ελφο ειεθηξνλίνπ ζζέλνπο θαη ηε κεηαηξνπή ηνπ ζε ειεχζεξν ειεθηξφλην. 34
σήμα 3.1 Εψλε αγσγηκφηεηαο θαη δψλε ζζέλνπο ελφο εκηαγσγνχ Σα ειεθηξφληα ζζέλνπο ησλ εκηαγσγψλ κπνξνχλ λα απνξξνθήζνπλ ζεκαληηθή πνζφηεηα θσηφο. Ζ απνξξφθεζε θσηφο θαζνξίδεηαη απφ ην κέγεζνο ηεο ελέξγεηαο ησλ θσηνλίσλ ζε ζρέζε κε ην ελεξγεηαθφ ράζκα Eg ηνπ εκηαγσγνχ. Γηαθξίλνπκε ηξεηο πεξηπηψζεηο: h v < Eg Ζ ελέξγεηα ηνπ θσηνλίνπ h v είλαη κηθξφηεξε απφ απηή ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο ηνπ εκηαγσγνχ, νπφηε ην θσηφλην δελ απνξξνθάηαη. h v=eg Ζ ελέξγεηα ηνπ θσηνλίνπ είλαη ίζε κε απηή ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο, νπφηε ην θσηφλην απνξξνθάηαη απφ έλα ειεθηξφλην ζζέλνπο ηνπ εκηαγσγνχ. Σν ειεθηξφλην έηζη δέρεηαη ελέξγεηα θαη αλεβαίλεη ελεξγεηαθά ζηε δψλε αγσγηκφηεηαο, αθήλνληαο ζηε δψλε ζζέλνπο κηα νπή. h v>eg Ζ ελέξγεηα ηνπ θσηνλίνπ είλαη κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο, νπφηε δεκηνπξγείηαη μαλά έλα δεχγνο ειεθηξνλίνπ-νπήο. Ζ πεξίζζεηα ελέξγεηαο h v-eg κεηαθέξεηαη ζηα ειεχζεξα ειεθηξφληα ηεο δψλεο αγσγηκφηεηαο σο θηλεηηθή ελέξγεηα, ζπκβάιινληαο ζηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ εκηαγσγνχ. 35
Απφ ηα παξαπάλσ ζπλάγεηαη φηη φηαλ έλαο εκηαγσγφο θσηηζηεί, ηα ειεθηξφληα ζηε δψλε αγσγηκφηεηαο θαη νη νπέο ζηε δψλε ζζέλνπο, πνπ νλνκάδνληαη θαη θνξείο ξεχκαηνο, απμάλνληαη νπφηε απμάλεηαη θαη ε αγσγηκφηεηα ηνπ. Ζ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ελφο εκηαγσγνχ κε ηελ επίδξαζε ηνπ θσηφο, νλνκάδεηαη θσηναγσγηκφηεηα. Σέινο, ε δηαθνπή ηνπ θσηηζκνχ ηνπ εκηαγσγνχ ζπλεπάγεηαη ηελ επαλαθνξά ηεο αγσγηκφηεηαο ζηα αξρηθά επίπεδα. 3.3 Σο θωηοβοληαϊκό θαινόμενο και πωρ ένα ΦΒ ζηοισείο (ηλιακό κύηηαπο) λειηοςπγεί Σξφπνο ιεηηνπξγίαο ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ : Θεσξνχκε φηη έρνπκε ζηε δηάζεζε καο θχηηαξα θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Γηα ην ζρεκαηηζκφ ησλ ΦΒ θπηηάξσλ είλαη απαξαίηεην λα ρξεζηκνπνηεζεί θαζαξφ ππξίηην πςειήο πνηφηεηαο. Σα άηνκα ππξηηίνπ δεκηνπξγνχλ έλα ζηαζεξφ θξπζηαιιηθφ πιέγκα. Κάζε άηνκν έρεη 4 κνλήξε ειεθηξφληα ζηελ εμσηεξηθή ηνπ ζηνηβάδα θαη ζρεκαηίδνληαο ειεθηξνληθά δεχγε κε 4 γεηηνληθά ειεθηξφληα απνθηά ζηαζεξή δνκή επγελνχο αεξίνπ κε 8 e - ζηελ εμσηεξηθή ζηνηβάδα. Έλαο δεζκφο ειεθηξνλίσλ κπνξεί λα δηαζπαζηεί κε ηελ επίδξαζε θσηφο ή δέζηεο θαη ηφηε ην e - ηφηε είλαη ειεχζεξν λα κεηαθηλεζεί αθήλνληαο κηα νπή ζην θξπζηαιιηθφ πιέγκα. Σν θαηλφκελν απηφ θαιείηαη εζσηεξηθή αγσγηκφηεηα (intrinsic conductivity). Ζ εζσηεξηθή αγσγηκφηεηα φκσο, δελ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα παξάγεη ειεθηξηζκφ. Γηα λα παξαρζεί ελέξγεηα εηζάγνληαη ζθφπηκα πξνζκίμεηο ζην θξπζηαιιηθφ πιέγκα. Σα άηνκα πνπ πξνζηίζεληαη νλνκάδνληαη θνξείο κεηνλφηεηαο θαη έρνπλ 1 e - πεξηζζφηεξν (π.ρ. θσζθφξν) ή 1 e - ιηγφηεξν (π.ρ. βφξην) ζηελ εμσηεξηθή ηνπο ζηνηβάδα ζε ζχγθξηζε κε ην ππξίηην. Έηζη ζρεκαηίδεηαη ην θξπζηαιιηθφ πιέγκα. ηελ πεξίπησζε πξφζκημεο θψζθνξνπ (πξφζκημε n-ηχπνπ) ππάξρεη πιεφλαζκα ελφο ειεθηξνλίνπ e - γηα θάζε άηνκν θσζθφξνπ ζην πιέγκα. Απηφ ην e - κπνξεί λα θηλεζεί ειεπζέξα ζηνλ θξχζηαιιν θαη ζπλεπψο λα κεηαθέξεη ειεθηξηθφ θνξηίν. Με λφζεπζε βνξίνπ (πξφζκημε p-ηχπνπ) ππάξρεη κηα νπή (έιιεηςε ζπλδέζκνπ e - ) ζε θάζε άηνκν βνξίνπ ζην πιέγκα ειεθηξνλίσλ. Γεηηνληθά άηνκα ππξηηίνπ κπνξεί λα 36
γεκίζνπλ απηή ηελ νπή δεκηνπξγψληαο κηα λέα ζε άιιν ζεκείν. Ζ κέζνδνο αγσγήο βαζηδφκελε ζηνπο θνξείο κεηνλφηεηαο είλαη γλσζηή σο εμσγελήο αγσγηκφηεηα. Αλ ελψζνπκε έλα n-ηχπνπ εκηαγσγφ κε έλα p-ηχπνπ, ζρεκαηίδεηαη κηα p-n (positive-negative) έλσζε. Σφηε ειεθηξφληα απφ ηνλ n-ηχπνπ εκηαγσγφ κεηαβαίλνπλ κε δηάρπζε ζηνλ εκηαγσγφ p-ηχπνπ. ηα ζεκεία έλσζεο ησλ πιαθψλ δεκηνπξγείηαη κηα πεξηνρή κε ιίγα ειεχζεξα θνξηία. σήμα 3.2 - Πσο θαηαλέκνληαη ηα ειεθηξφληα θαη νη νπέο ζε κηα p-n εκηαγσγηθή επαθή θαη πεξηνρή θνξηίσλ ρψξνπ Ζ πεξηνρή απηή νλνκάδεηαη πεξηνρή θνξηίσλ ρψξνπ (space charge area) ή πεξηνρή απνγχκλσζεο. Θεηηθά θνξηηζκέλα άηνκα παξακέλνπλ ζηελ n-πεξηνρή ηεο κεηάβαζεο θαη αξλεηηθά θνξηηζκέλα άηνκα παξακέλνπλ ζηελ p-πεξηνρή ηεο κεηάβαζεο. Με απηφ ηνλ ηξφπν δεκηνπξγείηαη έλα ειεθηξηθφ πεδίν, ην φπνην αληηηίζεηαη ζηελ θίλεζε ησλ θνξηηζκέλσλ θνξέσλ, κε απνηέιεζκα ε δηάρπζε λα κελ ζπλερίδεηαη αφξηζηα. Αλ ν p-n εκηαγσγφο (ΦΒ ζηνηρείν) εθηεζεί ζην θσο, θσηφληα απνξξνθνχληαη απφ ηα e -. Απηή ε είζνδνο ελέξγεηαο δηαζπά ηνπο δεζκνχο ησλ e -. Σα απειεπζεξσκέλα e - σζνχληαη απφ ην ειεθηξηθφ πεδίν ζηελ n-πεξηνρή. Οη νπέο πνπ ζρεκαηίδνληαη κεηαθηλνχληαη ζηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε, ζηελ p-πεξηνρή. Απηή ε δηαδηθαζία ζην ζχλνιν ηεο νλνκάδεηαη θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν. Ζ δηάρπζε ησλ θνξηηζκέλσλ θνξέσλ ζηνλ ειεθηξηθφ αγσγφ πξνθαιεί κηα ηάζε πνπ παξνπζηάδεηαη ζην ΦΒ ζηνηρείν. Ζ ζπλερήο θίλεζε ησλ θσηνδεκηνπξγνχκελσλ θνξέσλ θάησ απφ ηελ επίδξαζε ηνπ ηζρπξνχ πεδίνπ, απνηειεί ξεχκα κε θνξά απηή ηνπ ελδνγελνχο πεδίνπ, δειαδή απφ ηνλ εκηαγσγφ ηχπνπ n ζηνλ εκηαγσγφ ηχπνπ p. Σν θσηνδεκηνπξγνχκελν ειεθηξηθφ ξεχκα νλνκάδεηαη θωηοπεύμα θαη ζπλήζσο ζπκβνιίδεηαη κε I L. Οη θνξείο πνπ ζπκβάινπλ ζην θσηνξεχκα είλαη κέξνο εθείλσλ πνπ δεκηνπξγεί 37
ην θσο ζε φιν ηνλ φγθν ηεο εκηαγσγηθήο δηάηαμεο, νη νπνίνη πξαθηηθά είλαη ίζνη κε ηνπο θνξείο πνπ ζε ζπλζήθεο κφληκεο θαηάζηαζεο θαηαιήγνπλ ζηα κεηαιιηθά ειεθηξφδηα ηεο δηάηαμεο. πλεπψο ε ηηκή ηνπ θσηνξεχκαηνο είλαη αλάινγε ηνπ πιήζνπο ησλ απνξξνθνχκελσλ θσηνλίσλ, ησλ νπνίσλ ε ζπλνιηθή ελεξγεία, αλά κνλάδα ρξφλνπ θαη επηθάλεηαο, απνηειεί ηελ ππθλφηεηα ηζρχνο Δ(W/m 2 ) ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο. Μεξηθά e - δελ θηάλνπλ ζε αγσγή θαη επαλαζπλδένληαη ζηε ζέζε ηνπο, δειαδή έλα ειεχζεξν ειεθηξφλην ζπλδέεηαη ζε έλα άηνκν ζην νπνίν ιείπεη έλα εμσηεξηθφ ειεθηξφλην. Σν κήθνο ηεο δηάρπζεο εδψ είλαη ε κέζε απφζηαζε πνπ έλα e - θαιχπηεη ζηνλ θξπζηαιιηθφ δεζκφ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπ κέρξη λα ζπλαληήζεη έλα άηνκν ην νπνίν ζα έρεη 1 e - ιηγφηεξν θαη ηφηε θάλεη δεζκφ κε απηφ. ε απηή ηελ πεξίπησζε νη θνξείο ειεχζεξνπ θνξηίνπ ράλνληαη θαη δελ κπνξνχλ πηα λα ζπκβάιινπλ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ. Σν κήθνο ηεο δηάρπζεο εμαξηάηαη απφ ηνλ αξηζκφ ησλ αηφκσλ πνπ έρνπλ λνζεπηεί ζηνλ θξχζηαιιν (impurity atoms). Ο αξηζκφο απηφο πξέπεη λα είλαη αξθεηά κεγάινο ψζηε λα δχλαηαη επαξθήο αξηζκφο απφ θνξείο θνξηίνπ λα θηάζεη ζε αγσγή. Σν κήθνο ηεο δηάρπζεο εμαξηάηαη απφ ην πιηθφ. Με έλα άηνκν λφζεπζεο ζε δέθα δηζεθαηνκκχξηα άηνκα ππξηηίνπ ε απφζηαζε είλαη 0.05 mm, απφζηαζε πνπ αληηζηνηρεί θαηά πξνζέγγηζε δχν θνξέο ζην πάρνο ησλ θπηηάξσλ. ηελ πεξηνρή θνξηίσλ ρψξνπ ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα επηηπρνχο δηαρψξηζεο θνξηίσλ (ειεθηξφληα θαη νπέο) ρσξίο επαλαζχλδεζε. Δθηφο ηεο πεξηνρήο, ε πηζαλφηεηα επαλαζχλδεζεο απμάλεηαη κε ηελ απφζηαζε απφ ηελ πεξηνρή απηή. σήμα 3.3 - Γνκή ελφο ΦΒ θπηηάξνπ 38
3.4 Ηλεκηπικέρ ιδιόηηηερ ηων ΦΒ ζηοισείων Ζιεθηξηθή ζπκπεξηθνξά θσηηδφκελνπ ΦΒ ζηνηρείνπ Έλα ΦΒ ζηνηρείν ην νπνίν απνηειείηαη απφ p-ηχπνπ θαη n-ηχπνπ ππξίηην είλαη κηαο κεγάιεο θιίκαθαο δίνδνο ππξηηίνπ. Αλ ζεηηθφ δπλακηθφ παξνπζηαζηεί ζηελ p-άλνδν θαη αξλεηηθφ ζηελ n-θάζνδν ε δίνδνο άγεη. Όηαλ θσο δεδνκέλεο ππθλφηεηαο ηζρχνο θαη θάζκαηνο πξνζπίπηεη ζην ΦΒ ζηνηρείν δεκηνπξγεί ζε απηφ ειεθηξηθφ ξεχκα Η L, ηνπ νπνίνπ ε έληαζε κέλεη ζηαζεξή θαζψο αιιάδεη ε σκηθή αληίζηαζε, πνπ είλαη ζπλδεδεκέλε ζηα άθξα ηνπ. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ είλαη ηζνδχλακε κε εθείλε πνπ ζα δεκηνπξγνχζε ε ζχλδεζε κηαο πεγήο ζηαζεξνχ ξεχκαηνο ζηα άθξα ηεο δηφδνπ. σήμα 3.4 - Ηζνδχλακν ειεθηξηθφ θχθισκα ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ φηαλ πξνζπίπηεη θσο θαη είλαη ζπλδεδεκέλν κε κηα σκηθή αληίζηαζε Ζιεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ελφο ΦΒ θπηηάξνπ Α) Σν ΦΒ ζηνηρεηφ ζε αλνηρηφ θχθισκα ηελ πεξίπησζε πνπ ην ΦΒ ζηνηρείν βξίζθεηαη ζε αλνηθηνθχθισκα ηα δπν ξεχκαηα πνπ θπθινθνξνχλ κέζα ζηελ επαθή δειαδή, ην ξεχκα δηάρπζεο Η δ θαη ην θσηνξεχκα Η L, έρνπλ αληίζεηε θνξά θαη ίζεο ηηκέο Η δ =-Η L. σήμα 3.5 - ΦΒ ζε αλνηρηφ θχθισκα 39
Β) Σν ΦΒ ζηνηρείν ζε θιεηζηφ θχθισκα Αλ ηα άθξα ηεο επαθήο p-n, πνπ θσηίδεηαη κε ζηαζεξή ξνε ελέξγεηαο, ζπλδεζνχλ κεηαμχ ηνπο κε έλα ράιθηλν ζχξκα κεγάιεο δηαηνκήο (βξαρπθχθισκα) ζα πεξάζεη κέζα απφ ην ζχξκα ξεχκα ίζν κε ην θσηνξεχκα. πλεπψο ην ξεχκα βξαρπθχθισζεο ηνπ ζηνηρείνπ Η sc ηζνχηαη ηδαληθά κε Η L. I sc =I L σήμα 3.6 - ΦΒ ζηνηρείν ζε βξαρπθχθισκα Γ) χλδεζε αληίζηαζεο R ζηα άθξα ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ Όηαλ ζηα άθξα ηεο θσηηδφκελεο επαθήο ζπλδέζνπκε κηα αληίζηαζε R απηή ζα δηαξξέεηαη απφ ξεχκα I R ην νπνίν απνηειεί κέξνο ηνπ θσηνξεχκαηνο, Η R =I L -I δ. σήμα 3.7 - χλδεζε αληίζηαζεο ζηα άθξα ΦΒ ζηνηρείνπ 3.5 Υαπακηηπιζηική καμπύλη I-V ηος ΦΒ ζηοισείος Όπσο είδακε ζην ζρήκα 3.7, φηαλ ζηα άθξα ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ ζπλδέζνπκε κηα αληίζηαζε R, απηή ζα δηαξξέεηαη απφ ξεχκα I R =I L -I δ,ην νπνίν εμαξηάηαη απφ ην θσηνξεχκα θαη ην ξεχκα δηάρπζεο, δειαδή απφ ηελ αληίζηαζε πνπ ζπλδένπκε ζηα άθξα ηεο δηφδνπ. 40
Σν ξεχκα δηάρπζεο I δ αθνινπζεί ηελ θακπχιε I-V ηεο δηφδνπ θαη ην ξεχκα κηαο δηφδνπ ππνινγίδεηαη απφ ηελ εμίζσζε Schockley. πλεπψο, ε θακπχιε I-V ηεο θσηηδφκελεο δηφδνπ είλαη ην άζξνηζκα δπν θακππιψλ, ηεο I-V ηεο κε θσηηδφκελεο δηφδνπ θαη ηεο επζείαο I=-I L, ηνπ θσηνξεχκαηνο, δειαδή ηελ θακπχιε ηεο πεγήο ζηαζεξνχ ξεχκαηνο. Οπφηε ην ξεχκα I R είλαη Όπνπ I S : ην ξεχκα θφξνπ θαηά ηελ αλάζηξνθε πφισζε K B : ζηαζεξά ηνπ Boltzmann θαη n iδ : ν παξάγσλ ηδαληθφηεηαο ηεο δηφδνπ σήμα 3.8 - Ζ ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε I-V ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ, ζην ζθνηάδη (1) θαη ζην θσο (2) Ζ ζεκαληηθή πεξηνρή ηεο θακπχιεο βξίζθεηαη ζην ηέηαξην ηεηαξηεκφξην θαζψο εθεί ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ πεγή ελέξγεηαο θαη παξέρεη ελέξγεηα ζηνλ θαηαλαισηή. πλεπψο, απφ φιε ηελ I-V ρξεζηκνπνηείηαη κφλν ην ηκήκα ηνπ ηέηαξηνπ ηεηαξηεκνξίνπ θαη κάιηζηα αλεζηξακκέλν σο πξνο ηηο πήγεο ξεχκαηνο. 41
σήμα 3.9 - Μεγέζπλζε ηνπ ηκήκαηνο ηεο θακπχιεο I-V πνπ βξίζθεηαη ζην ηέηαξην ηεηαξηεκφξην φπνπ ε επαθή p-n ζπκπεξηθέξεηαη σο ΦΒ ζηνηρείν. Όπσο αλαθέξζεθε πξνεγνπκέλσο, φηαλ ην θχθισκα είλαη βξαρπθπθισκέλν, ε ηάζε είλαη 0 θαη ε έληαζε ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο παίξλεη ηελ κέγηζηε ηηκή I sc. Αληίζεηα, φηαλ ην θχθισκα είλαη αλνηρηφ, ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο κεδελίδεηαη θαη ε ηάζε παίξλεη ηε κέγηζηε ηηκή V oc. Ζ ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηζρχεη γηα ζπλζήθεο ζηαζεξήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ζεξκνθξαζίαο θαη γηα κεηαβαιιφκελε αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο απφ κεδέλ (βξαρπθχθισκα) κέρξη άπεηξε (αλνηρηνθχθισκα). Αλ ππνινγίζνπκε ηελ ηζρχ πνπ παξέρεη ην ΦΒ ζηνηρείν ζηελ αληίζηαζε R ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ηάζε ζηα άθξα ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ έρνπκε κέγηζηε ηζρχ θνληά ζην ζεκείν πνπ αξρίδεη ε έληνλε πηψζε ξεχκαηνο. Άξα γηα λα επηηχρνπκε ηελ θαιχηεξε εθκεηάιιεπζε ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ πξέπεη λα πξνζαξκφζνπκε ηελ αληίζηαζε ηνπ θαηαλαισηή έηζη ψζηε ε ηάζε θαη ην ξεχκα ζε απηφλ λα αληηζηνηρνχλ ζην ζεκείν κεγίζηεο ηζρχνο (ΜΗ). Σφηε έρνπκε P m =I m *V m. Σν «παξαιιειφγξακκν» πνπ ζρεκαηίδεηαη κέζα ζηελ θακπχιε κε πιεπξέο Η m θαη V m έρεη «εκβαδφλ» ίζν κε ηε κέγηζηε απνδηδφκελε ηζρχ. Όηαλ αιιάδεη ε έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη ζε έλα ΦΒ ζηνηρείν ην νπνίν ηξνθνδνηεί κηα ειεθηξηθή αληίζηαζε, ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο κεηαηνπίδεηαη. Ζ κέγηζηε ειεθηξηθή ηζρχο απνδίδεηαη ζηελ αληίζηαζε κφλν γηα 42
νξηζκέλν επίπεδν αθηηλνβνιίαο. ε δηαθνξεηηθέο ηηκέο απνδίδεηαη ηζρχο κηθξφηεξε απφ ηελ αληίζηνηρε κέγηζηε ηζρχ. σήμα 3.10 - Κακπχιεο επζείαο θφξηνπ θαη κέγηζηεο ηζρχνο πνπ πξνθχπηνπλ απφ δηαθνξεηηθέο ηηκέο ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Απφ ηηο θακπχιεο ηεο παξαπάλσ γξαθηθήο παξάζηαζεο βιέπνπκε φηη κφλν ζηελ δεχηεξε θακπχιε ζπκπίπηεη ε θακπχιε ζεκείσλ κέγηζηεο ηζρχο κε ηελ επζεία θφξηνπ(κέγηζηε ηζρχ). ηηο ππφινηπεο θακπχιεο ηα δπν ζεκεία δελ ζπκπίπηνπλ. Γηα λα ζπκβεί απηφ πξέπεη λα αιιάμεη ε σκηθή αληίζηαζε, έηζη ψζηε ε λέα επζεία θφξηνπ λα πεξλά απφ ην αληίζηνηρν ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο ηεο λέαο θακπχιεο I-V. 3.6 Καμπύλη θόπηος Ζ θακπχιε θφξηνπ είλαη ε γξαθηθή παξάζηαζε ηνπ ξεχκαηνο Η πνπ δηαξξέεη ηε δηάηαμε, ζε ζπλάξηεζε κε ηελ εθαξκνδφκελε ζηελ είζνδν ηεο ειεθηξηθή ηάζε V. Ζ ζεσξεηηθή εμάξηεζε ηνπ I=f(V) πξνθχπηεη απφ ηνπο θαλφλεο ηνπ Kirchhoff ζην αληίζηνηρν θχθισκα. Πεηξακαηηθά, ε εμάξηεζε ηνπ Η απφ ην V πξνθχπηεη κε ηε κέηξεζε ηνπ ξεχκαηνο πνπ δηαξξέεη ην θνξηίν θαη ηεο ηάζεο ζηελ είζνδν ηνπ. Ζ θακπχιε θφξηνπ ηέκλεη ηελ ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ ζε έλα ζεκείν, ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο. Όηαλ ην θνξηίν είλαη σκηθή αληίζηαζε, ε ζρέζε I=f(V) είλαη αλαινγηθή θαη ε γξαθηθή παξάζηαζε ζα αλαπαξηζηά κηα επζεία γξακκή. Σν ζεκείν ιεηηνπξγίαο επηδηψθνπκε πάληα λα ζπκπίπηεη κε ην εθάζηνηε ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο, 43
ψζηε λα απνδίδεηαη ζην θφξην ε κεγίζηε δπλαηή ηζρχο. Απηφ γίλεηαη εθηθηφ κε ηε ρξήζε ειεθηξνληθψλ δηαηάμεσλ πνπ αιιάδνπλ ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο φηαλ αιιάδνπλ νη ζπλζήθεο. σήμα 3.11 - Αλεζηξακκέλε I-V ΦΒ ζηνηρείνπ ζην ηεηαξηεκφξην πνπ παξέρεη ελέξγεηα. ην ίδην δηάγξακκα ζρεδηάζηεθε ε παξερνκέλε απφ απηφ θαη θάησ απφ ζηαζεξφ θσηηζκφ, ηζρχο P, σο ζπλάξηεζε ηεο ηάζεο V ζηα άθξα ηνπ θαηαλαισηή. Δπίζεο ζρεδηάζηεθε ε επζεία θφξηνπ (ΔΦ), γηα έλα σκηθφ θαηαλαισηή, κε αληίζηαζε R αληίζηνηρε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο ΜΗ ( ) 3.7 Ιζοδύναμο κςκλωμαηικό διάγπαμμα ενόρ ΦΒ ζηοισείος Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη ην ηζνδχλακν θπθισκαηηθφ δηάγξακκα ελφο ΦΒ πιαηζίνπ. Σν ηζνδχλακν θπθισκαηηθφ δηάγξακκα πεξηιακβάλεη κηα πεγή ζηαζεξνχ ξεχκαηνο ζε ζπλδπαζκφ κε κηα ηδαληθή δίνδν. ηε ζπλέρεηα έρνπκε ην κε ηδαληθφ ηκήκα ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ ην νπνίν πεξηιακβάλεη ηελ αληίζηαζε απσιεηψλ δηαξξνήο ηνπ ξεχκαηνο κεηαμχ ησλ άθξσλ ηνπ ζηνηρείνπ πνπ είλαη ζπλδεδεκέλε παξάιιεια, θαζψο θαη ηελ αληίζηαζε απσιεηψλ ζην δξφκν ξνήο ξεχκαηνο ηεο δηφδνπ πνπ αληηπξνζσπεχεηαη κε ηελ ζε ζεηξά κε ηε δίνδν αληίζηαζε. σήμα 3.12 - Ηζνδχλακν ειεθηξηθφ θχθισκα ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ 44
Ζ ελ ζεηξά αληίζηαζε R s έρεη ηηκή ε νπνία θπκαίλεηαη ζηα 0,1Ω έσο 0,3Ω. Ζ ηηκή ηεο παξάιιειεο αληίζηαζεο R sh πξέπεη λα είλαη >10 3 Ω. Σν ξεχκα πνπ δηαξξέεη έλα θνξηίν αλ ην ζπλδέζνπκε ζηα άθξα ηνπ παξαπάλσ θπθιψκαηνο είλαη: 3.8 Παπάγον πλήπωζηρ και απόδοζη ηος ΦΒ ζηοισείος Αλ απφ ην ζρήκα 3.10 ππνινγίζνπκε ην πειίθν ηνπ εκβαδνχ κε πιεπξέο I m θαη V m πξνο ην εκβαδφλ ηνπ παξαιιεινγξάκκνπ κε πιεπξέο I sc θαη V oc πνπ πεξηγξάθεη ηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ σο πεγήο ξεχκαηνο ζα καο δψζεη ηνλ παξάγνληα πιήξσζεο FF(fill factor) ν νπνίνο παίξλεη ηηκέο κεηαμχ 0 θαη 1. Όζν ε ηηκή ηνπ βξίζθεηαη πην θνληά ζην 1 ηφζν πεξηζζφηεξν πιεζηάδεη ζηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά ηεο πεγήο ζηαζεξνχ ξεχκαηνο. Σππηθέο ηηκέο ηνπ παξάγνληα πιήξσζεο είλαη 0,7 έσο 0,9. ηελ επηθάλεηα ελφο ΦΒ ζηνηρείνπ κε εκβαδφ S ε πξνζπίπηνπζα ηζρχο ηεο ΖΜ αθηηλνβνιίαο είλαη P in =E S. E: ππθλφηεηα ηζρχνο Ζ απφδνζε ηνπ ΦΒ ζηνηρείνπ νξίδεηαη σο ην πειίθν ηεο ειεθηξηθήο ηζρχο P m πνπ απνδίδεηαη απφ ην ΦΒ ζηνηρείν (ηζρχο ζηελ έμνδν), πξνο ηελ πξνζπίπηνπζα ηζρχ αθηηλνβνιίαο P in : 45
