Γηπισκαηηθή Δξγαζία Σνπθνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ

ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΖΥΑΝΗΚΩΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΩΝ ΣΟΜΔΑ: ΤΣΖΜΑΣΩΝ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΠΑΡΑΓΩΓΖ, ΜΔΣΑΦΟΡΑ ΓΗΑΝΟΜΖ ΚΑΗ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΔΩHΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Γηπισκαηηθή Δξγαζία Σνπθνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ Κνθνηζάθε ηαύξνπ ηνπ Γεσξγίνπ Αξηζκόο Μεηξώνπ: 7283 Θέμα: «Έλεγτος θωηοβοληαϊκού ζσζηήμαηος με ηην μέθοδο διαηαρατής και παραηήρηζης» Επιβλέπυν Καθηγηηήρ Ανηώνιορ Αλεξανδπίδηρ 1

ΠανεπιζηήμιοΠαηπών, [ΤμήμαΗλεκηπολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίαρ Υπολογιζηών] [ΣηαύπορΚοκοηζάκηρ] [2015] Μεηηνεπιθύλαξηπανηόρδικαιώμαηορ 2

ΠΗΣΟΠΟΗΖΖ Πηζηνπνηείηαη φηη ε Γηπισκαηηθή Δξγαζία κε ζέκα «Έιεγρνο θσηνβνιηαηθνύ ζπζηήκαηνο κε ηελ κέζνδν δηαηαξαρήο θαη παξαηήξεζεο» Σνπθνηηεηή ηνπ Σκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ Κνθνηζάθε ηαχξνπ ηνπ Γεσξγηνχ Αξηζκφο Μεηξψνπ: 7283 Παξνπζηάζηεθε δεκφζηα θαη εμεηάζηεθε ζην Σκήκα Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ζηηο.../../ Ο Δπηβιέπσλθαη Γηεπζπληήο ηνπ Σνκέα Καζεγεηήο Αληψληνο Αιεμαλδξίδεο 3

Αξηζκόο Γηπισκαηηθήο Δξγαζίαο: Θέκα:«Έιεγρνο θσηνβνιηαηθνύ ζπζηήκαηνο κε ηελ Μέζνδν δηαηαξαρήο θαη παξαηήξεζεο» Φνηηεηήο: Κνθνηζάθεο ηαχξνο Δπηβιέπσλ: Καζεγεηήο, Αληψληνο Αιεμαλδξίδεο Πεξίιεςε: Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία έρεη αληηθείκελν ηελ αλάιπζε θαη ηνλ έιεγρν ελφο θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο, κε θχξην ζθνπφ λα παξέρεη πάληα ηελ κέγηζηε ηζρχ ηνπ αιιά θαη ε άεξγνο ηζρχο ηνπ δηθηχνπ λα κεδελίδεηαη.σν θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα απνηειείηαη απφ κηα θ/β ζπζηνηρία, έλαλ ππθλσηή θαη έλαλ DC/AC αληηζηξνθέα κε ηνλ νπνίν ζπλδέεηαη ζην δίθηπν κέζσελφο RL θίιηξνπ.ηελ δηαδηθαζία ηνπ ειέγρνπ καο πεξηιακβάλεηαη ν έιεγρνο γηα ηελ αλίρλεπζε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο (MPPT ειεγθηήο) θαζψο θαη φινη νη PI ειεγθηέο πνπ είλαη απαξαίηεηνη ηφζν γηα ηνλ έιεγρν ηεο dc ηάζεο φζν θαη γηα ηνλ έιεγρν ηεο αέξγνπ ηζρχνο.σν ζχζηεκα καο πξνζνκνηψλεηαη ζην πεξηβάιινλ ηνπ Simulinkηνπ Matlabηεο Mathworks, κεηαβάιινληαο ηελ αθηηλνβνιία.γηαηνλμρρσέιεγρνεθαξκφδεηαηεηερληθήperturb&observe. 4

Abstract This diploma thesis has subject the analysis and the control of a grid connected photovoltaic system with main purpose to provide the maximum power and the reactive power injected to the grid could be reduced to zero.the photovoltaic system system consists of a P/v array, a capacitor and a DC/AC inverter (and the whole control circuit) which is connected to the grid through an RL filter.the process of our control includes the control for tracking the maximum power point(mppt controller) and all the PI controllers that are necessary in order to control both the dcvoltage and the reactive power.the system is simulated by the Simulink in Matlab of Mathworks under changing solar irradiation.for the MPPT control the Perturb & Observe technique is implemented. 5

Θα ήθελα να εςσαπιζηήζυ ηον κ.ανηώνιο Αλεξανδπίδη, επιβλέπονηα καθηγηηή αςηήρ ηηρ διπλυμαηικήρ, πος με ηην ανάθεζη ηηρ ζε εμένα μος έδυζε ηην εςκαιπία να αζσοληθώ με ηον πολύ ενδιαθέπον θέμα ηυν Ανανεώζιμών Πηγών Ενέπγειαρ. Επίζηρ ένα μεγάλο εςσαπιζηώ ζηοςρ ςποτήθιοςρ διδάκηοπερ Κώζηα Κπομμύδα και Γιάννη Μαγγανά για ηην βόηθεια πος μος έδυζαν και ηον σπόνο πος αθιέπυζαν. Τέλορ θα ήθελα να εςσαπιζηήζυ όλοςρ όζοςρ με ζηήπιξαν ςλικά τςσολογικά και με ηιρ γνώζειρ ηοςρ ζηην διάπκεια ηυν ζποςδών μος. 6

ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ Κεθάιαην 1:Δηζαγσγή ζηηο Αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηάο Κεθάιαην 2: Ζιηαθή ελέξγεηα19 2.1 Δηζαγσγή19 2.2 Ο Ζιηνο ζαλ ελεξγεηαθή πεγε19 2.3 Υξήζηκνη νξηζκνί20 2.4 Ζιηαθή αθηηλνβφιηα ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο25 2.4.1 Ζιηαθή ζηαζεξά25 2.4.2 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα25 2.4.3 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο26 2.4.4 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλεο επηθάλεηεο26 2.5 Σν ειηαθφ δπλακηθφ ζηελ Διιάδα29 Κεθάιαην 3: Φσηνβνιηαηθή γελλήηξηα31 3.1 Ζιηαθά θχηηαξα31 3.1.1 Σν θσηνβνιηαηθφ θαηλφκελν31 3.1.2 Ζκηαγσγνί32 3.2 Λεηηνπξγία θσηνβνιηαίθσλ ζηνηρείσλ θαη θσηφξεπκα35 3.3 Ηζνδχλακν θχθισκα θσηνβνιηαίθνπ θπηηάξνπ36 3.4 Βαζκφο απφδνζεο ειηαθνχ θπηηάξνπ41 3.5 πζηνηρίεο ειηαθψλ θπηηάξσλ43 3.5.1 Δηζαγσγή43 7

3.5.2 χλδεζε ειηαθψλ θπηηάξσλ44 3.5.3 Η-Vσαπακηηπιζηική ηλιακών κςηηάπυν46 3.5.4 Δίοδοι παπάκαμτηρ και θαινόμενο hotspot47 3.6 κίαζη θυηοβοληαικυν πλαιζίυν47 3.6.1 Επιπηώζειρ ηηρ μεπικήρ ζκίαζηρ48 3.6.2 Ανηιμεηώπιζη ηηρ ζκίαζηρ48 3.7 Καηαζκεςαζηικά σαπακηηπιζηικά51 Κεθάιαην 4 Ηλεκηπονικοί μεηαηποπείρ ιζσύορ 4.1 Ειζαγυγή55 4.2 Καηηγοπιοποίηζη μεηαηποπέυν55 4.2.1 Μεηαηποπείρ μιαρ βαθμίδαρ55 4.2.2 Μεηαηποπείρ δύο βαθμίδυν56 4.2.3 Μεηαηποπείρ πολλαπλών βαθμίδυν57 4.3 Ανηιζηποθείρ58 4.3.1 Πεπιγπαθή58 4.3.2 Μονοθαζικοί ανηιζηποθείρ58 4.3.2.1 Λειηοςπγία μονοθαζικού ανηιζηποθέα ζε ζςνδεζμολογία ημιθέθςπαρ58 4.3.2.2 Μονοθαζικόρ ανηιζηποθέαρ πλήποςρ γέθςπαρ61 4.3.2.3 Έλεγσορ ηηρ ηάζηρ εξόδος ανηιζηποθέα ημιγέθςπαρ με ηην ηεσνική διαμόπθυζηρ εύποςρ παλμών65 4.3.2.4 Οι μέθοδοι εξάλειτηρ ή μείυζηρ ανώηεπυν απμονικών ηηρ ηάζηρ εξόδος ηος ανηιζηποθέα 66 4.3.2.5 Εξάλειτη απμονικών με ηην μέθοδο SPWM67 4.3.3 Σπιθαζικοί ανηιζηποθείρ71 8

4.3.3.1 Ειζαγυγή72 4.3.3.2 Σπιθαζικόρ ανηιζηποθέαρ πηγήρ ηάζηρ72 4.3.3.3 Λειηοςπγία ανηιζηποθέα με Σεηπαγυνικό παλμό ηάζηρ75 4.3.3.4 Ημιηονοειδήρ PWM79 Κεθάιαην 5: MPPTΣερληθέο 5.1 Ειζαγυγή ζηο ΜΡΡΣ83 5.2 Σεσνικέρ εύπεζηρ ΜΡΡΣ85 5.2.1 Σεσνική ζηαθεπήρ ηάζηρ85 5.2.2 Σεσνική αύξηζηρ ηηρ αγυγιμόηηηαρ86 5.2.3 Μέθοδορ Perturb&Observe88 Κεθάιαην 6:Μνληεινπνίεζε αληηζηξνθέα 6.1 Σο d-qζύζηημα91 6.2 Μονηελοποίηζη ηος ανηιζηποθέα 92 6.3 PIέλεγσορ97 6.4 Κέπδη εζυηεπικών ελεγκηών99 Κεθάιαην 7: Πξνζνκνίσζε ηνπ ζπζηήκαηνο ζε πεξηβάιινλ Simulinkηνπ Matlab 7.1 Ειζαγυγή101 7.2 Παποςζίαζη παπαμέηπυν ηος ζςζηήμαηορ102 7.3 Φυηοβοληαική ζςζηοισία ζηο MATLAB103 7.4 O ανηιζηποθέαρ DCtoACζηο MATLAB105 7.5 Πποζομοίυζη ηος ελέγσος ηηρ αέπγος ιζσύορ ζηο MATLAB106 9

7.6 Πποζομοίυζη ηος ελέγσος ηηρ dcηάζηρ ζηο MATLAB 106 7.7 Πποζομοίυζη ηος ΜΡΡΣ με ηην Ρ&Ο ζηο MATLAB108 Κεθάιαην 8: Απνηειέζκαηα πξνζνκνίσζεο 8.1 Ειζαγυγή109 8.2 Αποκπίζειρ ζηην πλεςπά ηος δικηύος110 8.2.1 σόλια και παπαηηπήζειρ 113 8.3 Αποκπίζειρ ηυν μεγεθών ηηρ θυηοβοληαικήρ ζςζηοισίαρ113 8.3.1 σόλια και παπαηηπήζειρ115 8.4 Σελικό ζςμπέπαζμα115 BΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 116 10

11

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 Δηζαγσγή Έλα απφ ηα πνιιά πιενλεθηήκαηα πνπ έρεη ε ρψξα καο είλαη ν θαιφο θαηξφο θαη νη πνιιέο ειηφινπζηεο κέξεο θαηά ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο.απηφ καο δίλεη ηελ δπλαηφηεηα λα εθκεηαιεπηνχκε ηελ ειηαθή ελέξγεηα.ζ Έιιαδα έρνληαο ππνγξάςεη ηελ ζπλζήθε ηνπ Κηφην φπσο φιεο νη αλαπηπγκέλεο ρψξεο ππνρξενχηε έσο ζην ηέινο ηνπ2020 ην 20% ηεο εγρψξηαο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο λα πξνέξρεηαη απφ Αλαλεψζηκεο ΜνξθέοΔλέξγεηαο.Έηζη ηα ηειεπηαία ρξφληα ππάξρνπλ πνιιέο επελδχζεηο ζηηο ΑΠΔ θαη ηδηαίηεξα γηα εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο. ε αληίζεζε κε ηα νξπθηά θαχζηκα (πεηξέιαην, άλζξαθαο, θπζηθφ αέξην) ησλ νπνίσλ ηα απνζέκαηα ζηε γε είλαη πεξηνξηζκέλα, ε ειηαθή ελέξγεηα είλαη αλεμάληιεηε, ρσξίο θφζηνο θαη εμαηξεηηθά θηιηθή πξνο ην πεξηβάιινλ. Μία πεξίπησζε εθκεηάιιεπζεο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο απνηεινχλ ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα. Σα θσηνβνιηαηθά ζπζηήκαηα έρνπλ κηα ζεηξά ζεκαληηθψλ πιενλεθηεκάησλ ζε ζρέζε κε ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο απφ νξπθηά θαχζηκα,αιιά θαη ζε ζρέζε κε άιιεο κνξθέο ΑΠΔ.Μπνξνχλ λα εγθαηαζηαζνχλ πάλσ ζε ππάξρνληα θηίξηα ιφγσ ηεο αζφξπβεο ιεηηνπξγίαο ηνπο θαη ηνπ κηθξνχ ηνπο φγθνπ.γελ παξάγνπλ ξχπνπο αθνχ απιά κεηαηξέπνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή. Αλαβαζκίδνπλ ηελ αηζζεηηθή ησλ θηηξίσλ ζηα νπνία εγθαζίζηαληαη ιφγσ ηεο κνληέξλαο ηνπο γξακκήο. Γελ έρνπλ θάπνηα θηλεηά κέξε θαη νχηε πεξηέρνπλ θάπνηνπ είδνπο πγξά νπφηε δελ απαηηνχλ ζεκαληηθή ζπληήξεζε. Ζ δηάξθεηα δσήο ηνπο είλαη εμαηξεηηθά κεγάιε θαη είλαη ηνπιάρηζηνλ 30 ρξφληα.δηδηθά ζηελ ζηελ Διιάδα ιφγσ ηνπ πςεινχ ειηαθνχ δπλακηθνχ έρνπλ κεγάιν πεδίν εθαξκνγήο ζε φιεο ηεο πεξηνρέο ηεο ρψξαο.γεδνκέλνπ φηη ε παξαγσγή θαη θαηαλάισζε ηνπ ειηαθνχ ειεθηξηζκνχ γίλνληαη ηνπηθά, απνθεχγνληαη νη ζεκαληηθέο απψιεηεο ηεο κεηαθνξάο θαη δηαλνκήο ηνπ ειεθηξηζκνχ θαη θαη' απηφ ηνλ ηξφπν επηηπγράλεηαη εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο ηεο ηάμεο ηνπ 10% ζε ζρέζε κε ηε ζπκβαηηθή παξνρή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κέζσ ηνπ δηθηχνπ. Δπίζεο ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα έρνπλ ζεκαληηθά πεξηβαιινληηθά πιενλεθηήκαηα.κάζε θηινβαηψξα πνπ παξάγεηαη απφ θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα, θαη άξα φρη απφ ζπκβαηηθά θαχζηκα, ζπλεπάγεηαη ηελ απνθπγή έθιπζεο 1,1 θηιψλ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα ζηελ αηκφζθαηξα.έλα ηππηθφ θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα ηνπ 12