Ζ απφδνζε εμαξηάηαη απφ ηνλ ρξεζηκνπνηνχκελν εκηαγσγφ, απμάλεηαη δε κε ηελ αχμεζε ηεο ππθλφηεηαο ηζρχνο ηεο αθηηλνβνιίαο θαη κεηψλεηαη κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο. Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη νη ζεσξεηηθέο, εξγαζηεξηαθέο θαη βηνκεραληθέο απνδφζεηο ησλ πιαηζίσλ αλάινγα κε ην πιηθφ θαηαζθεπήο ηνπο. Ο βαζκφο απφδνζεο ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ ηνπ εκπνξίνπ είλαη κηθξφηεξνο απφ ηνλ αληίζηνηρν ζε πεηξακαηηθά κνληέια. Οη ιφγνη γηα ηνπο νπνίνπο ν βαζκφο απφδνζεο είλαη κηθξφηεξνο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ηνπ εκπνξίνπ είλαη: - Ζ αδπλακία πιήξνπο θάιπςεο ηεο γεσκεηξηθήο επηθάλεηαο ηνπ πιαηζίνπ απφ ηελ επηθάλεηα ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ αθνχ ε πξαγκαηηθή επηθάλεηα ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ πνπ απνηεινχλ ην πιαίζην είλαη κηθξφηεξε απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ πιαηζίνπ. Σν πειίθν ησλ δπν επηθαλεηψλ νλνκάδεηαη παξάγνληαο θάιπςεο (packing factor) θαη θαζνξίδεη ηελ πξνζθεξφκελε πξνο εθκεηάιιεπζε ξνε ελέξγεηαο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. 46
- Ζ αλνκνηνγέλεηα ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ πνπ ζπλζέηνπλ ην πιαίζην. - Ζ αληηαλαθιαζηηθφηεηα ηνπ παινπίλαθα. 3.9 σεδιαζμόρ και λειηοςπγία ενόρ ΦΒ πλαιζίος κπςζηαλλικού πςπιηίος Όπσο είλαη γλσζηφ, ην θιαζηθφ θξπζηαιιηθφ ειηαθφ θχηηαξν ππξηηίνπ πεξηιακβάλεη 2 δηαθνξεηηθά λνζεπκέλνπο εκηαγσγνχο νη φπνηνη δεκηνπξγνχλ κηα επαθή. ηελ πεξηνρή ηεο εκηαγσγηθήο επαθήο δεκηνπξγνχληαη δεχγε ειεθηξνλίσλ θαη νπψλ είηε ζεξκηθά (ιφγσ ηνπ φηη ε δηάηαμε βξίζθεηαη ζε νξηζκέλε ζεξκνθξαζία) είηε κε ηε δξάζε εμσηεξηθνχ θσηηζκνχ θαηάιιεινπ κήθνπο θχκαηνο. Ο εκηαγσγφο ζηνλ νπνίν πέθηεη ε ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη ηχπνπ n λνζεπκέλνο κε θψζθνξν. Ο άιινο εκηαγσγφο είλαη ηχπνπ p λνζεπκέλνο κε βφξην. ηελ έλσζε κεηαμχ ηνπο παξάγεηαη ειεθηξηθφ πεδίν ην νπνίν νδεγεί ζην δηαρσξηζκφ ησλ θνξηίσλ (e θαη νπψλ). Γηα λα πάξνπκε ελέξγεηα απφ ην ειηαθφ θχηηαξν πξέπεη λα εγθαηαζηαζνχλ κεηαιιηθέο επαθέο ζην κπξνζηηλφ (πάλσ απφ ηνλ n-ηχπνπ εκηαγσγφ) θαη ην πίζσ κέξνο (θάησ απφ ηνλ p-ηχπνπ εκηαγσγφ) ηνπ θπηηάξνπ. ην πίζσ κέξνο εθαξκφδνπκε έλα ζηξψκα επαθήο ζε φιε ηελ επηθάλεηα ρξεζηκνπνηψληαο αινπκίλην. Έκπξνζζελ πξέπεη λα εηζάγεηαη φζν ην δπλαηφλ πεξηζζφηεξν θσο. Δδψ ζπλήζσο ρξεζηκνπνηνχληαη επαθέο ππφ κνξθή ιεπηνχ πιέγκαηνο ή δνκήο δέληξσλ. Ζ επηκεηάιισζε ή ε ηνπνζέηεζε κηαο ιεπηήο ηαηλίαο (αληηαλαθιαζηηθφ επίζηξσκα) ηνπ ληηξηδίνπ ηνπ ππξηηίνπ ή ηνπ νμεηδίνπ ηηηάληνπ ζην κπξνζηηλφ κέξνο κεηψλεη ηελ αληαλάθιαζε. Όπσο έρεη πεξηγξάθεη φηαλ ειηαθή αθηηλνβνιία πέθηεη ζην ΦΒ ζηνηρείν, θνξείο θνξηίνπ ρσξίδνληαη θαη αλ ζπλδέζνπκε ζε απηφ έλα θνξηίν έρνπκε ξνε ξεχκαηνο. ην ΦΒ ζηνηρείν έρνπκε απψιεηεο ιφγσ επαλαζχλδεζεο, αληαλάθιαζεο θαη ζθίαζεο πνπ πξνθαινχληαη απφ ηηο κπξνζηηλέο επαθέο. Δπηπξφζζεηα, έλα κεγάιν πνζφ απφ ηελ ελέξγεηα κεγάινπ θαη κηθξνχ κήθνπο θχκαηνο αθηηλνβνιίαο δελ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί. Έλα επηπιένλ ηκήκα ηεο κε ρξεζηκνπνηνχκελεο ελέξγεηαο απνξξνθάηαη θαη κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκφηεηα. Γηα παξάδεηγκα νη απψιεηεο ζε έλα ΦΒ θξπζηαιιηθφ θχηηαξν είλαη: ην 100% ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, 47
- 3% αληαλάθιαζε θαη ζθίαζε νθεηιφκελε ζηηο κπξνζηηλέο επαθέο - 23% πνιχ ρακειή ελεξγεία θσηνλίνπ ζε κεγάινπ κήθνπο θχκαηνο αθηηλνβνιία - 32% πνιχ κεγάιε ελέξγεηα θσηνλίνπ ζε κηθξνχ κήθνπο θχκαηνο αθηηλνβνιία - 8,5% απψιεηεο επαλαζχλδεζεο - 20% δηαθνξα δπλακηθνχ ζην ΦΒ ζηνηρείν (ηδηαίηεξα ζηελ πεξηνρή θνξηίσλ ρψξνπ) - 0,5% ζε ζεηξά αληίζηαζε (σκηθέο απψιεηεο) Αληηζηνηρεί ζην 13% κε ρξεζηκνπνηνχκελεο ειεθηξηθήο ελεξγείαο. σήμα 3.13 - Σν ΦΒ ζηνηρείν κε ηηο επαθέο πνπ βξίζθνληαη ζην κπξνζηηλφ θαη ην πίζσ κέξνο ηνπ ζηνηρείνπ θαζψο θαη ην αληηαλαθιαζηηθφ επίζηξσκα Σα ειηαθά θχηηαξα θαηαζθεπάδνληαη ζπλήζσο ζε ζρήκα ηεηξάγσλν, εκηθπθιηθφ, εμαγσληθφ, θπθιηθφ θαη νξζνγψλην. Έρνπλ επηθξαηήζεη φκσο ηα ζρεδφλ ηεηξάγσλα. Ζ αλαπηπζζνκέλε ζπλερήο ειεθηξηθή ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ζε έλα ηππηθφ ΦΒ ζηνηρείν βξίζθεηαη ζηελ πεξηνρή 0,5-0,7 V, ελψ ην αληίζηνηρν ειεθηξηθφ ξεχκα βξίζθεηαη ζηελ πεξηνρή ησλ 10-40 ma/cm 2, γηα ππθλφηεηα ηζρχνο ειηαθνχ θσηφο 1 kw/m 2. Σν πάρνο ελφο ηππηθνχ ΦΒ ζηνηρείνπ είλαη πεξίπνπ 0,25 mm 2 ελψ ηα ηειεηφηεξα θηάλνπλ ηα 0,03 mm 2. 48
σήμα 3.14 Γηάθνξα ζρήκαηα ΦΒ θπηηάξσλ θαη ΦΒ πιαηζίσλ 3.10 Δίδη ηλιακού κςηηάπος Σα εκηαγσγηθά πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ειηαθά θχηηαξα κπνξεί λα είλαη ππξίηην, αξζεληθνχρν γάιιην(gaas), ηεινπξηνχρν θάδκην(cdte) ή δηζειελντλδηνχρνο ραιθφο (CuΗnSec). Σα θξπζηαιιηθά ΦΒ ζηνηρεία είλαη ηα πην επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελα. Έθηαλαλ ην 95% ησλ θπηηάξσλ ζηελ αγνξά ην 2006. Σν πην ζεκαληηθφ πιηθφ ζην θξπζηαιιηθφ ΦΒ ζηνηρείν είλαη ην ππξίηην ην νπνίν είλαη ην δεχηεξν ζε αθζνλία ζηνηρείν ζηε γε κεηά ην νμπγφλν. ηελ άκκν, ην ππξίηην πεξηέρεηαη κε ηε κνξθή ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ππξηηίνπ( SiO 2 ) θαη κε δηαδνρηθέο εξγαζίεο θαζαξηζκνχ ηνπ πξνθχπηεη ην ππξίηην (Si) κε πςειή θαζαξφηεηα (99,99%). Σα θσηνβνιηατθά ζηνηρεηά ππξηηίνπ δηαθξίλνληαη ζε 4 θαηεγνξίεο αλάινγα κε ηε δνκή ηνπ βαζηθνχ πιηθνχ ή ηνλ ηδηαίηεξν ηξφπν παξαζθεπήο ηνπο. 49
Σα εηδή είλαη: -ΦΒ ζηνηρεία θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ (Single-crystal Silicon). Σν βαζηθφ πιηθφ απηνχ ηνπ είδνπο είλαη ην κνλνθξπζηαιιηθφ θαη έρεη ζρεηηθά κεγάιν πάρνο. Ζ απφδνζε ηνπο ζε κνξθή θπςέιεο είλαη 21% έσο 24% ελψ κε ηε κνξθή ΦΒ πιαηζίνπ είλαη κεηαμχ 13% έσο 16% θαη έρεη πςειφ θφζηνο θαηαζθεπήο. -πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην (multicrystaline Silicon).Σν πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην παξέρεη ηε δπλαηφηεηα θαηαζθεπήο κεγάισλ επηθαλεηψλ. Απηφ ην είδνο απνηειείηαη απφ ιεπηά επηζηξψκαηα πάρνπο 10-50 κm. ηελ επηθάλεηα ηεο θπςέιεο δηαθξίλνληαη δηαθνξεηηθέο κνλνθξπζηαιιηθέο πεξηνρέο. Σα φξηα ησλ πεξηνρψλ απηψλ απνηεινχλ ζέζεηο παγίδεπζεο.άξα φζν κηθξφηεξν είλαη ην κήθνο ησλ νξηαθψλ πεξηνρψλ ηφζν θαιχηεξε είλαη ε ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηνπο. Γεληθά, φζν κεγαιχηεξεο είλαη νη δηαζηάζεηο ησλ κνλνθξπζηαιιηθψλ πεξηνρψλ ηνπ κνλνθξπζηαιιηθνχ ΦΒ ζηνηρείνπ ηφζν πςειφηεξε είλαη ε απφδνζε ηνπ. Ζ απφδνζε θπκαίλεηαη απφ 17% έσο 20% ζε εξγαζηεξηαθή κνξθή θπςειίδαο θαη απφ 10% έσο θαη 14% ζε βηνκεραληθή κνξθή ΦΒ πιαηζίνπ. Αθφκα ραξαθηεξίδεηαη απφ ζρεηηθά πςειή ρξνληθή ζηαζεξφηεηα ελψ ην θφζηνο παξαζθεπήο ηνπο είλαη ρακειφηεξν ζε ζρέζε κε ην κνλνθξπζηαιιηθφ. -ηαηλία(ribbon Silicon). Γεκηνπξγείηαη ιεπηή ηαηλία απφ ηεγκέλν πιηθφ. Δίλαη πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην κε απφδνζε πεξίπνπ 13%, έρεη πςειφ θφζηνο θαη πεξηνξηζκέλε βηνκεραληθή παξαγσγή. -άκνξθν ππξίηην. Πξφθεηηαη γηα ηερλνινγία ιεπηψλ επηζηξψζεσλ ή πκελίσλ κε πνιχ ρακειφ θφζηνο παξαζθεπήο ιφγσ ηεο κηθξήο ρξεζηκνπνηνχκελεο κάδαο πιηθνχ. Σν ιεπηφ επίζηξσκα ζρεκαηίδεηαη πάλσ ζε ππφζηξσκα ππνζηήξημεο ρακεινχ θφζηνπο. Ζ απφδνζε ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ απηψλ κεηψλεηαη έληνλα ζηα αξρηθά ζηάδηα θσηηζκνχ ηνπο, ζηα επίπεδα ηνπ 6% έσο 8%. Ζ ηερλνινγία απηή ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ παξαζθεπή ζχλζεησλ ΦΒ ζηνηρείσλ κε δηαδνρηθέο ελψζεηο 2-3 ζηξσκάησλ κε δηαθνξεηηθφ ελεξγεηαθφ ράζκα κε ζθνπφ ηελ αχμεζε ηνπ αμηνπνηήζηκνπ ηκήκαηνο ηνπ ειηαθνχ θάζκαηνο. Π.ρ. παξαζθεπάδνληαη ΦΒ ζηνηρεία απφ θξάκα Ππξηηίνπ κε 50
άλζξαθα θαη Γεξκάλην, ηξηψλ επαθψλ,a-sige( 1,4 ev), a-sic(1,85 ev), κε ζηαζεξνπνηεκέλε απφδνζε 13%. Κχξην ραξαθηεξηζηηθφ ηνπο είλαη ε δπλαηφηεηα δεκηνπξγίαο δηαδνρηθψλ ΦΒ ζηνηρείσλ ζε κεγάιεο επηθάλεηεο ΦΒ πιαηζίσλ. 3.11 Σπόπορ ζύνδεζηρ ΦΒ ζηοισείων Ζ ηάζε πνπ εθδειψλεη έλα ΦΒ ζηνηρείν ππξηηίνπ ζε θαλνληθή ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη έσο 0,5 V θαη ε ηζρχο πνπ παξάγεηαη δελ μεπεξλά ηα 0,4 W πεξίπνπ. Οη ηηκέο απηέο είλαη πνιχ κηθξέο γηα λα ηξνθνδνηήζνπλ ηηο ειεθηξηθέο θαηαλαιψζεηο. πλεπψο, γηα λα πάξνπκε ηελ επηζπκεηή ηζρχ πξέπεη λα ζπλδέζνπκε πνιιά καδί, θαηά ηξφπν αλάινγν ηεο ζχλδεζεο ησλ ειεθηξηθψλ πεγψλ. Σν ζχλνιν ησλ ζπλδεδεκέλσλ ΦΒ ζηνηρείσλ απνηειεί ηε βαζηθή δνκηθή κνλάδα, νλνκάδεηαη θσηνβνιηατθφ πιαίζην (module). Όηαλ 2 ή πεξηζζφηεξα πιαίζηα ζπλδεζνχλ κεηαμχ ηνπο ζρεκαηίδεηαη ην panel θαη φηαλ αξηζκφο panel ζπλδεζνχλ κεηαμχ ηνπο κεραληθά θαη ειεθηξηθά, απνηεινχλ ηελ θσηνβνιηατθή ζπζηνηρία ε νπνία είλαη κηα αλεμάξηεηε κνλάδα θσηνβνιηατθήο παξαγσγήο ηζρχνο. σήμα 3.15 ΦΒ ζηνηρείν, πιαίζην, πάλει θαη ζπζηνηρία Σα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ είηε ζε ζεηξά είηε παξάιιεια, αλάινγα κε ηνλ ζθνπφ, θαηά ηξφπν αλάινγν ηεο ζχλδεζεο ησλ ειεθηξηθψλ πεγψλ. H ζχλδεζε ζε ζεηξά Ν ΦΒ ζηνηρείσλ κε αθξηβψο ίδηα ραξαθηεξηζηηθά νδεγεί ζε ηάζε πνιιαπιάζηα ηεο ηάζεο αλνηρηνχ θπθιψκαηνο (V toc =Ν*V oc ) θαη ξεχκα βξαρπθχθισζεο ίζν κε ην ξεχκα ηνπ ελφο ζηνηρείνπ. Ζ 51
παξάιιειε ζχλδεζε Ν φκνησλ ΦΒ ζηνηρείσλ δίλεη έλα ζχλνιν κε ίδηα ηάζε αλνηρηνχ θπθιψκαηνο (V toc =V oc ) ελψ ην ξεχκα βξαρπθχθισζεο είλαη Ν θνξέο ηνπ ξεχκαηνο βξαρπθχθισζεο ηνπ ελφο (I sc =NI sc ). Ζ κεγίζηε ηζρχο πνπ παίξλνπκε απφ κηα ζπζηνηρία θπηηάξσλ ζα ηζνχηαη κε ην άζξνηζκα ησλ κέγηζησλ ηζρχσλ πνπ παίξλνπκε ρσξηζηά ζε θάζε ΦΒ ζηνηρείν. σήμα 3.16 - I-V ραξαθηεξηζηηθή θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ κε ζηνηρεία ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά θαη παξάιιεια Αλ ηα ζηνηρεία δελ είλαη φκνηα ζα πξνθχςνπλ εληειψο δηαθνξεηηθά ξεχκαηα θαη ηάζεηο απφ ηα παξαπάλσ. Γηα παξάδεηγκα, ζε ζχλδεζε ζε ζεηξά ζα πξνθχςεη ξεχκα ίζν κε ην ζηνηρείν κε ην κηθξφηεξν ξεχκα βξαρπθχθισζεο. 3.12 Πποβλήμαηα ζκίαζηρ ή βλάβηρ ενόρ ΦΒ ζηοισείος ηος πλαιζίος και διαηάξειρ πποζηαζίαρ ηηρ λειηοςπγίαρ ηων ΦΒ πλαιζίων Θεσξεηηθά έλα ΦΒ πιαίζην απνηειείηαη απφ ΦΒ ζηνηρεία κε ηα ίδηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά. Τπάξρεη φκσο ε πεξίπησζε ζθίαζεο ή βιάβεο ελφο ή πεξηζζφηεξσλ ζηνηρείσλ πνπ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε θαηαζηξνθή φινπ ηνπ πιαηζίνπ. Έρνπκε γηα παξάδεηγκα, έλα πιαίζην κε έλα ζηνηρείν θαηεζηξακκέλν. Γελ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα αληηθαηάζηαζεο ελφο κφλν ζηνηρείνπ, θαζψο ην ζηνηρείν απηφ ζα έρεη ηάζε ίζε θαη αληίζεηε κε ηελ ηάζε ησλ ππνινίπσλ ζηνηρείσλ, έηζη, αληί λα παξάγεη ηζρχ, θαηαλαιψλεη ηελ ηζρχ πνπ παξάγνπλ ηα ππφινηπα. Απηφ πξνθαιεί κεγάιε αχμεζε ηεο 52
ζεξκνθξαζίαο ηνπηθά, πηζαλή ζξαχζε θξπζηάιινπ ή αθφκα θαη πιήξε θαηαζηξνθή ηνπ. Σν θαηλφκελν απηφ νλνκάδεηαη ζεξκή θειίδα (hot spot). Πξνθξηκέλνπ λα κεηψζνπκε ην θαηλφκελν απηφ ζπλδένπκε δηφδνπο παξάιιεια ζε ηκήκαηα ΦΒ ζηνηρείσλ πνπ βξίζθνληαη ζε ζεηξά. Ζ δίνδνο απηή ιέγεηαη δίνδνο παξάθακςεο (bypass diode). Οη δίνδνη ζπκβάιινπλ ψζηε ε κείσζε ηεο ηζρχνο λα είλαη κηθξφηεξε φηαλ θάπνηα ζηνηρεία αλνηρηνθπθιψλνληαη. Δπίζεο ππάξρνπλ θαη νη δίνδνη απνκφλσζεο ή αληεπηζηξνθήο (Blocking or Isolation diode). Σα ΦΒ ζηνηρεία κηαο ΦΒ ζπζηνηρίαο ζπλδένληαη έηζη ψζηε λα ζρεκαηίδνπλ παξάιιεινπο θιάδνπο πνπ θαηαιήγνπλ, κέζσ ηνπ θνξηηζηή, ζηνλ ζπζζσξεπηή. Οη δίνδνη απνκφλσζεο ηνπνζεηεκέλνη ζε θάζε θιάδν εκπνδίδνπλ ηελ εθθφξηηζε ηνπ ζπζζσξεπηή κέζσ ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ηνπ θιάδνπ θαηά ηε δηάξθεηα ηε λχρηαο θαη γεληθφηεξα φηαλ ε ηάζε εμφδνπ είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ ηάζε ηνπ ζπζζσξεπηή. 53
54
Κεθάλαιο 4 Μεηαηροπείς Φωηοβοληαϊκών ζσζηημάηων ζσνδεδεμένων ζηο δίκησο 4.1 Σα είδη ηων Φωηοβοληαϊκών ζςζηημάηων ζςνδεδεμένων ζηο δίκηςο και από ηι αποηελούνηαι Τπάξρνπλ δπν θαηεγνξίεο ΦΒ ζπζηεκάησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν. ηελ πξψηε θαηεγνξία αλήθνπλ ηα ζπζηήκαηα κε θαηαλεκεκέλεο ΦΒ ζπζηνηρίεο νη νπνίεο είλαη ηνπνζεηεκέλεο ζε ζηέγεο ζπηηηψλ θαη εκπνξηθψλ θέληξσλ. Σηο ειηφινπζηεο κέξεο φπνπ ππάξρεη παξαγσγή ελέξγεηαο ε ΦΒ γελλήηξηα παξέρεη ηζρχ πξνο θαηαλάισζε ζηηο πηζαλέο νηθηαθέο θαηαλαιψζεηο, φπσο νη ειεθηξηθέο ζπζθεπέο, θαη αλ έρνπκε πεξίζζεπκα ελέξγεηαο, απηή παξέρεηαη ζην δίθηπν. Όηαλ δελ έρνπκε κεγάιε ειηνθάλεηα θαζψο θαη ηηο λχρηεο ηα θνξηία ηξνθνδνηνχληαη κφλν απφ ην δίθηπν. Ζ δεχηεξε θαηεγνξία αθνξά θεληξηθέο κνλάδεο ζηηο νπνίεο ζπζηνηρίεο ζπλδένληαη κε ππνζηαζκνχο θαη ζηε ζπλέρεηα κε ην δίθηπν. νη ΦΒ Έλα ΦΒ ζχζηεκα ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν απνηειείηαη απφ ηηο θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο, κηα κνλάδα κεηαηξνπήο ηζρχνο (ηνλ αληηζηξνθέα) θαη απηφκαηνπο δηαθφπηεο πξνζηαζίαο ηνπ αληηζηξνθέα DC-AC. σήμα 4.1 - Φσηνβνιηατθφ ζχζηεκα ζπλδεδεκέλν απεπζείαο κε ην δίθηπν 55
σήμα 4.2 - Φσηνβνιηατθφ ζχζηεκα ζπλδεδεκέλν κε ην δίθηπν ην νπνίν πξψηα ηξνθνδνηεί νηθηαθνχο θαηαλαισηέο 4.2 DC-AC Μεηαηποπέαρ (ανηιζηποθέαρ) Ο ειηαθφο αληηζηξνθέαο ζπλδέεη ηε ΦΒ ζπζηνηρία κε ην ελαιιαζζφκελν δίθηπν θαη ην ελαιιαζζφκελν θνξηίν. Ο βαζηθφο ηνπ ζθνπφο είλαη λα κεηαηξέπεη ην ειηαθφ ζπλερέο (DC) ξεχκα πνπ παξάγεηαη απφ ην ΦΒ ζηνηρείν ζε ελαιιαζζφκελν (AC) ξεχκα θαηάιιειεο ζπρλφηεηαο (50 Hz ή 60Ζz) θαη λα ην πξνζαξκφζεη ζην επίπεδν ηάζεο ηνπ ειεθηξηθνχ ζπζηήκαηνο ηνπ θηηξίνπ. Οη ζπλδεδεκέλνη ζην δίθηπν κεηαηξνπείο δηαθέξνπλ απφ απηνχο ησλ απηφλνκσλ ζπζηεκάησλ θαζψο πξέπεη λα αληαπνθξίλνληαη θαιά ηφζν ζηε ΦΒ γελλήηξηα φζν θαη ζηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ δηθηχνπ. ην θπθισκαηηθφ δηάγξακκα ζπκβνιίδεηαη : σήμα 4.3 πκβνιηζκφο ηνπ αληηζηξνθέα ζην θπθισκαηηθφ δηάγξακκα Ο ειηαθφο απηφο κεηαηξνπέαο νλνκάδεηαη DC-AC κεηαηξνπέαο. Γηαζέηεη ζχγρξνλα ειεθηξνληθά θαη ζπλεπψο ε κεηαηξνπή ζπλερνχο ζε ελαιιαζζφκελν ξεχκα επηθέξεη κφλν κηθξέο απψιεηεο. 56
Σα ΦΒ ζπζηήκαηα κε ηζρχ θάησ απφ 5 KWp (ή θάησ απφ έθηαζε πεξίπνπ 50 m 2 ) γεληθά απνηεινχλ κνλνθαζηθά ζπζηήκαηα θαη ρξεζηκνπνηνχλ κνλνθαζηθνχο αληηζηξνθείο. πζηήκαηα κε κεγαιχηεξε ηζρχ απνηεινχλ ηξηθαζηθφ ζχζηεκα. Ωζηφζν, πνιινί κνλνθαζηθνί κεηαηξνπείο κπνξνχλ λα κνηξαζηνχλ ηζάμηα κεηαμχ ησλ 3 θάζεσλ. σήμα 4.4 - Μνλνθαζηθφο αληηζηξνθέαο γέθπξαο σήμα 4.5 - Σξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο,απνηειείηαη απφ 3 ζηνηρεηψδεηο δηαθνπηηθνχο πφινπο Γηα λα απνδίδεη ην ζχζηεκα κέγηζηε ηζρχ πξέπεη ε ΦΒ ζπζηνηρία λα ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο (ΜΗ). Σν ΜΗ φπσο έρεη πξναλαθεξζεί αιιάδεη ζχκθσλα κε ηηο θιηκαηηθέο ζπλζήθεο. Έλαο αληρλεπηήο ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο εμαζθαιίδεη φηη ν αληηζηξνθέαο πξνζαξκφδεηαη ζε απηφ ην ζεκείν. πλεπψο, επεηδή ε ηάζε θαη ην ξεχκα ησλ ΦΒ ζηνηρείσλ πνηθίινπλ ζεκαληηθά ιφγσ θαηξηθψλ ζπλζεθψλ ζα πξέπεη ν αληηζηξνθέαο λα αιιάδεη ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο ηνπ ψζηε λα επηηπγράλεη βέιηηζηε ιεηηνπξγία. Ο αληρλεπηήο 57
ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο είλαη έλα ειεθηξνληθφ θχθισκα ην νπνίν πξνζαξκφδεη ηελ ηάζε ψζηε ν αληηζηξνθέαο λα ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν απηφ. Οη ζχγρξνλνη ζπλδεδεκέλνη κε ην δίθηπν αληηζηξνθείο κπνξνχλ λα εθηεινχλ ηηο παξαθάησ ιεηηνπξγίεο: Μεηαηξνπή ζπλερνχο ξεχκαηνο πνπ παξάγεηαη απφ ην ΦΒ ζηνηρείν ζε ελαιιαζζφκελν (AC). Πξνζαξκνγή ηνπ ζεκείνπ ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα ζην κέγηζην ζεκείν ηζρχνο ησλ πιαηζίσλ (ζεκείν εληνπηζκνχ). Καηαγξαθή ησλ δεδνκέλσλ ιεηηνπξγίαο θαη ζεκαηνδφηεζε (πρ κεηαθνξά δεδνκέλσλ θαη απνζήθεπζε ηνπο). Δγθαηάζηαζε DC θαη AC ζπζθεπψλ πξνζηαζίαο (πρ εζθαικέλε πξνζηαζία πνιηθφηεηαο, πξνζηαζία ππέξηαζεο θαη ππεξθφξησζεο, πξνζηαζία θαη παξαθνινχζεζε ηνπ εμνπιηζκνχ γηα ηελ ηήξεζε ησλ ζρεηηθψλ εζληθψλ θσδηθψλ θαη θαλνληζκψλ). Ο αληηζηξνθέαο είλαη ην δεχηεξν πην ζεκαληηθφ ζηνηρείν ελφο θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο κεηά ην ΦΒ πιαίζην γεγνλφο πνπ θαζηζηά απαξαίηεηε ηελ θαηάιιειε επηινγή αληηζηξνθέα. Ο αληηζηξνθέαο ζα πξέπεη λα ηθαλνπνίεη απαηηήζεηο φπσο: Τςειφ βαζκφ απφδνζεο Υακειφ θφζηνο θαη κεγάιε αμηνπηζηία πκκφξθσζε ζχκθσλα κε ηα πξφηππα IEEE 929-2000 θαη IEEE 1547. 4.3 Καηηγοπίερ DC-AC Μεηαηποπέων Οη κεηαηξνπείο DC-AC αλάινγα κε ηνλ ηχπν ηεο DC πιεπξάο ηνπο δηαρσξίδνληαη ζε κεηαηξνπείο ηχπνπ πεγήο ηάζεο θαη ζε κεηαηξνπείο ηχπνπ πεγήο ξεχκαηνο. πγθεθξηκέλα, αλ ζηελ DC πιεπξά ρξεζηκνπνηείηαη ππθλσηήο ή κπαηαξία γηα ηελ επίηεπμε ζηαζεξήο ηάζεο, ν κεηαηξνπέαο είλαη ηχπνπ πεγήο ηάζεο («voltage-source»), ελψ αλ ρξεζηκνπνηείηαη απηεπαγσγή γηα ηελ επίηεπμε ζηαζεξνχ ξεχκαηνο, ν κεηαηξνπέαο είλαη ηχπνπ πεγήο ξεχκαηνο («current-source»). Ο αληηζηξνθέαο ηχπνπ πεγήο ξεχκαηνο έρεη πεξηνξηζκέλεο εθαξκνγέο. 58
4.3.1 Ανηιζηποθείρ πηγήρ ηάζηρ Με θαηάιιειε δηακφξθσζε ησλ παικψλ ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ είλαη δπλαηφλ λα ειαηηψζνπκε ην κέγεζνο, ην βάξνο θαη ην θφζηνο ηνπ θίιηξνπ εμφδνπ ην νπνίν ηνπνζεηείηαη κεηαμχ ηνπ θνξηίνπ θαη ηεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ησλ αξκνληθψλ αλψηεξεο ηάμεο. Αλάινγα κε ηηο ηερληθέο πνπ εθαξκφδνληαη γηα ηε δηακφξθσζε ησλ παικψλ κπνξνχκε λα δηαρσξίζνπκε ηνπο αληηζηξνθείο πεγήο ηάζεο ζε αληηζηξνθείο κε δηακφξθσζε εχξνπο παικψλ (PWM), ζε αληηζηξνθείο ηεηξαγσληθνχ παικνχ θαη ζε κνλνθαζηθνχο αληηζηξνθείο κε απαινηθή ηάζεο. Αληηζηξνθείο κε δηακφξθσζε εχξνπο παικψλ (PWM) Ζ είζνδνο ησλ PWΜ κεηαηξνπέσλ είλαη DC ηάζε ζηαζεξνχ πιάηνπο. Ο αληηζηξνθέαο πξέπεη λα ειέγρεη ην πιάηνο θαη ηε ζπρλφηεηα ηεο AC ηάζεο εμφδνπ. Τπάξρνπλ δηάθνξεο κέζνδνη δηακφξθσζεο PWM ησλ δηαθνπηψλ ηνπ αληηζηξνθέα κε ζθνπφ ε AC ηάζε εμφδνπ ηνπ λα πιεζηάδεη ηελ εκηηνλνεηδή θπκαηνκνξθή. Πξνθεηκέλνπ λα επηηεπρζεί απηφ ζπγθξίλεηαη έλα εκηηνλνεηδέο ζήκα ειέγρνπ ζηελ επηζπκεηή ζπρλφηεηα κε κηα ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή. Ζ ζπρλφηεηα f s ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο θαζνξίδεη ηε ζπρλφηεηα κεηάβαζεο ηνπ αληηζηξνθέα δειαδή, ηε ζπρλφηεηα κε ηελ νπνία αιιάδνπλ θαηάζηαζε νη δηαθφπηεο ηνπ αληηζηξνθέα ψζηε δηαηεξείηαη γεληθά ζηαζεξή, φπσο θαη ην πιάηνο ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο. Σν ζήκα ειέγρνπ u control ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε δηακφξθσζε ηεο δηάξθεηαο αγσγήο έρεη κηα ζπρλφηεηα f 1 ε νπνία είλαη ε επηζπκεηή ζεκειηψδεο ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. ηελ εκηηνληθή δηακφξθσζε, φπσο θαη ζε θάζε δηακφξθσζε, παξνπζηάδνπλ ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ ηα αθφινπζα κεγέζε: πληειεζηήο δηακφξθσζεο πιάηνπο Όπνπ V control ην πιάηνο ηνπ ζήκαηνο ειέγρνπ θαη V tri ην πιάηνο ηνπ ηξηγσληθνχ ζήκαηνο ην νπνίν δηαηεξείηαη γεληθά ζηαζεξφ. 59
πληειεζηήο δηακφξθσζεο ζπρλφηεηαο Όπνπ f 1 ζεκειηψδεο ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο ηνπ αληηζηξνθέα θαη f s ε ζπρλφηεηα ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο. σήμα 4.6 Γηακφξθσζε εχξνπο παικψλ Αλάινγα κε ηελ ηηκή ησλ ζπληειεζηή δηακφξθσζεο, δηαθξίλνπκε ηηο αθφινπζεο πεξηπηψζεηο: Μηθξφο ( 21), νπφηε έρνπκε ζπγρξνληζκέλε δηακφξθσζε PWM. Γηα κηθξέο ηηκέο ηνπ, ην ζήκα ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο θαη ην ζήκα ειέγρνπ πξέπεη λα είλαη ζπγρξνληζκέλα κεηαμχ ηνπο. Ζ ζχγρξνλε δηακφξθσζε PWM απαηηεί αθέξαηε ηηκή ηνπ. Μεγάινο ( > 21), νπφηε ηα πιάηε ησλ ππναξκνληθψλ πνπ νθείινληαη ζε αζχγρξνλε δηακφξθσζε PWM είλαη κηθξά. πλεπψο, ζε κεγάιεο ηηκέο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ε αζχγρξνλε δηακφξθσζε, φπνπ ε ζπρλφηεηα ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο δηαηεξείηαη ζηαζεξή, ελψ ε ζπρλφηεηα ηνπ u control κεηαβάιιεηαη. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα λα πξνθχπηνπλ κε αθέξαηεο ηηκέο ηνπ. Ωζηφζν, αζχγρξνλε δηακφξθσζε PWM πξέπεη λα απνθεχγεηαη αθνχ ππναξκνληθέο θνληά ζηελ κεδεληθή ή ζηε κεδεληθή ζπρλφηεηα ζα έρνπλ σο απνηέιεζκα κεγάια ξεχκαηα ζην θνξηίν πνπ ζα ηξνθνδνηεί ν αληηζηξνθέαο. 60
Ζκηηνλνεηδήο ( 1), νπφηε έρνπκε εκηηνλνεηδή δηακφξθσζε PWM ζηε γξακκηθή πεξηνρή θαη ην πιάηνο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο ηεο ηάζεο κεηαβάιιεηαη γξακκηθά κε ηνλ m α. Ζ δηακφξθσζε απηή σζεί ηηο αξκνληθέο ζε κηα πεξηνρή πςειψλ ζπρλνηήησλ γχξσ απφ ηε ζπρλφηεηα κεηάβαζεο θαη ηηο πνιιαπιάζηεο ηεο. Ωζηφζν, έρεη ην κεηνλέθηεκα φηη ην κέγηζην δπλαηφ πιάηνο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο δελ είλαη ηφζν πςειφ φζν επηζπκείηαη. Απηφ είλαη θπζηθή ζπλέπεηα ησλ αηρκψλ ηεο θπκαηνκνξθήο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ. Τπεξδηακφξθσζε ( >1), νπφηε ε ηάζε εμφδνπ πεξηέρεη πεξηζζφηεξεο αξκνληθέο ζηηο πιεπξηθέο δψλεο ζε ζχγθξηζε κε ηε γξακκηθή πεξηνρή ( 1). Αθφκα, ην πιάηνο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο δελ κεηαβάιιεηαη γξακκηθά κε ηνλ ζπληειεζηή δηακφξθσζεο πιάηνπο. Αληηζηξνθείο κε ηεηξαγσληθή θπκαηνκνξθή ηνπο αληηζηξνθείο απηνχο, γηα ηνλ έιεγρν ηνπ πιάηνπο ηεο AC ηάζεο εμφδνπ, ειέγρεηαη ην πιάηνο ηεο DC ηάζεο εηζφδνπ. πλεπψο, ν αληηζηξνθέαο πξέπεη λα ειέγμεη κφλν ηε ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο εμφδνπ. Ζ AC ηάζε εμφδνπ έρεη θπκαηνκνξθή παξφκνηα κε ηεηξαγσληθή εμ νπ θαη ε νλνκαζία ηνπο. Μνλνθαζηθνί αληηζηξνθείο κε απαινηθή ηάζεο ε αληηζηξνθείο κε κνλνθαζηθή έμνδν είλαη δπλαηφο ν έιεγρνο ηνπ πιάηνπο θαη ηεο ζπρλφηεηαο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα, αλ θαη ε είζνδνο ηνπ αληηζηξνθέα είλαη κηα ζηαζεξή DC ηάζε θαη ζηνπο δηαθφπηεο ηνπ κεηαηξνπέα δελ επηβάιιεηαη δηακφξθσζε εχξνπο PWM (ε θπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμφδνπ είλαη ζρεδφλ ηεηξαγσληθή). Οη αληηζηξνθείο απηνί δειαδή, ζπλδπάδνπλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ δπν πξνεγνχκελσλ αληηζηξνθέσλ. 4.3.2 Δλεγσόμενοι από ηο δίκηςο μονοθαζικοί ανηιζηποθείρ Ζ βαζηθή ζπλδεζκνινγία ελφο ειεγρφκελνπ αληηζηξνθέα είλαη κηα θπθισκαηηθή γέθπξα κε ζπξίζηνξ (Thyristor (Th)). Ζ ρξήζε αληηζηξνθέσλ κε Th ζηελ ηερλνινγία ηνπ απηνκαηηζκνχ (ηερλνινγία θίλεζεο, ειεγθηέο θηλεηήξα, θιπ) νδήγεζε ζηε δεκηνπξγία ησλ πξψησλ ειηαθψλ αληηζηξνθέσλ. ε 61
κεγαιχηεξα ΦΒ ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη επίζεο αληηζηξνθείο κε Th, θπξηαξρνχλ φκσο νη IGBT (insulated gate bipolar transistor) αληηζηξνθείο. Ο ειεγρφκελνο απφ ην δίθηπν αληηζηξνθέαο ρξεζηκνπνηεί ηελ θχξηα ηάζε γηα λα θαζνξίζεη ηνπο παικνχο έλαπζεο θαη ζβέζεο γηα ηηο ζπζθεπέο κεηαγσγήο ηζρχνο. Κάζε δεχγνο Th ζηελ γέθπξα κεηαγάγεη πξψηα ηελ DC ηζρχ ζηε κηα θαηεχζπλζε θαη κεηά ζηελ άιιε, ζε ζπρλφηεηα 50 Hz. Σε ζηηγκή ηεο κεηαγσγήο ε ελέξγεηα απνζεθεχεηαη ζε ειεθηξνιπηηθνχο ππθλσηέο νη νπνίνη είλαη ζπλδεδεκέλνη παξάιιεια ζηελ DC είζνδν. Άπαμ θαη ηα Th αλάςνπλ δελ κπνξνχλ λα ζβήζνπλ ακέζσο, αθνχ γηα λα ζβήζνπλ απαηηείηαη κηα ηάζε. Σν θαηλφκελν απηφ νλνκάδεηαη κεηάβαζε (commutation). Γηα απηφ ην ιφγν νη κεηαηξνπείο νλνκάδνληαη ειεγρφκελνη απφ ην δίθηπν. Σν ξεχκα έρεη ηεηξαγσληθή κνξθή. Απηέο νη απνθιείζεηο απφ ην εκηηνλνεηδέο θχκα ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ πξνθαινχλ ζρεηηθά πςειέο αξκνληθέο ζπληζηψζεο κε ηαπηφρξνλε πςειή απνξξφθεζε αέξγνπ ηζρχνο απφ ην δίθηπν. Γηα λα πεξηνξίζνπκε ηηο αξκνληθέο ζπληζηψζεο απαηηείηαη εμνπιηζκφο αληηζηάζκηζεο θαη θίιηξα εμφδνπ. πλήζσο έλαο κεηαζρεκαηηζηήο (Μ\) ξεχκαηνο ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα απνκνλψζεη ην δίθηπν. ηηο ζχγρξνλεο ζπζθεπέο Th, νη παικνί έλαπζεο ζρεκαηίδνληαη απφ κηθξνεπεμεξγαζηή. Καζπζηέξεζε ηνπ παικνχ έλαπζεο είλαη πηζαλφ λα επηθέξεη MPP tracking. 4.3.3 Αςηομεηαγόμενοι ανηιζηποθείρ (self-commutated inverters) νπο απηνκεηαγφκελνπο αληηζηξνθείο, ζηε γέθπξα ρξεζηκνπνηνχληαη εκηαγσγηθά ζηνηρεία ηα νπνία κπνξνχλ λα αλάςνπλ θαη λα ζβήζνπλ. Αλάινγα απφ ηηο επηδφζεηο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ην επίπεδν ηάζεο ρξεζηκνπνηνχληαη ηα παξαθάησ εκηαγσγηθά ζηνηρεία: MOSFETs (έρνπλ πςειή δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο, πρ 100 KHz). Γηπνιηθά tr. GTOs (κε θαηάιιειν παικφ ζβέζεο κπνξεί λα ηεζεί ζε κε αγψγηκε θαηάζηαζε, ν νπνίνο φκσο, ζα πξέπεη λα έρεη πνιχ κεγαιχηεξε ηηκή απφ ηνλ παικφ έλαπζεο). 62
IGBTs (κε κηθξή ζπλερή ηάζε ζηελ πχιε ην ζηνηρείν θαζίζηαηαη αγψγηκν, αιιά κφιηο κεδεληζηεί απηή ε ηάζε δηαθφπηεηαη ε ξνε ηνπ θχξηνπ ξεχκαηνο, δειαδή ζπλδπάδεη ηε βαζηθή ηδηφηεηα ηνπ tr θαη ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ Th). Απηέο νη ζπζθεπέο κεηαγσγήο ρξεζηκνπνηψληαο ηελ αξρή ηεο δηακφξθσζεο πιάηνπο παικνχ επηηξέπνπλ θαιή αλαπαξάζηαζε ηνπ εκηηνλνεηδνχο θχκαηνο. σήμα 4.7 Απηνκεηαγφκελνο αληηζηξνθέαο Με ηαρεία αιιαγή (κεηαγσγή) ησλ ζπζθεπψλ κεηαγσγήο έλαπζεο θαη ζβέζεο ζε πεξηνρή ζπρλνηήησλ απφ 10 KHz έσο 100KHz, δεκηνπξγνχληαη παικνί, ησλ νπνίσλ ε δηάξθεηα θαη ε απφζηαζε δηακνξθψλνληαη ψζηε λα αληαπνθξίλνληαη ζην εκηηνλνεηδέο ζήκα. Έηζη, κεηά ηελ εμνκάιπλζε κε έλα βαζππεξαηφ θίιηξν (low-pass filter) ππάξρεη ζπκθσλία κεηαμχ ηεο ηζρχνο πνπ ηξνθνδνηείηαη θαη ηνπ εκηηνλνεηδνχο ζήκαηνο ηνπ δηθηχνπ. Γηα απηφ ην ιφγν, ε ηζρχο πνπ ηξνθνδνηείηαη έρεη κφλν ρακειήο ζπρλφηεηαο αξκνληθή ζπληζηψζα. Ζ απαίηεζε άεξγνπ ηζρχνο ησλ απηνκεηαγφκελσλ αληηζηξνθέσλ είλαη κηθξή. Δμαηηίαο ηεο πςειήο ζπρλφηεηαο κεηαγσγήο νη ζπζθεπέο απηέο γηα λα ζρεκαηίζνπλ παικνχο δεκηνπξγνχλ πςειήο ζπρλφηεηαο παξεκβνιέο. Απηφ ζεκαίλεη φηη πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε ηα πξνβιήκαηα ειεθηξνκαγλεηηθήο 63
ζπκβαηφηεηαο. Σα πξνβιήκαηα απηά εμαιείθνληαη κε ηε ρξήζε θαηάιιεισλ πξνζηαηεπηηθψλ θπθισκάησλ θαη έιεγρνπ ηνπ εμνπιηζκνχ. Οη απηνκεηαγφκελνη αληηζηξνθείο είλαη θαηάιιεινη γηα απηφλνκα δίθηπα. Αλ ζπλδεζνχλ ζην θχξην ειεθηξηθφ δίθηπν ε ζπρλφηεηα ηεο ηζρχο πνπ παξέρεηαη ζην δίθηπν πξέπεη λα είλαη ζπγρξνληζκέλε κε ηελ ζπρλφηεηα ηνπ. Απηνκεηαγφκελνη αληηζηξνθείο κε κεηαζρεκαηηζηή ρακειήο ζπρλφηεηαο (LF transformer) Σφζν ζηνπο απηνκεηαγφκελνπο φζν θαη ζηνπο ειεγρφκελνπο απφ ην δίθηπν κεηαηξνπείο, ρξεζηκνπνηνχληαη ζπρλά κεηαζρεκαηηζηέο ρακειήο ζπρλφηεηαο ησλ 50 Hz γηα λα πξνζαξκφζνπλ ηελ ηάζε ζην δίθηπν. Σν καγλεηηθφ πεδίν ηνπ κεηαζρεκαηηζηή ρσξίδεη (απνκνλψλεη ειεθηξηθά) ην DC θχθισκα απφ ην AC θχθισκα. Έλαο ηππηθφο απηνκεηαγφκελνο κεηαηξνπέαο κε ρακειήο ζπρλφηεηαο κεηαζρεκαηηζηή απνηειείηαη απφ ηα παξαθάησ θπθισκαηηθά ζηνηρεία: Διεγθηή κεηαγσγήο (κεηαηξνπέαο ππνβηβαζκνχ), Πιήξε γέθπξα, Μ\, Αληρλεπηή ΜΗ, Κχθισκα παξαθνινχζεζεο κε ENS ( παξαθνινχζεζε δηθηχνπ κε ζπζθεπέο κεηαγσγήο ) παξαθνινχζεζε δηθηχνπ. Ζ ειεθηξηθή απνκφλσζε κέζσ ηνπ Μ\ επηηξέπεη ζηελ ΦΒ ζπζηνηρία λα ζρεδηαζηεί γηα αζθαιή πνιχ ρακειή ηάζε (SELV). Δπηπξφζζεηα ε ΦΒ ζπζηνηρία δελ ρξεηάδεηαη δπλακηθφ εμηζνξξφπεζεο. Ο Μ\ κεηψλεη ηελ ειεθηξνκαγλεηηθή παξεκβνιή, σζηφζν κπνξεί λα πξνθαιέζεη απψιεηεο ηζρχνο, αχμεζε ηνπ κεγέζνπο θαη ηνπ βάξνπο ελψ ην θφζηνο γηα ηνλ εμνπιηζκφ απμάλεη. Έηζη, πνιινί θαηαζθεπαζηέο ρξεζηκνπνηνχλ κηθξφηεξν Μ\ ή ηνλ παξαιείπνπλ ηειείσο. 64
Απηνκεηαγφκελνη αληηζηξνθείο κε κεηαζρεκαηηζηή πςειήο ζπρλφηεηαο (HF transformer) Οη Μ\ πςειήο ζπρλφηεηαο έρνπλ ζπρλφηεηα απφ 10 KHz έσο 50 KHz. Οη Μ\ απηνί ζπγθξηλφκελνη κε ηνπο Μ\ ΥΣ έρνπλ κηθξφηεξεο απψιεηεο, είλαη κηθξφηεξνη ζε κέγεζνο, ζε βάξνο θαη ζε θφζηνο. Ωζηφζν ην θχθισκα κε πςειήο ζπρλφηεηαο Μ\ είλαη πην πεξίπινθν νπφηε ε δηαθνξά ζην θφζηνο δελ είλαη ζεκαληηθά κεγάιε. Αληηζηξνθέαο ρσξίο κεηαζρεκαηηζηή Οη αληηζηξνθείο ρσξίο Μ\ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ρακειφηεξεο ηζρείο. Οη απψιεηεο ηνπ αληηζηξνθέα κεηψλνληαη θαζψο επίζεο θαη ην βάξνο θαη ην θφζηνο ηνπ. Ζ ηάζε ηεο ΦΒ γελλήηξηαο πξέπεη είηε λα είλαη ζεκαληηθά πςειφηεξε απφ ηελ ηηκή θνξπθήο ηεο ηάζεο ηνπ δηθηχνπ είηε λα αιιάμεη ρξεζηκνπνηψληαο έλα DC-DC αλπςσηή κεηαηξνπέα ζηνλ αληηζηξνθέα. Όπνπ ρξεζηκνπνηνχληαη DC-DC κεηαηξνπείο πξνθχπηνπλ επηπιένλ απψιεηεο, εμαιείθνληαο ελ κέξεη ηηο απψιεηεο ηνπ Μ\ πνπ απνθεχγνληαη. Ζ έιιεηςε ειεθηξηθήο απνκφλσζεο κεηαμχ ηνπ DC θαη AC θπθιψκαηνο ζηνλ αληηζηξνθέα ρσξίο Μ\ δεκηνπξγεί πςειέο απαηηήζεηο ειεθηξηθήο αζθάιεηαο. σήμα 4.8 Αληηζηξνθέαο ρσξίο κεηαζρεκαηηζηή 65
4.4 Ανάλςζη ηος DC-AC μονοθαζικού ανηιζηποθέα γέθςπαρ με θςπίζηοπ Έρνπκε ηνλ παξαθάησ κνλνθαζηθφ αληηζηξνθέα γέθπξαο κε ζπξίζηνξ, ν νπνίνο είλαη ζπλδεδεκέλνο κε κηα πεγή ηάζεο θαη έλα θνξηίν. σήμα 4.9 Μνλνθαζηθφο αληηζηξνθέαο γέθπξαο κε ζπξίζηνξ Αξρηθά, ζηελ πξψηε εκηπεξίνδν ην ξεχκα δηαξξέεη ηα Th Q1, Q3. ηε ζπλέρεηα γίλεηαη κεηαγσγή θαη ην ξεχκα δηαξξέεη απφ ηα Q2, Q4, νπφηε ε ηάζε πνπ ζα πξνθχςεη ζα είλαη ηεηξαγσληθή. ηελ πξψηε γξαθηθή παξάζηαζε βιέπνπκε πφηε άγεη θάζε Σh ελψ ζηε δεχηεξε παξνπζηάδεηαη ε ηάζε πνπ πξνθχπηεη. 66
Δπεηδή φκσο, ην θνξηίν κπνξεί λα πεξηέρεη ζηνηρεία πνπ απνζεθεχνπλ ελέξγεηα (C,L) ην ξεχκα θνξηίνπ i 0 δελ αιιάδεη ηαπηφρξνλα πνιηθφηεηα κε ηελ ηάζε θνξηίνπ. Έηζη ρξεζηκνπνηνχληαη δίνδνη πνπ είλαη ηνπνζεηεκέλεο αληηπαξάιιεια ησλ ζπξίζηνξ νη νπνίεο ζα επηηξέπνπλ ξνε ξεχκαηνο θαη κεηά ην ζβήζηκν ησλ ζπξίζηνξ. Αλ ην θνξηίν είλαη R,L θχθισκα ζην νπνίν εθαξκφδεηαη ηάζε ηεηξαγσληθήο κνξθήο πιάηνπο V θαη πεξίνδν Σ, ην ηζνδχλακν θχθισκα ζα είλαη : Γηα γσλία έλαπζεο α=0 νη θπκαηνκνξθέο παξνπζηάδνληαη παξαθάησ: 67
Γηα ηζρχεη Ζ ιχζε ηεο παξαπάλσ δηαθνξηθήο εμίζσζεο δίλεη ηε γεληθή έθθξαζε ηνπ ξεχκαηνο i o ζπλαξηήζεη ηνπ ρξφλνπ. Οη ηηκέο ηνπ ξεχκαηνο φκσο κπνξνχλ πην εχθνια λα πξνθχςνπλ απφ αλάιπζε Fourier. Ζ κεηαβνιή ηεο ηάζεο U o ζπλαξηήζεη ηνπ ρξφλνπ πεξηγξάθεηαη κε κηα ζεηξά Fourier : Δλψ ην ξεχκα πεξηγξάθεηαη απφ ηε ζεηξά Όπνπ 68
4.5 Υαπακηηπιζηικά και ιδιόηηηερ ηων ζςνδεδεμένων ζηο δίκηςο ανηιζηποθέων Απφδνζε κεηαηξνπήο ε con Ζ απφδνζε κεηαηξνπήο πεξηγξάθεη ηηο απψιεηεο πνπ πξνθχπηνπλ φηαλ κεηαηξέπεηαη ην ζπλερέο ξεχκα ζε ελαιιαζζφκελν. ηνπο αληηζηξνθείο, απηέο πεξηιακβάλνπλ ηηο απψιεηεο πνπ πξνθιήζεθαλ απφ ην κεηαζρεκαηηζηή, απφ ηηο ζπζθεπέο κεηαγσγήο ηεο ηζρχνο θαη απφ ηε δηθή ηνπο θαηαλάισζε γηα ηε δηαρείξηζε, ηνλ έιεγρν, ηελ θαηαγξαθή ησλ δεδνκέλσλ θιπ. Ζ απφδνζε κεηαηξνπήο είλαη άκεζα εμαξηεκέλε απφ ηελ ηζρχ εηζφδνπ. Δπίζεο αιιάδεη ζε κηθξφ πνζνζηφ αλάινγα κε ηελ ηάζε εηζφδνπ. Απφδνζε αλίρλεπζεο ε TR (tracking efficiency) Οη πξψηνη αληηζηξνθείο είραλ ελζσκαησκέλν ειεγθηή ζεκείνπ (έηζη ην ζεκείν ηνπ αληηζηξνθέα είρε νξηζηεί ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ηάζε). Οπνηαδήπνηε πξνζαξκνγή κε ηηο κεηαβαιιφκελεο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο ήηαλ δπλαηή κφλν ζε πνιχ πεξηνξηζκέλν βαζκφ. Ο αληηζηξνθέαο ζηα ζπλδεδεκέλα κε ην δίθηπν ΦΒ ζπζηήκαηα πξέπεη λα εμαζθαιίδεη ηελ θαιχηεξε δπλαηή πξνζαξκνγή ζηε ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο κε ηελ φπνηα είλαη ζπλδεδεκέλνο (I-V ραξαθηεξηζηηθή). Καηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο νη ιεηηνπξγηθέο παξάκεηξνη ζηε ΦΒ ζπζηνηρία αιιάδνπλ ζπλερψο. Ζ δηαθνξεηηθή αθηηλνβνιία θαη νη ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο αιιάδνπλ ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο (ΜΗ). Γηα λα κεηαηξέπνπκε πάληα ηε κέγηζηε ειηαθή αθηηλνβνιία ζε ελαιιαζζφκελν ξεχκα ν αληηζηξνθέαο πξέπεη απηφκαηα λα θαζνξίδεη θαη λα παξαθνινπζεί ην βέιηηζην ζεκείν ιεηηνπξγίαο. Ζ πνηφηεηα ηεο πξνζαξκνγήο ζην βέιηηζην ζεκείν πεξηγξάθεηαη απφ ηελ απφδνζε αλίρλεπζεο: 69
Ζ δηαθχκαλζε ηνπ ζεκείνπ ιεηηνπξγίαο πνπ πξνθαιείηαη απφ αλεπηζχκεηε ζχδεπμε ηεο ζπρλφηεηαο ηεο ηάζεο δίθηπν ζηελ DC πιεπξά πξέπεη λα είλαη φζν ην δπλαηφλ κηθξφηεξε. Απηφ ην θαηλφκελν ζπκβαίλεη θπξίσο ζηνπο αληηζηξνθείο ρσξίο Μ/. Ζ ηαρχηεηα πξνζαξκνγήο ηνπ ζπζηήκαηνο αλίρλεπζεο ηνπ ΜΗ θαζνξίδεη ην ρξφλν θαηά ηνλ νπνίν νη θνξπθέο (peaks) αθηηλνβνιίαο κηθξήο δηάξθεηαο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ, φπσο ζπκβαίλεη ζηηο κέξεο φπνπ ε ππθλφηεηα ησλ ζχλλεθσλ αιιάδεη ζπλερψο. Ωζηφζν, νη πςειέο θνξπθέο ηζρχνο πάλσ απφ 1000 W/m 2 ζπλήζσο θφβνληαη απφ ην φξην ηζρχνο ηνπ αληηζηξνθέα. ηαηηθή απφδνζε (static efficiency) ε INV Ζ απφδνζε απηή είλαη πξντφλ ησλ δπν πξνεγνχκελσλ απνδφζεσλ, ηεο απφδνζεο κεηαηξνπήο θαη ηεο απφδνζεο αλίρλεπζεο. Ζ ζηαηηθή απφδνζε κπνξεί λα ππνινγίδεηαη γηα ηα δηάθνξα θνξηία. Γεληθά, κφλν ε απφδνζε κεηαηξνπήο πνπ επηηπγράλεηαη θαηά ηελ νλνκαζηηθή ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα αλαθέξεηαη σο ε νλνκαζηηθή απφδνζε. Ζ κέγηζηε απφδνζε πνπ ζπρλά αλαθέξεηαη, έρεη ηηκή 50% κε 80% ηεο νλνκαζηηθήο ηζρχνο. Δπξσπατθή απφδνζε ε Euro Πξνθεηκέλνπ λα θαηαζηεί δπλαηή θαη λα δηεπθνιχλεη ηε ζχγθξηζε ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο ησλ δηαθφξσλ κεηαηξνπέσλ, εηζήρζε έλα επξσπατθφ πξφηππν κέηξεζεο ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο, ε επξσπατθή απφδνζε ε Euro. Απηή είλαη κηα δπλακηθή απφδνζε ζηαζκηζκέλε γηα ην επξσπατθφ θιίκα. Γηα λα ππνινγίζνπκε ηελ επξσπατθή απφδνζε, ρξεζηκνπνηνχληαη νη επφκελεο έμη απνδφζεηο ζε δηαθνξεηηθέο εμφδνπο: 70