ελφο θηινβάη, απνηξέπεη θάζε ρξφλν ηελ έθιπζε 1,4 ηφλσλ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα, φζν δειαδή ζα απνξξνθνχζαλ δχν ζηξέκκαηα δάζνπο.δπηπιένλ, κηθξνζσκαηίδηα, ζπλεπάγεηαη ιηγφηεξεο εθπνκπέο άιισλ επηθίλδπλσλ ξχπσλ (φπσο ηα αησξνχκελα ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ, νη ελψζεηο ηνπ ζείνπ, θ.ιπ). Οη εθπνκπέο δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα ππξνδνηνχλ ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ θαη αιιάδνπλ ην θιίκα ηεο Γεο, ελψ ε αηκνζθαηξηθή ξχπαλζε έρεη ζνβαξέο επηπηψζεηο ζηελ πγεία θαη θαη ην πεξηβάιινλ. Ζ βαζκηαία αχμεζε ησλ κηθξψλ ειεθηξνπαξαγσγψλ ζα κπνξνχζε λα θαιχςεη απνηειεζκαηηθάηε δηαξθή αχμεζε ηεο δήηεζεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ε νπνία ζε δηαθνξεηηθή πεξίπησζε ζα έπξεπε λα θαιπθζεί κε κεγάιεο επελδχζεηο γηα ζηαζκνχο ειεθηξνπαξαγσγήο. Ζ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ απφ κηθξνχο παξαγσγνχο κπνξεί λα πεξηνξίζεη επίζεο ηελ αλάγθε επελδχζεσλ ζε λέεο γξακκέο κεηαθνξάο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σν θφζηνο κηαο λέαο γξακκήο κεηαθνξάο είλαη πνιχ πςειφ, αλ ιάβνπκε ππφςε καο πέξα απφ ηνλ ηερλνινγηθφ εμνπιηζκφ θαη ζέκαηα πνπ ζρεηίδνληαη κε ηελ εμάληιεζε ησλ θπζηθψλ πφξσλ θαη ηηο αιιαγέο ζηηο ρξήζεηο γεο. Οη δηάθνξνη κηθξνί παξαγσγνί "πξάζηλεο" ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απνηεινχλ ηδαληθή ιχζε γηα ηε κειινληηθή παξνρή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζηηο πεξηπηψζεηο φπνπ ακθηζβεηείηαη ε αζθάιεηα ηεο παξνρήο. Ζ ηνπηθή παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο δελ δνθηκάδεηαη απφ δαπαλεξέο ελεξγεηαθέο απψιεηεο πνπ αληηκεησπίδεη ην ειεθηξηθφδίθηπν (απψιεηεο, νη νπνίεο ζηελ Διιάδα αλέξρνληαη ζε 10,6% θαηά κέζν φξν). Απφ ηελ άιιε, ε κέγηζηε παξαγσγή ειηαθνχ ειεθηξηζκνχ ζπκπίπηεη ρξνληθά κε ηηο εκεξήζηεο αηρκέο ηεο δήηεζεο (ηδίσο ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο), βνεζψληαο έηζη ζηελ εμνκάιπλζε ησλ αηρκψλ θνξηίνπ, ζηελ απνθπγή black-out θαη ζηε κείσζε ηνπ ζπλνιηθνχ θφζηνπο ηεο ειεθηξνπαξαγσγήο, δεδνκέλνπ φηη ε θάιπςε απηψλ ησλ αηρκψλ είλαη ηδηαίηεξα δαπαλεξή. εκεησηένλ φηη, θάζε ψξα black-out θνζηίδεη ζηελ εζληθή νηθνλνκία 25-40 εθαη. Δπξψ. εκαληηθφ κεηνλέθηεκα κπνξεί λα ραξαθηεξίζεη θάπνηνο ην θφζηνο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ, ην νπνηφ είλαη αθφκα πςειφ αλ θαη αλακέλεηαη ηα επφκελα ρξφληα λα κεησζεί.ε απηφ πξνηίζεηαη λα ζπκβάιεη θαη ν δεκφζηνο ηνκέαο κε δίαθνξα πξνγξάκκαηα ηα νπνία δίλνπλ θίλεηξν ζηνλ θαηαλαισηή λα εγθαηαζηήζεη θ/β.μηα ελδεηθηηθή ηηκή είλαη 6.000 επξψ αλάεγθαηεζηεκέλν θηινβάη (kw) ειεθηξηθήο ηζρχνο. Λακβάλνληαο ππφςε φηη κηα ηππηθήνηθηαθήθαηαλάισζε απαηηεί απφ 1,5 έσο 3,5 θηινβάη.σν πνζφ απηφ, σζηφζν, κπνξεί λα απνζβεζηεί ζε πεξίπνπ 5-6ρξφληα θαη ην Φ/Β ζχζηεκαζα ζπλερίζεη λαπαξάγεη δσξεάλελέξγεηα γηαηνπιάρηζηνλ άιια 30 ρξφληα.άιιν έλα κεηνλέθηεκα είλαη φηη ππάξρεη αλάγθε απνζήθεπζεο ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ή ζπλεξγαζίαο ησλ θσηνβνιηατθψλ κε αλεκνγελλήηξηεο θαη ζπκβαηηθέο κεραλέο παξαγσγήο ιφγσ ηνπ εηεξνρξνληζκνχ ηνπ θνξηίνπ θαη παξαγσγήο. Τπάξρνπλ 2 ηξφπνη λα ρξεζηκνπνηήζεη θαλείο ηα θσηνβνιηατθα ζπζηήκαηα.ε ζπλεξγαζία κε ην δίθηπν ηεο ΓΔΖ θαη αλεμάξηεηα απφ απηφ. 13

ηα ζρήκαηα 1.1 θαη 1.2 παξνπζηάδνληαη έλα απηφλνκν θσηνβνιηατθν ζχζηεκα θαη έλα ζπλδεκέλν κε ην δίθηπν ηνπ παξφρνπ ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. ρ 1.1 Απηόλνκν ζύζηεκα Έλα ζχζηεκα παξαγσγήο ειεθηξηζκνχ κε θσηνβνιηατθά πιαίζηα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζπλδεδεκέλν κε ην δίθηπν ηεο ΓΔΖ.ηελ πεξίπησζε απηή, ν ηδηψηεο πνπιάεη ην ξεχκα ζηελ ΓΔΖ ελαληη κηαο νξηζκέλεο ηηκήο ε νπνία θαζνξίδεηαη απφ ηνλ λφκν θαη ζπλερίδεη λα αγνξάδεη ξεχκα απφ ηελ ΓΔΖ.Έρεη δειαδή έλα δηπιφ κεηξεηή γηα ηελ θαηακέηξεζε ηεο εηζεξρφκελεο θαη ηεο εμεξρφκελεο ελέξγεηαο.δλαιιαθηηθά κηα εγθαηάζηαζε κπνξεί λα απνηειέζεη έλα απηφλνκν ζχζηεκα πνπ λα θαιχπηεη ην 14

ζχλνιν ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ ελφο θηηξίνπ.γηα ηε ζπλερή εμππεξέηεζε ηνπ θαηαλαισηή, ε εγθαηάζηαζε ζα πξέπεη λα πεξηιακβάλεη θαη κηα κνλάδα απνζήθεπζεοθαη δηαρείξηζεο ηεο ελέξγεηαο. ρ. 1.2 πλδεκέλν κε ην δίθηπν ζύζηεκα ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο,ηα θσηνβνιηατθα ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα παξνρή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο εθεδξείαο(δειαδή σο ζπζηήκαηα αδηάιεηπηεο παξνρήο UPS). Γειαδή ην ζχζηεκα είλαη κελ ζπλδεδεκέλν κε ηε ΓΔΖ, αιιά δηαζέηεη θαη κπαηαξίεο (ζπλ φια ηα απαξαίηεηα ειεθηξνληθά) γηα λα αλαιακβάλεη ηελ θάιπςεησλ αλαγθψλ ζε πεξίπησζε δηαθνπήοηνπ ξεχκαηνο θαη γηα φζν δηαξθεί απηή. Γηα ιφγνπο απφδνζεο θαη νηθνλνκίαο πάλησο, δελ ζπληζηάηαη ε ρξήζεθσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ζεξκηθψλειεθηξηθψλ ζπζθεπψλ,φπσο νη θνπδίλεο,ζεξκνζίθσλεο, ειεθηξηθά θαινξηθέξ ή ζεξκνζπζζσξεπηέο.γηα ηηο ρξήζεηο απηέο ππάξρνπλ πνιχ νηθνλνκηθφηεξεο ιχζεηο φπσο φπσο νη ειηαθνί ζεξκνζίθσλεο,ν γεσζεξκηθφο θιηκαηηζκφο, νη θνπδίλεο ή ηα ζχγρξνλα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο κε 15

βηνκάδα, θ.ιπ. Αο δνχκε ην παξάδεηγκα ηεο ζέξκαλζεο ηνπ λεξνχ: αλ ρξεζηκνπνηήζνπκε ειεθηξηθφ ζεξκνζίθσλα πνπ ηξνθνδνηείηαη απφ έλαθσηνβνιηατθφ ζχζηεκα, ην ειηαθφ θσο κεηαηξέπεηαη ζε ειεθηξηζκφ θαη θαηφπηλ απφ ην ζεξκνζίθσλα ζε ζεξκφηεηα. Σν ζπλνιηθφ θφζηνο ησλ δχν απηψλ ζπζηεκάησλείλαη πνιχ κεγαιχηεξν απφ έλαλ ειηαθφ ζεξκνζίθσλα πνπ κεηαηξέπεη απεπζείαο ηελειηαθή αθηηλνβνιία ζε ζεξκφηεηα. Απφ ηελ άιιε κεξηά, ν θσηηζκφο κε ιάκπεο εμνηθνλφκεζεο θαη ε ρξήζε ειεθηξνληθψλ ζπζθεπψλ απνηεινχλ αλάγθεο πνπ κπνξνχλ λα θαιπθζνχλ εχθνια θαη νηθνλνκηθά κε θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα. Γεληθά ζηνλ Διιαδηθφ ρψξν νη θχξηεο εθαξκνγέο θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλείλαη νη εγθαηαζηάζεηο ηεο ΓΔΖ ζηα λεζηά (Κχζλνο, Αξθνί, Αληηθχζεξα, Γαχδνο, ίθλνο), ε ειεθηξνδφηεζε ηνπ ζπλφινπ ηνπ δηθηχνπ ησλ θάξσλ απφ ηελαληίζηνηρε ππεξεζία ηνπ Πνιεκηθνχ Ναπηηθνχ, αλακεηαδφηεο ζηαζεξήο θαη θηλεηήο ηειεθσλίαο, θαζψο θαη δηάθνξεο εγθαηαζηάζεηο ζηα πιαίζηα πηινηηθψλ εθαξκνγψλκέζσ επηδνηνχκελσλ έξγσλ ηεο Δπξσπατθήο Έλσζεο.Ζ δπλεηηθή αγνξά ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ ζηελδιιάδα αιιά θαη ε παξαγσγηθή δξαζηεξηφηεηα είλαη αληίζηνηρε ηεο αγνξάο ησλειηαθψλ ζπιιεθηψλ δεζηνχ λεξνχ. Ζ αλάπηπμε ηεο αγνξάο εμαξηάηαη ζε κεγάινβαζκφ απφ ηελ πξνψζεζε βέιηηζησλ κέηξσλ θαη θηλήηξσλ εθ κέξνπο ηεο πνιηηείαο.σν ζεηηθφ είλαη φηη ηα ηειεπηαία ρξφληα γίλνληαη αξθεηά βήκαηα πξνο ζε απηήλ ηελ θαηεχζπλζε. 16

17

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 2.1 Δηζαγσγή Ζιηαθή ελέξγεηα Ζιηαθή ελέξγεηα ραξαθηεξίδεηαη ην ζχλνιν ησλ δηαθφξσλ κνξθψλ ελέξγεηαο πνπ πξνέξρνληαη απφ ηνλ Ήιην.Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία παξέρεη έλα ηεξάζηην πνζφ ελέξγεηαο ζηελ Γε.Σν ζπλνιηθφ πνζν πνπ αθηηλνβνιείηαη απφ ηνλ Ήιην ηνλ ρξφλν είλαη πεξίπνπ 10.000 θνξέο κεγαιχηεξν απφ ηελ εηήζηα ελεξγεηαθή θαηαλάισζε.όζνλ αθνξά ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο, ζα κπνξνχζακε λα πνχκε φηη ρσξίδεηαη ζε 3 θαηεγνξίεο, ηα παζεηηθά ειηαθά ζπζηήκαηα, ηα ελεξγεηηθά ειηαθάζπζηήκαηα, θαη ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα. Σα ελεξγεηηθά θαη ηα παζεηηθά ειηαθά ζπζηήκαηα ζηεξίδνληαη ζηε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαοελψ ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα ζηε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήοαθηηλνβνιίαο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα κέζσ ηνπ θσηνβνιηατθνχ θαηλνκέλνπ. ρ. 2.1 18

2.2 Ο Ήιηνο ζαλ ελεξγεηαθή πεγή Ο Ήιηνο ζηέιλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο ελέξγεηα ππφ ηε κνξθή αθηηλνβνιίαο πνχ ρσξίο απηή ε δελ ζα ππήξρε δσή ζηελ Γε.Ζ ελέξγεηα απηή παξάγεηαη ζηνλ ππξήλα ηνπ Ήιηνπ σο εμήο:2 ππξήλεο πδξνγφλνπ ζπληήθνληαη γηα λαζρεκαηίζνπλ έλαλ ππξήλα δεπηεξίνπ, έλα πνδηηξφλην θαη έλα λεηξίλν. Σν πνδηηξφληνγξήγνξα ζπλαληά έλα ειεθηξφλην, εμαυιψλνληαη θαη παξακέλεη κφλν ελέξγεηα.ο ππξήλαο ηνπ δεπηεξίνπ ζπληήθεηαη κε έλα άιιν ππξήλα πδξνγφλνπ γηα λα ζρεκαηίζεηήιην-3.ην ηειηθφ βήκα, δχν ππξήλεο ειίνπ-3 ζπληήθνληαη γηα λα ζρεκαηίζνπλ έλα ππξήλα ήιην- 4 θαη δχν ππξήλεο πδξνγφλνπ.γειαδή ν Ήιηνο είλαη έλαο ηεξάζηηνο ππξεληθφο αληηδξαζηήξαο ζχληεμεο. ρ.2.2 Δμαηηίαο φκσο ηεο κεγάιεο απφζηαζεο ηεο γεο απφ ηνλ ήιην έλα κηθξφ πνζνζηφηεο ελέξγεηαο απηήο θηάλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, ην νπνίν ππνινγίδεηαη ζε1018kwh/m2.παξφια απηά ε πνζφηεηα απηή ελέξγεηαο πνπ θηάλεη ζηελ επηθάλεηαηεο γεο είλαη 10.000 θνξέο κεγαιχηεξε απφ ηηο παγθφζκηεο ελεξγεηαθέο αλάγθεο. 2.3 Υξήζηκνη νξηζκνί Άκεζε αθηηλνβνιία( bdirectradiation) είλαη ε ζπληζηψζα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο ε νπνία ιακβάλεηαη ρσξίο λα έρεη ππνζηεί ζθέδαζε ζηελ αηκφζθαηξα. Γηάρπηε αθηηλνβνιία (ddiffuseradiation) είλαη ε ζπληζηψζα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ ιακβάλεηαη αθνχ έρεη αιιάμεη δηεχζπλζε χζηεξα απφ ζθέδαζε ζηελ αηκφζθαηξα. 19

ρ.2.3 Παξάδεηγκα απεπζείαο,αλαθιώκελεο,δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο Οιηθή αθηηλνβνιία (b+d) είλαη ην άζξνηζκα ηεο άκεζεο θαη ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο πνπ ιακβάλεηαη ζε κηα επηθάλεηα Ππθλόηεηα ηζρύνο αθηηλνβνιίαο(g,w/m2) είλαη ν ξπζκφο κε ηνλνπνίν ε ελέξγεηα πνπ αθηηλνβνιείηαη πέθηεη ζε κία επηθάλεηα αλά κνλάδαεπηθάλεηαο. Ππθλόηεηα ελέξγεηαο αθηηλνβνιίαο (J/m2) είλαη ε πξνζπίπηνπζα ζε κία επηθάλεηα ελέξγεηα αλά κνλάδα επηθάλεηαο θαη ππνινγίδεηαη κε ηελ νινθιήξσζε ηεο ππθλφηεηαο ηζρχνο ζε θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα ( Iσξηαία, Ζ εκεξήζηα) Γεσγξαθηθό πιάηνο(θ) ελφο ηφπνπ είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ην θέληξν ηεο γεο κε ηνλ ηφπν θαη ηνπ ηζεκεξηλνχεπηπέδνπ. Σν γεσγξαθηθφ πιάηνο παίξλεη ηηκέο απφ 0 κέρξη 90 κνίξεο γηα ην βφξεηνεκηζθαίξην θαη απφ 0 κέρξη -90 γηα ην λφην εκηζθαίξην. Απόθιηζε(δ) ηνπ ήιηνπ νξίδεηαη ε γσλία αλάκεζα ζηελ επζεία πνπ ελψλεη ηνθέληξν ηεο γεο κε ην θέληξν ηνπ ήιηνπ θαη ηελ πξνβνιή ηεο ζην επίπεδν ηνπηζεκεξηλνχ.ζ κέγηζηε ηηκή ηεο θαηά ην ζεξηλφ ειηνζηάζην είλαη23.44ν, ελψ γηα νπνηαδήπνηε εκέξα ηνπ έηνπο n ππνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε Όπνπ nείλαη ε εκέξα ηνπ έηνπο θαζψο θαη ε κέζε κέξα ηνπ κήλα(κέξα ζηελ νπνία αληηζηνηρεί ε κέζε ηηκή ηεο αθηηλνβνιίαο ηνπ κήλα) νη δίλνληαη ζηνλ παξαθάησ πίλαθα 20

Μήνας Nγια την kημέρα του μήνα Μέση μέρα του μήνα Ιανουάριοσ k 17 Φεβρουάριοσ 31+k 16 Μάρτιοσ 59+k 16 Απρίλιοσ 90+k 15 Μαίοσ 120+k 15 Ιοφνιοσ 151+k 11 Ιοφλιοσ 181+k 17 Αφγουςτοσ 212+k 16 Σεπτζμβριοσ 243+k 15 Οκτώβριοσ Νοζμβριοσ Δεκζμβριοσ 273+k 304+k 334+k 15 14 10 Πίλαθαο 2.1 Δύξεζε nθαη κέζεο κεξαο ηνπ κήλα Αδηκνύζηα γσλία(a s ) είλαη ε γσληαθή απφζηαζε επί ηνπ νξίδνληα κεαξρή ηνλ Νφηνζεηηθή πξνο ηα δπηηθά αξλεηηθή πξνο ηα αλαηνιηθά.παίξλεη ηηκέο απφ -180 ε σο 180 κνίξεο Ύςνο(γ ο) είλαη ε γσληαθή απφζηαζε ηνπ ήιηνπ απφ ηνλ νξίδνληα ηνπ ηφπνπ Αδηκνύζηα γσλία θσηνβνιηατθήο επηθάλεηαο(α) είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηεο δηεχζπλζεο Βνξξά-Νφηνπ θαη ηεο πξνβνιήο 21

ηνπ θαζέηνπ δηαλχζκαηνο ηεο επηθάλεηαο ζην νξηδφληην επίπεδν.γηα λφηην πξνζαλαηνιίζκν α=0. Γηα γσλίεο δπηηθά α(+) Γηα γσλίεο αλαηνιίθα α(-) Κιίζε θσηνβνιηατθήο επηθάλεηαο(β) είλαη ε θιίζε ηεο επηθάλεηαο σο πξνο ηννξηδφληην επίπεδν ρ. 2.4Οξηζκόο γσληώλ α, β, γ ο, α ο Ωξηαία γσλία(σ) είλαη ε γσληαθή απφζηαζε ηνπ ήιηνπ απφ ηελειηαθή κεζεκβξία ηελ ειηαθή κεζεκβξία σ=0, ελψ θάζε ψξα κεηαβάιιεηαη 15 ν Σηο πξσηλέο ψξεο σ (-) θαη ηηο απνγεπκαηηλέο σ (+) Εελίζηα γσλία(ζz) είλαη ε γσληαθή απφζηαζε ηνπ ήιηνπ απφ ηελ θαηαθφξπθν ηνπ ηφπνπ (90 o - γ ο ) Γσλία πξόζπησζεο(ζ) είλαη ε γσλία αλάκεζα ζηε δέζκε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ζηελ θάζεην πξνο ηελ επηθάλεηα ηνπ θσηνβνιηατθνχζπζηήκαηνο. 22

ρ.2.5 Οξηζκόο γσληώλ ζ δ, α,σ Αέξηα κάδα(αμ) είλαη ην πειίθν ηνπ νπηηθνχ πάρνπο ηεο αηκφζθαηξαο δηακέζνπ ηνπ νπνίνπ πεξλάεη ε άκεζε αθηηλνβνιία πξνο ην νπηηθφ πάρνο αλ νήιηνο βξηζθφηαλ ζην δελίζ.ζ αέξηα κάδα εμαξηάηαη απφ ηε δελίζηα γσλία σοεμήο: 23

2.4 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζην όξην ηεο αηκόζθαηξαο 2.4.1 Ζιηαθή ζηαζεξά-ειηαθό θάζκα Ζ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο εμαξηάηαη απφηελ απφζηαζε κεηαμχ ήιηνπ θαη γεο. Καηά ηε δηάξθεηα ελφο ρξφλνπ ε απφζηαζε απηήκεηαβάιιεηαη κεηαμχ 1,47*108km θαη 1,52*108km. Έηζη ε αθηηλνβνιία Δν θπκαίλεηαη αλάκεζα ζε 1325W/m2 (ηζρχο αλά κνλάδα επηθαλείαο) θαη 1414W/m2.Ζ κέζε ηηκή ινηπφλ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ε νπνία αλαθέξεηαη σο ειηαθήζηαζεξά είλαη: Ηλιακή ζηαθερά: G=1353W/m 2 Ζιηαθή ζηαζεξά (Gsc) ινηπφλ είλαη ε ειηαθή ελέξγεηα αλά κνλάδα ρξφλνπ πνπιακβάλεηαη αλά κνλάδα επηθαλείαο ζε επηθάλεηα θάζεηε ζηε δηεχζπλζε δηάδνζεο ηεο αθηηλνβνιίαο, θαηά ηελ κέζε απφζηαζεο γεο-ήιηνπ, ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο.γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ζεθάζεην επίπεδν θαηά ηελ n-ζηε εκέξα ηνπ έηνπο ρξεζηκνπνηείηαη ε ζρέζε:,φπνπ n είλαη ν αξηζκφο ηεο εκέξαο ηνπ έηνπο, κε αξρή ηελ 1ε Ηαλνπαξίνπ. 2.4.2 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδόληηα επηθάλεηα ε θάζε ρξνληθή ζηηγκή ε ειηαθή αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο πνππέθηεη ζε νξηδφληηα επηθάλεηα δίλεηαη απφ ηε ζρέζε (2.4): Οινθιεξψλνληαο ηε πξνεγνχκελε ζρέζε απφ ηελ αλαηνιή κέρξη ηε δχζε ηνπ ειίνπ πξνθχπηεη ε εκεξήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ζε νξηδφληηαεπηθάλεηα: 24

Όκσο αλ νινθιεξψζνπκε ηελ αξρηθή ζρέζε απφ ηηο σξηαίεο γσλίεο σ 1 έσο σ 2 (σ 1 >σ 2 ) πξνθχπηεη ε σξηαία αθηηλνβνιία ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ζε νξηδφληηα επηθάλεηα: 2.4.3 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο H ηηκή ηεο αθηηλνβνιίαο ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο δελ θηάλεη ζηελ επηθάλεηαηεο γεο. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ε αηκφζθαηξα ηεο γεο εμαζζελεί ηελ αθηηλνβνιία πνπζα θηάζεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο ζε ζρέζε κε απηή ζην φξην ηεο αηκφζθαηξαο ιφγσαλάθιαζεο, απνξξφθεζεο (απφ ην φδνλ, απφ πδξαηκνχο, απφ ην νμπγφλν θαη απφ ηνδηνμείδην ηνπ άλζξαθα) θαη ζθέδαζεο (πξνθαιείηαη απφ ηα κφξηα ηνπ αέξα, απφζσκαηίδηα ζθφλεο ή ιφγσ κφιπλζεο). Ζ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ινηπφλπνπ θζάλεη ζην έδαθνο επεξεάδεηαη απφ ην κήθνο ηεο αηκφζθαηξαο πνπ δηαπεξλάφζν κεγαιχηεξε είλαη απηή ε δηαδξνκή ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ ζηελ αηκφζθαηξα ηφζνκεησκέλε είλαη ε έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Ζ κεγαιχηεξε δηαδξνκή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο γηα λα θζάζεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο είλαη λσξίο ην πξσί θαηαξγά ην απφγεπκα. Τπάξρεη ε δπλαηφηεηα κέηξεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ θηάλεη ζηνέδαθνο κε δηάθνξα φξγαλα (Ππξηιηφκεηξα, Αθηηλφκεηξα θηι). Σα δεδνκέλα πνπέρνπκε ζπλήζσο ζηε δηάζεζή καο αλαθέξνληαη ζηελ νιηθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηαεπηθάλεηα.κξίλεηαη φκσο αλαγθαίν λα δηαρσξίζνπκε ηελ νιηθή αθηηλνβνιία ζηηο δχνηηο ζπληζηψζεο, ηελ άκεζε θαη ηε δηάρπηε αθηηλνβνιία. 2.4.4 Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλεο επηθάλεηεο 25

ρ.2.6ζ ειηαθή αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλε επηθάλεηα απνηειείηαη από 3 ζπληζηώζεο,ηελ άκεζε,ηελ δηάρπηε θαη ηελ αλαθιώκελε απ ην έδαθνο. Ζ γλψζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλε επηθάλεηα είλαη απαξαίηεηεζηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο θσηνβνιηατθψλ θαη άιισλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ. Απφκεηξήζεηο φκσο ηα κφλα δεδνκέλα πνπ έρνπκε ζηε δηάζεζε καο αθνξνχλ ηελ νιηθήειηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα. Γη απηφ ην ιφγν ζα πξέπεη κέζσθάπνηνπ ηχπνπ λα είκαζηε ζε ζέζε λα ππνινγίζνπκε ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία ζεθεθιηκέλε επηθάλεηα απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα. Έηζη ζεκηα επηθάλεηα κε θιίζε β, ε σξηαία νιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:, φπνπ Η b θαη I d είλαη νη ζπληζηψζεο ηεο άκεζεο θαη δηάρπηεο σξηαίαο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληηα επηθάλεηα πνπ ππνινγίδνληαη απφ ηηο ζρέζεηο: Η b +I d είλαη ε νιηθή σξηαία αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα, ξ είλαη νζπληειεζηήο αλάθιαζεο ηνπ εδάθνπο (κε ηηκέο 0,2 γηα έδαθνο ρσξίο ρηφλη θαη 0,7 κε ρηφλη) θαη R b είλαη ν ιφγνο ηεο άκεζεο αθηηλνβνιίαο ζε κία ππφ θιίζε επηθάλεηα πξνο ηελ άκεζε αθηηλνβνιία ζε νξηδφληηα επηθάλεηα πνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε: 26

Με αλάινγν ηξφπν ε κέζε κεληαία αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλε επηθάλεηα νξίδεηαηαπφ ηε ζρέζε: Όπνπ Ζ d ε ζπληζηψζα ηεο δηάρπηεο κέζεο κεληαίαο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληηα επηθάλεηα πνπ ππνινγίδεηαη απφ ηελ ζρέζε: Καη R b είλαη ν ιφγνο ηεο άκεζεο κέζεο κεληαίαο εκεξήζηαο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλε επηθάλεηα πξνο απηήλ ζε νξηδφληηα επηθάλεηα πνπ ππνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε: Όπνπ σ ο είλαη ε σξηαία γσλία δχζεο γηα ηελ θεθιηκέλε επηθάλεηα γηα ηε κέζε εκέξαηνπ κήλα θαη ππνινγίδεηαη απφ ηελ : Απφ ηηο πξνεγνχκελεο ζρέζεηο βιέπνπκε φηη ε αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλεεπηθάλεηα απνηειείηαη απφ ηξεηο ζπληζηψζεο: ηελ άκεζε, ηελ δηάρπηε θαη ηελαλαθιψκελε απφ ην έδαθνο ειηαθή αθηηλνβνιία. 27

2.5 Σν ειηαθό δπλακηθό ζηελ Διιάδα 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 γεληθά ζπκπεξάζκαηα γηα φιεο ηηο πεξηνρέο ηεο ρψξαο,θαζψο ππάξρνπλ πεξηνρέο πνπ δέρνληαη πςειά πνζά ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ελψ άιιεο πνιχ ρακειφηεξα. ρ.2.7 ράξηεο ειηαθνύ δπλακηθνύ Διιάδαο, Ο ράξηεο ηνπ ειηαθνχ δπλακηθνχ Διιάδαο καο δείρλεη ην εηήζην άζξνηζκα πνπ έιαβαλ ηα θσηνβνιηαηθά πάλει πνπ ήηαλ ηνπνζεηεκέλα θαηά βέιηηζηε γσλία.απ ηνλ ράξηε ηνπ ρ.2.7 κπνξνχκε εχθνια λα βξνχκε ηα ζεκεία πνπ έρνπλ πςειέο ηηκεο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. 28

29

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 Φσηνβνιηατθή γελλήηξηα 3.1 Ζιηαθά θύηηαξα Σα ειηαθά θχηηαξα(solarcells) ζπιιέγνπλ αλαλεψζηκε ελέξγεηα ζε κνξθή θσηφο θαη ηελ κεηαηξέπνπλ ζε ειεθηξηθφ ξεχκα.σα ειηαθά θχηηαξα είλαη θαηαζθεπαζκέλα απφ εκηαγσγνχο θπξίσο απφ ππξίηην.σα ειηαθά θχηηαξα είλαη ηα θχξηα ζπζηαηηθά ησλ θσηνβνιηατθψλ γελλεηξηψλ.(ρ. 3.1) ρ. 3.1 ειηαθά θύηηαξα 3.1.1 Σν θσηνβνιηαίθν θαηλόκελν Σν θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν είλαη ε θπζηθή δηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία έλα θσηνβνιηατθφ θχηηαξν ή θπςέιε κεηαηξέπεη ην ειηαθφ θσο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα.σν ειηαθφ θσο απνηειείηαη απφ θσηφληα (παθέηα ειηαθήο ελέξγεηαο). Σα θσηφληα πεξηέρνπλ δηάθνξα πνζά ελέξγεηαο ηα νπνία αληηζηνηρνχλ ζηα δηάθνξα κήθε θχκαηνο ηνπ θάζκαηνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Όηαλ ηα θσηφληα πξνζπίπηνπλ ζε έλα θσηνβνιηατθφ θχηηαξν, ή ζα αλαθιαζηνχλ ή ζα απνξξνθεζνχλ ή ζα ην δηαπεξάζνπλ. Απηά πνπ απνξξνθψληαη αλαγθάδνπλ ηα ειεθηξφληα ηνπ θσηνβνιηατθνχ θπηηάξνπ λα κεηαθηλεζνχλ θαη έηζη παξάγεηαη ειεθηξηθφ ξεχκα.ηα ζχγρξνλα θσηνβνιηατθά θχηηαξα ηα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη είλαη νη εκηαγσγνί θαη θαηά θχξην ιφγν ην ππξίηην. Τπάξρνπλ δχν ηχπνη εκηαγσγψλ:α)νη εκηαγσγνί 30

ηχπνπ-ν (type-n), ζηνπο νπνίνπο ππάξρνπλ πνιιά ειεθηξφληα ζρεδφλ ειεχζεξα, β) νη εκηαγσγνί ηχπνπ-p (type-p) ζηνπο νπνίνπο ππάξρνπλ πνιιέο ειεχζεξεο νπέο - ιέγνληαη νπέο γηαηί ηα ειεθηξφληα έρνπλ "αθήζεη" ηηο ζέζεηο ηνπο, γηα απηφ ην ιφγν νη εκηαγσγνί ηχπνπ-π έρνπλ ζεηηθφ θνξηίν. Όηαλ έλα θσηφλην ρηππάεη έλαλ εκηαγσγφ ηχπνπ-ν ην ειεθηξφλην θεχγεη απφ ηελ αξρηθή ηνπ ζέζε θαη επεηδή έρεη αξλεηηθφ θνξηίν έιθεηαη απφ ην ζεηηθφ θνξηίν ην νπνίν είλαη ζπγθεληξσκέλν ζηνλ εκηαγσγφ ηχπνπ-π. Δμαηηίαο ηνπ (κνλσηηθνχ) πιηθνχ πνπ ππάξρεη αλάκεζα ζηνπο εκηαγσγνχο ηχπνπ-ν θαη ηχπνπ-π ν κνλαδηθφο ηξφπνο δηέιεπζεο απφ ηε κηα κεξηά ζηελ άιιε είλαη κέζσ ηνπ εμσηεξηθνχ θνξηίνπ. Με απηνλ ηνλ ηξφπν έρνπκε ηελ παξαγσγή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. ρ. 3.2 Ρνή ειεθηξνλίσλ ζε p-nεπαθή 3.1.2 Ζκηαγσγνί Ζιεθηξηθή αγσγηκφηεηα νλνκάδεηαη ε θίλεζε ησλ ειεθηξνλίσλ κέζα ζε έλα ζψκα.αλάινγα κε ηελ ειεθηξηθή ηνπο αγσγηκφηεηα ηα ζηεξεά δηαθξίλνληαη ζε 3 θαηεγνξίεο : α)κνλσηέο β)αγσγνχο γ) εκηαγσγνχο Ζκηαγσγφο είλαη θάζε πιηθφ πνπ έρεη εηδηθή αληίζηαζε αλάκεζα ζε απηέο ησλ κνλσηψλ θαη ησλ αγσγψλ θαη πνπ εκθαλίδεη ξαγδαία κείσζε ηεο εηδηθήο ηνπ αληίζηαζεο κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ. Απφ ηελ άπνςε ηεο ειεθηξηθήο ζπκπεξηθνξάο, ηα ειεθηξφληα ησλ εκηαγσγψλ είλαη ηξηψλ εηδψλ: 31