Ζ ηηκή δίλεη ηελ απφδνζε ζηελ νλνκαζηηθή θαηάζηαζε. Σφηε ε ηζρχο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο αληαπνθξίλεηαη ζηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηνπ αληηζηξνθέα (P PV =P ninv ). Καηά κέζν φξν, απφδνζε 100% ηνπ θνξηίνπ ηνπ αληηζηξνθέα ζεσξείηαη φηη επηηπγράλεηαη θαηά ην 20% ηνπ ρξφλνπ ιεηηνπξγίαο εληφο ηνπ έηνπο. Ζ 50% ηεο ηζρχο ηεο ζπζηνηρίαο δίλεηαη ην πεξηζζφηεξν βάξνο ηεο ηηκήο ηεο επξσπατθήο απφδνζεο. Σν 50% ηνπ θνξηίνπ ηνπ αληηζηξνθέα ζεσξείηαη ην 48% ηνπ ρξφλνπ ιεηηνπξγίαο εληφο ηνπ έηνπο. Όκνηα πξνθχπηνπλ θαη ηα ππφινηπα. Ζ επξσπατθή απφδνζε επηηξέπεη ηε ζχγθξηζε ηεο απφδνζεο δηαθνξεηηθψλ αληηζηξνθέσλ. Απηή είλαη κηα ζηαζκηζκέλε απφδνζε γηα ηνλ θεληξηθφ επξσπατθφ θιίκα. Οη πην πξφζθαηνη αληηζηξνθείο επηηπγράλνπλ απφδνζε απφ 92% έσο 96%. Ωζηφζν ζπρλά ππνινγίδεηαη απφ ηνπο θαηαζθεπαζηέο κφλν ζηελ νλνκαζηηθή ηάζε, ελψ ην ΜΗ πνηθίιεη ζε επξείαο θιίκαθαο ηάζε. Γηα απηφ ην ιφγν ε απφδνζε πξέπεη λα ππνινγίδεηαη απφ ηνπο θαηαζθεπαζηέο ζχκθσλα κε ην πξφηππν IEC 61683 «Photovoltaic Systems- Power Conditions-Procedure for Measuring Efficiency». χκθσλα κε απηφ ε απφδνζε ππνινγίδεηαη ζε ζεξκνθξαζία 25 ν C ± 2 ν C θαη ζηηο αθφινπζεο 3 ηάζεηο: 1. Διάρηζηε ηάζε εηζφδνπ 2. Ολνκαζηηθή ηάζε 3. 90% ηεο κέγηζηεο ηάζεο εηζφδνπ 4.6 Γιαζύνδεζη με ηο δίκηςο Γηα ηε δηαζχλδεζε ησλ θσηνβνιηατθψλ κε ην δίθηπν ρξεηάδεηαη έλα ειεθηξνληθφ θχθισκα ηζρχνο. Δίλαη επηζπκεηφ ν αληηζηξνθέαο λα ιεηηνπξγεί ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Απφ ηα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία ζα έπξεπε λα παξέρεηαη έλα θαζαξφ DC ξεχκα, θαζψο ε κείσζε ηεο απνξξνθνχκελεο ηζρχνο δελ είλαη κεγάιε, αθφκα θαη κε ηελ παξνπζία κηθξνχ ξεχκαηνο θπκάησζεο (πρ. κηα θπκάησζε ηεο ηάμεο ηνπ 5% ζην ξεχκα, νδεγεί ζε 71
κείσζε ηεο ηζρχνο κηθξφηεξε ηνπ 1%). Γηα λα ιεηηνπξγεί ε ζπζηνηρία δηαξθψο ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο, ρξεζηκνπνηείηαη κηα κέζνδνο δηαηαξαρήο θαη ξχζκηζεο ε νπνία νλνκάδεηαη ηερληθή θπκάησζεο (dithering). Αλά ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα φηαλ ην ξεχκα δηαηαξάζζεηαη ξπζκίδεη ηελ ηάζε εμφδνπ. Αλ έλα απμεκέλν ξεχκα πξνθαιεί κεγαιχηεξε ηζρχ, απμάλεηαη ην ξεχκα αθφκα πεξηζζφηεξν κέρξη λα θακθζεί ε ηζρχο εμφδνπ. Αλ αχμεζε ηνπ ξεχκαηνο πξνθαιεί κηθξφηεξε ηζρχ απφ πξηλ, ην ξεχκα ειαηηψλεηαη κέρξη ε ηζρχο εμφδνπ λα ζηακαηήζεη λα απμάλεηαη θαη λα αξρίζεη λα κεηψλεηαη. Σν ξεχκα πνπ ζα παξέρεηαη ζην δίθηπν πξέπεη λα είλαη εκηηνλνεηδέο κε ζπληειεζηή ηζρχνο ζρεδφλ κνλαδηαίν. Μνλνθαζηθή δηαζχλδεζε Μπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλαλ κεηαηξνπέα ηεο ηάζεο ηνπ δηθηχνπ κε έιεγρν θάζεο φπνπ ε ειεθηξηθή απνκφλσζε παξέρεηαη απφ έλα Μ/ ησλ 50 Hz. ηελ AC πιεπξά ρξεηάδνληαη θίιηξα θαη αληηζηάζκηζε ηεο αέξγνπ ηζρχνο, αθνχ ην ξεχκα εμφδνπ ζα πεξηέρεη αξκνληθέο θαη ζα παξνπζηάδεηαη επαγσγηθφο ζπληειεζηήο ηζρχνο. Αθφκα ζα κπνξνχζε λα ρξεζηκνπνηεζεί έλαο κεηαηξνπέαο δηαθνπηηθνχ ηχπνπ κε δηακφξθσζε PWM, φπνπ ε ειεθηξηθή απνκφλσζε παξέρεηαη κε Μ/ ησλ 50 Ζz. Όκσο, αθνχ ην ξεχκα εμφδνπ ειέγρεηαη, ψζηε λα είλαη ζε θάζε κε ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο, γηα ηελ ειεθηξηθή απνκφλσζε ζα ζπλέθεξε νηθνλνκηθά ε ρξήζε ελφο Μ/ πςειήο ζπρλφηεηαο φπσο ζπκβαίλεη ζην παξαθάησ ζρήκα. σήμα 4.10 Γηαζχλδεζε πςειήο ζπρλφηεηαο ΦΒ ζπζηήκαηνο ε απηή ηελ πεξίπησζε ε DC ηάζε εηζφδνπ αληηζηξέθεηαη γηα λα ηξνθνδνηεζεί κε πςειή ζπρλφηεηα ην πξσηεχνλ ηνπ Μ/. Ζ ηάζε ζην δεπηεξεχνλ θαη ε παξαγφκελε DC ηάζε ζπλδέεηαη κε ηελ ηάζε ηεο γξακκήο 72
κέζσ ελφο κεηαηξνπέα ηεο ηάζεο ηνπ δηθηχνπ κε Th. Αθνχ ην ξεχκα ηεο γξακκήο πξέπεη λα είλαη εκηηνλνεηδέο θαη ζπκθαζηθφ κε ηελ ηάζε ηεο γξακκήο, κεηξηέηαη ε ηάζε ηεο γξακκήο, γηα ηε δεκηνπξγία κηαο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο γηα ην εκηηνλνεηδέο ξεχκα γξακκήο i * s. Σν πιάηνο ηνπ ξεχκαηνο θαζνξίδεηαη απφ ηνλ ειεγθηή κέγηζηεο ηζρχνο κε ηε βνήζεηα ηεο ηερληθήο θπκάησζεο. Σν ξεχκα i * s πνιιαπιαζηαζκέλν επί ην ιφγν κεηαζρεκαηηζκνχ ηνπ Μ/ ζπκπεξηθέξεηαη σο ξεχκα αλαθνξάο γηα ηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα δηαθνπηηθνχ ηχπνπ. Σξηθαζηθή δηαζχλδεζε ε επίπεδν ηζρχνο πάλσ απφ κεξηθά kw είλαη πξνηηκφηεξν λα ρξεζηκνπνηείηαη ηξηθαζηθή δηαζχλδεζε. Ζκηηνλνεηδή ξεχκαηα κε ζρεδφλ κνλαδηαίν ζπληειεζηή ηζρχνο κπνξνχλ λα ιεθζνχλ κε ηε ρξήζε ηνπ DC-AC αληηζηξνθέα δηαθνπηηθνχ ηχπνπ κε έιεγρν ξεχκαηνο. Δπίζεο ρξεηάδεηαη ηξηθαζηθφο Μ/ γηα λα παξέρεη ηελ ειεθηξηθή απνκφλσζε. 4.7 ςμπεπιθοπά καηά ηην ςπεπθόπηωζη ε ζπζηήκαηα πνπ δελ έρνπλ ην βέιηηζην πξνζαλαηνιηζκφ ή ζπζηήκαηα κε κεξηθή ζθίαζε, κπνξεί λα παξνπζηαζηεί ππεξθφξησζε. Γηα ην ζσζηφ ζρεδηαζκφ, είλαη ζεκαληηθφ λα εμεηαζηεί ε ζπκπεξηθνξά ηνπ αληηζηξνθέα ππφ ζπλζήθεο ππεξθφξησζεο. Δάλ έλαο κεηαηξνπέαο ππφθεηηαη θνξηίν πάλσ απφ ην νλνκαζηηθφ ηνπ θνξηίν, ηα ειεθηξνληθά κέξε ηνπ ππφθεηληαη κεγαιχηεξν ζεξκηθφ θνξηίν. Μηα ζχληνκε ππεξθφξησζε δελ ζα πξνθαιέζεη ζεκαληηθή ππεξζέξκαλζε ζηα ζπζηαηηθά θαη γεληθά δελ ζα πξνθαιέζεη θάπνηα βιάβε ζηε ζπζθεπή. Ο έιεγρνο κείσζεο ηεο ηζρχνο ελεξγνπνηείηαη ζεξκηθά. Μφιηο επηηεπρζεί ε θξίζηκε ζεξκνθξαζία ζπληζηψζα, ε ηζρχο κεηψλεηαη. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα, ε κέγηζηε ηζρχο λα επεξεάδεηαη επίζεο απφ ηε ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο ηνπ κεηαηξνπέα. Πνιιέο ζπζθεπέο δηαζέηνπλ επηπιένλ αλεκηζηήξεο πνπ σζνχλ πξνο ηα πάλσ ηε κείσζε ηνπ νξίνπ ηζρχνο. Ζ ηζρχο ζπρλά πεξηνξίδεηαη απφ ηε κεηαηφπηζε ηνπ ζεκείνπ ιεηηνπξγίαο θαη ν κεηαηξνπέαο δελ ιεηηνπξγεί πιένλ ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Δίλαη επίζεο δπλαηφ λα πεξηνξίζνπκε ηελ ηζρχ απφ ηε κεηαγσγή ηνπ αληηζηξνθέα ελαιιάμ on θαη off. Οη αληηζηξνθείο γεληθά 73
αξρίδνπλ λα κεηψλνπλ ηελ ηζρχ ζε πνζά πνπ ππεξβαίλνπλ ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ εμφδνπ. 4.8 Δπιλογή μεηαηποπέα ηάζεωρ DC-AC Γηα ηελ επηινγή ελφο κεηαηξνπέα ζπλερνχο ηάζεσο DC ζε ελαιιαζζφκελε ηάζε AC ιακβάλνπκε ππφςε ηηο εμήο ηέζζεξηο παξακέηξνπο: - Ολνκαζηηθή ηάζε Ζ νλνκαζηηθή ηάζε πξέπεη λα έρεη ηηκή ίζε κε ηελ ηάζε ηνπ ζπζζσξεπηή αλ απηφο ππάξρεη. - Ηζρχο εμφδνπ Ζ ηζρχο ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα πξέπεη λα είλαη ίζε κε ηε κέγηζηε ειεθηξηθή ηζρχ ησλ θνξηίσλ θαηαλάισζεο, πνπ ιεηηνπξγνχλ ηαπηφρξνλα. - Ηζρχο αηρκήο Ζ ηζρχο αηρκήο πξέπεη λα είλαη ηξηπιάζηα ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο ησλ θνξηίσλ θαηαλάισζεο, πνπ ιεηηνπξγνχλ ηαπηφρξνλα. - Σάζε εμφδνπ Ζ ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα πξέπεη λα είλαη ίζε κε ηελ ηάζε ησλ θνξηίσλ θαηαλάισζεο. Δίλαη ζεκαληηθφ λα αλαθέξνπκε φηη ζε θάζε ΦΒ ζηαζκφ παξαγσγήο ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο, ε ΓΔΖ απαηηεί ηελ χπαξμε πξνζηαζίαο απφδεπμεο κέζσ δηαηάμεσλ ηνπ κεηαηξνπέα ηάζεσο DC - AC, έηζη ψζηε ν ζηαζκφο λα απνζπλδέεηαη ζε πεξίπησζε έιιεηςεο ηάζεσο απφ ην δίθηπν ηεο ΓΔΖ (απνθπγή θαηλνκέλνπ λεζηδνπνίεζεο), ή φηαλ ε ηάζε θαη ε ζπρλφηεηα ηνπ ξεχκαηνο απνθιίλνπλ ησλ παξαθάησ νξίσλ: - Σάζε: απφ +15% έσο -20% επί ηεο νλνκαζηηθήο ηηκήο (230 V) - πρλφηεηα: ± 0,5 Hz ηεο νλνκαζηηθήο ηηκήο (50 Hz) ε πεξίπησζε ππέξβαζεο ησλ νξίσλ απηψλ ν κεηαηξνπέαο ηίζεηαη εθηφο ιεηηνπξγίαο (απηφκαηε απφδεπμε) κε ηηο αθφινπζεο ρξνληθέο ξπζκίζεηο: - Απφδεπμε ηνπ κεηαηξνπέα ζε 0,5 sec - Δπαλάδεπμε ηνπ κεηαηξνπέα κεηά απφ 3 min 74
Κεθάλαιο 5 Μελέηη Φωηοβοληαϊκού ζςζηήμαηορ ζςνδεδεμένος ζηο ηλεκηπικό δίκηςο 5.1 Κπιηήπια επιλογήρ ηηρ ιζσύορ ηος ζςζηήμαηορ Ο ζρεδηαζκφο ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο φπσο θαη θάζε ζρεδηαζκφο ηερληθνχ έξγνπ πξναπαηηεί ηελ επηινγή ζπγθεθξηκέλσλ κεγεζψλ. Σν βαζηθφηεξν κέγεζνο γηα ηε ζρεδίαζε ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο είλαη ε ηζρχο ηνπ, ε νπνία θαζνξίδεηαη θαηά πεξίπησζε απφ ηα παξαθάησ θξηηήξηα : α) Οηθνλνκνηερληθά θξηηήξηα (απαηηήζεηο επελδπηή, κέγεζνο επέλδπζεο). Πνιιέο θνξέο απαηηείηαη νηθνλνκνηερληθή κειέηε, θπξίσο ζηνπο απηνπαξαγσγνχο, κε απεπζείαο ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν Φ/Β ζπζηήκαηα. β) Κξηηήξηα κε βάζε ηελ δηαζέζηκε επηθάλεηα θάιπςεο. ηελ πεξίπησζε απηή ε ηζρχο ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ίζε κε ηελ ηζρχ πνπ πξνθχπηεη αλ «θαιχςνπκε» πιήξσο κε ζπιιέθηεο ηελ δηαζέζηκε επηθάλεηα (ελλνείηαη φηη ζπλππνινγίδνληαη νη δψλεο ζθίαζεο θαη επηζθεςηκφηεηαο). Σν ζχζηεκα κπνξεί λα ιεηηνπξγεί απηφλνκα κε ζπζζσξεπηέο ή ρσξίο, κε απεπζείαο δηαζχλδεζε ζην δίθηπν. γ) Καζαξά ηερληθά θξηηήξηα. Σα θξηηήξηα απηά αθνξνχλ ηνλ θαζνξηζκφ ζπγθεθξηκέλνπ κεγέζνπο ηζρχνο πνπ απνξξέεη απφ ζπγθεθξηκέλεο απαηηήζεηο θαηαλάισζεο (απηφλνκα ζπζηήκαηα κε ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν, είηε απηνπαξαγσγνί φπσο ζην πξψην θξηηήξην). Σν κεηνλέθηεκα ηνπ απηφλνκνπ ζπζηήκαηνο είλαη φηη δελ αμηνπνηεί ηελ ελέξγεηα φηαλ δελ ππάξρεη θαηαλάισζε, πξάγκα πνπ δελ ηζρχεη κε ην απεπζείαο ζπλδεδεκέλν κε ην δίθηπν ζχζηεκα. 5.2 Παπαγόμενη Ηλεκηπική Δνέπγεια ΦΒ Δγκαηάζηαζηρ Σν δεηνχκελν ζε θάζε εγθαηάζηαζε παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο είλαη ε κεγηζηνπνίεζε ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Γηα λα γίλεη απηφ πξέπεη λα είλαη θαηαλνεηφ απφ πνηνχο παξάγνληεο εμαξηάηαη. ε κία ΦΒ εγθαηάζηαζε πξνθαλψο ηνλ πξσηαξρηθφ ξφιν παίδεη ην δηαζέζηκν ειηαθφ 75
δπλακηθφ ηεο πεξηνρήο. Αθφκα ζεκαληηθφηαηε είλαη ε ζπλεηζθνξά ηεο ΦΒ γελλήηξηαο ζηελ θαιή απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο. Δπνκέλσο ιακβάλνληαη ππφςε νη απνδφζεηο ησλ πιαηζίσλ ησλ αληηζηξνθέσλ, νη απψιεηεο ησλ θαισδίσλ θιπ. Σέινο δελ πξέπεη λα παξαιεθζνχλ δηάθνξνη δηνξζσηηθνί ζπληειεζηέο φπσο ε ζεξκνθξαζία, ν άλεκνο θαη ε ξχπαλζε. 5.3 Τπολογιζμόρ ςνδεδεμένος με ηο δίκηςο ΦΒ ηαθμού Παπαγωγήρ Ηλεκηπικήρ Δνέπγειαρ Γηα λα ππνινγηζηεί ε ηνπνγξαθηθή δηάηαμε θαη ε έθηαζε ελφο ΦΒ ζηαζκνχ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε πνιινί παξάγνληεο νη νπνίνη ζα θαζνξίζνπλ θαη ηελ θαηαζθεπή ησλ απαξαηηήησλ ππνδνκψλ. Σα ζεκαληηθφηεξα κεγέζε είλαη ν πξνζαλαηνιηζκφο θαη ε θιίζε ησλ ζπιιεθηψλ, ε κνξθνινγία ηνπ εδάθνπο θαη ε θπθισκαηηθή δηάηαμε ηεο ζπζηνηρίαο, πνπ κε ηε ζεηξά ηνπο θαζνξίδνληαη απφ ηελ επηινγή πιαηζίνπ, αληηζηξνθέα θαη θπζηθά ηελ ηζρχ ηεο εγθαηάζηαζεο. Τπνινγηζκφο αξηζκνχ πιαηζίσλ: Δθφζνλ έρεη θαζνξηζηεί ε ηζρχο αηρκήο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο, είλαη δπλαηφλ λα ππνινγηζηεί ν αξηζκφο ησλ πιαηζίσλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ Αξηζκφο πιαηζίσλ Όπνπ, P p [W p ]: ηζρχο αηρκήο ΦΒ ζπζηνηρίαο P pπ [W p ]: Ηζρχο αηρκήο πιαηζίνπ (εμαξηάηαη απφ ην είδνο ηνπ πιαηζίνπ) Καζνξηζκφο ζπλδεζκνινγίαο ΦΒ ζπζηνηρίαο Αξηζκφο πιαηζίσλ ζπλδεδεκέλσλ ζε ζεηξά 76
Αξηζκφο παξάιιεισλ θιαδψλ Όπνπ : V m : κέγηζηε ηάζε ξεχκαηνο ΦΒ ζπζηνηρίαο (επηιέγεηαη) V m : 100 200V γηα ζπζηήκαηα έσο 3kW p 200 400V γηα ζπζηήκαηα 3-10 kw p 400 700V γηα κεγαιχηεξα ζπζηήκαηα V mπ [V] : κέγηζηε ηάζε ξεχκαηνο πιαηζίνπ Ν : αξηζκφο πιαηζίσλ Γηα ηνλ αληηζηξνθέα DC-AC ιακβάλνπκε ππφςε ηνπο εμήο 4 παξάγνληεο : Σάζε εηζφδνπ: Ζ ηάζε ζηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα V inv πξέπεη λα είλαη ίζε κε ηε κέγηζηε ηάζε ξεχκαηνο V m ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο (V inv = V m ) Σάζε εμφδνπ : Ζ ηάζε ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα πξέπεη λα είλαη ίζε κε ηε θαζηθή ηάζε αλ ν κεηαηξνπέαο είλαη κνλνθαζηθφο, ή κε ηελ πνιηθή ηάζε αλ είλαη ηξηθαζηθφο Σάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο : Ζ ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ηνπ αληηζηξνθέα V νcinv πξέπεη λα είλαη κεγαιχηεξε ηεο ηάζεο αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ηεο ζπζηνηρίαο V oc θαηά έλα ζπληειεζηή Κ. V νcinv = Κ V oc V oc = Ν ζ V ocπ [V] [V] Όπνπ : Ν ζ : αξηζκφο πιαηζίσλ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά V ocπ [V] : ηάζε αλνηρηνχ θπθιψκαηνο πιαηζίνπ Κ : ζπληειεζηήο 77
Κ = 1,15 γηα εγθαηάζηαζε ζε πςφκεηξν < 800 m 1,20 γηα εγθαηάζηαζε ζε πςφκεηξν 800-1500 m 1,25 γηα εγθαηάζηαζε ζε πςφκεηξν > 1500 m Ηζρχο εμφδνπ : Όπσο αλαθέξζεθε πξνεγνπκέλσο ε ηζρχο ζηελ έμνδν ηνπ κεηαηξνπέα πξέπεη λα είλαη κηθξφηεξε ηεο ηζρχο αηρκήο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο. Πην ζπγθεθξηκέλα πξέπεη λα είλαη 30% κηθξφηεξε. Τπνινγηζκφο ηεο ειάρηζηεο απφζηαζεο κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ Ο ππνινγηζκφο ηεο ειάρηζηεο απφζηαζεο κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ γίλεηαη ζχκθσλα κε ηελ παξάγξαθν 2.4. Τπνινγηζκφο εκβαδνχ νξηδφληηαο έθηαζεο Σν εκβαδφ ηεο νξηδφληηαο έθηαζεο S Δ, πνπ ζα ρξεηαζηεί γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ή πάλει ή ζπζηνηρηψλ, δίλεηαη απφ ηε ζρέζε Όπνπ : S o [m 2 ]: εκβαδφλ νξηδφληηαο πξνβνιήο φισλ ησλ ΦΒ πιαηζίσλ So=S π N cosβ S π [m 2 ]: εκβαδφ ΦΒ πιαηζίνπ Ν : αξηζκφο ΦΒ πιαηζίσλ ε[m]: ειάρηζηε απφζηαζε κεηαμχ δπν γεηηνληθψλ ζεηξψλ ΦΒ πιαηζίσλ γ[m]: κήθνο ΦΒ πιαηζίσλ β[ ν ]: γσλία θιίζεο πιαηζίσλ 78
Τπνινγηζκφο δηαηνκήο ειεθηξηθψλ αγσγψλ ζχλδεζεο ΦΒ πιαηζίσλ Ζ δηαηνκή ησλ ειεθηξηθψλ αγσγψλ ζχλδεζεο ησλ θιάδσλ ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο κε ηνλ αληηζηξνθέα ππνινγίδεηαη: Όπνπ : ξ [Ω mm 2 /m] :εηδηθή αληίζηαζε ειεθηξηθνχ αγσγνχ (0,017 Ω mm 2 /m γηα ην ραιθφ) l[m] :κήθνο ειεθηξηθνχ αγσγνχ ζχλδεζεο I m [Α] : κέγηζηε έληαζε ξεχκαηνο ΦΒ ζπζηνηρίαο, δειαδή, ξεχκα εηζφδνπ ζηνλ αληηζηξνθέα ΓV/V: επηηξεπφκελε πηψζε ηάζεο (1%) V m [V] : κέγηζηε ηάζε ξεχκαηνο Τπνινγηζκφο δηαηνκήο ειεθηξηθψλ αγσγψλ ζχλδεζεο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ελφο θιάδνπ Όπνπ : ξ [Ω mm 2 /m] :εηδηθή αληίζηαζε ειεθηξηθνχ αγσγνχ (0,017 Ω mm 2 /m γηα ην ραιθφ) l[m]: κήθνο ειεθηξηθνχ αγσγνχ ζχλδεζεο I mπ [Α]: κέγηζηε έληαζε ξεχκαηνο πιαηζίνπ ΓV/V: επηηξεπφκελε πηψζε ηάζεο (1%) 79
V mπ [V] :κέγηζηε ηάζε ξεχκαηνο πιαηζίνπ Τπνινγηζκφο ηεο εηήζηαο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Δηήζηα παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα: Όπνπ: Δ ΖΑ [kwh/m 2 εηνο] :εηήζηα ελέξγεηα πξνζπίπηνπζαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Ν :αξηζκφο πιαηζίσλ S Π [m 2 ] : αξηζκφο πιαηζίσλ η Π :βαζκφο απφδνζεο πιαηζίσλ ε STC : βαζκφο απφδνζεο πιαηζίνπ ζε πξφηππεο ζπλζήθεο ειέγρνπ STC ζ γ : ζπληειεζηήο γήξαλζεο (ζ γ = 0,90) ζ ξ : ζπληειεζηήο ξχπαλζεο ( ζ ξ =0,90 γηα πιαίζηα ειαθξψο ζθνληζκέλα) ζ ζ :ζπληειεζηήο ζεξκνθξαζίαο ζ δ : ζπληειεζηήο απσιεηψλ δηφδνπ (ζ δ =0,99) ζ α :ζπληειεζηήο αλνκνηνγέλεηαο (ζ α =0,98) ζ θ :ζπληειεζηήο θαισδηψζεσλ (ζ θ =0,98) ζ κ : ζπληειεζηήο απσιεηψλ κεηαθνξάο ελέξγεηαο (ζ κ =0,92) 80
5.4 Δπιλογή ανηιζηποθέα Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί ε επηινγή ησλ αληηζηξνθέσλ είλαη ίζσο ην ζεκαληηθφηεξν θνκκάηη ζηε κειέηε κηαο ΦΒ εγθαηάζηαζεο. Αλ ε πξνζέγγηζε γίλεη κφλν απφ νηθνλνκηθήο πιεπξάο ηφηε αλακθηζβήηεηα ζα θαηαιήμνπκε ζηελ επηινγή αληηζηξνθέσλ κεγάιεο ηζρχνο, γηαηί ε δηαθνξά ζηελ ηηκή είλαη αξθεηά κεγάιε θαη ε πνιππινθφηεηα ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο κηθξή. Έζησ φηη ζέινπκε λα ζρεδηάζνπκε έλα ΦΒ πάξθν ηζρχνο 100kWp θαη επηιέμακε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλαλ κφλν αληηζηξνθέα. Απηή ε επηινγή, είλαη ιαλζαζκέλε, θαζψο πεξηέρεη ηνλ θίλδπλν λα απνθνπεί φιν ην ζχζηεκα ζε πεξίπησζε βιάβεο ηνπ κνλαδηθνχ αληηζηξνθέα. Ο ηχπνο ησλ αληηζηξνθέσλ γηα απεπζείαο δηαζχλδεζε είλαη ζπγθεθξηκέλνο θαη κε εηδηθέο δηαηάμεηο φπσο απηέο ηνπ ζθαλδαιηζκνχ, ηεο δηάγλσζεο θαη ηνπ εχξνπο ιεηηνπξγίαο. Γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπο πξναπαηηείηαη ε χπαξμε ηάζεο ζην δίθηπν (ζθαλδαιηζκφο). Αθφκα πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ε νλνκαζηηθή ηζρχο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα δελ πξέπεη λα ηαπηίδεηαη ζε θακία πεξίπησζε κε ηελ ηζρχ αηρκήο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ζηελ είζνδφ ηνπ. Μηα ηέηνηα επηινγή ζα ήηαλ ιαλζαζκέλε, θαζψο ηα ΦΒ πιαίζηα παξάγνπλ ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ αηρκήο ηνπο ππφ ηδαληθέο ζπλζήθεο, νη νπνίεο δελ ζπλαληψληαη ζηελ πξάμε θαη αλ ζπκβεί πνηέ απηφ δηαξθεί γηα έλα πνιχ κηθξφ δηάζηεκα. Δπηπιένλ θαη νη εηαηξίεο, νη νπνίεο παξάγνπλ αληηζηξνθείο πξνηείλνπλ ε κέγηζηε νλνκαζηηθή ηζρχο ηεο γελλήηξηαο λα είλαη απμεκέλε θαηά έλα πνζνζηφ ζε ζρέζε κε ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ ηηκή απηή κπνξεί λα είλαη θαηά 10-20% κεγαιχηεξε απφ ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. ε αληίζεηε πεξίπησζε, δειαδή αλ επηιεγεί κηθξφηεξε ηηκή, απηφ ζα είρε ζαλ απνηέιεζκα κε απνδνηηθή ρξήζε ησλ αληηζηξνθέσλ θαη αθφκα κεγαιχηεξν θφζηνο, θαζψο ζα απαηηνχληαη πεξηζζφηεξνη αληηζηξνθείο γηα ηελ πινπνίεζε ηεο ίδηαο ΦΒ εγθαηάζηαζεο. Ζ ηζρχο ηνπ αληηζηξνθέα πξέπεη λα ζπκβηβάδεη πνιιέο παξακέηξνπο. Ζ επηινγή απηή πξέπεη λα ζπκβηβάδεη ηνπο παξάγνληεο ηνπ θφζηνπο, ηεο αμηνπηζηίαο θαη επθνιίαο ρεηξηζκνχ ηνπ ζπζηήκαηνο. Όινη νη αληηζηξνθείο πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζα πξέπεη λα είλαη φκνηνη, γεγνλφο πνπ εμαζθαιίδεη φηη νη ζπζηνηρίεο πνπ ζα πξνθχςνπλ ζα είλαη ίδηεο. Απηφ ζα έρεη ζαλ απνηέιεζκα 81