1)Ζιεθηξφληα εζσηεξηθψλ ζηνηβάδσλ πνπ είλαη ηα ιηγφηεξν ελεξγά θαη δελ ζπκκεηέρνπλ ζε κεραληζκνχο αγσγηκφηεηαο. 2)Διεχζεξα ειεθηξφληα ηα νπνία είλαη απηά πνπ δηαζέηνπλ αξθεηή ελέξγεηα γηα λα απνζπαζηνχλ απφ ηνπο δεζκνχο ηνπ ζψκαηνο. 3)Ζιεθηξφληα ζζέλνπο.πξφθεηηαη γηα ηα ειεθηξφληα ηα νπνία βξίζθνληαη ζηελ εμσηεξηθή ζηνηβάδα ησλ αηφκσλ,ηα νπνία κπνξνχλ λα θηλεζνχλ πξνο ηηο νπέο γεηηνληθψλ δεζκψλ πνπ δεκηνπξγήζεθαλ επεηδή ηα ειεθηξφληα ζζέλνπο πνπ βξίζθνληαη εθεί εγθαηέιεηςαλ ηελ ζέζε ηνπο ή αληάιιαμαλ ηηο ζέζεηο ηνπο κε άιια ειεθηξφληα ζζέλνπο γεηηνληθψλ δεζκψλ. Οη ελεξγεηαθέο δψλεο αγσγηκφηεηαο ζε έλαλ εκηαγσγφ θαίλνληαη ζην (ρ. 3.3).Ζ θάησ δψλε νλνκάδεηαη δψλε ζζέλνπο θαη είλαη ε ελεξγεηαθή δψλε ησλ ειέθηξνλίσλ ζζέλνπο.ζ άλσ δψλε ιέγεηαη δψλε αγσγηκφηεηαο δηφηη εθεί βξίζθνληαη ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα ηα νπνία επζχλνληαη γηα ηελ εθδήισζε ηεο ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο.αλάκεζα ζηηο 2 απηέο δψλεο βξίζθεηαη ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ή ελεξγεηαθφ ράζκα Εgap. Σν ελεξγεηαθφ ράζκα εθθξάδεη ηελ ειάρηζηε ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη γηα ηε δηέγεξζε ελφο ειεθηξνλίνπ ζζέλνπο θαη ηελ κεηαηξνπή ηνπ ζε ειεχζεξν ειεθηξφλην. ρ.3.3 Δξκελεία Δ gap 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 Egapηνπ εκηαγσγνχ.γηαθξίλνπκε 3 πεξηπηψζεηο. h v<egapζ ελέξγεηα ηνπ θσηνλίνπ είλαη κηθξφηεξε απφ απηή ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο ηνπ εκηαγσγνχ, νπφηε ην θσηφλην δελ απνξξνθάηαη. h v=egapε απηήλ ηελ πεξίπησζε ην θσηφλην απνξξνθάηαη απφ έλα ειεθηξφλην ζζέλνπο ηνπ εκηαγσγνχ.σν ειεθηξφλην έηζη δέρεηαη 32

ελέξγεηα αλεβαίλεη ελεξγεηαθά ζηε δψλε αγσγηκφηεηαο,αθήλνληαο ζηε δψλε ζζέλνπο κηα νπή. h v>δgap Δδψ δεκηνπξγείηαη μαλά έλα δεχγνο ειεθηξνλίνπ νπήο.ζ πεξίζζεηα h v- Egap κεηαθέξεηαη ζηα ειεχζεξα ειεθηξφληα ηεο δψλεο αγσγηκφηεηαο σο θηλεηηθή ελέξγεηα, ζπκβάιινληαο ζηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζηάο ηνπ εκηαγσγνχ. νπνπ hε ζηαζεξά Plankθαη vε ζπρλφηεηα ηνπ ειεθηξηθνχ θχκαηνο Απφ ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη φηη φηαλ έλαο εκηαγσγφο θσηηζηεί, ηα ειεθηξφληα ζηελ δψλε αγσγηκφηεηαο θαη νη νπέο ζηελ δψλε ζζέλνπο, πνπ νλνκάδνληαη θαη θνξείο ξεχκαηνο,απμάλνληαη νπφηε απμάλεηαη θαη ε αγσγηκφηεηα ηνπ.ζ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ηνπ εκηαγσγνχ κε ηελ επίδξαζε ηνπ θσηφο,νλνκάδεηαη θσηναγσγηκφηεηα.σέινο, ε δηαθνπή ηνπ θσηηζκνχ ηνπ εκηαγσγνχ ζπλεπάγεηαη ηελ επαλαθνξά ηεο αγσγηκφηεηαο ζηα αξρηθά επίπεδα. 3.2 Λεηηνπξγία θσηνβνιηαίθσλ ζηνηρείσλ θαη θσηόξεπκα Θεσξνχκε φηη έρνπκε ζηελ δηάζεζε καο θχηηαξα θξπζηαιηθνχ ππξηηίνπ.γηα ηνλ ζρεκαηηζκφ ησλ ΦΒ θπηηάξσλ είλαη απαξαίηεην λα ρξεζηκνπνηεζεί θαζαξφ ππξίηην πςειήο πνηφηεηαο.σα άηνκα ππξηηίνπ πνπ 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 ειεθηξφληα ζηελ εμσηεξηθή ζηνηβάδα.έλαο δεζκφο ειεθηξνλίσλ κπνξεί λα δηαζπαζηεί κε ηελ επίδξαζε θσηφο ή δέζηεο θαη ηφηε ην e - είλαη ειεχζεξν λα κεηαθηλεζεί αθήλνληαο κηα νπή ζην θξπζηαιιηθφ πιέγκα. Σν θαηλφκελν απηφ απνθαιείηαη εζσηεξηθή αγσγηκφηεηα.οκσο ε εζσηεξηθή αγσγηκφηεηα δελ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα παξάγεη ειεθηξηζκφ. Γηα λα παξαρζεί ελέξγεηα εηζάγνληαη ζθφπηκα πξνζκίμεηο ζην θξπζηαιηθφ πιέγκα.σα άηνκα πνπ πξνζηίζεληαη νλνκάδνληαη θνξείο κεηνλφηεηαο θαη έρνπλ 1e - πεξηζζφηεξν(θψζθνξν) ή 1e - ιηγφηεξν(βφξην) ζηελ εμσηεξηθή ηνπο ζηνηβάδα ζε ζρέζε κε ην ππξίηην.έηζη ζρεκαηίδεηαη ην θξπζηαιιηθφ πιέγκα.ηελ πεξίπησζε πξφζκημεο θσζθφξνπ(ηχπνπ n) ππάξρεη πιεφλαζκα ελφο e - γηα θάζε άηνκν θσζθφξνπ ζην πιέγκα.απην ην e - κπνξεί λα θηλεζεί ειεχζεξα ζηνλ θξχζηαιιν θαη επνκέλσο λα κεηαθέξεη ειεθηξηθφ θνξηίν.με λφζεπζε βνξίνπ (ηχπνπ p) ππάξρεη 1 νπή ζε θάζε άηνκν βνξίνπ ζην πιέγκα ειεθηξνλίσλ.γεληθά άηνκα ππξηηίνπ κπνξεί λα γεκίζνπλ απηήλ ηελ νπή δεκηνπξγψληαο κηα λέα ζε άιιν ζεκεην.ζ κέζνδνο αγσγήο βαζηζκέλε ζηνπο θνξείο κεηνλφηεηαο εηλαί γλσζηή σο εμσγελήο αγσγηκφηεηα. Αλ ελψζνπκε έλα nηχπνπ εκηαγσγφ κε έλα pηχπνπ, ζρεκαηίδεηαη κηα p-n έλσζε.σφηε ηα ειεθηξφληα απφ ηνλ nηχπνπ εκηαγσγφ κεηαβαίλνπλ κε δηάρπζε ζηνλ pηχπνπ.ηα ζεκεία έλσζεο ησλ πιαθψλ δεκηνπξγείηαη κηα πεξηνρή κε ιίγα ειεχζεξα ειεθηξφληα.ζ πεξηνρή απηή νλνκάδεηαη πεξηνρή απνγχκλσζεο. 33

ρ.3.4 Καηαλνκή νπώλ θαη ειεθηξόλησλ ζε p-n επαθή Θεηηθά θνξηηζκέλα άηνκα παξακέλνπλ ζηελ πεξηνρή n-πεξηνρή ηεο κεηάβαζεο θαη αξλεηηθά θνξηηζκέλα παξακέλνπλ ζηελ pπεξηνρή.με απηφλ ηνλ ηξφπν δεκηνπξγείηαη έλα ειεθηξηθφ πεδίν, ην νπνίν αληηηίζεηαη ζηελ θίλεζε ησλ θνξηηζκέλσλ θνξέσλ, κε απνηέιεζκα ε δηάρπζε λα κελ ζπλερίδεηαη αφξηζηα.αλ ν p-nαγσγνο(φβ ζηνηρείν) εθηεζεί ζην θσο θσηφληα απνξξνθνχληαη απφ ηα ειεθηξφληα.απηή ε είζνδνο ελέξγεηαο δηαζπά ηνπο δεζκνχο ησλ ειεθηξνλίσλ.σα απειεπζεξσκέλα e- σζνχληαη απφ ην ειεθηξηθφ πεδίν ζηελ nπεξηνρή.αληίζεηα νη νπέο σζνχληαη ζηελ pπεξηνρή.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 πεδηνπ.tν θσηνδεκηνπξγνχκελν απηφ ξεχκα νλνκάδεηαη θσηφξεπκα θαη ζπλήζσο ζπκβνιίδεηαη κε Η L.Οη θνξείο πνπ ζπκβάινπλ ζην θσηφξεπκα είλαη κέξνο εθείλσλ πνπ δεκηνπξγεί 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.πλεπσο ε ηηκή ηνπ θσηνξεχκαηνο είλαη αλάινγε ηνπ πιήζνπο ησλ απνξξνθνχκελσλ θσηνλίσλ, ησλ νπνίσλ ε ζπλνιηθή ελέξγεηα,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 ηελ δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπ κέρξη λα ζπλαληήζεη έλα άηνκν ην νπνίν ζα έρεη έλα ιηγφηεξν e - θαη ηφηε θάλεη δεζκφ κε απηφ.ε απηήλ ηελ πεξίπησζε νη θνξείο ειεχζεξνπ θνξηίνπ ράλνληαη θαη δελ κπνξνχλ πηα λα ζπκβάινπλ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ.σν κήθνο ηεο δηάρπζεο εμαξηάηαη απφ ηνλ 34

αξηζκφ ηνλ αηφκσλ πνπ έρνπλ λνζεπηεί ζηνλ θξχζηαιιν(impurityatoms).ο αξηζκφο απηφο πξέπεη λα είλαη αξθεηά κεγάινο ψζηε λα δχλαηαη επαξθήο αξηζκφο απφ θνξείο θνξηίνπ γηα λα θηάζεη ζε αγσγή.σν κήθνο ηεο δηάρπζεο εμαξηάηαη απφ ην πιηθφ.με έλα άηνκν λφζεπζεο ζε 10x10 9 άηνκα ππξηηίνπ ε απφζηαζε είλαη 0.05mm, απφζηαζε πνπ αληηζηνηρεί θαηά πξνζέγγηζε 2 θνξέο ζην πάρνο ησλ θπηηάξσλ.ηελ πεξηνρή θνξηίσλ ρψξνπ ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα επηηπρνχο δηαρψξηζεο θνξηίσλ ρσξίο επαλαζχλδεζε.δθηνο ηεο πεξηνρήο, ε πηζαλφηεηα επαλαζχλδεζεο απμάλεηαη κε ηελ απφζηαζε απφ ηελ πεξηνρή απηή. 3.3 Ηζνδύλακν θύθισκα ειηαθνύ θπηηάξνπ Γηα λα θαηαλνήζνπκε θαιχηεξα ηελ ζπκπεξηθνξά ελφο ειηαθνχ θπηηάξνπ, είλαη ρξήζηκν λα δεκηνπξγήζνπκε έλα ειεθηξηθφ ηζνδχλακν ην νπνίν βαζίδεηαη ζε ειεθηξηθά ζηνηρεία ησλ νπνίσλ ε ζπκπεξηθνξά είλαη γλσζηή.έλα ηδαληθφ ειηαθφθχηηαξν κπνξεί λα κνληεινπνηεζεί απφ κία πεγή ξεχκαηνο παξάιιεια ζπλδεδεκέλεκε κία δίνδν. ηελ πξάμε φκσο δελ ππάξρεη ηδαληθφ ειηαθφ θχηηαξν, έηζηπξνζηίζεληαη ζην κνληέιν κία ζε ζεηξά αληίζηαζε RS θαη κία παξάιιειαζπλδεδεκέλε αληίζηαζε RSH. Σν ηζνδχλακν θχθισκα θαίλεηαη ζην ρ. 3.5: ρ.3.5 Ζιεθηξηθό ηζνδύλακν ειηαθνύ θπηηάξνπ Απφ ην ηζνδχλακν θχθισκα δηαπηζηψλνπκε φηη ην ξεχκα πνπ παξάγεηαη απφ ηνειηαθφ θχηηαξν ηζνχηαη κε απηφ πνπ παξάγεηαη απφ ηελ πεγή ξεχκαηνο κείνλ ηνξεχκα ηεο δηφδνπ θαη κείνλ ην ξεχκα πνπ πεξλά απφ ηελ αληίζηαζε RSH: Όπνπ 35

36

Παξαηεξνχκε φηη νη παξαπάλσ εμηζψζεηο δελ επηδέρνληαη αλαιπηηθή επίιπζε θαζψο ζηελ εμίζσζε (3.6) ην ξεχκα εμφδνπ ππάξρεη ηφζν ζην δεμί φζν θαη ζην αξηζηεξφ κέινο θαη ζηελ εμίζσζε (3.7) ε ηάζε εμφδνπ εκθαλίδεηαη θαη ζηα 2 κέιε. Παξφια απηά κπνξνχλ λα ιπζνχλ κε αξηζκεηηθέο κεζφδνπο. Ζ γξαθηθή παξάζηαζε κεηαμχ ηνπ ξεχκαηνο ζηελ έμνδν(η) θαη ηάζεο ζηελ έμνδν(v) ελφο ειηαθνχ θπηηάξνπ θαιείηαη Η-V ραξαθηεξηζηηθή θαη έρεη επηθξαηήζεη λαπαξηζηάλεηαη ζην πξψην ηεηαξηεκφξην. ην ρ. 3.6 απεηθνλίδεηαη εθηφο απφ ηεραξαθηεξηζηηθή ηνπ ξεχκαηνο σο πξνο ηελ ηάζε θαη ε γξαθηθή ηεο ηζρχνο σο πξνο ηελ ηάζε. 37

ρ.3.6 Υαξαθηεξηζηηθέο Η-V θαη P-V Οη βαζηθέο παξάκεηξνη πνπ ηε ραξαθηεξίδνπλ είλαη: Ρεύκα βξαρπθπθιώζεσο (Ηsc) Δίλαη ην ξεχκα γηα ηάζε εμφδνπ V=0 θαη αλ ζεσξήζνπκε ηελ ζε ζεηξά αληίζηαζε Rs πνιχ κηθξή, είλαη ίζν κε ην θσηφξεπκα Η L. Σάζε αλνηρηνθπθιώκαηνο(voc) Δίλαη ε ηάζε γηα ξεχκα εμφδνπ Η=0 θαη αλ ζεσξήζνπκε ηελ παξάιιειε αληίζηαζε R SH πνιχ κεγάιε απφ ηελ (3.6) πξνθχπηεη: εκείν κέγηζηεο ηζρύνο εμόδνπ(p mp) Έλα ειηαθφ θχηηαξν είλαη δπλαηφλ λα ιεηηνπξγεί ζε έλα κεγάιν εχξνο ηάζεσο (V) θαη ξεχκαηνο (I).Απμάλνληαο ηελ σκηθή αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ(ζπλδεδεκέλνπ κε έλα θχηηαξν πνπ θσηίδεηαη) ζπλερψο απφ ηελ ηηκή κεδέλ (βξαρπθχθισκα) ζε κία πνιχ πςειή ηηκή( αλνηρηνθχθισκα) κπνξεί λα πξνζδηνξηζηεί ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο.απηφ είλαη ην θνξηίν γηαην νπνίν ην θχηηαξν ηξνθνδνηεί ηε κέγηζηε ηζρχ ζε ζπγθεθξηκέλν επίπεδναθηηλνβνιίαο, ελψ ην ξεχκα θαη ε ηάζε πνπ αληηζηνηρνχλ ζην ζπγθεθξηκέλν ζεκείνιεηηνπξγίαο είλαηi mp θαη V mp αληίζηνηρα (ε ηζρχο εμφδνπ είλαη κεδέλ ηφζν ζηελ πεξίπησζε βξαρπθπθιψκαηνο φζν θαη ζηελ πεξίπησζε αλνηρηνθπθιψκαηνο). Ηδαληθά έλα θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα ζα ιεηηνπξγνχζε πάληα 38

ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο.απηή ε ιεηηνπξγία φκσο δελ είλαη δπλαηή ρσξίο έλαλ αληρλεπηή ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο (Maximum Power Point Tracker, ΜΡΡΣ). πληειεζηήο πιεξώζεσο(fillfactor.ff) Μία άιιε ζεκαληηθή παξάκεηξνο πνπ πξνζδηνξίδεη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ ειηαθνχθπηηάξνπ είλαη ν ζπληειεζηήο πιεξψζεσο (FF). Απηφο είλαη ν ιφγνο ηεο κέγηζηεοηζρχνο πξνο ην γηλφκελν ηεο ηάζεο αλνηρηνθπθιψκαηνο(v oc ) επί ην ξεχκα βξαρπθπθιψζεσο (I SC ): Ο ζπληειεζηήο πιεξψζεσο είλαη έλαο δείθηεο ηνπ πφζν ηεηξάγσλε είλαη ε ραξαθηεξηζηηθή I-V ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ. Σππηθέο ηηκέο βξίζθνληαη κεηαμχ 0.7 θαη 0.85. ηα ρ. 3.7 θαη 3.8 δηαθξίλνληαη δχν πεξηπηψζεηο ραξαθηεξηζηηθψλ Η-V κε ρακειφ θαη κεγάιν ζπληειεζηή πιεξψζεσο αληίζηνηρα. Μία πην ζπλεζηζκέλε έθθξαζε γηα ηνλ ζπληειεζηή πιεξψζεσο πξνθχπηεη απφ ηε ζρέζε: ρ.3.7 Υαξαθηεξηζηηθή Η-Vειηαθόπ θπηηάξνπ κε κηθξό FF 39

ρ.3.8 Υαξαθηεξηζηηθή Η-V ειηαθόπ θπηηάξνπ κε κεγάιν FF 3.4 Βαζκόο απόδνζεο ειηαθνύ θπηηάξνπ Βαζκφ απφδνζεο ελφο ειηαθνχ θπηηάξνπ νλνκάδνπκε ην πνζνζηφ ηεο ηζρχνο πνπ κεηαζρεκαηίδεηαη απφ ηελ πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία ζε ειηαθή ελέξγεηα φηαλ ην ειηαθφ θχηηαξν ζπλδέεηαη ζε έλα ειεθηξηθφ θχθισκα. Απηφο ν παξάγνληαοππνινγίδεηαη κε ρξήζε ηνπ ιφγνπ ηεο κέγηζηεο ηζρχνοp mp πξνο ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία εηζφδνπ (E, ζε W/m 2 )θαη πξνο ηελ επηθάλεηα ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ(α c ζε m 2 Ο βαζκφο απφδνζεο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ ζεσξεηηθά αλέξρεηαη ζηo 24%, φκσο απηά πνπ θπθινθνξνχλ ζηελ αγνξά έρνπλ βαζκφ απφδνζεο γχξσ ζην 15-18% ν νπνίνο, ζπγθξηλφκελνο κε ηελ απφδνζε άιινπ ζπζηήκαηνο (ζπκβαηηθνχ,αηνιηθνχ, πδξνειεθηξηθνχ θιπ.), παξακέλεη αθφκε αξθεηά ρακειφο. Απηφ ζεκαίλεηφηη ην θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα θαηαιακβάλεη κεγάιε επηθάλεηα πξνθεηκέλνπ λααπνδψζεη ηελ επηζπκεηή ειεθηξηθή ηζρχ. Ζ ζρεηηθά ρακειή ηηκή ηνπ βαζκνχαπφδνζεο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ νθείιεηαη ζηνπο εμήο παξάγνληεο: 40

Ζ αηειήο εθκεηάιεπζε ηεο ελέξγεηαο ησλ θσηνλίσλ Ζ αηειήο εθκεηάιιεπζε ηεο ελέξγεηαο ησλ θσηνλίσλ αλαθέξεηαη ηφζν ζεθσηφληα κεγαιχηεξεο φζν θαη κηθξφηεξεο ελέξγεηαο απφ ηελ ηηκή ηνπελεξγεηαθνχ ράζκαηνο ηνπ πιηθνχ(ζην νπνίν γίλεηαη ε απνξξφθεζε).σαθσηφληα κηθξφηεξεο ελέξγεηαο δελ κπνξνχλ λα παξάγνπλ δεχγε ειεθηξνλίσλ-νπψλ έηζη παξάγεηαη κφλν ζεξκφηεηα ππφ κνξθή ηαιαληψζεσλ ησλ αηφκσλ.όηαλ απνξξνθεζεί έλα θσηφλην κεγαιχηεξεο ελέξγεηαο, κφλν έλα κέξνοαπηήο ηεο ελέξγεηαο είλαη ρξήζηκν, ελψ ην ππφινηπν κεηαηξέπεηαη ζεζεξκφηεηα.τπάξρεη αθφκε ε πεξίπησζε ηα πξνζπίπηνληα θσηφληα λα κελδηαπεξάζνπλ θαλ ην θχηηαξν εηδηθά ζηελ πεξίπησζε κηθξνχ πάρνπο ηνπθπηηάξνπ. Αληίζηαζε Με ηθαλνπνηεηηθέο ηηκέο ηεο ελ ζεηξά αληίζηαζεο Rs θαη ηεο παξάιιειεο αληίζηαζεο R sh ηείλνπλ λα κεηψζνπλ ηελ ηειηθή απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο. Δπαλαζύλδεζε Όηαλ έλα θσηφλην απνξξνθεζεί απφ έλα ειηαθφ θχηηαξν θαη εθφζνλ έρεηελέξγεηα κεγαιχηεξε απφ ηελ ηηκή ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο κπνξεί λαπαξαρζεί έλαο δεχγνο ειεθηξνλίσλ-νπψλ.αλ ην ειεχζεξν ειεθηξφλην πνπ έρεηδεκηνπξγεζεί απφ ηελ πξφζπησζε ηνπ θσηνλίνπ θηάζεη ζηελ πεξηνρή επαθήοκπνξεί λα ζπλεηζθέξεη ζην θσηφξεπκα ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ. Γηαθνξεηηθά,ππάξρεη ε πηζαλφηεηα επαλαζχλδεζεο(πξηλ θηάζεη ζηελ πεξηνρή επαθήο) κεκία απφ ηηο πνιππιεζείο νπέο πνπ ππάξρνπλ ζην πιηθφ ηχπνπ p απνδίδνληαοηελ ελέξγεηα ηνπ ππφ κνξθή ζεξκφηεηαο. Απώιεηεο αλάθιαζεο Οη απψιεηεο απφ αλάθιαζε παίδνπλ πνιχ ζεκαληηθφ ξφιν ζηε ζπλνιηθήκεησκέλε απφδνζε ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ θαζψο ν ζπληειεζηήο αλάθιαζεοηνπ ππξηηίνπ θπκαίλεηαη πεξίπνπ ζην 0,35. Οη απψιεηεο απφ αλάθιαζεδίλνληαη παξαθάησ :,φπνπ R(ι):ν ζπληειεζηήο αλάθιαζεο ηνπ ππξηηίνπ Φ(ι):πξνζπίπηνπζα ξνή θσηνλίσλ αλά κνλάδα κήθνπο θχκαηνο α: ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ηνπ ππξηηίνπ ι:κήθνο θχκαηνο x: απφζηαζε απφ ηελ πάλσ επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνπ 41

Μείσζε ηνπ ζπληειεζηή αλάθιαζεο θαη άξα αχμεζε ηνπ ξεχκαηνοβξαρπθπθιψζεσο θαη ηεο απφδνζεο κπνξεί λα επηηεπρζεί κε επίζηξσζε ηεο επηθάλεηαο κε αληηαλαθιαζηηθά πιηθά θαη επεμεξγαζία ηεο κε ρεκηθάκέζα(πεξηνξηζκφο ηνπ ζπληειεζηή αλάθιαζεο κέρξη θαη 3%). Θεξκνθξαζία Σφζν νη αξθεηά πςειέο φζν θαη νη αξθεηά ρακειέο ζεξκνθξαζίεο ηείλνπλ λα κεηψζνπλ ζεκαληηθά ην βαζκφ απφδνζεο. θίαζε από ηηο επαθέο Ζ αλάγθε ηεο θαηαζθεπήο ειεθηξνδίσλ ηφζν ζηελ επηθάλεηα ηνπ πιηθνχηχπνπ n φζν θαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ πιηθνχ ηχπνπ p ζπλεπάγεηαη ηεδεκηνπξγία ελφο κεηαιιηθνχ πιέγκαηνο επαθψλ ζηελ επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνππνπ εθηίζεηαη ζην ειηαθφ θσο. Καη απηφ επεηδή ε αληίζηαζε ζηελεπηθαλεηαθή θίλεζε ησλ θνξέσλ ζην πάλσ επηθαλεηαθφ ζηξψκα ηνπ θπηηάξνπείλαη κεγάιε πξέπεη λα ππάξρνπλ πνιιά ζεκεία απαγσγήο ησλθνξέσλ(ειεθηξηθέο επαθέο) κε ζθνπφ λα ειαρηζηνπνηεζνχλ ηα σκηθάθαηλφκελα. Απηφ έρεη ζαλ ζπλέπεηα έλα πνζνζηφ 5-15% ηεο πξνζπίπηνπζαοαθηηλνβνιίαο λα εθηξέπεηαη. 3.5 πζηνηρίεο ειηαθώλ θπηηάξσλ 3.5.1 Δηζαγσγή Σα ειηαθά θχηηαξα έρνπλ πνιχ κηθξή αηνκηθή ηζρχο,έηζη είλαη απαξαίηεην λα ζπλδένληαη πνιιά ειηαθά θχηηαξα γηα λα επηηεπρζεί ε απαξαίηεηε ηζρχο εμφδνπ.τπάξρνπλ δχν πηζαλά είδε ζπλδέζεσλ: ζε ζεηξά θαη παξάιιεια. εκαληηθέο νκάδεο νκαδνπνηεκέλα ειηαθψλ θπηηάξσλ είλαη Φσηνβνιηαίθν πιαίζην(module): Έλα ζχλνιν θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ πνπ είλαη ειεθηξηθά ζπλδεδεκέλα.απνηειείηε βαζηθή δνκηθή κνλάδα ηεο θσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο.(ρ.3.9) 42

Φσηνβνιηαίθν πάλει(panel):έλα ή πεξηζζφηεξα θσηνβνιηατθά πιαίζηα, πνπ έρνπλ πξνθαηαζθεπαζηεί θαη ζπλαξκνινγεζεί ζε εληαία θαηαζθεπή, έηνηκε γηα λα εγθαηαζηαζεί ζε θσηνβνιηατθή εγθαηάζηαζε. Φσηνβνιηαίθε ζπζηνηρία(array): Μηα νκάδα απφ θσηνβνιηατθά πιαίζηα ή πάλει κε ειεθηξηθή αιιεινζχλδεζε,ηνπνζεηεκέλα ζπλήζσο ζε θνηλή θαηαζθεπή ζηήξημεο.(ρ.3.10) ρ.3.10 Φσηνβνιηαίθή ζπζηνίρηα Αλάινγα ηελ εθαξκνγή,ε ζπζηνηρία κπνξεί λα απνηειείηαη απφ κηα θπςέιε,έλα ή πνιιά πιαίζηα.(ρ.3.11) ρ.3.11 Φσηνβνιηαηθή θπςέιε, πιαίζην, ζπζηνηρία 43

3.5.2 πλδέζε ειηαθώλ θπηηάξσλ 3.5.2.1 ύλδεζε ζε ζεηξά Όηαλ ηα ειηαθά θχηηαξα είλαη ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά(θεσξνχκε φηη έρνπλ ηελ ίδηα I- V ραξαθηεξηζηηθε) ηνηε ερνπκε Ρεύκα:Σν ξεχκα ζε κηα ζεηξά θπηηάξσλ είλαη ην ίδην ζε θάζε ζεκείν ηεο ζπλδεζκνινγίαο,ίδην κε απηφ πνπ παξάγεηαη απφ έλα πιαίζην. I ζειράς= I max (1 θπηηάξνπ) Σάζε:Ζ ηάζε είλαη ίζε κε ην άζξνηζκα ησλ ηάζεσλ φισλ ησλ ζπλδεκέλσλ ελ ζείξα θπηηάξσλ V ζειράς =(Αξηζκόο θπηηάξσλ)υ(v max 1 θπηηάξνπ) Ηζρύο:Δίλαη ίζε κε ην γηλφκελν ηεο ηάζεο κε ην ξεχκα ησλ ζπλδεκέλσλ θπηηάξσλ Ρ ζειράς =I ζειράς ΧV ζειράς ην ρ.3.12 παξαηεξνχκε ηελ αιιαγή πνπ πξνθχπηεη ζηηο ειεθηξηθέοπαξακέηξνπο θαη ηελ ραξαθηεξηζηηθή Η-V φηαλ ζπλδένληαη ηξία ίδηα ειηαθά θχηηαξαζε ζεηξά πξνο επίηεπμε κεγαιχηεξεο ηάζεο. ε αληίζεζε κε ην ξεχκα πνπ παξακέλεηζηαζεξφ ε ηάζε εμφδνπ απμάλεηαη. ρ.3.12 Υαξαθηεξηζηηθή Η-Vηξηώλ ειηαθώλ θπηηάξσλ ζε ζεηξά 44

3.5.2.2 Παξάιιειε ζύλδεζε Γηα ειηαθά θχηηαξα ζπλδεκέλα παξάιιεια έρνπκε: Ρεύκα: Σν παξαγφκελν ξεχκα απφ κηα νκάδα ζπλδεκέλσλ πιαηζίσλ παξάιιεια ηζνχηαη κε ην άζξνηζκα ησλ ξεπκάησλ ηνπ θάζε θπηηάξνπ. Ι παξάιιεια =(Αξηζκόο θπηηάξσλ)υ(η max θάζε θπηηάξνπ) Σάζε:Ζ ηάζε κεηαμχ 2 θπηηάξσλ ζπλδεκέλσλ παξάιιεια είλαη ίζε κε ηελ ηάζε ηνπ θάζε θπηηάξνπ V παράλληλα =(V max 1 θπηηάξνπ) Ηζρύο: Ρ παξάιιεια =Ι παξάιιεια ΥV παράλληλα Όηαλ κηα νκάδα πιαηζίσλ ιεηηνπξγεί παξάιιεια,θάζε θχηηαξν κπνξεί λα παξάγεη δηαθνξεηηθά ξεχκαηα,φκσο φια ιεηηνπξγνχλ ππφ ηελ ίδηα ηάζε. ρ 3.13 Υαξαθηεξηζηηθή Η-Vηξηώλ ειηαθώλ θπηηάξσλ παξάιιεια ην ρ.3.13 παξαηεξνχκε ηελ αιιαγή πνπ πξνθχπηεη ζηηο ειεθηξηθέο παξακέηξνποπαξαηεξνχκε ηελ αιιαγή πνπ πξνθχπηεη ζηηο ειεθηξηθέο παξακέηξνπο θαη ηελ ραξαθηεξηζηηθή Η-V φηαλ ζπλδένληαη ηξία ίδηα ειηαθά θχηηαξα παξάιιεια. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε ε ηάζε παξακέλεη ζηαζεξή θαη ην ξεχκααπμάλεηαη. 3.5.3I-VΥαξαθηεξηζηηθή θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ Ζ ραξαθηεξηζηηθή εμίζσζε 3.6 κπνξεί λα ηζρχεη ηφζν γηα ειηαθφ θχηηαξν φζνθαη γηα ειηαθφ πιαίζην. Μπνξνχκε φκσο λα κεηαζρεκαηίζνπκε ηελ ραξαθηεξηζηηθήεμίζσζε ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ ζε απηήλ ηνπ πιαηζίνπ αξθεί λα γλσξίδνπκε ηνλαξηζκφ ησλ 45