ηελ απινπνίεζε ηεο ηνπνγξαθηθήο δηάηαμεο ηεο εγθαηάζηαζεο θαη λα γίλεη επθνιφηεξε ε θπθισκαηηθή ζχλδεζε. 5.4.1 ςνεπγαζία ΦΒ πλαιζίος Ανηιζηποθέα Ο αληηζηξνθέαο απαηηεί ζηελ είζνδν ηνπ έλα ζπγθεθξηκέλν εχξνο γηα ηελ ηάζε ιεηηνπξγίαο, έρνληαο έλα αλψηαην φξην ηάζεο εηζφδνπ. Σν αλψηαην φξην δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεηαη, ψζηε λα κελ ππάξμεη θίλδπλνο θαηαζηξνθήο ηνπ αληηζηξνθέα. πλεπψο, ν αξηζκφο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ πνπ κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ελ ζεηξά ππνινγίδεηαη ψζηε λα κελ ππεξβαίλνληαη ηα φξηα απηά, ζε φιεο ηηο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο. Ζ ηάζε ελφο ΦΒ πιαηζίνπ εμαξηάηαη ζε ζεκαληηθφ βαζκφ απφ ηε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ηνπ. Οη ηηκέο ηάζεο, ξεχκαηνο θαη ηζρχνο πνπ δίλνληαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή, αλαθέξνληαη ζηηο πξφηππεο ζπλζήθεο δνθηκψλ (S.T.C). πλεπψο, ε ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία δηελεξγήζεθαλ νη κεηξήζεηο είλαη 25 ν C. Άξα ηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ πιαηζίσλ πξέπεη λα αλαρζνχλ ζηηο αθξαίεο ζεξκνθξαζηαθέο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο. Πην αλαιπηηθά, απφ ηελ ειάρηζηε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ησλ πιαηζίσλ ππνινγίδεηαη ε κέγηζηε ηηκή ηεο ηάζεο ησλ αιπζίδσλ θαη απφ ηε κέγηζηε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ησλ πιαηζίσλ θαζνξίδεηαη ε κέγηζηε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ησλ παξάιιεισλ αιπζίδσλ (θιάδσλ). Ο κέγηζηνο αξηζκφο ΦΒ πιαηζίσλ ελ ζεηξά ππνινγίδεηαη έηζη ψζηε ε ζπλνιηθή ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ηεο ζπζηνηρίαο ζηε κηθξφηεξε αλακελφκελε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο, λα κελ ππεξβαίλεη ην αλψηαην φξην ηάζεο εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Γηα πεδηλέο πεξηνρέο ηεο Διιάδαο σο ειάρηζηε ζεξκνθξαζία κπνξεί λα ιεθζεί ε -5 ν C ή -10 ν C. Σαπηφρξνλα πξέπεη λα ειεγρζεί θαη ε κέγηζηε επηηξεπφκελε ηάζε ιεηηνπξγίαο ηνπ ΦΒ πιαηζίνπ, ε νπνία νκνίσο πξέπεη λα είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ηεο ζηνηρεηνζεηξάο ζηελ κηθξφηεξε αλακελφκελε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο, ψζηε λα κελ πξνθχςεη πξφβιεκα ζηε κφλσζε ηνπ πιαηζίνπ. Ο ειάρηζηνο αξηζκφο πιαηζίσλ ελ ζεηξά νξίδεηαη έηζη ψζηε ε ζπλνιηθή ηάζε βέιηηζηεο ιεηηνπξγίαο ηεο ζπζηνηρίαο ζηε κέγηζηε αλακελφκελε 82
ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο λα ππεξβαίλεη ηελ ειάρηζηε ηάζε ηνπ εχξνπο εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα ψζηε απηφο λα ελεξγνπνηείηαη. Αλ ν θαηαζθεπαζηήο παξέρεη κφλν ηελ ηηκή ηνπ ζεξκνθξαζηαθνχ ζπληειεζηή γηα ηελ ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο (V/ o C), ηφηε ε ίδηα ηηκή κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη γηα ηελ ηάζε ζην ζεκείν κεγίζηεο απνδηδφκελεο ηζρχνο ηνπ ΦΒ πιαηζίνπ, ρσξίο ζεκαληηθφ ζθάικα. Αλ απφ ηελ ελ ζεηξά ζχλδεζε ησλ ΦΒ πιαηζίσλ δελ πξνθχπηεη ηζρχο θνληά ζηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηνπ αληηζηξνθέα, ζα πξέπεη λα ζπλδεζνχλ πεξηζζφηεξνη παξάιιεινη θιάδνη (απνδεθηνχ αξηζκνχ ελ ζεηξά πιαηζίσλ) ψζηε ε ηζρχο ηεο ζπζηνηρίαο λα είλαη θνληά ζηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηνπ αληηζηξνθέα. Σν ξεχκα ιεηηνπξγίαο ησλ παξάιιεισλ θιάδσλ ζα πξέπεη λα είλαη ρακειφηεξν απφ ην κέγηζην φξην ξεχκαηνο εηζφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ ζπλνιηθή ηζρχο ηεο ζπζηνηρίαο κπνξεί λα ππεξβαίλεη ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηνπ κεηαηξνπέα. Γηα ηηο ζπλζήθεο ηεο Διιάδαο ζπλίζηαηαη ε νλνκαζηηθή ηζρχο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο λα κελ ππεξβαίλεη ην 110% ηεο νλνκαζηηθήο ηζρχνο ηνπ αληηζηξνθέα. Σέινο, πνιχ ζεκαληηθή είλαη ε ζπκβαηφηεηα κεηαμχ ησλ ηχπσλ ησλ ΦΒ θαη ηνπ αληηζηξνθέα πνπ ζρεηίδεηαη κε ηελ απαίηεζε ή φρη γηα γείσζε ηεο ζπζηνηρίαο ζηελ πιεπξά ζπλερνχο ξεχκαηνο. Πην ζπγθεθξηκέλα, νξηζκέλνη ηχπνη ΦΒ πιαηζίσλ απαηηνχλ γείσζε είηε ηνπ αξλεηηθνχ (Thin-film) είηε ηνπ ζεηηθνχ (Back contact) πφινπ. Ζ γείσζε κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί είηε απεπζείαο, είηε κέζσ κεγάιεο αληίζηαζεο θαη απνζθνπεί ζηελ απνθπγή ιεηηνπξγηθψλ πξνβιεκάησλ πνπ εκθαλίδνπλ νη παξαπάλσ ηχπνη πιαηζίσλ φηαλ παξακέλνπλ αγείσηνη (πξνβιήκαηα δηάβξσζεο θαη ππνβάζκηζεο απνδνρήο). Καηά ζπλέπεηα ζε ηέηνηεο πεξηπηψζεηο ζα πξέπεη λα απνθεχγεηαη ε ρξήζε αληηζηξνθέσλ ρσξίο γαιβαληθή απνκφλσζε, ιφγσ εκθάληζεο ξεπκάησλ δηαξξνήο. 83
5.5 Ηλεκηπικοί αγωγοί χκθσλα κε ην λφκν ηνπ Ohm,ζε θάζε ειεθηξηθφ αγσγφ ε πηψζε ηάζεσο V, είλαη ίζε κε ην γηλφκελν ηεο αληίζηαζεο ηνπ αγσγνχ επί ηελ έληαζε ηνπ δηεξρφκελνπ ξεχκαηνο. Πηψζε ηάζεσο αγσγνχ V=R I [V] Όπνπ: R [Ω]: αληίζηαζε αγσγνχ Η [Α] : έληαζε ξεχκαηνο Ζ αληίζηαζε ελφο αγσγνχ ππνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε [Ω] Όπνπ: ξ[ω mm 2 /m] : εηδηθή αληίζηαζε αγσγνχ (ξ=0,02 Ω mm 2 /m γηα ην ραιθφ) l [m]: κήθνο αγσγνχ S [mm 2 ]: δηαηνκή αγσγνχ Αθφκα, ζχκθσλα κε ην λφκν ηνπ Joule, φηαλ έλαο αγσγφο δηαξξέεηαη απφ ξεχκα απνξξνθά ειεθηξηθή ελέξγεηα, ε νπνία κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκφηεηα. Ζ ζεξκφηεηα απηή απμάλεη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ αγσγνχ θαη απνηειεί ηηο ζεξκηθέο ηνπ απψιεηεο Q. Θεξκηθέο απψιεηεο αγσγνχ Q=I 2 R T=V I T [J] Όπνπ: Η [Α] : έληαζε ξεχκαηνο 84
Σ[s] : ρξνληθφ δηάζηεκα ξνήο ξεχκαηνο R[Ω], V[V] φπσο πξνεγνχκελα. χκθσλα κε ηελ παξαπάλσ ζρέζε κπνξνχκε λα ζπκπεξάλνπκε φηη αλ απμήζνπκε ηε δηαηνκή ηνπ αγσγνχ ή/θαη λα κεηψζνπκε ην κήθνο ηνπ, κεηψλνπκε ηελ αληίζηαζε ηνπ αγσγνχ. Με ηε κείσζε ηεο αληίζηαζεο έρνπκε κείσζε ηεο πηψζεο ηάζεσο θαη ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ ηνπ αγσγνχ. Αθφκα, ε ππεξζέξκαλζε ελφο αγσγνχ κπνξεί λα πξνθαιέζεη ηήμε ηεο κφλσζεο, βξαρπθχθισκα θαη ππξθαγηά. Σέινο, φζν κεγαιχηεξε είλαη ε έληαζε ηνπ δηεξρφκελνπ ξεχκαηνο, ηφζν κεγαιχηεξεο δηακέηξνπ αγσγφ ρξεζηκνπνηνχκε. 5.5.1 Δπιλογή ηλεκηπικών αγωγών Πιεπξά DC: Γηα ηελ πιεπξά ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC πιεπξά), ε θαισδίσζε πεξηιακβάλεη ηηο ζπλδέζεηο κεηαμχ ησλ ΦΒ πιαηζίσλ, ηηο ζπλδέζεηο απφ ηα άθξα θάζε ελ ζεηξά θιάδνπ κέρξη ην θνπηί ηνπ παξαιιειηζκνχ, αλ ρξεζηκνπνηείηαη θαη ηηο ζπλδέζεηο απφ ηα άθξα ηελ ΦΒ ζπζηνηρίαο, π.ρ. απφ ην θνπηί παξαιιειηζκνχ, κέρξη ηνλ αληηζηξνθέα. Σα θαιψδηα ηα νπνία είλαη εθηεζεηκέλα ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία ζα πξέπεη λα είλαη αλζεθηηθά ζηελ ππεξηψδε αθηηλνβνιία. Σα θαιψδηα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηηο ζπλδέζεηο ησλ πιαηζίσλ πξέπεη λα έρνπλ κφλσζε αλζεθηηθή ηνπιάρηζηνλ έσο 70 ν C. Υξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο εχθακπηα κνλνπνιηθά θαιψδηα κε εληζρπκέλε κφλσζε. Σα θαιψδηα απφ ην θνπηί ηνπ παξαιιειηζκνχ κέρξη ηνλ αληηζηξνθέα πξέπεη λα είλαη κνλνπνιηθά κε δηπιή ή εληζρπκέλε κφλσζε. εκαληηθφ γηα ηελ επηινγή ησλ θαισδίσλ είλαη νη απψιεηεο ηζρχνο. πλήζσο νη απψιεηεο ηζρχνο ζην ζπλνιηθφ κήθνο ησλ ζπλερνχο ξεχκαηνο θαισδίσλ ππφ νλνκαζηηθέο ηηκέο ιεηηνπξγίαο δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ην 1% ηεο νλνκαζηηθήο ηζρχνο ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο. Γη απηφ ην ιφγν ζπλήζσο επηιέγεηαη κεγαιχηεξε δηαηνκή. Δπίζεο, ζηελ πιεπξά ζπλερνχο ξεχκαηνο πξέπεη λα εγθαζίζηαηαη δηαθφπηεο (φηαλ δελ εκπεξηέρεηαη ζηνλ αληηζηξνθέα) ν νπνίνο ζα απνκνλψλεη ηνλ αληηζηξνθέα απφ ηε ΦΒ ζπζηνηρία. Ο δηαθφπηεο ζα πξέπεη λα έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα απνκνλψλεη ηνλ αληηζηξνθέα ππφ θνξηίν. Θα πξέπεη λα είλαη ζρεδηαζκέλνο γηα ζπλερέο ξεχκα θαη λα απνκνλψλεη θαη ηνπο δπν πφινπο (αγείσην ζχζηεκα). 85
Πιεπξά AC: ηελ πιεπξά ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (πιεπξά AC) ε έμνδνο ηνπ αληηζηξνθέα ζπλδέεηαη ζε μερσξηζηφ ειεθηξηθφ πηλάθα, φπνπ εγθαζίζηαληαη ηα κέζα πξνζηαζίαο θαη ρεηξηζκνχ. Ζ ηξνθνδνζία ηνπ ειεθηξηθνχ πηλάθα ζα πξέπεη λα πξνέξρεηαη θαηεπζείαλ απφ ηελ Παξνρή πνπ έρεη πξνκεζεχζεη ν Γηαρεηξηζηήο ηνπ Γηθηχνπ ζην θηίξην. Οη ειεθηξνληθνί αληηζηξνθείο ζα πξέπεη λα παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα απνκφλσζεο ηεο εμφδνπ ηνπο απφ ην δίθηπν AC. ηελ πεξίπησζε πνπ ν αληηζηξνθέαο δελ εκπεξηέρεη γαιβαληθή απνκφλσζε ή εκπεξηέρεη πςίζπρλν Μ/ παξέρεηαη πξνζηαζία κέζσ ξειαί δηαθπγήο. Δίλαη ζεκαληηθή ε θαηάιιειε επηινγή ησλ αγσγψλ γηα ηε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο θαη πην ζπγθεθξηκέλα ν ππνινγηζκφο ηεο δηαηνκήο. Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη ν ηξφπνο επηινγήο ηεο δηαηνκήο ησλ αγσγψλ. ρεδηαζκφο ειεθηξηθήο εγθαηάζηαζεο Ο ζρεδηαζκφο πξέπεη λα δείρλεη ηελ αθξηβή ζέζε φισλ ησλ δηαηάμεσλ ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο, πξνθεηκέλνπ λα ππνινγίζνπκε ην κήθνο ησλ αγσγψλ κεηαμχ ΦΒ ζπζηνηρίαο- θνξηίσλ θαηαλάισζεο Τπνινγηζκφο έληαζεο ξεχκαηνο ζηνπο αγσγνχο Ο αγσγφο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο ζα πξέπεη λα αληέρεη ξεχκα : Η=1,25 Η SC [Α] Η SC [Α]: ξεχκα βξαρπθχθισζεο ΦΒ ζπζηνηρίαο Ο αγσγφο ησλ θνξηίσλ θαηαλάισζεο ζα δηαξξέεηαη απφ ξεχκα : P K [W]: ηζρχο θαηαλάισζεο V K [V]: ηάζε θαηαλάισζεο [A] Τπνινγηζκφο δηαηνκήο αγσγψλ Ζ δηαηνκή θάζε αγσγνχ ππνινγίδεηαη απφ ην λνκνγξάθεκα ηνπ παξαθάησ ζρήκαηνο. ηελ δεμηά επζεία ζεκεηψλνπκε ηελ έληαζε Η ηνπ ξεχκαηνο θαη ζηελ αξηζηεξή ηελ απφζηαζε l πνπ πξέπεη λα δηαλχζεη ν 86
αγσγφο. Δλψλνπκε ηα δπν ζεκεία ζε κηα επζεία. Ζ ηνκή ηεο επζείαο απηήο κε ηελ θεληξηθή επζεία ηνπ λνκνγξαθήκαηνο καο δίλεη ηε δηαηνκή ηνπ αγσγνχ. σήμα 5.1 - Ννκνγξάθεκα γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο δηαηνκήο ελφο ειεθηξηθνχ αγσγνχ Τπνινγηζκφο πηψζεο ηάζεσο ζηνπο αγσγνχο Γλσξίδνληαο ηελ δηαηνκή S, ηελ έληαζε ηνπ ξεχκαηνο I θαη ηελ απφζηαζε l (κήθνο ηεο γξακκήο κεηαθνξάο) γηα θάζε αγσγφ είλαη δπλαηφλ λα ππνινγίζνπκε ηελ πηψζε ηάζεο πάλσ ηνπο ζχκθσλα κε ηνλ παξαθάησ πίλαθα. 87
Ζ επηζπκεηή πηψζε ηάζεσο ησλ αγσγψλ γηα νλνκαζηηθή ηάζε ζπζηήκαηνο 12V είλαη 0.5 V. Δλψ γηα νλνκαζηηθή ηάζε ζπζηήκαηνο 24V ε επηζπκεηή πηψζε ηάζεσο γηα θάζε αγσγφ είλαη 1V. σήμα 5.2 - Πηψζε ηάζεσο ζε ειεθηξηθνχο αγσγνχο απφ ραιθφ 5.6 Ηλεκηπικέρ καηαναλώζειρ Ζ ειεθηξηθή ηζρχο είλαη ζηηγκηαίν κέγεζνο, ελψ ε ειεθηξηθή ελέξγεηα είλαη έλα κέγεζνο πνπ αλαθέξεηαη ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή πεξίνδν. Ζ ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ θαηαλαιψλεη κηα ζπζθεπή πξνθχπηεη απφ ην γηλφκελν ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο ηεο ζπζθεπήο επί ηνλ ρξφλν ιεηηνπξγίαο ηεο. Ζιεθηξηθή ελέξγεηα θαηαλάισζεο E k =P k T [Wh] ή [ΚWh] Όπνπ: P k [W ή kw]: ειεθηξηθή ηζρχο θαηαλάισζεο Σ[h]: ρξφλνο ιεηηνπξγίαο ζπζθεπήο Αλ φιεο νη ζπζθεπέο κηαο εγθαηάζηαζεο ιεηηνπξγνχλ ζηελ ίδηα ηάζε, ε ειεθηξηθή ελέξγεηα θαηαλάισζεο κπνξεί λα ππνινγηζηεί ζε [Ah] ή [Wh] απφ ηηο παξαθάησ ζρέζεηο Δ θ =Η Σα [Αh] 88
ή E θ =Η Σ V [Wh] Όπνπ: I [A]: ειεθηξηθφ ξεχκα ζπζθεπήο Σ[h]: ρξφλνο ιεηηνπξγίαο ηεο ζπζθεπήο V[V]: ειεθηξηθή ηάζε ηεο ζπζθεπήο 5.7 Γειώζειρ Ζ γείσζε ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ θξίλεηαη απαξαίηεηε γηα ηνπο παξαθάησ ιφγνπο : α) Απνθπγή δεκηψλ πνπ κπνξεί λα ππνζηεί ν ειεθηξνληθφο εμνπιηζκφο ιφγσ θξνπζηηθψλ ππεξηάζεσλ, δειαδή, ιφγσ απφηνκσλ απμήζεσλ ηεο απφιπηεο ηηκήο ηνπ δπλακηθνχ απφ κεξηθά Volts κέρξη ρηιηάδεο Volts, ησλ νπνίσλ ε δηάξθεηα θπκαίλεηαη απφ 10-6 s έσο 10-3 s. Οη θξνπζηηθέο ππεξηάζεηο δεκηνπξγνχληαη απφ θεξαπλνχο, αζηξαπέο, ρεηξηζκνχο δηαθνπηψλ, βξαρπθπθιψκαηα θιπ. β) Αζθάιεηα ηνπ πξνζσπηθνχ ζπληήξεζεο απφ ειεθηξνπιεμία ιφγσ δηαξξνήο ξεπκάησλ. Ο ηξφπνο γείσζεο κηαο ΦΒ εγθαηάζηαζεο θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα 89
σήμα 5.3 - Γείσζε ΦΒ εγθαηάζηαζεο Γηα κηα εγθαηάζηαζε ΦΒ ζπζηήκαηνο ε νπνία βξίζθεηαη ζηε γε θαη φρη ζε θάπνην θηίξην κπνξεί λα επηιεγεί ν ζπλδπαζκφο άκεζεο ζεκειηαθήο γείσζεο κε δηαθφπηεο δηαθπγήο έληαζεο. Ζ ζεκειηαθή γείσζε απνηειείηαη απφ ηαηλία ή θπιηλδξηθφ αγσγφ, πνπ ηνπνζεηείηαη ζην θάησ κέξνο ησλ ζπζηνηρηψλ ζε βάζνο πεξίπνπ 1m. Ζ ζεκειηαθή γείσζε θαζψο ζπλδέεηαη ειεθηξηθά κε ηνλ νπιηζκφ ηεο εγθαηάζηαζεο απνθηά εληππσζηαθά ρακειέο ηηκέο αληίζηαζεο, δηφηη ζρεκαηίδεη έλα πνιχ κεγάιν ειεθηξφδην γείσζεο. ε εγθαηαζηάζεηο κεγάισλ δηαζηάζεσλ (κε ηε κία ηνπιάρηζηνλ δηάζηαζε κεγαιχηεξε απφ 25m) επηιέγεηαη ε απφ ηε ζεκειηαθή γείσζε πεξηθιεηφκελε επηθάλεηα λα θαηαλέκεηαη ζε κηθξφηεξα ηκήκαηα βξφρνπο, κέγηζησλ δηαζηάζεσλ (20 m x 20 m). Ωο ειεθηξφδηα ζεκειηαθήο γείσζεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ραιχβδηλεο ηαηλίεο ή ραιχβδηλνη αγσγνί θπθιηθήο δηαηνκήο. Όκσο ρακειφηεξε αληίζηαζε γείσζεο επηηπγράλεηαη κε ηελ ρξήζε ηαηλίαο. Αλ ρξεζηκνπνηεζεί ειεθηξφδην γείσζεο ζε κνξθή ηαηλίαο, απηή πξέπεη λα ηνπνζεηεζεί κε ηε κεγαιχηεξε δηάζηαζε ηεο δηαηνκήο ηεο θαηαθφξπθα. Σα εμαξηήκαηα γηα ηε ζχλδεζε ησλ αγσγψλ ή ησλ ηαηληψλ κεηαμχ ηνπο θαζψο θαη κε ην ζηδεξφ νπιηζκφ πξέπεη λα είλαη θαηαζθεπαζκέλα 90
απφ ζεξκά γαιβαληζκέλν ή αλνμείδσην ράιπβα, λα έρνπλ αληνρή ζε δηάβξσζε θαη ηθαλφηεηα λα άγνπλ ην αλακελφκελν ξεχκα ζθάικαηνο. Γηα ηε ζχλδεζε ηεο ειεθηξηθήο εγθαηάζηαζεο, ησλ ηζνδπλακηθψλ ζπλδέζεσλ θιπ κε ηε ζεκειηαθή γείσζε θαηαζθεπάδνληαη ιήςεηο φζν ην δπλαηφλ πιεζηέζηεξα ζηηο ζέζεηο εγθαηάζηαζεο πηλάθσλ δηαλνκήο πνπ πξνβιέπεηαη ε άκεζε ζχλδεζή ηνπο ζηε γείσζε θαζψο θαη φπνπ ζα πξαγκαηνπνηεζνχλ νη θχξηεο θαη ζπκπιεξσκαηηθέο ηζνδπλακηθέο ζπλδέζεηο. Οη ιήςεηο ζεκειηαθήο γείσζεο είλαη θαηαζθεπαζκέλεο απφ πιηθφ αλζεθηηθφ ζηε δηάβξσζε (γαιβαληζκέλν ή αλνμείδσην ράιπβα). Μπνξεί λα είλαη ζε κνξθή αθξνδέθηε γείσζεο ή δπγνχ γείσζεο ή ζε κνξθή ζηξνγγπινχ αγσγνχ ή ηαηλίαο. Πξέπεη λα επηζεκαίλνληαη (πρ κε επηθάιπςε ηαηλίαο, ρξσκαηηζκφ θιπ) θαη λα πξνζηαηεχνληαη θαηάιιεια απφ θζνξά θαηά ηε θάζε θαηαζθεπήο ηνπ θηηξίνπ. Σα εμαξηήκαηα ζχλδεζεο ηεο ειεθηξηθήο εγθαηάζηαζεο θαη ησλ ηζνδπλακηθψλ ζπλδέζεσλ κε ηηο ιήςεηο ηεο ζεκειηαθήο γείσζεο, θαζψο θαη ηα ζεκεία ζχλδεζεο ησλ εμαξηεκάησλ δηαζηνιήο κε ηηο ιήςεηο ηεο ζεκειηαθήο γείσζεο πξέπεη λα έρνπλ αληνρή ζε δηάβξσζε ζην πεξηβάιινλ πνπ εγθαζίζηαληαη, ηθαλφηεηα λα άγνπλ ην αλακελφκελν ειεθηξηθφ ξεχκα θαη επαξθή κεραληθή αληνρή ψζηε λα εμαζθαιίδεηαη ε δηαηήξεζε ηεο ειεθηξηθήο ζπλέρεηαο. Δάλ ε ζεκειηαθή γείσζε ρξεζηκνπνηείηαη θαη σο γείσζε αληηθεξαπληθήο πξνζηαζίαο, ζα πξέπεη νη ζπλδεηήξεο ζθηγθηήξεο λα έρνπλ ππνζηεί ηηο πξνβιεπφκελεο εξγαζηεξηαθέο δνθηκέο ησλ Πξνηχπσλ ηεο ζεηξάο ΔΛΟΣ ΔΝ 50164. ε θηηξηαθέο θαη βηνκεραληθέο εγθαηαζηάζεηο ππάξρνπλ ηξεηο θαηεγνξίεο γεηψζεσλ: 1. Γείωζη λειηοςπγίαρ. Ολνκάδεηαη ε γείσζε πνπ γίλεηαη γηα ιεηηνπξγηθνχο ιφγνπο (π.ρ. γείσζε ηνπ θφκβνπ ηνπ κεηαζρεκαηηζηή). Απηή δηαθξίλεηαη ζε: Άκεζε, εθφζνλ δελ πεξηιακβάλεη άιιε αληίζηαζε πιελ ηεο αληίζηαζεο γείσζεο. Έκκεζε, εθφζνλ εθηφο απφ ηελ αληίζηαζε γείσζεο πεξηιακβάλεη θαη σκηθέο, επαγσγηθέο θαη ρσξεηηθέο αληηζηάζεηο. 91