θπηηάξσλ πνπ ζπλδέζεθαλ ζε ζεηξά θαη παξάιιεια γηα λα ζρεκαηίζνπλην πιαίζην. Πην ζπγθεθξηκέλα νη παξάκεηξνη αλαθνξάο κεηαζρεκαηίδνληαη σο εμήο: R s,πιαηζίνπ =R s,θπηηάξνπ X(Ν s /N p )(3.12) Λ πιαηζίνπ = Λ θπηηάξνπ /Ν s (3.13) I L,πιαηζίνπ =Ν p XI L,θπηηάξνπ (3.14) Η ν,πιαηζίνπ =Ν p XI o,θπηηάξνπ (3.15),φπνπ N s ν αξηζκφο ησλ ζε ζεηξά θπηηάξσλ θαη N p ν αξηζκφο ησλ παξάιιεισλ αιπζίδσλ. Έηζη ε ραξαθηεξηζηηθή πξνθχπηεη: (3.16) 3.5.4 Γίνδνη παξάθακςεο θαη θαηλόκελν hotspot Σν θαηλφκελν hotspotεκθαλίδεηαη φηαλ ππάξρεη έλα ειηαθφ θχηηαξν κε ρακειφ ξεχκα(ζθηαζκέλν) ζε κηα αιπζίδα θπηηάξσλ πςεινχ ξεχκαηνοβξαρπθχθισζεο, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.14 ρ.3.14 δηάηαμε ελ ζεηξά θπηηάξσλ, ε νπνία θηλδπλεύεη από θαηλόκελν hotspot Σν ζθηαζκέλν θχηηαξν αλαγθάδεη ην ξεχκα νιφθιεξεο ηεο αιπζίδαο λα κεησζεί. Σα θαιά θχηηαξα ζα δηαξξένληαη απφ ην ξεχκα βξαρπθχθισζεο ηνπ θαθνχ θπηηάξνπ, πξάγκα πνπ ηα αλαγθάδεη λα παξάγνπλ πςειφηεξεο ηάζεηο. Δάλ ε αιπζίδα βξαρπθπθισζεί, ηφηε νη ηάζεηο ησλ πγηψλ θπηηάξσλ πνιψλνπλ αλάζηξνθα ην θαθφ θχηηαξν. Ζ αλάζηξνθε απηή πφισζε έρεη δηαβαζκίζεηο: Μπνξεί λα είλαη κηθξφηεξε ή κεγαιχηεξε.γηα λα απνθεπρζεί απηφ ην θαηλφκελν ρξεζηκνπνηνχληαη νη δίνδνη παξάθακςεο.μία δίνδνο παξάθακςεο ζπλδέεηαη παξάιιεια αιιά κε αληίζεηε πνιηθφηεηα απφ ηα ειηαθά θχηηαξα. Κάησ απφ θαλνληθέο ζπλζήθεο, φπνπ δελ ζθηάδεηαη θάπνην ειηαθφ θχηηαξν ε δίνδνο παξάθακςεο είλαη αλάζηξνθα πνισκέλε θαη ιεηηνπξγεί ζαλ αλνηρηφ θχθισκα. Παξφια απηά αλ θάπνην ειηαθφ θχηηαξν πνισζεί αλάζηξνθα, ηφηε ε δίνδνο άγεη επηηξέπνληαο ηε ξνή ηνπ ξεχκαηνο κέζσ ησλ 46

ππφινηπσλ ειηαθψλ θπηηάξσλ ηεο αιπζίδαο ζην εμσηεξηθφ θχθισκα.ζ κέγηζηε αλάζηξνθε ηάζε ηψξα ηνπ ειηαθνχ θπηηάξνπ πεξηνξίδεηαη ζηελ πηψζε ηάζε ηεο δηφδνπ απνηξέπνληαο ηελ εκθάληζε ηνπ θαηλνκέλνπ hot-spot.ην ρ. 3.15 απεηθνλίδεηαη ε επίδξαζε ηεο ρξήζεο ηεο δηφδνπ παξάθακςεο ζηε ραξαθηεξηζηηθή Η- V.Ζ δίνδνο παξάθακςεο επεξεάδεη ην ειηαθφ θχηηαξν κφλν φηαλ είλαη αλάζηξνθα πνισκέλν. ρ.3.15 Η-V ραξαθηεξηζηηθή ειηαθνύ θπηηάξνπ κε δίνδν παξάθακςεο Οπζηαζηηθά κία δίνδνο παξάθακςεο αλά ειηαθφ θχηηαξν ζπλεπάγεηαη κεγάινθφζηνο θαη γη απηφ ην ιφγν νη δίνδνη ηνπνζεηνχληαη ζπλήζσο παξάιιεια ζε νκάδεοειηαθψλ θπηηάξσλ. Ζ ηάζε ηνπ ζθηαζκέλνπ ή κεξηθψο θσηηζκέλνπ ειηαθνχθπηηάξνπ είλαη ίζε κε ηελ ηάζε νξζήο πφισζεο ησλ άιισλ ειηαθψλ θπηηάξσλ πνπζπλδένληαη ζε ζεηξά κε ην ζθηαζκέλν θαη κνηξάδνληαη ηελ ίδηα δίνδν παξάθακςεοζπλ ηελ ηάζε ηεο δηφδνπ. Ζ ηάζε ησλ κε ζθηαζκέλσλ ειηαθψλ θπηηάξσλ (δελκνηξάδνληαη ηελ ίδηα δίνδν) εμαξηάηαη απφ ην βαζκφ ζθίαζεο ηνπ ζθηαζκέλνπθπηηάξνπ. Γηα παξάδεηγκα αλ ην θχηηαξν είλαη πιήξσο ζθηαζκέλν, ηφηε ε ηάζε ησλκε ζθηαζκέλσλ ειηαθψλ θπηηάξσλ είλαη πεξίπνπ 0.6V θαη ην ξεχκα πνπ ξέεη κέζσαπηψλ είλαη ην ξεχκα βξαρπθπθιψζεσο. 47

3.6 θίαζε θσηνβνιηαίθσλ πιαηζίσλ Σα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηαπνπ ζπλδένληαη ζην δίθηπνζπλαληψληαη θπξίσο ζε αζηηθέο πεξηνρέο θαηεγθαζίζηαληαη ζε ζηέγεο, φπνπ ε ζθίαζε είλαη αλαπφθεπθηε.ζ ζθίαζε κπνξεί λανθείιεηαη ζε πξνζσξηλή ζθίαζε (ρηφλη, ηα θχιια θηι),ζε ζθίαζε πνπ νθείιεηαη ζηελ ηνπνζεζία(ςειά θηίξηα,θνιψλεο) θαη ζε ζθίαζε πνπ νθείιεηαη ζην ίδην ην θηίξην ή αθφκα ζθίαζε ελφο πιαηζίνπ απφ ην άιιν(ρ.3.16) ρ 3.16 Παξάδεηγκα ζθίαζεο ελόο πιαηζίνπ από δηπιαλό ηνπ 3.6.1 Δπηπηώζεηο ηεο κεξηθήο ζθίαζεο Κάζε θσηνβνιηατθή γελλήηξηα έρεη έλα δηθφ ηεο ζεκείν ιεηηνπξγίαο, ζην νπνίν κπνξεί λα παξάζρεη ηεκεγαιχηεξε δπλαηή ειεθηξηθή ηζρχ, ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο (ΜΡΡ). Σν πφζν κεγάιε ζα είλαη ε ηζρχο απηή,εμαξηάηαη πξσηίζησο απφ ην χςνο ηεο πξφζπησζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. ε πεξίπησζε ζθίαζεοκεκνλσκέλσλ θσηνβνιηατθψλ κνλάδσλ κίαο ζηνηρείνζεηξάο ηνπ εζσηεξηθνχ ηεο θσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο,αιιάδνπλ παξά πνιχ ηα ειεθηξνληθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο γελλήηξηαο πνπ πιένλ δηαζέηεη πεξηζζφηεξα ηνπελφο θαη δηαθνξεηηθά κεηαμχ ηνπο "θαιά" ζεκεία ιεηηνπξγίαο 48

ρ3.17 Γηάγξακκα ηζρύνο-ηάζεο ηεο απεηθνληδόκελεο θσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο ζε 2 δηαθνξεηηθέο ώξεο ηεο εκέξαο (κε θαη ρσξίο ζθίαζε) Οη θακπχιεο ζην ρ.3.17 δείρλνπλ φηη ππφ ζθηά ππάξρνπλ 2 δηαθνξεηηθά «θαιά» ζεκεία κέγηζηεο ηζρχνο, φπνπ ε ηζρχο ζηνηνπηθφ ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο είλαη εκθαλψο κηθξφηεξε απφ ην παγθφζκην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. 3.6.2 Αληηκεηώπηζε ηεο ζθίαζεο Γηα λα κελ θηλδπλεχζεη ε νηθνλνκηθή απνδνηηθφηεηα ησλ θσηνβνιηατθψλ εγθαηαζηάζεσλ πνπ θαιχπηνληαη θαηά δηαζηήκαηα απφ ζθηά, νη απψιεηεο απφδνζεο εμαηηίαο ηεο ζθίαζεο πξέπεη λα ειαρηζηνπνηνχληαη ήδε απφ ηε θάζε ηνπ ζρεδηαζκνχ. Οη ζεκαληηθφηεξεο ελέξγεηαο γηα λα κεηψζνπκε ην πξφβιεκα ηεο ζθίαζεο είλαη : Α) Ζ επηινγή ηεο επηθάλεηαο ηεο ζηέγεο. Καηά ηελ επηινγή ηεο επηθάλεηαο ηεο ζηέγεο γηα κηα θσηνβνιηατθή εγθαηάζηαζε ζα πξέπεη επνκέλσο λα δηαζθαιίδεηαη πσο δελ ζα ππάξρεη ζπλερήο ζθίαζε, ελψ εηδηθά γηα ηηο πεξηφδνπο πςειήο πξφζπησζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο (κεζεκέξηα, ζεξηλνχο κήλεο) δελ ζα πέθηεη θαζφινπ ζθηά ζηηο θσηνβνιηατθέο γελλήηξηεο. Γηα ηελ εθηίκεζε ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ ησλ εθάζηνηε ζθηψλ, φπσο είλαη ην κέγεζφο ηνπο θαη νη αιιαγέο πνπ πθίζηαληαη θαηά ηε δηάξθεηα ελφο έηνπο, κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ εηδηθά πξνγξάκκαηα πξνζνκνίσζεο. Β) Δπηινγή δηαζύλδεζεο ησλ εγθαηαζηάζεσλ. Ζ δηαζχλδεζε ησλ θσηνβνιηατθψλ γελλεηξηψλ επεξεάδεη ζεκαληηθά ηελ εθηθηή ελεξγεηαθή απφδνζε.ζ αλάιπζε ηεο πξνεγείηαη πάληα ηνπ ζρεδηαζκνχ κίαο εγθαηάζηαζεο. Σν πνζνζηφ ησλζθηαζκέλσλ θσηνβνιηατθψλ κνλάδσλ ζε ζρέζε κε νιφθιεξε ηε γελλήηξηα θαη ηελ πεξηνδηθή πνξεία ηεο ζθηάοείλαη ζεκαληηθά ραξαθηεξηζηηθά κηαο θσηνβνιηατθήο εγθαηάζηαζεο κε κεξηθή ζθίαζε. Γ) Δπηινγή κεηαηξνπέσλ Ζ επηινγή ηνπ κεηαηξνπέα επεξεάδεη θαη ηηο ελεξγεηαθέοαπψιεηεο ιφγσ ζθίαζεο.καηά ηελ επηινγή ηνπ κεηαηξνπέα πξέπεη λα ιακβάλνληαη ππφςε 3 ζεκεία: 1)Μεηαηξνπείο κε κεγάιε πεξηνρή ηάζεο εηζφδνπ κπνξνχλ λα ξπζκίδνπλ ην ηδαληθφ ζεκείν ιεηηνπξγίαοαθφκε θαη ζε πεξηπηψζεηο ζθίαζεο θαη ηεο επαθφινπζεο κείσζεο ηεο ηάζεο ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο. 2)Με κεηαηξνπείο κε ξχζκηζε κνλήο ζηνηρείνζεηξάο είλαη δπλαηή ε ιεηηνπξγία κηαο κεξηθψο ζθηαζκέλεοθσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο θνληά ζην ηδαληθφ ζεκείν θαη ε απνθπγή κεγάινπ κέξνπο ησλ πηζαλψλαπσιεηψλ 3)Πξνθεηκέλνπ λα δηαηεξεζνχλ ρακειά νη ελεξγεηαθέο απψιεηεο ιφγσ ζθίαζεο, νη κεξηθψο ζθηαζκέλεοζηνηρεηνζεηξέο πξέπεη λα ζπλδένληαη κε κεηαηξνπείο ησλ νπνίσλ 49

ην ζχζηεκα ηρλειαζίαο ζεκείνπ κέγηζηεοηζρχνο αλαγλσξίδεη ηελ χπαξμε πεξηζζφηεξσλ ζεκείσλ ιεηηνπξγίαο 3.7 Καηαζθεπαζηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηε ζπλέρεηα παξαηίζεηαη έλα θπιιάδην θαηαζθεπαζηή θσηνβνιηατθψλπιαηζίσλ ην νπνίν πεξηιακβάλεη κεραληθά θαη ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά θαζψο θαηηηο επηηξεπφκελεο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο. 50

51

52

53

KΔΦΑΛΑΗΟ 4 Ζιεθηξνληθνί κεηαηξνπείο ηζρύνο 4.1 Δηζαγσγή Οη ειεθηξνληθνίκεηαηξνπείο ηζρχνο είλαη δηαηάμεηο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηεκεηαηξνπή ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο απφ κηα κνξθή ζε κηα άιιε θαη γηα ην ζθνπφ απηφπεξηιακβάλνπλ ειεθηξνληθά ζηνηρεία ηζρχνο. Με ηηο δηαηάμεηο απηέο κπνξνχκε λαειέγμνπκε θαη λα ξπζκίζνπκε ηε ξνή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κεηαμχ δηαθνξεηηθψλζπζηεκάησλ. Ζ ιεηηνπξγηά ηνπο επηηπγράλεηαη κε ζπλδπαζκέλα θπθιψκαηα πνππεξηιακβάλνπλ ειεγρφκελα ε κε ειεγρφκελα εκηαγψγηκα δηαθνπηηθά ζηνηρεία. ε απηφ ην θεθάιαην ζα αλαθέξνπκε ηηο θαηεγνξίεο κεηαηξνπέσλ ηζρχνο θαη ζααλαιχζνπκε εθηελέζηεξα ηνλ κεηαηξνπέα ηάζεο Inverter (DC-AC), ηνλ νπνίν ρξεζηκνπνηνχκε ζην κνληέιν καο 4.2 Kαηεγνξηνπνίεζε κεηαηξνπέσλ Ζ κνλάδα πνπ κεηαηξέπεη ηελ ζπλερή ηάζε ηνπ/ησλ Φ/Β πιαηζίσλ ζεελαιιαζζφκελε έηζη ψζηε λα είλαη εθηθηή ε δηαζχλδεζε ηνπ Φ/Β ζπζηήκαηνο θαη ηνπειεθηξηθνχ δηθηχνπ ρακειήο ηάζεο ησλ αζηηθψλ πεξηνρψλ, είλαη έλαο ειεγρφκελνοειεθηξνληθφο κεηαηξνπέαο. Ζ επηινγή ηεο θαηάιιειεο ηνπνινγίαο κεηαηξνπέα,επεξεάδεη ηελ απνδνηηθφηεηα ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο αιιά θαη ην ζπλνιηθφ ηνπθφζηνο. Αλάινγα κε ηνλ αξηζκφ ησλ βαζκίδσλ απφ ηηο νπνίεο απαξηίδεηαη ναληηζηξνθέαο κπνξεί λα γίλεη ε εμήο θαηεγνξηνπνίεζε: 4.2.1 Μεηαηξνπείο κηαο βαζκίδαο ε απηέο ηηο δηαηάμεηο ν κεηαηξνπέαο είλαη έλαο θιαζζηθφο αληηζηξνθέαο πνπκεηαηξέπεη ηελ ζπλερή ηάζε ηνπ Φ/Β πιαηζίνπ ζε ελαιιαζζφκελε. Ο παξαπάλσκεηαηξνπέαο κπνξεί λα είλαη έλαο αληηζηξνθέαο είηε κηζήο (half-bridge), είηεπιήξνπο (full-bridge) γέθπξαο, ηνπ νπνίνπ ε ηάζε θαηά θαλφλα θηιηξάξεηαη θαη ζηελζπλέρεηα αλπςψλεηαη κε κεηαζρεκαηηζηή ζηδήξνπ, ψζηε λα επηηεπρζεί ε 54

ζχλδεζε κεην ειεθηξηθφ δίθηπν. Ζ ρξήζε Μ/ ζηδήξνπ έρεηο σο απνηέιεζκα ηελ αχμεζε ηνπφγθνπ θαη ηνπ βάξνπο ηνπ κεηαηξνπέα κε άκεζε ζπλέπεηα λα νδεγνχκαζηε ζε πεξηνξηζκφ ηεο ππθλφηεηαο ηζρχνο. Δπηπιένλ απφ ηε ζηηγκή πνπ νη απψιεηεο ζηδήξνπηνπ κεηαζρεκαηηζηή εμαξηψληαη απνθιεηζηηθά απφ ηελ ηηκή ηεο εθαξκνδφκελεο ηάζεο (ε νπνία είλαη ζηαζεξή θαη ίζε κε ηελ ηάζε ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ) ν βαζκφοαπφδνζεο ηνπ κεηαηξνπέα κεηψλεηαη ζεκαληηθά γηα ζπλζήθεο κεησκέλεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Γηα ηελ εμάιεηςε απηψλ ησλ πξνβιεκάησλ έρνπλ πξνηαζεί ζηε δηεζλή βηβιηνγξαθία κεηαηξνπείο κηαο βαζκίδαο νη νπνίνη ρξεζηκνπνηψληαο είηε πςίζπρλν Μ/ είηε ιχζεηο ρσξίο Μ/ επηηπγράλνπλ κεγάιε ππθλφηεηα ηζρχνο. Ο έιεγρφο ησλ κεηαηξνπέσλ απηήο ηεο θαηεγνξίαο είλαη πνιχπινθνο κηαο ν έιεγρφο ησλ κεηαηξνπέσλ απηήο ηεο θαηεγνξίαο είλαη ζρεηηθά πνιχπινθνο κηαο θαη κφλν έλαο ειεγθηήο αλαιακβάλεη ηφζν ηνλ έιεγρν ηνπ κεηαηξνπέα φζν θαη ηνπο ειέγρνπο αλίρλεπζεο ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο απνδηδφκελεο ηζρχνο (M.P.P.T. έιεγρνο)θαη αλίρλεπζεο ηνπ θαηλνκέλνπ λεζίδαο. Απφ ηελ άιιε πιεπξά ν κηθξφο αξηζκφο ησλειεθηξηθψλ ζηνηρείσλ πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπο, κεηψλεη ην θφζηνοηνπο θαη απμάλεη ηελ αμηνπηζηία ηνπο. Έλα επηπιένλ ζεκείν πνπ ρξεηάδεηαη ηδηαίηεξεπξνζνρή είλαη ε έληνλε θπκάησζε πνπ παξνπζηάδνπλ νη κεηαηξνπείο απηήο ηεο θαηεγνξίαο. Γηα ηελ νξζφηεξε εθαξκνγή ελφο M.P.P.T. ειέγρνπ ζε έλα Φ/Β ζχζηεκαζα πξέπεη ε θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο εηζφδνπ λα είλαη φζν ην δπλαηφλ κηθξφηεξε. Ζνπζηαζηηθή κείσζε ηεο θπκάησζεο ηνπ ξεχκαηνο εηζφδνπ απαηηεί ηελ ρξήζεειεθηξνιπηηθψλ ππθλσηψλ κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο απμάλνληαο έηζη ην θφζηνο θαηκεηψλνληαο ηε δηάξθεηα δσήο ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο. Σν πξφβιεκα απηφ κπνξεί λαπεξηνξηζηεί κε ρξήζε ελεξγψλ θίιηξσλ πνπ αλαιακβάλνπλ εμνινθιήξνπ λααπαιείςνπλ ηελ αξκνληθή ησλ 100Hz ηνπ αλνξζσκέλνπ εκηηνληθνχ ξεχκαηνο. 4.2.2 Μεηαηξνπείο δύν βαζκίδσλ ηελ ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε κεηαηξνπέαο απνηειείηαη απφ δχν ηκήκαηα. Σν πξψην είλαη έλαο κεηαηξνπέαο ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή (boost, buck-boost, forward, pushpull),νπνίνο αλπςψλεη ηελ ηάζε ζε ζηαζεξή πξαθηηθά ηηκή, ψζηε ζηελ επφκελε βαζκίδα,δειαδή ζηνλ αληηζηξνθέα, λα επηηεπρζεί, κε ηελ βνήζεηα ελφο θαησδηαβαηνχθίιηξνπ, ε εκηηνλνεηδήο κνξθή ηνπ ξεχκαηνο πξνθεηκέλνπ λα πινπνηεζεί εδηαζχλδεζε κε ην δίθηπν. Απηφ πινπνηείηαη ειέγρνληαο ηνλ αληηζηξνθέα κε παικνχοpwm. Δπηπιένλ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα ν κεηαηξνπέαο ζπλερνχο ηάζεσο ζε ζπλερήλα δίλεη ζηελ έμνδφ ηνπ αλνξζσκέλν εκηηνληθφ ξεχκα θαη έπεηηα ν αληηζηξνθέαο, πνπνδεγείηαη απφ ηεηξαγσληθνχο παικνχο, λα ρξεζηκνπνηείηαη πξνθεηκέλνπ λαδεκηνπξγεζεί ε ελαιιαζζφκελε ζπληζηψζα. ε αληίζεζε κε ηνπο θιαζηθνχοκεηαηξνπείο κηαο βαζκίδαο, ζηελ θαηεγνξία απηή ε ρξήζε πςίζπρλνπ πελίνπ ήκεηαζρεκαηηζηή αληί ηνπ Μ/ ζηδήξνπ, έρεη σο άκεζν απνηέιεζκα ηε κείσζε ηνπφγθνπ θαη ηνπ βάξνπο ηεο δηάηαμεο. Γπζηπρψο φκσο, ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη απφηελ θσηνβνιηατθή γελλήηξηα κεηαζρεκαηίδεηαη δχν θνξέο (ηφζν ζην ζηάδηναλχςσζεο ηεο ηάζεο, φζν θαη ζην ζηάδην πξνζαξκνγήο ηεο παξαγφκελεο 55

ελέξγεηαοζηηο πξνδηαγξαθέο ηνπ ειεθηξηθνχ δηθηχνπ). Δπηπξφζζεηα ε χπαξμε επηπιένλεκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ απμάλεη ηφζν ηηο δηαθνπηηθέο φζν θαη ηηο απψιεηεο αγσγήο κεάκεζν απνηέιεζκα ηε κείσζε ηνπ βαζκνχ απφδνζεο. Σέινο, ν ζπλνιηθφο έιεγρνο ηνπκεηαηξνπέα θαηαλέκεηαη ζε δχν ειεγθηέο δηεπθνιχλνληαο θαηά απηφλ ην ηξφπν ζρεδηαζκφ ηνπ θπθιψκαηνο ειέγρνπ. Βέβαηα ε ζπλεξγαζία δηαθνξεηηθψλ βξφρσλ ειέγρνπ απαηηεί θαη γξήγνξε απφθξηζε απηψλ ζε κεηαβαηηθέο θαηαζηάζεηο,απμάλνληαο έηζη ην θφζηνο. Φπζηθά ζηνπο κεηαηξνπείο δχν βαζκίδσλ ε εμάιεηςε ηεο θπκάησζε ηνπ ξεχκαηνο εηζφδνπ επηηπγράλεηαη κε ρξήζε ππθλσηψλ κηθξφηεξεο ρσξεηηθφηεηαο, επεθηείλνληαο έηζη ηε δηάξθεηα δσήο ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο ελψπαξάιιεια κεηψλεηαη ην θφζηνο απηνχ. 4.2.3 Μεηαξνπείο πνιιαπιώλ βαζκίδσλ ηελ ηειεπηαία θαηεγνξία ρξεζηκνπνηείηαη κεγάιν πιήζνο ελ ζεηξά ζπλδεδεκέλσλ κεηαηξνπέσλ ζπλερνχο ηάζεο ζε ζπλερή θαη έλαο αληηζηξνθέα γηα ηελ ζχλδεζε ηνπ Φ/Β ζπζηήκαηνο ζην δίθηπν. Ζ ρξήζε πνιιψλ βαζκίδσλ κεηαηξνπήο έρεη φκσο νξηζκέλα αξλεηηθά απνηειέζκαηα φπσο ην κεγάιν θφζηνο θαηαζθεπήο, ην κηθξφ βαζκφ απφδνζεο ιφγσ ησλ απσιεηψλ ζηηο ελδηάκεζεο βαζκίδεο θαη ηελ επηζθαιή απφθξηζε ηνπ φινπ ζπζηήκαηνο ζε κεηαβαηηθέο θαηαζηάζεηο ιφγσ ησλ αλεμάξηεησλ βξφρσλ ειέγρνπ ηνπ θάζε κεηαηξνπέα. Πιενλεθηήκαηα ησλ κεηαηξνπέσλ απηψλ είλαη ε εμαθάληζε ηεο ρακειφζπρλεο ηαιάλησζεο ηνπ ξεχκαηνο εηζφδνπ ηνπ κεηαηξνπέα κε απνηέιεζκα ηελ επίηεπμε βέιηηζηεο αλίρλεπζεο ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο. ην ζρήκα 4.1 παξνπζηάδνληαη ζρεδηαγξάκκαηα ησλ παξαπάλσ θαηεγνξηψλ. 56

ρ.4.1 Γεληθεπκέλε θπθισκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηνπνινγηώλ κεηαηξνπέσλ γηα Φ/Β πιαίζηα α) κηαο βαζκίδαο κε ή ρσξηο ηε ρξεζηκνπνίεζε κεηαζρεκαηηζηή αλύςσζεο ηάζεο β)δύν βαζκίδσλ γ)πνιιαπιώλ βαζκίδσλ 4.3 Αληηζηξνθείο 4.3.1 Πεξηγξαθή Σα θσηνβνιηαηθά πιαίζηα παξέρνπλ κφλν DCηάζε,φκσο γηα λα ζπλδεζνχλ κε ην δίθηπν θαη ηηο νηθηαθέο ειεθηξηθέο ζπζθεπέο ρξεηάδεηαη έλαο αληηζηξνθέαο ψζηε λα έρνπκε ΑCηάζε ζηελ έμνδν.ο αληηζηξνθέαο ρξεζηκνπνηεί δηαθφπηεο ηζρχνο θαη γηα ηνλ έιεγρν εθαξκφδεηαη ε ηερληθή δηακφξθσζεο ηνπ έπξνπο παικψλ(pwm). Οη αληηζηξνθείο φκσο έρνπλ πεξηνξηζκέλε ελεξγεηαθή απφδνζε.καηα κέζν φξν, έρνπλ ελεξγεηαθή απφδνζε 90% θαη φζν ην θνξηίν κεηψλεηαη ε απφδνζε κπνξεί λα πέζεη ζην 80%.Ζ ελέξγεηα ζηνπο αληηζηξνθείο ράλεηαη κε ηελ κνξθή ζεξκφηεηαο πάλσ ζηα δηαθνπηηθά ζηνηρεία 4.3.2 Μνλνθαζηθνί αληηζηξνθείο 4.3.2.1 Λεηηνπξγία κνλνθαζηθνύ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο Γηα λα πεξηγξάςνπκε ηελ ιεηηνπξγία έλνο αληηζηξνθέα ζα μεθηλήζνπκε κε ηελ πεξηγξαθή ελφο κνλνθαζηθνχ αληηζηξφθεα ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο(singlephasehalf-bridgeinverter).δθφζνλ ν αληηζηξνθεαο ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο έρεη κφλν δχν αθξνδέθηεο εμφδνπ θαη ρξεζηκνπνηείηαη κφλν ζε θπθιψκαηα ρακειήο ηζρχνο,νη εθαξκνγέο ηνπ είλαη ζρεηηθά πεξηνξηζκέλεο.ο αληηζηξνθεαο ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.2 ρ.4.2 κνλνθαζηθόο αληηζηξνθέαο ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο 57

ηελ ζέζε ησλ εκηαγσγψλ ζηνηρείσλ Q 1 θαη Q 2 κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηξαλδίζηνξ,mosfet,thyristor,igbtαλάινγα κε ηελ απαηηνχκελε ηζρχο εμφδνπ θαη Ο έιεγρνο ηνπο γίλεηαη νπζηαζηηθά απφ ηελ ηερληθή δηακφξθσζεο εχξνπο παικψλ, έηζη ψζηε λα παξέρνπλ κηα κηα πεξηνδηθά κεηαβαιιφκελε έμνδν.γηα λα απνθεπρζεί Πηλαθαο 4.1 Πηζαλέο θαηαζηάζεηο ηνπ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία εκηγέθπξαο ην ελδερφκελν ε DCηξνθνδνζία λα βξαρπθπθισζεί θαη ζπλεπψο λα θαηαζηξαθεί, εηλαί ηδηαίηεξα ζεκαληηθφ νη δηαθφπηεο λα κελ θιείζνπλ ηελ ίδηα ζηηγκή.ην ζπγθεθξηκέλν ζχζηεκα ππάξρνπλ ηξείο θαηαζηάζεηο θαη κία απφ απηέο είλαη απξνζδηφξηζηε.ζ θαηάζηαζε απηή ζα πξέπεη λα απνθεπρζεί.οη θαηαζηαζεηο απηέο θαίλνληαη ζηνλ παξαθάησ πίλαθα.. Απφ ηη βιέπνπκε δειαδή ν αληηζηξνθέαο ιεηηνπξγεί ρξεζηκνπνηψληαο ηηο θαηαζηάζεηο 1 θαη 2 νη νπνίεο ζα παξέρνπλ έμνδν (V εηο /2) ή (-V εηο /2).Με ηελ πεξηνδηθή κεηαβφιε ησλ θαηαζηάζεσλ 1 θαη 2 ε έμνδνο εμνκεηψλεη έλα εκίηνλν.ην ζρήκα 4.2 παξαθάησ παξνπζηάδνληαη νη θπκαηνκνξθέο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα εκηγέθπξαο γηα δηάθνξα θνξηία.για ωμικό φορτίο, όταν και οι δφο διακόπτεσ είναι ςε κατάςταςη αποκοπήσ, η τάςη εξόδου ζχει μηδενική τιμή.γηα επαγσγηθφ θνξηίν φηαλ θαη νη δχν δηαθφπηεο είλαη ζε θαηάζηαζε απνθνπήο, ην ξεχκα θνξηίνπ εμαθνινπζεί λα θπθινθνξεί γηα έλα ρξνληθφ δηάζηεκα κέζσ ησλ δηφδσλ D 1 ή D 2, ηνπ θνξηίνπ θαη ησλππθλσηψλ εηζφδνπ.οη δίνδνη D 1 θαη D 2 νλνκάδνληαη δίνδνη ειεχζεξεο δηέιεπζεο θαηρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ δηέιεπζε ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ, φηαλ νη δηαθφπηεο Q 1 θαη Q 2 είλαηζε θαηάζηαζε απνθνπήο. Δπνκέλσο, γηα επαγσγηθφ θνξηίν, φηαλ νη δηαθφπηεο Q 1 θαη Q 2 είλαη ίζεο θαηάζηαζε απνθνπήο, ε δίνδνο D 1 ή D 2 άγεη αλάινγα κε ηε θνξά ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ θαηέηζη ε ηάζε εμφδνπ δελ παξνπζηάδεη κεδεληθέο ηηκέο φπσο ζηελ πεξίπησζε κε σκηθφ θνξηίν. 58

ρ 4.3 α)παικνη έλαπζεο Q 1 β) Παικνί έλαπζεο Q 2 γ)v 0 i 0 γηα σκηθό θνξηίν δ)v 0 i 0 γηα σκηθό επαγσγηθό ε)v 0 i 0 γηα επαγσγηθό δ)v 0 i 0 γηα θνξηίν κε εκηηνλνεηδέο ξεύκα εμόδνπ ε) v 0 i 0 γηα ρσξεηηθό θνξηίν κε εκηηνλνεηδέο ξεύκα εμόδνπ 59

4.3.2.2 Μνλνθαζηθόο αληηζηξνθέαο πιήξνπο γέθπξαο Οη αληηζηξνθείο εκηγέθπξαο πνπ ζπλαληήζακε παξαπάλσ, έρνπλ ηξία ζνβαξάκεηνλεθηήκαηα: Σν πιάηνο ηεο ηάζεο εμφδνπ έρεη ηε κηζή ηηκή ηεο ηάζεο εηζφδνπ Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπο ρξεηάδνληαη δχν ππθλσηέο κέζεο ιήςεο Γελ κπνξνχλ λα δεκηνπξγήζνπλ ηάζε εμφδνπ κε δηαζηήκαηα κεδεληθήο ηάζεο Πξνθεηκέλνπ λα εμαιεηθζνχλ ηα παξαπάλσ κεηνλεθηήκαηα, δεκηνπξγήζεθαλ νη αληηζηξνθείοπιήξνπο γέθπξαο, νη νπνίνη απνηεινχληαη απφ δχν εκηγέθπξεο. ην παξαθάησ ζρήκα 4.3 παξνπζηάδεηαη έλαο ηέηνηνο αληηζηξνθέαο. ρ.4.4 Μνλνθαζηθόο αληηζηξνθέαο ζε ζπλδεζκνινγία πιήξνπο γέθπξαο Γηα ηνλ αληηζηξνθέα πιήξνπο γέθπξαο, ππάξρνπλ ηέζζεξηο νξηζκέλεο θαηαζηάζεηο θαη κηα απξνζδηφξηζηε. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ κνλνθαζηθνχ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία πιήξνπο γέθπξαο πεξηγξάθεηαη απφ ηνλ παξαθάησ πίλαθα 60

Πίλαθαο 4.2 Πηζαλέο θαηαζηάζεηο ηνπ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία πιήξνπο γέθπξαο ηελ ζπλέρεηα παξνπζηάδνληαη νη θπκαηνκνξθέο ηνπ αληηζηξνθέα γηα δηάθνξεο γσλίεο αγσγήο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 (ρ.4.4) 61

ρ 4.5 α)σάζε εμόδνπ β)παικνί έλαπζεο ησλ MOSFET γ)ρεύκα εμόδνπ γηα σκηθό θνξηίν δ)ρεύκα εμόδνπ γηα επαγσγηθό θνξηίν, ε) Ρεύκα εμόδνπ γηα ρσξεηηθό θνξηίν Παξαηεξψληαο ην θχθισκα καο θαη ηηο θπκαηνκνξθέο ηνπ ζρήκαηνο4.4 κπνξνχκε λα βγάινπκε θάπνηα ρξήζηκα ζπκπεξάζκαηα πνπ αθνινπζνχλ παξαθάησ 62