2. Γείωζη πποζηαζίαρ. Ολνκάδεηαη ε αγψγηκε ζχλδεζε ησλ κεηαιιηθψλ κεξψλ κηαο εγθαηάζηαζεο, πνπ δελ αλήθνπλ ζην θχθισκα ιεηηνπξγίαο θαη εμαζθαιίδεη ηελ πξνζηαζία ησλ αλζξψπσλ πνπ είλαη πηζαλφ λα έξζνπλ ζε επαθή κε απηά. 3. Γείωζη αζθαλείαρ ή ανηικεπαςνικήρ πποζηαζίαρ. Ζ γείσζε αζθαιείαο ρξεζηκεχεη γηα ηελ αζθάιεηα ησλ αλζξψπσλ θαη ησλ ζπζθεπψλ πνπ βξίζθνληαη ζην πεξηβάιινλ. Παξάδεηγκα ηέηνησλ γεηψζεσλ είλαη νη γεηψζεηο ησλ αιεμηθέξαπλσλ, νη γεηψζεηο ησλ αληηζηαηηθψλ δαπέδσλ ησλ ρψξσλ επείγνπζαο ηαηξηθήο θαη ησλ ρψξσλ κε κεραλήκαηα πξνεγκέλεο ηερλνινγίαο. Οη κέζνδνη γείσζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηηο ειεθηξηθέο εγθαηαζηάζεηο είλαη νη παξαθάησ: Ζ νπδεηέξσζε, δειαδή ε αγψγηκε ζχλδεζε κε ηνλ νπδέηεξν αγσγφ ή άιιν γεησκέλν αγσγφ θάζεο δηθηχνπ. Ζ άκεζε γείσζε, κε απεπζείαο αγψγηκε ζχλδεζε κε ην ζχζηεκα γείσζεο ην νπνίν κπνξεί λα είλαη κηα πιάθα γείσζεο, έλα ειεθηξφδην, έλα ηξίγσλν θιπ. Ζ γείσζε κέζσ δηαθφπηε δηαθπγήο, γηα ηελ απηφκαηε απνκφλσζε ηνπ πξνβιεκαηηθνχ κέξνπο ηεο εγθαηάζηαζεο. Τπάξρνπλ δπν εηδψλ δηαθφπηεο δηαθπγήο, νη δηαθφπηεο δηαθπγήο ηάζεο (ΓΓΣ) θαη νη δηαθφπηεο δηαθπγήο έληαζεο (ΓΓΔ). Ο δηαθφπηεο δηαθπγήο ηάζεο παξαθνινπζεί ηελ ηάζε σο πξνο γε ησλ κεηαιιηθψλ πεξηβιεκάησλ φπνπ είλαη ζπλδεδεκέλνο θαη αλ απηή ππεξβεί ηα 50 V ηφηε απνζπλδέεη ην θχθισκα. Σν γεησκέλν άθξν ηνπ ΓΓΣ ζπλδέεηαη κε ηδηαίηεξν ειεθηξφδην γείσζεο. Ο δηαθφπηεο δηαθπγήο έληαζεο παξαθνινπζεί ην ξεχκα δηαξξνήο σο πξνο ηε γε. Αλ απηφ ππεξβεί κία ηηκή, ζπλήζσο 30 ma, ηφηε απνδεχεη ην θχθισκα. ε αληηδηαζηνιή κε ηνπο ΓΓΣ, έρνπκε εδψ θαη κία πξνζηαζία θαηά ηεο ππξθαγηάο, γηαηί πεξηνξίδεηαη άκεζα ην ξεχκα δηαξξνήο πξνο γε. 5.8 ύνδεζη με ηο δίκηςο Ζ ιεηηνπξγία ελφο ειεθηξηθνχ δηθηχνπ ειέγρεηαη απφ ζπζθεπέο πξνζηαζίαο θαη ξχζκηζεο ηεο ηάζεο, πνπ έρνπλ ζθνπφ ηελ παξνρή πξνο 92
ηνπο θαηαλαισηέο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απνδεθηήο πνηφηεηαο, ειαρηζηνπνηψληαο ηνλ αξηζκφ ησλ ζθαικάησλ θαη πξνζθέξνληαο πςειφ επίπεδν αζθάιεηαο. Ζ ζχλδεζε ζην δίθηπν κνλάδσλ παξαγσγήο πξέπεη λα ζπκβαδίδεη κε απηέο ηηο γεληθέο αξρέο, ψζηε αθελφο κελ λα κελ πξνθαινχληαη ελνριήζεηο ζηνπο ινηπνχο θαηαλαισηέο θαη αθεηέξνπ λα ππάξρεη ζπκβαηφηεηα κεηαμχ ηνπ δηθηχνπ δηαλνκήο θαη ησλ εγθαηαζηάζεσλ ησλ παξαγσγψλ. Ο ηξφπνο ζχλδεζεο κηαο δεδνκέλεο εγθαηάζηαζεο παξαγσγήο δελ πξνθχπηεη κνλνζήκαληα απφ ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηεο. Γειαδή ζηαζκνί παξαγσγήο ίδηαο ηζρχνο κπνξεί λα ζπλδένληαη ζην δίθηπν θαηά ηειείσο δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο, αλάινγα κε ηα εηδηθά ηερληθά ηνπο ραξαθηεξηζηηθά, ηελ θαηά πεξίπησζε πθηζηάκελε θαηάζηαζε δηθηχσλ θαη ηελ πξνβιεπφκελε αλάπηπμή ηνπο. Παξ φια απηά ππάξρνπλ νη αθφινπζνη δχν πεξηνξηζκνί σο πξνο ην επίπεδν ηάζεο ζην νπνίν κπνξεί λα ζπλδεζεί κηα εγθαηάζηαζε παξαγσγήο, νη νπνίνη εθαξκφδνληαη θαηά ηελ εμέηαζε, αζρέησο ησλ ινηπψλ ηερληθψλ θξηηεξίσλ: Δγθαηαζηάζεηο ζπκθσλεκέλεο ηζρχνο κεγαιχηεξεο ησλ 100 kw δελ κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζην δίθηπν ΥΣ. Δγθαηαζηάζεηο ζπκθσλεκέλεο ηζρχνο κεγαιχηεξεο ησλ 20 MW δελ κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζην δίθηπν MΣ. Γεληθά ε επηινγή ηνπ ηξφπνπ ζχλδεζεο απνηειεί αληηθείκελν ηερληθννηθνλνκηθήο εμέηαζεο, ιακβάλνληαο ππφςε ην θφζηνο θεθαιαίνπ ησλ έξγσλ ελίζρπζεο θαη επέθηαζεο ηνπ δηθηχνπ θαη αθεηέξνπ ηηο απψιεηεο ελέξγεηαο θάζε ηξφπνπ δηαζχλδεζεο θαζ φιε ηε δηάξθεηα δσήο ηεο εγθαηάζηαζεο, αιιά θαη άιινπο παξάγνληεο (ρξφλνο θαη δπλαηφηεηα θαηαζθεπήο ησλ έξγσλ, ρξεκαηνδφηεζή ηνπο θιπ). χλδεζε ζην δίθηπν ΥΣ Ζ ζχλδεζε παξαγσγψλ ζην δίθηπν ΥΣ επηηξέπεηαη γηα εγθαηαζηάζεηο ζπλνιηθήο ηζρχνο κέρξη 100 kw. Αλάινγα κε ηελ ηζρχ ησλ γελλεηξηψλ πνπ ζα ζπλδεζνχλ ζην δίθηπν ΥΣ, εμεηάδεηαη αλ είλαη δπλαηή ε ζχλδεζε ρσξίο επαχμεζε ηεο παξνρήο ηνπ παξαγσγνχ. Αλ απαηηείηαη επαχμεζε ηεο παξνρήο, γίλεηαη κειέηε επάξθεηαο ηνπ δηθηχνπ. 93
σήμα 5.4 - Σππηθή δηάηαμε ζχλδεζεο παξαγσγνχ ζην δίθηπν ΥΣ ην παξαπάλσ ζρήκα θαίλεηαη κηα ηππηθή δηάηαμε ζχλδεζεο παξαγσγνχ ζην δίθηπν ΥΣ. Βαζηθή απαίηεζε γηα ιφγνπο αζθάιεηαο είλαη ε χπαξμε κέζσλ δηαθνπήο (κε ηθαλφηεηα δηαθνπήο ξεχκαηνο θνξηίνπ) θαη νξαηήο απφδεπμεο, πξνζηηψλ αλά πάζα ζηηγκή ζην πξνζσπηθφ ηεο ΓΔΖ, ψζηε λα εμαζθαιίδεηαη ε απνκφλσζε ηνπ παξαγσγνχ απφ ην δίθηπν φηαλ απηφ απαηηείηαη απφ ηε ΓΔΖ. Ζ απαίηεζε νξαηήο απφδεπμεο ηθαλνπνηείηαη ηφζν απφ ην θηβψηην ζχλδεζεο (1), φζν θαη απφ ηηο αζθάιεηεο ηεο παξνρήο (2). Γηα εγθαηαζηάζεηο κηθξήο ηζρχνο ηα κέζα απηά κπνξνχλ ζε έθηαθηεο πεξηπηψζεηο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαη γηα ηε δηαθνπή ηεο εγθαηάζηαζεο. ε εγθαηαζηάζεηο κεγαιχηεξεο ηζρχνο είλαη αλαγθαία ε χπαξμε δηαθφπηε θνξηίνπ ή ηζρχνο. Σν κέζν δηαθνπήο (3) είλαη ν απηφκαηνο δηαθφπηεο ηεο δηαζχλδεζεο (ΑΓΓ). Μπνξεί λα ηνπνζεηεζεί ελαιιαθηηθά ζε δχν ζέζεηο, αλάινγα κε ηελ επηζπκία ηνπ παξαγσγνχ. Δάλ επηιεγεί ε ζέζε (3α), ηφηε είλαη εθηθηή ε απνκνλσκέλε ιεηηνπξγία ηεο ζπλνιηθήο εγθαηάζηαζεο (εγθαηάζηαζε παξαγσγήο θαη θνξηία). Ο παξαγσγφο ζα πξέπεη λα παξέρεη πξφζβαζε ζηνλ ΑΓΓ θαη ζην ζρεηηθφ ζχζηεκα πξνζηαζίαο ζην αξκφδην πξνζσπηθφ ηεο ΓΔΖ. Δίλαη γεληθά απνδεθηφ, αιιά απαηηεί πξνεγνχκελε ζπκθσλία κε ηε ΓΔΖ, νη ιεηηνπξγίεο ηνπ ΑΓΓ λα πξαγκαηνπνηνχληαη απφ ηνλ δηαθφπηε θαη ην ζχζηεκα πξνζηαζίαο ησλ γελλεηξηψλ, φηαλ δελ πξνβιέπεηαη ε απνκνλσκέλε ιεηηνπξγία ησλ εγθαηαζηάζεσλ. Σν είδνο θαη ν αξηζκφο ησλ απαηηνχκελσλ 94
κεηξεηηθψλ δηαηάμεσλ θαη ζπζθεπψλ ξχζκηζεο θαζνξίδνληαη ζχκθσλα κε ηνπο φξνπο ηεο ζχκβαζεο ΓΔΖ-Παξαγσγνχ. ε θάζε πεξίπησζε πάλησο, ρξεζηκνπνηνχληαη κεηξεηηθέο δηαηάμεηο ρσξίο δπλαηφηεηα αληίζεηεο πεξηζηξνθήο θαη πξαγκαηνπνηείηαη αλεμάξηεηε κέηξεζε ηεο παξαγφκελεο θαη θαηαλαιηζθφκελεο ελέξγεηαο ζηηο εγθαηαζηάζεηο ηνπ παξαγσγνχ. Δάλ ε παξνρή είλαη ηξηθαζηθή, ν κεηξεηήο ηεο παξερφκελεο ζην δίθηπν ελέξγεηαο πξέπεη λα είλαη ηξηθαζηθφο, αθφκε θαη γηα κνλνθαζηθέο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο. πλζήθεο δεχμεο Γηα εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο κε αληηζηξνθείο DC-AC, ε δεχμε πξέπεη λα γίλεηαη κε ηελ πιεπξά AC ηνπ κεηαηξνπέα ρσξίο ηάζε. Πξνζηαζία απφδεπμεο Ζ εγθαηάζηαζε παξαγσγήο πξέπεη λα δηαζέηεη πξνζηαζία έλαληη βξαρπθπθιψκαηνο, έλαληη ππεξθφξηηζεο θαη έλαληη άκεζεο θαη έκκεζεο επαθήο. Δπηπιένλ, γηα ηελ πξνζηαζία ηεο ίδηαο ηεο εγθαηάζηαζεο, αιιά θαη ησλ άιισλ εγθαηαζηάζεσλ ηνπ δηθηχνπ, απαηηείηαη ε χπαξμε ζπζηήκαηνο πξνζηαζίαο απφδεπμεο ην νπνίν επελεξγεί ζηνλ ΑΓΓ θαη εμαζθαιίδεη ηελ απνζχλδεζε ηεο εγθαηάζηαζεο απφ ην δίθηπν φηαλ εκθαληζηνχλ απνθιίζεηο ηάζεο ή/θαη ζπρλφηεηαο άλσ ησλ πξνβιεπφκελσλ νξίσλ. ε εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο κε αληηζηξνθείο DC-AC ε επηηήξεζε ζπρλφηεηαο κπνξεί λα απνπζηάδεη, εάλ ν αληηζηξνθέαο δελ δηαζέηεη ηε δπλαηφηεηα απηή. Αληίζεηα, ε επηηήξεζε ηεο ηάζεο (πξνζηαζίεο ππφηαζεο θαη ππέξηαζεο) είλαη πάληνηε αλαγθαία, ε δε ζπληζηψκελε ξχζκηζε γηα ηελ πξνζηαζία ππέξηαζεο είλαη 1,10 Un. Δπηπηψζεηο ζηελ ηάζε ηνπ δηθηχνπ Ζ ζχλδεζε εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ζε θάπνην ζεκείν ηνπ δηθηχνπ ΥΣ είλαη δπλαηή, ππφ ηελ πξνυπφζεζε φηη ε ιεηηνπξγία ηνπο δελ πξνθαιεί ππέξβαζε ηεο επηηξεπφκελεο ζηάζκεο δηαηαξαρψλ γηα δεκφζηα δίθηπα ΥΣ θαη άξα δελ παξελνριεί άιιεο εγθαηαζηάζεηο θαη ζπζθεπέο ηνπ δηθηχνπ. Γηαηαξαρέο νη νπνίεο εμεηάδνληαη είλαη νη πξνθαινχκελεο κεηαβνιέο ηεο ηάζεο 95
ζην ζεκείν θνηλήο ζχλδεζεο, νη αξκνληθέο ρακειήο ζπρλφηεηαο ( flicker ) θαη ε αξκνληθή παξακφξθσζε ηεο ηάζεο εμαηηίαο ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ εγθαηαζηάζεσλ. Ζ ιεηηνπξγία κηαο εγθαηάζηαζεο παξαγσγήο είλαη απνδεθηή φηαλ δελ γίλεηαη ππέξβαζε ησλ νξίσλ πνπ θαζνξίδνληαη απφ ηα ζεζπηζκέλα πξφηππα. 5.9 Δγκαηάζηαζη ηος ζςζηήμαηορ Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί ηα ΦΒ πιαίζηα ζπκπεξηθέξνληαη ζαλ πεγέο ξεχκαηνο ειεγρφκελεο απφ ηάζε. Μάιηζηα ε κέγηζηε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ελφο πιαηζίνπ είλαη ειάρηζηα κεγαιχηεξε απφ ηελ ηηκή ηνπ νλνκαζηηθνχ ξεχκαηνο ηνπ πιαηζίνπ. πλεπψο, ε ρξήζε αζθαιεηψλ δελ εγγπάηαη ηε δηαθνπή ηνπ ζπζηήκαηνο ζε πεξίπησζε ζθάικαηνο(βξαρπθχθισκα πιαηζίνπ). Γειαδή, έλα ζθάικα βξαρπθχθισζεο ζηελ πιεπξά ζπλερνχο ξεχκαηνο κπνξεί λα εμαθνινπζεί λα πθίζηαηαη, αλεμαξηήησο ηεο ρξήζεο αζθαιεηψλ εθηφο απφ ηελ πεξίπησζε πνπ ην ζχζηεκα απαξηίδεηαη απφ πεξηζζφηεξεο απφ ηξεηο παξάιιειεο ζηνηρεηνζεηξέο. Αλ θαη ζηηο πεξηζζφηεξεο ειεθηξνπαξαγσγηθέο κνλάδεο ε παξαγσγή ειεθηξηζκνχ κπνξεί λα δηαθνπεί κε ηε βνήζεηα ελφο γεληθνχ κέζνπ απφδεπμεο, ηα ΦΒ πιαίζηα παξάγνπλ ηάζε ζηνπο αθξνδέθηεο ηνπο κφιηο εθηεζνχλ ζην ειηαθφ θσο. πλεπψο ε εγθαηάζηαζε ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο πξαγκαηνπνηείηαη ππφ ζπλζήθεο ηάζεσο πξνο ηελ πιεπξά ησλ πιαηζίσλ. Καηά ηελ πινπνίεζε ηεο ειεθηξηθήο εγθαηάζηαζεο ζηε κεξηά ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο κπνξνχλ λα πξνθχςνπλ αλεπηζχκεηεο θαηαζηάζεηο φηαλ: - Τπάξρνπλ θαθέο ή ραιαξέο ζπλδέζεηο (δεκηνπξγία ειεθηξηθνχ ηφμνπ) - θάικα σο πξνο ηε γε (θαηαζηξνθή κφλσζεο θαη επαθή ελεξγνχ αγσγνχ κε γεησκέλν κεηαιιηθφ πιαίζην ή εμνπιηζκφ ζηήξημεο απηνχ) - θάικα βξαρπθπθιψκαηνο (ζθάικα κφλσζεο θαη επαθή ελεξγψλ αγσγψλ) 96
5.9.1 Γιεπεύνηζη ζθαλμάηων Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη έλα παξάδεηγκα εγθαηάζηαζεο ζηελ νπνία έρεη γεησζεί ν αξλεηηθφο πφινο ησλ ζηνηρεηνζεηξψλ, γηα δηεξεχλεζε πηζαλήο αλεπηζχκεηεο θαηάζηαζεο εμ αηηίαο ζθάικαηνο. σήμα 5.5 - Γηεξεχλεζε ζθάικαηνο Τπνηίζεηαη φηη ν αξλεηηθφο πφινο είλαη γεησκέλνο. Απηφ κπνξεί λα ζπκβαίλεη ζθφπηκα απφ ηε ζρεδίαζε ηνπ ζπζηήκαηνο δειαδή γεησκέλν ζχζηεκα ή ρξήζε κεηαηξνπέα ρσξίο απνκφλσζε. Αλ ζπκβεί έλα ζθάικα σο πξνο ηε γε ζε έλα παξάιιειν θιάδν, ηφηε ην ξεχκα φισλ ησλ ππνινίπσλ θιάδσλ ζα ηξνθνδνηήζεη ην ζθάικα, δεκηνπξγψληαο έλα αλάζηξνθν ξεχκα ζε πιαίζηα ηνπ θιάδνπ κε ην ζθάικα. Παξφκνηα θαηάζηαζε πξνθχπηεη θαη φηαλ δεκηνπξγεζεί ζθάικα βξαρπθχθισζεο ζηνλ παξάιιειν θιάδν, ή φηαλ ν αξλεηηθφο πφινο γεηψλεηαη αθνχζηα, απφ έλα πξψην ζθάικα σο πξνο ηε γε πνπ έρεη πξνθχςεη, θαη αθνινπζεί ην δεχηεξν ζθάικα σο πξνο ηε γε. Σν ξεχκα ζθάικαηνο ηξνθνδνηείηαη απφ ηα ΦΒ θαη κπνξεί λα παξακείλεη αθφκα θαη αλ ε ΦΒ ζπζηνηρία απνκνλσζεί απφ ην κεηαηξνπέα, ρσξίο απηφ λα δηαθφςεη ην βξφρν ηνπ ξεχκαηνο ζθάικαηνο. Σν ξεχκα απηφ κπνξεί λα θαηαζηξέςεη ηα θαιψδηα θαη ηα ΦΒ πιαίζηα. 97
Σα πξνβιήκαηα αληηκεησπίδνληαη: - Με ηε δηαζηαζηνιφγηζε ησλ αγσγψλ θάζε παξάιιεινπ θιάδνπ ψζηε λα αληέρνπλ ην ξεχκα Ν-1 παξάιιεισλ θιάδσλ, κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ην ξεχκα απηφ είλαη ρακειφηεξν ηνπ κέγηζηνπ επηηξεπφκελνπ αλάζηξνθνπ ξεχκαηνο ηνπ ΦΒ πιαηζίνπ. Γηα ην ζχλνιν ησλ εκπνξηθψλ ΦΒ πιαηζίσλ, σο κέγηζην επηηξεπφκελν αλάζηξνθν ξεχκα κπνξεί λα ζεσξεζεί ηηκή ξεχκαηνο ηνπιάρηζηνλ ίζε κε 3 θνξέο ηελ ηηκή ηνπ ξεχκαηνο βξαρπθχθισζεο. - Με ηελ ηνπνζέηεζε αζθαιεηψλ ζε θάζε πιεπξά (ζεηηθή ή θαη αξλεηηθή ηαπηφρξνλα αλάινγα κε ηελ ηνπνινγία ηνπ αληηζηξνθέα) ηνπ εθάζηνπ παξάιιεινπ θιάδνπ Ζ ρξήζε δηφδσλ αληεπηζηξνθήο επηιχεη ην παξαπάλσ πξφβιεκα φκσο επηβαξχλεη ηελ ελεξγεηαθή απφδνζε ηεο ειεθηξνπαξαγσγηθήο κνλάδαο εμαηηίαο ησλ απσιεηψλ ηζρχνο πνπ ηηο δηέπνπλ. 5.10 Γείωζη ανηιζηποθέα Ζ γείσζε (άκεζε ή νπδεηέξσζε αλάινγα κε ηελ πεξηνρή) απνζθνπεί θπξίσο ζηελ πξνζηαζία ησλ εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο θαη ηελ αζθάιεηα ησλ πξνζψπσλ. ην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδνληαη νη δπλαηνί ηξφπνη γείσζεο ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν ΦΒ ζπζηεκάησλ. Ζ γείσζε ελφο εθ ησλ αθξνδεθηψλ ηνπ αληηζηξνθέα ζηελ πιεπξά ζπλερνχο ξεχκαηνο δελ είλαη ππνρξεσηηθή ζηηο Δπξσπατθέο ρψξεο, ζε αληηδηαζηνιή κε ηηο Ζ.Π.Α.. Ζ γείσζε ή κε ηεο πιεπξάο ζπλερνχο ξεχκαηνο εμαξηάηαη απφ ηελ ηερλνινγία ησλ πιαηζίσλ θαη ηελ ηνπνινγία ηνπ αληηζηξνθέα. Οη ΦΒ ζπζηνηρίεο πνπ δηακνξθψλνληαη απφ ζπγθεθξηκέλα είδε πιαηζίσλ (ιεπηψλ επηζηξψζεσλ, back contact) γεηψλνληαη κε ππφδεημε ηνπ θαηαζθεπαζηή πξνθεηκέλνπ λα δηαζθαιίδεηαη ε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπο αιιά θαη ε βειηηζηνπνίεζε ηεο απφδνζεο ηνπο. Δηδηθφηεξα, ηα ΦΒ πιαίζηα ιεπηψλ επηζηξψζεσλ (thin film) κε πιηθά φπσο ην άκνξθν ππξίηην (a-si) θαη ην ηειινπξηνχρν θάδκην (CdTe), ιφγσ ηεο ηερλνινγίαο θαηαζθεπήο ηνπο (superstrate technology), παξνπζηάδνπλ ζπλήζσο πςειφ θίλδπλν δηάβξσζεο ηνπ ζηξψκαηνο TCO, γεγνλφο πνπ επηθέξεη θαηαζηξεπηηθά απνηειέζκαηα γηα 98
ην πιαίζην. Γηα λα απνθεπρζεί απηφ, γεηψλεηαη ν αξλεηηθφο αθξνδέθηεο ηεο ΦΒ πεγήο. Σν θαηλφκελν απηφ δελ εκθαλίδεηαη ζε πιαίζηα κε αιιά πιηθά (π.ρ. CIS). ε ζπζηήκαηα κε ΦΒ πιαίζηα ηερλνινγίαο back- contact, επηβάιιεηαη ε γείσζε ηνπ ζεηηθνχ αθξνδέθηε ζηελ πιεπξά.ρ. γηα βειηηζηνπνίεζε ηεο απφδνζεο. Ζ γείσζε ζε απηή ηελ πεξίπησζε κπνξεί λα γίλεη κέζσ κεγάιεο αληίζηαζεο. ε απηέο ηηο πεξηπηψζεηο επηβάιιεηαη ε ρξήζε αληηζηξνθέα κε Μ/ απνκφλσζεο. Γηα ηα ζπλήζε θξπζηαιιηθά πιαίζηα δελ έρνπλ ηεζεί ηδηαίηεξεο απαηηήζεηο σο πξνο ηε γείσζε ή κε ησλ αθξνδεθηψλ ηεο πιεπξάο.ρ. Σνλίδεηαη φηη αλ ν αληηζηξνθέαο δελ πεξηιακβάλεη Μ/ απνκφλσζεο, ε πιεπξά Ρ δελ γεηψλεηαη. Αληίζεηα φια ηα εθηηζέκελα κεηαιιηθά κέξε ηνπ ΦΒ εμνπιηζκνχ (π.ρ. βάζεηο ζηήξημεο) γεηψλνληαη ππνρξεσηηθά. γ) σήμα 5.6 - Γπλαηνί ηξφπνη γείσζεο ησλ ζπλδεδεκέλσλ ζην δίθηπν ΦΒ ζπζηεκάησλ (α, β, ην ζρήκα 5.6 α παξνπζηάδεηαη ε πεξίπησζε ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο ζην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη έλαο αληηζηξνθέαο κε Μ/ θαη γείσζε απηνχ ζηε κεξηά 99
Ρ. ε έλα ηέηνην ζχζηεκα ε δεκηνπξγία ζθάικαηνο κεηαμχ ελφο εθ ησλ δπν αγσγψλ Ρ θαη ηεο γεο δελ νδεγεί ζηε ξνε ξεπκάησλ. Σν ίδην ηζρχεη θαη φηαλ έλαο άλζξσπνο αθνπκπήζεη έλα απφ ηνπο ελεξγνχο αγσγνχο Ρ. Αλ ηα πιαίζηα είλαη γεησκέλα θαη δελ δηαζέηνπλ θαηάιιειε κφλσζε, κπνξεί λα πξνθιεζεί εθθφξησζε ηεο παξαζηηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ησλ πιαηζίσλ κέζσ ηνπ αλζξψπνπ πξνο ηε γε (ξεχκα δηαξξνήο). Γη απηφ ρξεζηκνπνηνχληαη πιαίζηα κε θαηεγνξία κφλσζεο class II. ε απηά ηα ζπζηήκαηα απαηηείηαη ε ρξήζε εηδηθψλ ζπζηεκάησλ επηηήξεζεο ζθαικάησλ σο πξνο ηε γε θαη ζπζηήκαηα απνζχλδεζεο ηνπ αληηζηξνθέα, πξνθεηκέλνπ λα απνθεπρζνχλ αηπρήκαηα ιφγσ εζειεκέλεο ή κε γείσζεο ηεο κεξηάο ζπλερνχο. ην ζρήκα 5.6 β παξνπζηάδεηαη έλα ΦΒ ζχζηεκα ζην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη έλαο αληηζηξνθέαο κε Μ/ θαη γείσζε απηνχ ηφζν ζηε πιεπξά Ρ φζν θαη ζηελ πιεπξά ΔΡ. Αλ δεκηνπξγεζεί έλα ζθάικα κεηαμχ ηνπ αγείσηνπ αγσγνχ Ρ θαη ηεο γεο νδεγεί ζηε ξνε ξεπκάησλ. Γηα λα δηαθνπεί απηή ε ξνε απαξαίηεηε είλαη απνζχλδεζε ηεο κεξηάο Ρ απφ απηή. Γηα ηελ αζθάιεηα ησλ αλζξψπσλ απαηηείηαη ε ρξήζε δηάηαμεο αλίρλεπζεο ηνπ ξεχκαηνο πνπ ξέεη πξνο ηε γε απφ ηνλ εζειεκέλν γεησκέλν αγσγφ, ελψ ηα ξεχκαηα δηαξξνήο ιφγσ ηεο παξαζηηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ησλ πιαηζίσλ ελδέρεηαη λα επεξεάζνπλ αξλεηηθά ηελ αμηνπηζηία ηεο δηάηαμεο. ην ζρήκα 5.6 γ παξνπζηάδεηαη ΦΒ ζχζηεκα ζην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη αληηζηξνθέαο ρσξίο Μ/ θαη γείσζε απηνχ ζηε κεξηά ΔΡ. Αλ θαη ε πιεπξά Ρ δελ γεηψλεηαη άκεζα, ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο (αλάινγα κε ηελ ηνπνινγία ηνπ αληηζηξνθέα) ε γείσζε ζηε κεξηά ΔΡ γίλεηαη νξαηή ζηελ πιεπξά Ρ. Αλ ηα πιαίζηα είλαη γεησκέλα θαη δελ δηαζέηνπλ θαηάιιειε κφλσζε ή αλ πξνθιεζεί ιφγσ ζθάικαηνο κε εζειεκέλε γείσζε απηψλ πξνθαιείηαη εθθφξηηζε ηεο παξαζηηηθήο ρσξεηηθφηεηαο ησλ πιαηζίσλ κέζσ ηνπ αληηζηξνθέα πξνο ηε γε (ξεχκα δηαξξνήο). Γηα ηελ αζθάιεηα ησλ αλζξψπσλ απαηηείηαη ε ρξήζε δηάηαμεο αλίρλεπζεο ησλ ξεπκάησλ δηαξξνήο. ε φιεο ηηο πεξηπηψζεηο ε ηάζε ζηα άθξα ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο κπνξεί λα είλαη αξθεηά πςειή, αιιά θαη επεηδή ε έμνδνο ηνπ αληηζηξνθέα ζπλδέεηαη ζην δίθηπν ΥΣ, ζπκπεξαίλνπκε φηη ε ηάζε ζε νξηζκέλα εμαξηήκαηα ηνπ αληηζηξνθέα κπνξεί λα είλαη δπν θαη ηξεηο θνξέο κεγαιχηεξε απφ ηελ 100
νλνκαζηηθή ηάζε ηνπ δηθηχνπ. πλεπψο, είλαη αλάγθε λα γεησζεί ην κεηαιιηθφ πεξίβιεκα ηνπ κεηαηξνπέα ψζηε λα απνθεχγνπκε ηνλ θίλδπλν ειεθηξνπιεμίαο. Δπηπιένλ, κε απηφ ηνλ ηξφπν κεηψλεηαη θαη ε ελδερφκελε ειεθηξνκαγλεηηθή παξελφριεζε πνπ κπνξεί λα πξνθιεζεί απφ ηε δηαθνπηηθή ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο ηζρχνο παξαθείκελεο ειεθηξηθέο ζπζθεπέο. Σέινο ηνλίδεηαη φηη ε γείσζε ηνπ ΦΒ εμνπιηζκνχ κπνξεί λα επηθέξεη ζνβαξά πξνβιήκαηα ζηελ πεξίπησζε πνπ ε κφλσζε ησλ πιαηζίσλ δελ είλαη θαηάιιειεο ηάμεο. Όκσο, αλ θαη ε ρξήζε αγείσησλ ΦΒ πιαηζίσλ πεξηνξίδεη ηνλ παξαπάλσ θίλδπλν, απμάλεη ηνλ θίλδπλν θαηαζηξνθήο ησλ πιαηζίσλ ζε ελδερφκελν θεξαχληθν πιήγκα. 5.11 Φαινόμενο νηζίδαρ Σν θαηλφκελν λεζίδαο ή λεζηδνπνίεζε είλαη κηα αλεπηζχκεηε θαηάζηαζε θαηά ηελ νπνία έλα ηκήκα ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ ην νπνίν πεξηέρεη ηφζν ειεθηξηθά θνξηία φζν θαη κνλάδεο παξαγσγήο παξακέλεη ειεθηξνδνηεκέλν παξφηη ην ππφινηπν ειεθηξηθφ δίθηπν είλαη αλελεξγφ. Οη αηηίεο εκθάληζεο ηνπ θαηλνκέλνπ απηνχ κπνξεί λα είλαη ε εζειεκέλε απνζχλδεζε ελφο κέξνπο ηνπ δηθηχνπ απφ ηα κέζα πξνζηαζίαο απηνχ εμαηηίαο ηεο αλίρλεπζεο θάπνηνπ ζθάικαηνο, ε πξνγξακκαηηζκέλε δηαθνπή ηνπ δηθηχνπ γηα ινγνχο ζπληήξεζεο, ε δηαθνπή ηεο ειεθηξνδφηεζεο ιφγσ εμσγελψλ πεξηβαιινληηθψλ αηηηψλ, ε πηζαλή αζηνρία ελφο κέξνπο ηνπ εμνπιηζκνχ ηνπ ΖΔ θαη ηέινο ηα αλζξψπηλα ιάζε. πλεπψο είλαη απαξαίηεηε ε αλίρλεπζε απηψλ ησλ θαηαζηάζεσλ γηα λα δηαζθαιίδεηαη ε πςειή πνηφηεηα παξερφκελεο ελέξγεηαο ζηνπο θαηαλαισηέο θαζψο θαη ε αζθάιεηα εγθαηαζηάζεσλ θαη πξνζψπσλ. Τπάξρνπλ αξθεηέο κέζνδνη πξνζηαζίαο γηα ηελ αλίρλεπζε θαηαζηάζεσλ απνκνλσκέλεο ιεηηνπξγίαο. Υξεζηκνπνηνχληαη ειεθηξνλφκνη απφηνκεο κεηαβνιήο ηνπ δηαλχζκαηνο ηεο ηάζεο ή ειεθηξνλφκνη απφηνκεο κεηαβνιήο θνξηίνπ. Αθφκα ζπζηήκαηα πξνζηαζίαο ελζσκαηψλνληαη ζην θχθισκα έιεγρνπ ησλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ γηα λα αληρλεχνπλ ηηο θαηαζηάζεηο απνκνλσκέλεο ιεηηνπξγίαο. 101
5.12 Απμονική Παπαμόπθωζη και επιηπεπηά όπια έγσςζηρ απμονικών ζςνιζηωζών Ζ πςίζπρλε δηαθνπηηθή ιεηηνπξγία ησλ αληηζηξνθέσλ, πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ΦΒ ζπζηήκαηα πξνθαιεί ηελ εκθάληζε αλψηεξσλ αξκνληθψλ ζηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ξεχκαηνο πνπ παξέρεηαη ζην ειεθηξηθφ δίθηπν. Απηέο νη αλψηεξεο αξκφληθεο κπνξεί λα πξνθαιέζνπλ πξνβιήκαηα ηφζν ζην ίδην ην δίθηπν θαη ζε εγθαηαζηάζεηο πνπ είλαη ζπλδεδεκέλεο ζε απηφ, φζν θαη ζε παξαθείκελεο ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο. πγθεθξηκέλα ε έγρπζε αξκνληθψλ απφ ηηο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο πξνθαιεί παξακφξθσζε ηεο ηάζεο, κε άκεζν απνηέιεζκα ηε δπζιεηηνπξγία ειεθηξηθψλ ζπζηεκάησλ (π.ρ. ειεθηξηθέο κεραλέο, κεηαζρεκαηηζηέο), ειεθηξνληθψλ ζπζθεπψλ (π.ρ. ζπζηήκαηα πξνζηαζίαο ηνπ δηθηχνπ), αιιά θαη παξαθείκελσλ ειεθηξηθψλ θνξηίσλ (π.ρ. εληζρπηέο, ηξνθνδνηηθά ειεθηξνληθψλ κεραλεκάησλ), ηα νπνία είλαη ζπλδεδεκέλα ζηελ ίδηα ειεθηξηθή γξακκή. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, ε χπαξμε αξκνληθψλ ζε ζπρλφηεηεο κεγαιχηεξεο ηνπ 1kHz δπζρεξαίλεη ηε ρξεζηκνπνίεζε ηνπ δηθηχνπ γηα ηελ κεηαθνξά πςίζπρλσλ ηειεπηθνηλσληαθψλ ζεκάησλ ηα νπνία εμππεξεηνχλ ηελ ακθίδξνκε κεηαθνξά δεδνκέλσλ κεηαμχ ησλ δηεζπαξκέλσλ ηηκψλ ελέξγεηαο θαη ηνπ θέληξνπ ειέγρνπ ηνπ Ζιεθηξηθνχ ζπζηήκαηνο. Σέινο, ε χπαξμε αλψηεξσλ αξκνληθψλ κπνξεί λα πξνθαιέζεη ειεθηξνκαγλεηηθή παξελφριεζε ζε γεηηνληθέο ζπζθεπέο, πνπ δελ ζπλδένληαη άκεζα ζην ειεθηξηθφ δίθηπν (κέζσ αθηηλνβνιίαο). Απνηέιεζκα απηνχ ηνπ θαηλφκελνπ είλαη ε εκθάληζε ζνξχβνπ θαη δπζιεηηνπξγηψλ ζε απηέο ηηο ζπζθεπέο, ζηελ πεξίπησζε πνπ δελ ππάξρεη θαηάιιειε καγλεηηθή ζσξάθηζε. Ζ έγρπζε αξκνληθψλ απφ ηνπο ειεθηξνληθνχο κεηαηξνπείο ησλ ΦΒ ζπζηεκάησλ πξέπεη λα αθνινπζεί ηα επηηξεπηά φξηα εθπνκπήο αξκνληθψλ ζπζθεπψλ θαη εγθαηαζηάζεσλ κε νλνκαζηηθφ ξεχκα κηθξφηεξν ή ίζν ησλ 16Α/θαζε νη νπνίεο ζπλδένληαη ζηα δίθηπα Υ.Σ. Ο έιεγρνο ησλ αξκνληθψλ πξαγκαηνπνηείηαη κφλν γηα ηελ θαλνληθή ιεηηνπξγία ησλ εγθαηαζηάζεσλ θαη φρη θαηά ηηο κεηαβαηηθέο πεξηφδνπο, νη νπνίεο έρνπλ ζπλήζσο δηάξθεηα ιίγσλ δεπηεξνιέπησλ. Αθφκα, γηα ηε ζχλδεζε εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ζηα δίθηπα δηαλνκήο απαηηείηαη ε επίηεπμε ηνπ πληειεζηή Αξκνληθήο Παξακφξθσζεο (Total Harmonic Distortion, T.H.D) ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ ηεο 102
εγθαηάζηαζεο λα είλαη κηθξφηεξν ή νξηαθά ίζν κε 5%, πληειεζηή Ηζρχνο (Power Factor, PF) κεγαιχηεξν απφ 0.95 γηα επαγσγηθή θαη ρσξεηηθή ζπκπεξηθνξά ππφ ηζρχ άλσ ηνπ 50% ηεο νλνκαζηηθήο θαη κεγίζηε ηηκή εγρεφκελνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο (εθφζνλ νη ειεθηξνληθνί κεηαηξνπείο δελ δηαζέηνπλ ρακειφζπρλν κεηαζρεκαηηζηή) ην πνιχ ίζε κε ην 50% ηνπ νλνκαζηηθνχ ξεχκαηνο ηεο εγθαηάζηαζεο. θνπφο απηψλ είλαη ε νηθνλνκηθή ιεηηνπξγία ηνπ ειεθηξηθνχ ζπζηήκαηνο (κέζσ ηνπ πεξηνξηζκνχ ησλ απσιεηψλ ζηνπο αγσγνχο ηνπ δηθηχνπ) θαη ε απνθπγή εκθάληζεο θαηλνκέλσλ θνξεζκνχ ζηνπο κεηαζρεκαηηζηέο ηνπ δηθηχνπ. ηνλ επφκελν πίλαθα παξαηίζεληαη ηα πξνβιεπφκελα φξηα απφ ην πξφηππν IEC 61727. Πίνακαρ 5.1 - Δπηηξεπηά φξηα ζπληζησζψλ ηνπ ξεχκαηνο θαη ηεο ηάζεο εμφδνπ ΦΒ κνλάδσλ ηζρχνο έσο 10kW πνπ ζπλδένληαη ζην δίθηπν ρακειήο ηάζεο ζχκθσλα κε ην πξφηππν IEC 61727 103
104
ΚΔΦΑΛΑΙΟ 6 ΤΝΓΔΓΔΜΔΝΟ ΣΟ ΓΙΚΣΤΟ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΗΜΑ Δ ΚΣΙΡΙΑΚΔ ΔΓΚΑΣΑΣΑΔΙ 6.1 Γομή ηων ζςνδεδεμένων ζηο δίκηςο κηιπιακών ΦΒ ζςζηημάηων Κάζε ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν θηηξηαθφ ΦΒ ζχζηεκα (BAPV/BIPV- Building Applied/Integrated Photovoltaics) απνηειείηαη απφ δπν επηκέξνπο δνκηθέο κνλάδεο, ηα ΦΒ πιαίζηα, ηα νπνία κεηαηξέπνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή θαη ηνλ ειεθηξνληθφ κεηαηξνπέα, ν νπνίνο πξνζαξκφδεη ηελ παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα ζηηο πξνδηαγξαθέο ηνπ δηθηχνπ ρακειήο ηάζεο. Ο αξηζκφο ησλ ρξεζηκνπνηνχκελσλ ΦΒ πιαηζίσλ θαζνξίδεη ηε κέγηζηε παξαγφκελε ηζρχ, ελψ ε ελ ζεηξά θαη παξάιιειε ζχλδεζε απηψλ πξνζδηνξίδεη ηα ραξαθηεξηζηηθά (ηηκέο ηάζεο θαη ξεχκαηνο) ησλ κεηαηξνπέσλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ. Δπηπξφζζεηα, γηα ηε ζσζηή ιεηηνπξγία φιεο ηεο εγθαηάζηαζεο απαηηείηαη ε ρξήζε νξηζκέλσλ βνεζεηηθψλ ζπζηεκάησλ (Balance of System, B.O.S.), ηα νπνία εγγπψληαη ηφζν ηελ αζθαιή δηαζχλδεζε ηνπ κεηαηξνπέα κε ηηο ΦΒ γελλήηξηεο θαη ην ειεθηξηθφ δίθηπν φζν θαη ηε ζηηβαξφηεηα ηεο φιεο εγθαηάζηαζεο ζε κεραληθέο θαηαπνλήζεηο. Ζ ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη απφ ηα ΦΒ πιαίζηα παξέρεηαη ππφ κνξθή ζπλερνχο ηάζεο θαη ξεχκαηνο. Γηα λα ηξνθνδνηείηαη ην ειεθηξηθφ δίθηπν ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (Δ.Ρ.) κε ηελ ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη απφ ηα ΦΒ, θξίλεηαη απαξαίηεηε ε ρξήζε ησλ αληηζηξνθέσλ. Όπσο φιεο νη ειεθηξηθέο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο ή θαηαλάισζεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ ζπλδένληαη ζην δίθηπν Δ.Ρ., έηζη θαη νη αληηζηξνθείο πξέπεη λα ππφθεηληαη ζηηο πξνδηαγξαθέο πνπ νξίδνληαη απφ ηνπο θαλνληζκνχο θαη ηα πξφηππα πνπ έρνπλ ζεζπηζηεί ή πηνζεηεζεί απφ ηνπο δηαρεηξηζηέο ησλ πζηεκάησλ Ζιεθηξηθήο Δλέξγεηαο θαη Γηθηχσλ. πγθεθξηκέλα, ε ζχλδεζε κηθξψλ δηεζπαξκέλσλ κνλάδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζην δίθηπν ρακειήο ηάζεο (Υ.Σ.), ζεσξείηαη απνδεθηή φηαλ ε ελέξγεηα πνπ παξέρεηαη ζην ειεθηξηθφ δίθηπν κέζσ ησλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ δελ επεξεάδεη αξλεηηθά ηελ πνηφηεηα ηζρχνο πνπ παξέρεηαη ζηνπο άιινπο ζπλδεφκελνπο ρξήζηεο, δελ δηαηαξάζζεη ηελ νξζή ιεηηνπξγία ησλ κεζψλ ξχζκηζεο θαη 105
πξνζηαζίαο ηνπ δηθηχνπ θαη δελ ζέηεη ζε θίλδπλν πξφζσπα θαη εγθαηαζηάζεηο. 6.2 Καηηγοπιοποίηζη ηων ζςνδεδεμένων ζηο δίκηςο κηιπιακών ΦΒ ζςζηημάηων Σα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν θηηξηαθά ΦΒ ζπζηήκαηα κηθξήο ηζρχνο (έσο 10 kw) κπνξνχλ λα θαηεγνξηνπνηεζνχλ θπξίσο ζε δπν ηερλνινγηθέο ηάζεηο. Σελ ηερλνινγία ηνηρεηνζεηξάο ( String technology) θαη ηελ ηερλνινγία Πνιιαπιψλ ηνηρεηνζεηξψλ (Multi-string technology). Οη ηερλνινγηθέο απηέο ηάζεηο δηαθέξνπλ σο πξνο ηνλ αξηζκφ ησλ ΦΒ πιαηζίσλ πνπ ζπλδένληαη αλά κεηαηξνπέα (επίπεδν ηζρχνο ηνπ κεηαηξνπέα) θαζψο θαη ζηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο ηα ΦΒ πιαίζηα ( ελ ζεηξά ζχλδεζε, παξάιιειε ζχλδεζε ή ζπλδπαζκφο απηψλ). 6.3 ςνδεδεμένα ζηο δίκηςο κηιπιακά ΦΒ ζςζηήμαηα ςπό ηο καθεζηώρ Ανεξάπηηηος παπαγωγού ηα ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν θηηξηαθά ΦΒ ζπζηήκαηα φιε ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη πσιείηαη ζηε ΓΔΖ θαη δελ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε κεξηθή ή νιηθή ηξνθνδφηεζε ησλ θνξηίσλ ηεο θηηξηαθήο εγθαηάζηαζεο (ηδηνθαηαλαιψζεηο ηνπ θηηξίνπ). ε απηή ηελ πεξίπησζε (ρήκα 6.1) εγθαζίζηαληαη δπν μερσξηζηνί ειεθηξηθνί πίλαθεο. Ο έλαο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηηο ηδηνθαηαλαιψζεηο ηνπ θηηξίνπ θαη ζπλδέεηαη ζηνπο κεηξεηέο θαηαλαιηζθφκελεο ελέξγεηαο θαη ν δεχηεξνο γηα ηε ζχλδεζε ηεο ειεθηξνπαξαγσγηθήο κνλάδαο θαη ζπλδέεηαη ζηνπο κεηξεηέο απνδηδφκελεο ελέξγεηα. Σφζν ε ελέξγεηα πνπ απνδίδεη ν παξαγσγφο ζην ειεθηξηθφ δίθηπν φζν θαη απηή πνπ απνξξνθά απφ απηφ γηα ηηο ηδηνθαηαλαιψζεηο ηνπ θηηξίνπ, κεηαθέξνληαη πάληνηε κέζσ ηεο ίδηαο ειεθηξηθήο παξνρήο. 106
σήμα 6.1 - Γνκή ελφο ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν θηηξηαθνχ ΦΒ ζπζηήκαηνο ζηελ πεξίπησζε ηνπ αλεμάξηεηνπ παξαγσγνχ 6.4 Πποζαναηολιζμόρ ηων ΦΒ πλαιζίων ζε κηιπιακή εγκαηάζηαζη Αλ θαη ζην θεθάιαην 2 έρεη πεξηγξαθεί ν ππνινγηζκφο ηεο βέιηηζηεο θιίζεο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ ζηηο θηηξηαθέο ΦΒ εγθαηαζηάζεηο κπνξεί λα κελ είλαη δπλαηή ε ηνπνζέηεζε ηνπο κε ηε βέιηηζηε θιίζε ιφγσ ησλ πεξηνξηζκψλ πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηηο δεδνκέλεο δηαζέζηκεο επηθάλεηεο ηνπ θηηξίνπ. ε απηή ηελ πεξίπησζε πξέπεη λα γίλεη εθηίκεζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζηελ επηθάλεηα ζηελ νπνία πξφθεηηαη λα εγθαηαζηαζεί ε ΦΒ ζπζηνηρία. Ζ κείσζε ηεο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο (ζηελ επηθάλεηα ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο) ζπγθξηηηθά κε ηε κέγηζηε ζεσξεηηθή ηεο ηηκή (βέιηηζηεο ηηκέο θιίζεο θαη πξνζαλαηνιηζκνχ) ζπλίζηαηαη λα κελ ππεξβαίλεη ην 10% πξνθεηκέλνπ λα κεγηζηνπνηνχληαη ηα νηθνλνκηθά νθέιε. Λακβάλνληαο ππφςε ηνπο πεξηνξηζκνχο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηηο δηαζέζηκεο επηθάλεηεο ησλ θηηξίσλ, πξνηηκψληαη γεληθά επηθάλεηεο λφηηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ κε απφθιηζε έσο 70 ν απφ ηελ θαηεχζπλζε ηνπ Νφηνπ θαη θιίζεο ζην εχξνο 0 ν - 50 ν. ηα παξαθάησ ζρήκαηα βιέπνπκε ηελ επίδξαζε ηεο ηηκήο ηεο θιίζεο θαη ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγηθή ηθαλφηεηα ελφο θηηξηαθνχ ΦΒ ζπζηήκαηνο ζε απφιπηεο ηηκέο θαη ζε επί ηηο εθαηφ πνζνζηά αληίζηνηρα. Θεσξνχκε φηη δελ ππάξρνπλ ζθηαζκνί. 107
σήμα 6.2 - Δπίδξαζε ηεο ηηκήο ηεο θιίζεο θαη ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ ζηελ δηαζέζηκε ειηαθή αθηηλνβνιία (kwh/m 2 /εηνο) ζην επίπεδν ησλ ειηαθψλ πιαηζίσλ ελφο θηεξηαθνχ ΦΒ ζπζηήκαηνο ζηελ Αηηηθή. σήμα 6.3 - Δπίδξαζε ηεο ηηκήο ηεο θιίζεο θαη ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ ζηελ ειεθηξνπαξαγσγηθή ηθαλφηεηα ελφο θηηξηαθνχ ΦΒ ζε επί ηηο εθαηφ πνζνζηά 108
6.5 ηαηική μελέηη και ςλικά ζηήπιξηρ Σα ΦΒ πιαίζηα ηνπνζεηνχληαη ζην θηίξην είηε πάλσ ζε κηα πξφζζεηε θαηαζθεπή, είηε επί ηεο επηθάλεηαο ηνπ δψκαηνο ή αθφκα θαη κε ηελ ελζσκάησζε ησλ πιαηζίσλ ζην δνκηθφ θέιπθνο ηνπ θηηξίνπ. Αλ θαη ην βάξνο ηεο ίδηαο ηεο ΦΒ ζπζηνηρίαο θαη ηεο βάζεο ζηήξημεο δελ αλακέλεηαη λα επεξεάζεη ηελ ζηαηηθή αληνρή ηνπ θηηξίνπ, φηαλ ε ηνπνζέηεζε γίλεηαη ζε ζηέγαζηξα ή ζθεπέο ζπλήζσο πξαγκαηνπνηείηαη ζηαηηθφο έιεγρνο ψζηε λα δηεξεπλεζεί ε κεραληθή θαηαπφλεζε θαη ε αλεκνπίεζε ηεο επηθάλεηαο έδξαζεο ησλ πιαηζίσλ. Σν ζχζηεκα ζηήξημεο κπνξεί λα είλαη είηε κεηαιιηθφ, απφ αινπκίλην ή ελ ζεξκψ γαιβαληζκέλν ράιπβα, είηε απφ πιαζηηθφ. Τπάξρνπλ δηάθνξα ζπζηήκαηα ζηήξημεο ζην εκπφξην. 6.6 Δπιλογή ηος σώπος ηοποθέηηζηρ ηων ηλεκηπονικών μεηαηποπέων Καηά ην ζρεδηαζκφ ηνπ θηηξηαθνχ ΦΒ ζπζηήκαηνο είλαη ζεκαληηθή ε ζσζηή επηινγή ηεο ηνπνζέηεζεο ησλ ειεθηξνληθψλ κεηαηξνπέσλ. Οη κεηαηξνπείο κπνξνχλ λα ηνπνζεηεζνχλ είηε ζην εζσηεξηθφ ησλ θηηξίσλ πνπ εγθαζίζηαληαη, είηε ζε εηδηθά δηακνξθσκέλν θιεηζηφ ρψξν ν νπνίνο κπνξεί λα βξίζθεηαη θνληά ζην ΦΒ εμνπιηζκφ. Όηαλ βξίζθεηαη θνληά ζηνλ εμνπιηζκφ κεηψλεηαη ζεκαληηθά ην κήθνο ησλ ειεθηξηθψλ αγσγψλ ζπλερνχο ξεχκαηνο κε απνηέιεζκα λα κεηψλνληαη νη ειεθηξηθέο απψιεηεο, ε πηψζε ηάζεο θαη ην θφζηνο θαισδίσζεο. Ωζηφζν, ππάξρνπλ κεηαηξνπείο νη νπνίνη κπνξνχλ λα εγθαηαζηαζνχλ είηε θάησ απφ ηα ΦΒ πιαίζηα είηε ζην κεραληζκφ ζηήξημεο ηνπο. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ έθζεζε ηνπ κεηαηξνπέα ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο αιιά θαη ζε αξθεηά ρακειέο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρεηκψλα. πλεπψο, απηή ε πεξίπησζε εθαξκφδεηαη κφλν φηαλ πξνβιέπεηαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή. Ο κεηαηξνπέαο έρεη έλα δείθηε πξνζηαζίαο (ΗΡ) απφ ζσκαηίδηα ζθφλεο θαη λεξνχ, θαζψο θαη ηα φξηα ηεο ζεξκνθξαζίαο κέζα ζηα νπνία δελ επεξεάδεηαη ε αζθαιήο ιεηηνπξγία ηνπ. ε αληίζεηε πεξίπησζε κπνξεί λα κεησζεί ην πξνζδφθηκν ηεο δηάξθεηαο δσήο ηνπ κεηαηξνπέα. Αθφκα ζε πεξηπηψζεηο πνπ ν κεηαηξνπέαο ηνπνζεηεζεί ζε θιεηζηφ ρψξν πιεζίνλ 109
ηνπ ΦΒ εμνπιηζκνχ ίζσο είλαη απαξαίηεηε ε ηνπνζέηεζε κεραληζκνχ εμαλαγθαζκέλεο ςχμεο (αλεκηζηήξεο). 6.7 σεδίαζη κηιπιακού ΦΒ ζςζηήμαηορ 6.7.1 Υαπακηηπιζηικέρ ηλεκηπικέρ ηιμέρ ενόρ ΦΒ ζςζηήμαηορ Σάζε : ε κέγηζηε αλακελφκελε ηάζε κηαο ζηνηρεηνζεηξάο είλαη ε ζπλνιηθή ηάζε αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ησλ ελ ζεηξά ζπλδεδεκέλσλ πιαηζίσλ γηα ηελ κηθξφηεξε αλακελφκελε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο. Έληαζε: Ζ κέγηζηε αλακελφκελε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο κηαο ζηνηρεηνζεηξάο, πξνθχπηεη απφ ην ξεχκα βξαρπθχθισζεο ηνπ ελφο πιαηζίνπ πνιιαπιαζηαζκέλν επί ηνλ ζπληειεζηή 1.25. Γηα παξάιιεινπο θιάδνπο ε κέγηζηε αλακελφκελε ηηκή ηνπ ζπλνιηθνχ ξεχκαηνο, πξνθχπηεη απφ ηελ αληίζηνηρε ηηκή ηνπ ελφο θιάδνπ πνιιαπιαζηαζκέλε επί ηνλ αξηζκφ ησλ παξάιιεισλ θιάδσλ. Ο ζπληειεζηήο αζθάιεηαο 1.25 θαιχπηεη εηδηθέο ζπλζήθεο αηκφζθαηξαο θαη αλαθιάζεσλ νη νπνίεο κπνξεί λα παξνπζηαζηνχλ ζε θαζαξφ νπξαλφ κεηά απφ βξνρή (έληαζε αθηηλνβνιίαο κεγαιχηεξε απφ 1000 w/m 2 ). Θεξκνθξαζία: Ζ κέγηζηε αλακελφκελε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ, φπσο θαη ησλ θηβσηίσλ ζχλδεζεο απηψλ, κπνξεί λα θηάζεη ηνπο 70 ν C, ζε θαηαζθεπέο πνπ επηηξέπνπλ ηελ ειεχζεξε θπθινθνξία ηνπ αέξα ζηελ πίζσ πιεπξά ησλ ΦΒ πιαηζίσλ. ηηο πεξηπηψζεηο πνπ εκπνδίδεηαη ε ειεχζεξε θπθινθνξία ηνπ αέξα αλακέλνληαη κεγαιχηεξεο ζεξκνθξαζίεο, έσο θαη 80-90 ν C. ε πεξίπησζε πνπ νη αγσγνί δηαζχλδεζεο ησλ ΦΒ πιαηζίσλ βξίζθνληαη θνληά ζηα πιαίζηα, ζα πξέπεη ε ζεξκνθξαζία ησλ αγσγψλ απηψλ λα ιακβάλεηαη ζνβαξά ππφςε γηα ηελ νξζή επηινγή ηεο κφλσζεο ησλ αγσγψλ θαζψο θαη ηελ επηινγή ηεο δηαηνκήο ηνπο. 6.8 Πποζηαζία ηων κηιπιακών ΦΒ ζςζηημάηων από ςπεπηάζειρ Ανηικεπαςνική πποζηαζία Ζ αλαγθαηφηεηα εθαξκνγήο πξνζηαζίαο απφ ππεξηάζεηο είλαη απαξαίηεηε αλεμάξηεηα απφ ην αλ ππάξρεη ή αλ πξνβιέπεηαη λα ππάξμεη 110
ζχζηεκα εμσηεξηθήο αληηθεξαπληθήο πξνζηαζίαο. Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη κηα ελδεηθηηθή κνξθή εγθαηάζηαζεο ησλ δηαηάμεσλ πξνζηαζίαο απφ ππεξηάζεηο γηα ηελ πξνζηαζία κφλν ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο. Αθφκα, ζα πξέπεη λα πξνβιεθζεί θαη πξνζηαζία ησλ πθηζηάκελσλ ειεθηξηθψλ εγθαηαζηάζεσλ ηνπ θηηξίνπ (π.ρ. πξνζηαζία γεληθνχ πίλαθα θαη ππνπηλάθσλ). ε πεξίπησζε πνπ ην θηίξην δηαζέηεη ζχζηεκα αληηθεξαπληθήο πξνζηαζίαο, ζα πξέπεη λα κειεηεζεί αλ ηθαλνπνηεί ηηο απαηηήζεηο ηνπ πξφηππνπ ΔΛΟΣ ΔΝ 62305-3 θαη εάλ θαιχπηεη ηηο ΦΒ εγθαηαζηάζεηο. ε δηαθνξεηηθή πεξίπησζε ζα πξέπεη λα γίλνπλ ελέξγεηεο ψζηε ην ζχζηεκα αληηθεξαπληθήο πξνζηαζίαο λα πξνζαξκνζηεί ζηηο λέεο απαηηήζεηο ( π.ρ. εγθαηάζηαζε επηπξφζζεησλ αθίδσλ, ζπιιεθηήξησλ αγσγψλ, αγσγψλ θαζφδνπ, εθαξκνγή ηζνδπλακηθψλ ζπλδέζεσλ, ειεθηξνδίσλ γείσζεο θ.α.). σήμα 6.4 - Σππηθή κνξθή ησλ ζπζηεκάησλ γεηψζεσο θαη πξνζηαζίαο απφ ππεξηάζεηο ηεο εγθαηάζηαζεο Οη εγθαηαζηάζεηο θαιφ είλαη λα απνθεχγνπλ ηε δεκηνπξγία κεγάισλ βξφρσλ ξεχκαηνο, δηφηη έλα ελδερφκελν θεξαπληθφ πιήγκα ζα νδεγήζεη ζηελ εκθάληζε πςειψλ ηάζεσλ εμ επαγσγήο, φπσο θαίλεηαη απφ ην παξαθάησ ζρήκα. 111
σήμα 6.5 - Δλδεηθηηθφ ζρήκα ηάζεο πνπ επάγεηαη ζε βξφρν επηθάλεηαο 1m 2 ζπλαξηήζεη ηεο απφζηαζεο ηνπ θεξαπληθνχ πιήγκαηνο ηελ πεξίπησζε πνπ ην ΦΒ ζχζηεκα εγθαζίζηαηαη ζε θηίξην πνπ δηαζέηεη πθηζηάκελν ζχζηεκα αληηθεξαπληθήο πξνζηαζίαο (.Α.Π) θαη κπνξεί λα δηαηεξεζεί απφζηαζε αζθαιείαο (0.5-1 κέηξν) κεηαμχ ηνπ ΦΒ ζπζηήκαηνο θαη ησλ αγσγψλ ζπιινγήο θαη θαζφδνπ ηνπ θεξαπληθνχ ξεχκαηνο, ην ΦΒ ζχζηεκα ζεσξείηαη φηη βξίζθεηαη κέζα ζηελ πεξηνρή πξνζηαζίαο ηνπ αιεμηθέξαπλνπ θαη δελ πξέπεη λα ζπλδέεηαη αγψγηκα κε ην.α.π (εθφζνλ πξφθεηηαη γηα ελζσκάησζε ζε πθηζηάκελα θηίξηα). Αλ δελ κπνξεί λα δηαηεξεζεί ε απφζηαζε απηή ζα πξέπεη λα πξαγκαηνπνηείηαη αγψγηκε ζχλδεζε κε ηνπο αγσγνχο ηνπ.α.π. 6.9 Γιαζύνδεζη με ηο δίκηςο ην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδεηαη έλα ηππηθφ ζχζηεκα ειεθηξηθήο εγθαηάζηαζεο ζπλδεδεκέλνπ ζην δίθηπν θηηξηαθνχ ΦΒ ζπζηήκαηνο. 112
113
6.9.1 ύνδεζη ζηο δίκηςο σαμηλήρ ηάζηρ Ζ έληαμε πεξηνξηζκέλνπ αξηζκνχ κηθξψλ ειεθηξνπαξαγσγηθψλ κνλάδσλ δελ επεξεάδεη αηζζεηά ηελ πνηφηεηα ηζρχνο ηνπ Διιεληθνχ ΖΔ. Όκσο ζε πεξίπησζε επξείαο ρξήζεο ησλ παξαπάλσ κνλάδσλ δελ ζπκβαίλεη ην ίδην. Έηζη γηα λα επηηξαπεί ε ζχλδεζε λέσλ εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ζε ζπγθεθξηκέλν ζεκείν ηνπ δηθηχνπ Υ.Σ. πξέπεη λα εμεηαζηνχλ ηα παξαθάησ θξηηήξηα : ηε δηακφξθσζε ησλ πξνζηαζηψλ ηεο δηαζχλδεζεο ησλ εγθαηαζηάζεσλ δηθηχνπ, ηηο αξγέο θαη ηαρείεο κεηαβνιέο ηεο ηάζεο, ηηο εθπνκπέο αξκνληθψλ, ηελ επάξθεηα δηθηχνπ θαη ηε ζπκβνιή ησλ λέσλ κνλάδσλ ζηε ζηάζκε βξαρπθχθισζεο. ην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδεηαη κηα ηππηθή απινπνηεκέλε κνξθή ζχλδεζεο ησλ νηθηαθψλ ΦΒ ζπζηεκάησλ κε ην δίθηπν Υ.Σ. Σν γεληθφ κέζν δεχμεο Δ.Ρ, ε πξνζηαζία απφ ξεχκαηα βξαρπθχθισζεο ζηελ πιεπξά Δ.Ρ, θαζψο θαη ν απηφκαηνο δηαθφπηεο ηεο γελλήηξηαο εμαζθαιίδνπλ ηνλ παξαιιειηζκφ θαη ηε δεχμε ηεο εγθαηάζηαζεο κε ην δίθηπν. σήμα 6.6 -Σππηθή απινπνηεκέλε κνξθή ζχλδεζεο νηθηαθψλ ΦΒ ζπζηεκάησλ κε ην δίθηπν Υ.Σ Ζ πξνζηαζία ησλ ΦΒ γελλεηξηψλ ζε πεξίπησζε εκθάληζεο δηαηαξαρψλ ζην δίθηπν θαζψο θαη ε απνκφλσζε ηεο ζε πεξίπησζε πιήξνπο 114
δηαθνπήο ηνπ ζα πξέπεη λα επηηπγράλεηαη κέζσ ηνπ Απηφκαηνπ Γηαθφπηε ηεο Γελλήηξηαο ή άιισλ θαηάιιεισλ πξνζηαζηψλ ελζσκαησκέλσλ ζην ζχζηεκα ειέγρνπ ηνπ κεηαηξνπέα ηζρχνο, ψζηε λα απνθεχγνληαη βιάβεο ηνπ εμνπιηζκνχ ηεο εγθαηαζηάζεσο θαη λα απνηξέπεηαη ε δεκηνπξγία επηθίλδπλσλ θαηαζηάζεσλ γηα ηνπο ινηπνχο ρξήζηεο ηνπ δηθηχνπ. Αθφκα παξέρεηαη ε ρεηξνθίλεηε απφδεπμε ηεο εγθαηάζηαζεο απφ ην δίθηπν. Σα κέζα ζπδεχμεσο θαη πξνζηαζίαο πξέπεη λα έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα δηαθνπήο εληάζεσλ θνξηίνπ θαη βξαρπθπθιψκαηνο θαη λα εμαζθαιίδνπλ ηελ έγθαηξε απφδεπμε ηεο ειεθηξνπαξαγσγηθήο κνλάδαο. Αλ νη ηηκέο ηεο ρξνληθήο θαζπζηέξεζεο ησλ κέζσλ πξνζηαζίαο έρνπλ κηθξέο ηηκέο κπνξεί λα νδεγήζνπλ ζε απμεκέλε ζπρλφηεηα αλεπηζχκεησλ απνδεχμεσλ ηεο εγθαηάζηαζεο παξαγσγήο, ελψ αληίζεηα κεγάιεο ρξνληθέο θαζπζηεξήζεηο κπνξνχλ λα πξνθαιέζνπλ βιάβεο, ηφζν ζηελ ίδηα ηελ εγθαηάζηαζε φζν θαη ζε παξαθείκελα θνξηία ή παξαγσγνχο. Οη απαηηήζεηο πνπ πξέπεη λα θαιχπηνληαη γηα ηε δηαζχλδεζε ελφο ΦΒ ζπζηήκαηνο κε ην δίθηπν ζπλνςίδνληαη ζηνλ παξαθάησ πίλαθα. 115
116
Κεθάλαιο 7 Μελέηη και ζτεδίαζη Δγκαηάζηαζης Φωηοβοληαϊκού ζσζηήμαηος 2880 W ζηο εργαζηήριο Παραγωγής Μεηαθοράς Γιανομής και Υρηζιμοποιήζεως Ηλεκηρικής ενέργειας ην θεθάιαην απηφ ζα αλαθεξζνχκε αλαιπηηθά ζηνλ εμνπιηζκφ ηνλ νπνίν επηιέμακε γηα ηελ εγθαηάζηαζε ελφο Φσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο 2880W ζην εξγαζηήξην Παξαγσγήο, Μεηαθνξάο, Γηαλνκήο θαη Υξεζηκνπνηήζεσο Ζιεθηξηθήο ελέξγεηαο ηνπ ηκήκαηνο ΖΜΣΤ, ζην Παλεπηζηήκην Παηξψλ, ζην Ρίν. Καηαζθεπάζακε θαη απηφλνκν θαη ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν ζχζηεκα. Ο εμνπιηζκφο πνπ ρξεζηκνπνηήζακε πεξηιακβάλεη: Φσηνβνιηατθά πιαίζηα DC-AC αληηζηξνθείο πλδεζκνινγία ησλ πιαηζίσλ Καισδηψζεηο Πίλαθεο θαη πξνζηαηεπηηθά ζηνηρεία ηνηρεία ειέγρνπ θαη πξνζηαηεπηηθά ζηνηρεία 7.1 Φωηοβοληαϊκά πλαίζια Σα θσηνβνιηατθά πιαίζηα πνπ ρξεζηκνπνηήζακε είλαη ηα SQ-80p ηεο shell ηα νπνία είλαη θαηαζθεπαζκέλα απφ κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην Si θαη έρνπλ πξνεγθαηεζηεκέλε δίνδν Bypass. Γηαζέηνπλ πςειήο δηαθάλεηαο γπαιί ην νπνίν επηηξέπεη πεξηζζφηεξν θσο ζηα ΦΒ ζηνηρεία. Αλ θαη ηα ΦΒ ζηνηρεία ζπλήζσο έρνπλ ζηξνγγπιεκέλεο άθξεο, ηα επηιερζέληα έρνπλ ζρεδφλ ηεηξάγσλεο άθξεο νπφηε, ηα θελά δηαζηήκαηα κεηαμχ ησλ θπηηάξσλ είλαη κηθξφηεξα. πλεπψο ε θαιππηφκελε πεξηνρή ησλ πάλει είλαη κεγαιχηεξε. Σα σαπακηηπιζηικά ηοςρ για STC ζςνθήκερ είναι : P max =80W P min =76W 117
V oc =21,8V I sc =5,35A V mpp =16,9V I mpp =4,76A σήμα 7.1 Σκήκα απφ ηα θσηνβνιηατθά πιαίζηα πνπ εγθαηαζηάζεθαλ Σνπνζεηήζακε 36 ΦΒ πιαίζηα νπφηε ε κέγηζηε ζπλνιηθή ηζρχο πνπ κπνξεί λα παξαρζεί είλαη 36 80=2880 W. 7.2 Ανηιζηποθείρ Οη αληηζηξνθείο πνπ ρξεζηκνπνηήζακε είλαη δηαθνξεηηθνί γηα ην ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν θαη δηαθνξεηηθνί γηα ην απηφλνκν ζχζηεκα. 1. πλδεδεκέλν ζην δίθηπν ζχζηεκα ην ζπλδεδεκέλν ζην δίθηπν ζχζηεκα επηιέμακε 3 αληηζηξνθείο ηεο εηαηξίαο SMA, ηνπο Sunny Βoy 1100. Οη κεηαηξνπείο Sunny Boy 1100 κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε δηάθνξα δίθηπα AC, ράξε ζηε γαιβαληθή ηνπο απνκφλσζε. Δπηπιένλ, είλαη θαηάιιεινη γηα ηελ απιή γείσζε ηεο θσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο. Έρνπλ ελζσκαησκέλν ειεθηξνληθφ δηαθφπηε 118
απφδεπμεο θνξηίνπ DC ESS ν νπνίνο δηεπθνιχλεη ηελ εγθαηάζηαζε πεξηνξίδνληαο ηαπηφρξνλα ην θφζηνο ηνπνζέηεζεο. Αθφκα, είλαη εμνπιηζκέλνο κε ην κεραληζκφ αλίρλεπζεο ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο MPP OptiTrac ν νπνίνο εληνπίδεη ην βέιηηζην ζεκείν ιεηηνπξγίαο αθφκα θαη ππφ κεηαβαιιφκελεο θαηξηθέο ζπλζήθεο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν κεηαηξέπεηαη αμηφπηζηα ε ειηαθή ελέξγεηα κε πςειή απφδνζε. σήμα 7.2 - Θέζε ζχλδεζεο ηνπ αληηζηξνθέα Sunny Boy 1100 Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο είλαη: Σιμέρ ειζόδος (DC) : P max = 1210 W V max = 400 V V mpp = 139-320 V I max = 10 A Σιμέρ εξόδος (AC) : P max = 1100 W P nom = 1000 W V nom = 220-240 V F= 49,5 Hz 50,2 Hz I max = 5,6 A cosφ= 1 Ο κέγηζηνο βαζκφο απφδνζεο ησλ αληηζηξνθέσλ απηψλ είλαη 93 % ελψ ν επξσπατθφο βαζκφο απφδνζεο είλαη 91,6 % θαη επηιέρζεθαλ γηα ηε δπλαηφηεηα ρξήζεο ηνπο γηα ηε δεκηνπξγία ηξηθαζηθνχ ζπζηήκαηνο. 119
σήμα 7.3 Αληηζηξνθέαο εηαηξίαο SMA, κνληέιν Sunny boy 1100 2. Απηφλνκν ζχζηεκα Γηα ηελ πεξίπησζε πνπ ζέινπκε ην ζχζηεκα καο λα ην κεηαηξέςνπκε ζε απηφλνκν, ζα ρξεηαζηνχκε επηπιένλ έλα Sunny Island o νπνίνο παξνπζηάδεη απμεκέλε απφδνζε γηα κηθξά απηφλνκα ζπζηήκαηα. Δπηπιένλ κπνξεί λα θνξηίζεη κπαηαξηέο. Γηα ην ζχζηεκα καο θαηάιιεινο είλαη ν Sunny island 2224. O µκεηαηξνπέαο Sunny Island εμαζθαιίδεη απφιπηα εµηηνληθή ηάζε ζε απνκαθξπζκέλα δίθηπα, κεγάιε αληνρή ζηελ ππέξηαζε θαη κεγάιε αμηνπηζηία. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ Sunny Island είλαη : Δίζοδο: Ολνκαζηηθή ηάζε AC: 230 V (202-253 V) πρλφηεηα δηθηχνπ : 50 Hz / 60 Hz (45 65 Hz) πλερφκελε απφδνζε AC ζηνπο 25 0 C/45 0 C: 2200 W / 1600 W 120
πλερφκελε απφδνζε AC ζηνπο 25 0 C γηα 30/15/1min: 2900W/3800W/3800W I AC(nom) = 9,6 A I AC(max) = 25 A (eff 3s) cosθ = -1 εσο +1 Έξοδο: V εηο =230 V (172,5 250V) F εηο = 50 Hz (40 70 Hz) I AC (max) =25 A P εηο(max) = 5,75 kw ηοισεία ζςζζωπεςηών: V ζ =24 V (16,8 31,5V) I θνξ(max) = 90 A Ah = 100 10000 Ah Βαζκφο απφδνζεο : 93,6% 121
σήμα 7.4 - Ο sunny island 2224 πνπ ρξεζηκνπνηήζακε γηα ην απηφλνκν ζχζηεκα Οη γξαθηθέο απεηθνλίζεηο παξαθάησ δείρλνπλ ηηο δηάθνξεο δπλαηφηεηεο ζπλδεζκνινγίαο (κνλνθαζηθή, παξάιιειε κνλνθαζηθή, ηξηθαζηθή). σήμα 7.5 Μνλνθαζηθή ζπλδεζκνινγία 122
σήμα 7.6 Παξάιιειε κνλνθαζηθή ζπλδεζκνινγία σήμα 7.7 Σξηθαζηθή ζπλδεζκνινγία 123
ην ζχζηεκα πνπ θαηαζθεπάζακε γηα ην απηφλνκν ρξεζηκνπνηήζακε κφλν παξάιιειε κνλνθαζηθή ζπλδεζκνινγία θαζψο ρξεζηκνπνηήζακε κφλν έλαλ αληηζηξνθέα sunny island 2224. ρεδηαζκφο ρσξεηηθφηεηαο ζπζζσξεπηή Γηα λα δηαζθαιηζηεί ε νκαιή ιεηηνπξγία ηνπ απηφλνκνπ δηθηχνπ, ε SMA Solar Technology ζπληζηά ε ρσξεηηθφηεηα ηνπ ζπζζσξεπηή λα είλαη ηνπιάρηζηνλ: 175 Ah αλά Sunny Island 2224 (24 V) ζε C10 ην εξγαζηήξην ρξεζηκνπνηήζακε ζπζζσξεπηέο νμέσο κνιχβδνπ (vented Lead Acid Batteries VLA) ηεο εηαηξίαο ΒΑΔ. Σνπνζεηήζεθαλ 12 ζηνηρεία απφ 2V αλά ζηνηρείν, άξα ζπλνιηθά 24 V. Δάλ ζπλδεζεί ζην ζχζηεκα θσηνβνιηατθή εγθαηάζηαζε ζπλδεφκελε απφ ηελ πιεπξά AC, ε SMA Solar Technology ζπληζηά ηε ρξήζε ζπζζσξεπηψλ κε ρσξεηηθφηεηα ηνπιάρηζηνλ 200 Ah (C10) αλά kw νλνκαζηηθήο ηζρχνο AC ηνπ θσηνβνιηατθνχ κεηαηξνπέα ζε ζπζηήκαηα 24 V Οη ζπζζσξεπηέο ζα πξέπεη λα ηνπνζεηνχληαη ζε πξνζηαηεπκέλνπο ρψξνπο, ελψ ζα πξέπεη λα εμαζθαιίδεηαη ν επαξθήο αεξηζκφο ηνπ ζεκείνπ ηνπνζέηεζεο. Γηα εγθαηαζηάζεηο ζπζζσξεπηψλ πνπ είλαη απνθιεηζηηθά ζπλδεδεκέλνη ζε έλα Sunny Island δελ είλαη απαξαίηεηε ε πξνζηαζία απφ άκεζν ή έκκεζν άγγηγκα, ιφγσ ηεο κηθξήο ηάζεο πξνζηαζίαο. Γελ απαηηείηαη εγθαηάζηαζε ζε μερσξηζηφ ρψξν ζπζζσξεπηψλ ή ζε θιεηζηνχο ρψξνπο ιεηηνπξγίαο ησλ ζπζζσξεπηψλ. Ο απαηηνχκελνο φγθνο ξνήο αέξα, γηα ηνλ αεξηζκφ ηνπ ρψξνπ ησλ ζπζζσξεπηψλ, ππνινγίδεηαη ζχκθσλα κε ην πξφηππν EN 50272-2 σο εμήο: Όπνπ Q : Απαηηνχκελνο φγθνο ξνήο αέξα n : Αξηζκφο ησλ θπςειψλ IGas : Μέγηζην δπλαηφ ξεχκα αεξίσζεο κε C10 σο νλνκαζηηθή ρσξεηηθφηεηα 10 σξψλ ζε [Ah] A = 28 * Q [cm 2 ] 124
ην θνληηλφ πεξηβάιινλ ηνπ ζπζζσξεπηή δελ εμαζθαιίδεηαη πάληνηε ε επαξθήο αξαίσζε ησλ εθξεθηηθψλ αεξίσλ. Γηα ην ιφγν απηφ πξέπεη λα ηεξείηε απφζηαζε αζθαιείαο, ζε κία απφζηαζε ζηελ νπνία δελ πξέπεη λα εηζέξρνληαη ππξαθησκέλα κέζα ιεηηνπξγίαο θαη δελ πξέπεη λα δεκηνπξγνχληαη ζπηλζήξεο. Ζ απφζηαζε αζθαιείαο ππνινγίδεηαη σο εμήο: d = 5,76 * (C10) 1/3 [cm] 7.3 ύνδεζη ηων πλαιζίων Ο αξηζκφο ησλ πιαηζίσλ πνπ ζπλδένληαη ζε θάζε αληηζηξνθέα εμαξηάηαη απφ ηελ ηζρχ ηνπ αληηζηξνθέα. Τπάξρεη ε δπλαηφηεηα λα ζπλδέζνπκε 16 πιαίζηα. Δπεηδή φκσο, πξφθεηηαη λα κειεηήζνπκε εθηφο απφ κνλνθαζηθφ ζχζηεκα θαη ηξηθαζηθφ ζα πξέπεη λα ηζνθαηαλείκνπκε ηελ ηζρχ ζε θάζε θάζε. πλεπψο, ζπλδέζακε 12 πιαίζηα ζε θάζε αληηζηξνθέα. Ο κέγηζηνο αξηζκφο ησλ πιαηζίσλ πνπ κπνξνχλ λα ζπλδένληαη ζε ζεηξά ζε θάζε string ππνινγίδεηαη απφ ηνπο παξαθάησ ηχπνπο: Με V νc(-10 o c) = 1,14 * V νc = 1,14 * 21,8= 24,85 V Γειαδή 16 πιαίζηα ζηε ζεηξά. Καη ν ειάρηζηνο : Με V νc(70 o c) =0,82 * V νc = 0,82 * 21,8= 17,88 Γειαδή 8 πιαίζηα. 125
Άξα κπνξνχκε λα ζπλδέζνπκε απφ 8 έσο 16 πιαίζηα. Γηα ηνπο ιφγνπο πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ ζα ζπλδέζνπκε ζε θάζε ζπζηνηρία 12 πιαίζηα ζηε ζεηξά. πλεπψο αθνχ έρνπκε 12 πιαίζηα αλά inverter, ζα έρνπκε 1 ζπζηνηρία. *ηελ επηινγή ηεο ζπλδεζκνινγίαο εθηφο απφ ηνπο παξαπάλσ ηχπνπο κε βνήζεζε ην πξφγξακκα ηεο SMA,«SunnyDesign». 7.4 Καλωδιώζειρ και ςπολογιζμόρ διαηομών καλωδίων χκθσλα κε ηνλ θαλνληζκφ VDE 0100 part 712, ε πηψζε ηάζεο ζην θαιψδην ζπλερνχο ξεχκαηνο δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ην 1%. Ζ απαηηνχκελε δηαηνκή αγσγνχ εμαξηάηαη απφ ηνπο εμήο παξάγνληεο: ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο, ηξφπνο δηεπζέηεζεο, αληνρή ζηελ ππεξηψδε αθηηλνβνιία, απψιεηεο αγσγνχ, ηζρχνπζεο νδεγίεο εγθαηάζηαζεο ηεο εθάζηνηε ρψξαο (ηνπ ηφπνπ εγθαηάζηαζεο). ηελ εγθαηάζηαζε καο ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε 3 είδε θαισδίσλ: A. DC string Καιψδην, DC θεληξηθφ θαιψδην. B. AC θαιψδην. C. Καιψδην ζπλδεζκνινγίαο ησλ inverters. Α) DC string Καιψδην,DC θεληξηθφ θαιψδην Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ θαισδίνπ ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηνλ ηχπν: [mm 2 ] Όπνπ: L m : ην κήθνο ηνπ θαισδίνπ απφ ηνλ πίλαθα ζχλδεζεο έσο ηα ΦΒ πιαίζηα. Θεσξψ φηη ν πηλάθαο ζχλδεζεο ζα ηνπνζεηεζεί θάησ απφ ην κεζαίν πάλει, δειαδή πεξίπνπ L m = 40m. K = 56 m/ω mm 2 126
P m =960 W V mpp = 202,8 V I st = 4,76 A Έηζη πλεπψο ε θαηάιιειε δηαηνκή είλαη 4 mm 2. ε απηφ ην ζεκείν ζα ππνινγίζνπκε ηηο απψιεηεο απηνχ ηνπ θαισδίνπ ζηηο ζπζηνηρίεο. κε n=1 (αξηζκφο ησλ ζπζηνηρηψλ) P st = 960 W Απηνί νη ππνινγηζκνί έγηλαλ ελδεηθηηθά, γηα λα δνχκε πεξίπνπ πνηεο δηαηνκέο θαισδίσλ ζα επηιέμνπκε γηα ηελ εγθαηάζηαζε καο. Β) AC θαιψδην. Υξεζηκνπνηήζακε ηε κέγηζηε δηαηνκή πνπ δέρεηαη ν Sunny Boy δειαδή 2,5mm 2. C) Καιψδην ζπλδεζκνινγίαο ησλ αληηζηξνθέσλ Οη inverters ρξεζηκνπνηνχλ ην θαιψδην RS485 γηα ηε κεηαμχ ηνπο ζπλδεζκνινγία, γηα ηε ζχλδεζε ηνπο κε ηα κεηξεηηθά ζηνηρεία (πρ sunny sensor box.) θαη γηα ηε ζχλδεζε ηνπο κε ηα ζηνηρεία επηθνηλσλίαο θαη πξνβνιήο πιεξνθνξηψλ (πρ sunny web box). 127
7.5 Πίνακερ και πποζηαηεςηικά ζηοισεία Για ηην DC πλεςπά: ηελ εγθαηάζηαζε καο ρξεζηκνπνηήζακε έλα πίλαθα ζηελ πιεπξά ηνπ DC θαη γηα ηνπο ηξείο αληηζηξνθείο, αθνχ ηνπνζεηήζεθαλ ζηνλ ίδην ρψξν. Ο θάζε πίλαθαο ζα πεξηέρεη: ηνηρεία πξνζηαζίαο: 2 αζθάιεηεο κνλνπνιηθέο DC γηα ξεχκα 6 A. (1,25 * I Dc =6 A). Γηαθφπηεο DC δηπνιηθφο γηα ξεχκα 6 A. Απαγσγέα ππεξηάζεσλ (surge Arrester) DG M YPV SCI 1000 ηεο DEHN. Σα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ απαγσγέα ππεξηάζεσλ θαίλνληαη ζηνλ παξαθάησ πηλάθα. 128
Παξάδεηγκα: ην παξαπάλσ ζρήκα θαίλεηαη έλαο πίλαθαο κε 8 strings. Γηα ηηο κπαηαξίεο ρξεζηκνπνηήζακε αζθαιεηναπνδέπθηε. Για ηην AC πλεςπά: Υξεζηκνπνηήζακε έλα δηαθφπηε κεηά απφ θάζε αληηζηξνθέα θαη έλα δηαθφπηε θνξηίνπ κεηά απφ θάζε Sunny Island. 129
7.6 ηοισεία έλεγσος και μεηπηηικά ζηοισεία ε απηή ηελ ελφηεηα ζα αζρνιεζνχκε κε ηνλ απαηηνχκελν εμνπιηζκφ πνπ ζα ειέγρεη ηελ εγθαηάζηαζε καο θαη πνπ ζα ζπιιέγεη ηηο κεηξήζεηο πνπ ρξεηαδφκαζηε. Οη ζπζθεπέο πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζα είλαη : Sunny WebBox θαη Sunny SensorBox Sunny WebBox Οη ιεηηνπξγίεο ηνπ είλαη: πλερήο έιεγρνο ηεο ειηαθήο εγθαηάζηαζεο. Έγθαηξε αλαγλψξηζε ζθαικάησλ ιεηηνπξγίαο. Καηαγξαθή ησλ ελεξγεηαθψλ απνδφζεσλ. Αζθαιήο απνζήθεπζε δεδνκέλσλ θαη αμηνιφγεζε κε MS Excel. Γηάγλσζε θαη δηακφξθσζε εγθαηάζηαζεο. Απηφκαηε κεηάδνζε δεδνκέλσλ ζε ξπζκηδφκελα ρξνληθά δηαζηήκαηα. 130
Δπεμεξγαζία δεδνκέλσλ θαη γξαθηθή απεηθφληζε ζην δηαδίθηπν κέζσ ηνπ Sunny Portal. Sunny SensorBox 131
Οη ιεηηνπξγίεο ηνπ είλαη: πλερήο παξαθνινχζεζε ησλ ειηαθψλ εγθαηαζηάζεσλ. Καηαγξαθή ηεο πξφζπησζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ κνλάδσλ, ηεο ζεξκνθξαζίαο πεξηβάιινληνο θαη ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ. Αμηνιφγεζε ησλ δεδνκέλσλ ζε Ζ / Τ ή ζην Sunny Portal. πκβαηφ κε ην Sunny WebBox 132
Βιβλιογπαθία 1. D. Grahame Holmes, Thomas A. Lipo Pulse Width Modulation for Power Converters Principles and Practice, IEEE 2003 2. Φξαγθηαδάθεο, Φσηνβνιηατθά πζηήκαηα, εθδφζεηο ΕΖΣΖ, Θεζζαινλίθε 2004 3. Εαραξίαο Θσκάο, Ήπηεο κνξθέο ελέξγεηαο Η, Πάηξα 2006 4. Εαραξίαο Θσκάο, Ήπηεο κνξθέο ελέξγεηαο ΗΗ, Πάηξα 2007 5. Mohan, Undeland, Robbins, Ζιεθηξνληθά ηζρχνο, εθδφζεηο Σδηφια, Θεζζαινλίθε 1996 6. «Planning and Installing Photovoltaic Systems», second edition, Earthscan, London 2008 7. ΚΑΠΔ, «νδεγίεο γηα ηελ εγθαηάζηαζε ΦΒ ζπζηεκάησλ ζε θηεξηαθέο εγθαηαζηάζεηο», 2009 www.cres.gr 8. Πεξδίνο ηακάηεο, «Φσηνβνιηατθέο εγθαηαζηάζεηο», εθδφζεηο Σeεθδνηηθή, Αζήλα 2007 9. Soeren Baekhoej Kjaer, Member, IEEE, John K. Pedersen, Senior Member, IEEE, and Frede Blaabjerg, Fellow, IEEE, «A Review of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules», 2005 10. SMA, «Φσηνβνιηατθνί κεηαηξνπείο SUNNY BOY 1100/1200/1700, νδεγίεο ηνπνζέηεζεο» 11. SMA, «Μεηαηξνπέαο απηφλνκνπ δηθηχνπ SUNNY ISLAND 2012/2224 ηερληθή πεξηγξαθή» 133
ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α 134
135
ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Β 136
137
ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Γ 138
139
140