Όηαλ ην ξεχκα θαη ε ηάζε εμφδνπ έρνπλ ηαπηφρξνλα ζεηηθέο ηηκέο (δει. ην γηλφκελν v 0 i 0 είλαη ζεηηθφ), ηφηε άγνπλ νη δηαθφπηεο Q 1 θαη Q 3 θαη έηζη ελεξγφο ηζρχο κεηαθέξεηαη απφ ηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα πξνο ηελ έμνδν, Όηαλ ην ξεχκα θαη ε ηάζε εμφδνπ έρνπλ ηαπηφρξνλα αξλεηηθέο ηηκέο (δει. ην γηλφκελν v 0 i 0 είλαη ζεηηθφ), ηφηε άγνπλ νη δηαθφπηεο Q 2 θαη Q 4 θαη έηζη ελεξγφο ηζρχ κεηαθέξεηαη απφ ηελ είζνδν ηνπ αληηζηξνθέα πξνο ηελ έμνδν. Όηαλ ε ηάζε εμφδνπ έρεη κεδεληθή ηηκή θαη ηαπηφρξνλα ην ξεχκα εμφδνπ έρεη ζεηηθή ηηκή (δει. ην γηλφκελν v 0 i 0 είλαη κεδέλ), ηφηε κπνξεί λα άγεη έλα απφ ηα δεχγε ησλ εκηαγσγψλ [Q 3, D 2 ], [Q 1, D 4 ] θαη έηζη επηηπγράλεηαη ε θπθινθνξία ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ. Γειαδή αλ ζηελ πεξίπησζε απηή άγεη ν δηαθφπηεο Q 3 ηφηε ην ξεχκα εμαλαγθάδεη ηε δίνδν D 2 λα άγεη θαη έηζη ην ξεχκα θπθινθνξεί ζην ππνθχθισκα Q 3 - θνξηίν- D 2. Σν ξεχκα απηφ, ην νπνίν θπθινθνξεί ζην ππνθχθισκα νλνκάδεηαη αλαθπθινχκελν ξεχκα (circulating current), Όηαλ ε ηάζε εμφδνπ έρεη κεδεληθή ηηκή θαη ηαπηφρξνλα ην ξεχκα εμφδνπ έρεη αξλεηηθή ηηκή (δει. ην γηλφκελν v 0 i 0 είλαη κεδέλ), ηφηε άγεη έλα απφ ηα δεχγε ησλ εκηαγσγψλ [Q 4,D 1 ], [Q 2,D 3 ] θαη έηζη επηηπγράλεηαη ε θπθινθνξία ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ. Γειαδή αλ ζηελ πεξίπησζε απηή άγεη ν δηαθφπηεο Q 4 ηφηε ην ξεχκα εμαλαγθάδεη ηε δίνδν D 1 λα άγεη θαη έηζη ην ξεχκα θπθινθνξεί ζην ππνθχθισκα Q 4 - θνξηίν- D 1.Σν ξεχκα απηφ, ην νπνίν θπθινθνξεί ζην ππνθχθισκα νλνκάδεηαη επίζεο αλαθπθινχκελν ξεχκα Όηαλ ε ηάζε εμφδνπ έρεη ζεηηθή ηηκή θαη ηαπηφρξνλα ην ξεχκα εμφδνπ έρεη αξλεηηθή ηηκή (δει. ην θνξηίν είλαη επαγσγηθφ θαη ην γηλφκελν v 0 i 0 είλαη αξλεηηθφ), ηφηε νη δίνδνη ειεχζεξεο δηέιεπζεο D 1 θαη D 3 εμαλαγθάδνληαη λα άγνπλ θαη έηζη ην ξεχκα θπθινθνξεί κέζσ ηνπ ππνθπθιψκαηνο πεγή-d 1,-θνξηίν D 3. Όηαλ ε ηάζε εμφδνπ έρεη αξλεηηθή ηηκή θαη ηαπηφρξνλα ην ξεχκα εμφδνπ έρεη ζεηηθή ηηκή (δει. ην θνξηίν είλαη ρσξεηηθφ θαη ην γηλφκελν είλαη v 0 i 0 αξλεηηθφ), ηφηε νη δίνδνη ειεχζεξεο δηέιεπζεο D 2 θαη D 4 εμαλαγθάδνληαη λα άγνπλ θαη έηζη ην ξεχκα θπθινθνξεί κέζσ ηνπ ππνθπθιψκαηνο πεγή-d 2 -θνξηίν-d 4. ηελ πεξίπησζε απηή ελεξγφο ηζρχο κεηαθέξεηαη απφ ηνλ ππθλσηή ηνπ θνξηίνπ πξνο ηελ πεγή εηζφδνπ 63

4.3.2.3 Έιεγρνο ηεο ηάζεο εμόδνπ αληηζηξνθέα εκηγέθπξαο κε ηελ ηερληθή Γηακόξγσζεο εύξνπο παικώλ(pwm) Ζ ηερληθή απηή κε ηελ νπνία επηηπγράλεηαη ν έιεγρνο ηεο ηάζεο εμφδνπ κέζσ ηεο απμνκείσζεο ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ ηεο ηάζεο εμφδνπ νλνκάδεηαη Γηακφξθσζε Δχξνπο Παικψλ (Pulse Width Modulation ή PWM). Ζ ιεηηνπξγία ηεο ηερληθήο απηήο έρεη σο εμήο: Υξεζηκνπνηψληαο κία γελλήηξηα θπκαηνκνξθψλ παξάγνπκε, ζε επίπεδν θπθιψκαηνο ειέγρνπ, κία εκηηνλνεηδή θαη κία ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή, νη νπνίεο είλαη ζπγρξνληζκέλεο. Ζ πξψηε νλνκάδεηαη θπκαηνκνξθή αλαθνξάο θαη ε δεχηεξε θνξέα. Οη θπκαηνκνξθέο απηέο παξνπζηάδνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα: ρ4.6α)κπκαηνκνξθέο ηεο αλαθνξάο θαη ηνπ θνξέαβ)κπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ ζπγθξηηή,γ)παικόο έλαπζεο ηνπ δηαθόπηε Q3,δ) Παικόο έλαπζεο ηνπ Q4, ε) Παικόο έλαπζεοηνπ Q1δ) Παικόο έλαπζεο ηνπ Q2,ε)Σάζε εμόδνπ 64

Όπνπ, Ar = πιάηνο θπκ/θήο αλαθνξάο, Ac = πιάηνο θπκ/θήο θνξέα, Tc = 1/Fc = πεξίνδνο θπκ/θήο αλαθνξάο, Tr = 1/Fr = πεξίνδνο θπκ/θήο αλαθνξάο,mf = Ar/ Ac = ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο. ηελ ζπλέρεηα,νη δχν παξαπάλσ θπκαηνκνξθέο εθαξκφδνληαη ζηελ είζνδν ελφο ζπγθξηηή,ε έμνδνο ηνπ νπνίνπ ζα είλαη ε θπκαηνκνξθή πνπ παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 4.5(β). Όπσο δηαπηζηψλεηαη θαη απφ ηα ζρήκαηα 4.5(α) θαη (β), ε θπκαηνκνξθή εμφδνπ ηνπζπγθξηηή εμαξηάηαη απφ ηα ζεκεία ηνκήο ησλ δχν θπκαηνκνξθψλ εηζφδνπ. ην ζρήκα 4.5(β)παξνπζηάδνληαη δχν δηαθνξεηηθέο θπκαηνκνξθέο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ ζπγθξηηή, γηαδχν δηαθνξεηηθέο ηηκέο ηνπ πιάηνπο ΑC ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο, θξαηψληαο ην πιάηνοac ηεο θπκαηνκνξθήο θνξέα ζηαζεξφ. Άξα απμνκεηψλνληαο ην ζπληειεζηή δηακφξθσζεοmf (απφ 0 έσο 1), ε θπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ ζπγθξηηή κεηαβάιιεηαη. Σν αξλεηηθφ κέξνο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ ζπγθξηηή, νξίδεη ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπ δηαθφπηε Q 4 Αλαζηξέθνληαο ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπ δηαθφπηε Q 3 νξίδνληαη νη παικνί έλαπζεο ηνπ δηαθφπηε Q 4. Οη παικνί έλαπζεο ησλ δηαθνπηψλ Q 1 θαη Q 2 παξάγνληαη απφηελ θπκαηνκνξθή αλαθνξάο θαη παξνπζηάδνληαη αληίζηνηρα ζηα ζρήκαηα 4.5(ε) θαη (δ). Ζ ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα γηα ηνπο παξαπάλσ παικνχο έλαπζεο παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 4.5(ε). Όπσο βιέπνπκε θαη απφ ην ζρήκα απηφ, απμνκεηψλνληαο ην ζπληειεζηή δηακφξθσζεο Mf, ην εχξνο ησλ παικψλ δ ηεο ηάζεο εμφδνπ επίζεο απμνκεηψλεηαη θαη έηζη επηηπγράλεηαη ν έιεγρνο ηεο ηάζεο εμφδνπ 4.3.2.4 Oη Μέζνδνη Δμάιεηςεο ή κείσζεο αλώηεξσλ αξκνληθώλ ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα Ζ ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα, ε νπνία είλαη έλαο ηεηξαγσληθφο παικφο, απνηειείηαη απφ ηε βαζηθή αξκνληθή ζπληζηψζα θαη απφ ηηο αλψηεξεο αξκνληθέο ζπληζηψζεο (αλεπηζχκεηεο αξκνληθέο), νη νπνίεο πξέπεη λα εμαιεηθζνχλ ή λα κεησζνχλ, έηζη ψζηε ε ηάζε ηνπ θνξηίνπ λα παξνπζηάδεη ζπλήζσο πληειεζηή Οιηθήο Αξκνληθήο Παξακφξθσζεο (Total Harmonic Distortion) THD factor < 5%. Οη δηάθνξεο ηερληθέο νη νπνίεο ρξεζηκνπνηνχληαη ζήκεξα γηα ηελ εμάιεηςε ή ηε κείσζε ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ είλαη νη αθφινπζεο : 65

Δμάιεηςε αλψηεξσλ αξκνληθψλ κε ηελ ηερληθή ηεο Ζκηηνλνεηδνχο Γηακφξθσζεο Δχξνπο Παικψλ (Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM). Με ηελ ηερληθή απηή επηηπγράλεηαη επίζεο έιεγρνο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Δμάιεηςε αλψηεξσλ αξκνληθψλ κε ηελ ηερληθή ησλ Patel θαη Hoft. Δμάιεηςε αλψηεξσλ αξκνληθψλ κε δηάθνξεο ηερληθέο, νη νπνίεο αλαθέξνληαη σο ζπλδεζκνινγίεο κεηαζρεκαηηζηψλ Δμάιεηςε αλψηεξσλ αξκνληθψλ κε ηελ ηερληθή ηεο Ζκηηνλνεηδνχο Γηακφξθσζεο Δχξνπο Παικψλ κε Αξκνληθή χλζεζε (Harmonic Injection Sinusoidal Pulse Width Modulation, HISPWM). 4.3.2.5 Δμάιεηςε αξκνληθώλ κε ηελ ηερληθή SPWM ηελ ηερληθή απηή δεκηνπξγνχληαη δχν θπκαηνκνξθέο αλαθνξάο κηα γηα θάζε εκηγέθπξα ηνπ κνλνθαζηθνχ αληηζηξνθέα θαη κηα ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή θνξέα. Οη θπκαηνκνξθέο απηέο, νη νπνίεο δεκηνπξγνχληαη ζην θχθισκα ειέγρνπ ηνπ αληηζηξνθέα, είλαη ζπγρξνληζκέλεο θαη παξάγνληαη, φπσο είπακε θαη ζηελ ηερληθή PWM, απφ γελλήηξηεο θπκαηνκνξθψλ. Απηέο νη θπκαηνκνξθέο παξνπζηάδνληαη ζην ζρήκα 4.6(α) φπνπ, Αr= πιάηνο θπκαηνκνξθψλ αλαθνξάο Ac = πιάηνο θπκαηνκνξθήο θνξέα Tc = 1/Fc = πεξίνδνο ηεο θπκαηνκνξθήο θνξέα Tr = 1/Fr = πεξίνδνο ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο Mf = Ar/Ac = ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο (Modulation factor, κεηαβάιιεηαη απφ 0 σο 1) Fnc = Fc/Fr = θαλνληθνπνηεκέλε ζπρλφηεηα θνξέα. 66

ηε ζπλέρεηα κηα θπκαηνκνξθή αλαθνξάο θαη ε ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή εθαξκφδνληαη ζηελ είζνδν ελφο ζπγθξηηή, ζηελ έμνδν ηνπ νπνίνπ δεκηνπξγείηαη ε θπκαηνκνξθή Δ 1 (σt) ηνπ ζρήκαηνο 4.6(β).Δπίζεο, εθαξκφδνληαο ζηελ είζνδν ελφο δεχηεξνπ ζπγθξηηή ηε δεχηεξε θπκαηνκνξθή αλαθνξάο θαη ηνλ ίδην θνξέα ε θπκαηνκνξθή Δ 2 (σt) ηνπ ζρήκαηνο 4.6(γ) εκθαλίδεηαη ζηελ έμνδν ηνπ ζπγθξηηή. Όπσο βιέπνπκε απφ ηα ζρήκαηα 4.6(β) θαη (γ) νη θπκαηνκνξθέο Δ 1 (σt)) θαη Δ 1 (σt) νξίδνληαη απφ ηα ζεκεία ηνκήοησλ θπκαηνκνξθψλ αλαθνξάο θαη ηνπ θνξέα, ηα δε ζεκεία ηνκήο νξίδνληαη απφ ηελ ηηκή ηνπ ζπληειεζηή δηακφξθσζεο M f. Σν ζεηηθφ κέξνο ηεο θπκαηνκνξθήο Δ 1 (σt) νξίδεη ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπεκηαγσγνχ δηαθφπηε Σ1 θαη ην αλάζηξνθφ ηνπ νξίδεη ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπ εκηαγσγνχ δηαθφπηε Σ2. Σν ζεηηθφ κέξνο ηεο θπκαηνκνξθήο E 2 (σt) νξίδεη ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπδηαθφπηε Σ4 θαη ην αλάζηξνθν ηνπ νξίδεη ηνπο παικνχο έλαπζεο ηνπ δηαθφπηε Σ3 ρ4.7οξηζκόο ηεο ηερληθήο SPWM γηα Mf=0.7 θαη Fnc=7 67

Γηα ην ρ4.7 α)κπκαηνκνξθέο αλαθνξώλ θαη θνξέα β)κπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ ζπγθξηηή Α, Δ1 γ)κπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ ζπγθξηηή Β, Δ2 δ)παικνί έλαπζεο γηα ην δηαθόπηε T1 ε)παικνί έλαπζεο γηα ην δηαθόπηε T2 δ)παικνί έλαπζεο γηα ην δηαθόπηε T3 ε)παικνί έλαπζεο γηα ην δηαθόπηε T4 Οη παικνί έλαπζεο ηνπ κνλνθαζηθνχ αληηζηξνθέα παξνπζηάδνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα (δ-ε) ρ.4.8κπκαηνκνξθέο ηεο ηερληθήο SPWM γηα Mf=0.7 θαη Fnc=7 68

Γηα ην ρ.4.8 α)κπκαηνκνξθέο αλαθνξώλ θαη θνξέα β-γ)κπκαηνκνξθέο ησλ ηάζεσλ v a0 θαη v b0 δ)κπκαηνκνξθή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα v ab ε)φάζκα ζπρλνηήησλ ηεο ηάζεο εμόδνπ v ab Ζ πνιηθή ηάζε ηνπ αληηζηξνθέα δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε v 0 (υt) =v ab (υt)= v a0 (υt) v b0 (υt) φπνπ: v a0 (υt)=ηάζε κεηαμχ ησλ ζεκείσλ a θαη 0. v b0 (υt)=ηάζε κεηαμχ ησλ ζεκείσλ b θαη 0. 0:είλαη ππνζεηηθφ νπδέηεξν ζεκείν γηα ηελ ζεσξεηηθή αλάιπζε ηνπ αληηζηξνθέα. ηνλ παξαθάησ πίλαθα παξνπζηάδνληαη,σο πξνο ηελ ηάζε εηζφδνπ,πιάηε ησλ αξκνληθψλ ζπληζηψζσλ ηεο SPWMηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα Πίλαθαο 4.3 Κανονικοποιημζνη τιμή πλάτουσ αρμονικήσ ωσ προσ την τάςη ειςόδου V 69

Όπσο βιέπνπκε ζηνλ πίλαθα 4.3, ε βαζηθή αξκνληθή ζπληζηψζα ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηνθέα πξνθχπηεη απφ ηε ζρέζε: Όπνπ V είλαη ε ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Απφ ηελ παξαπάλσ ζρέζε δηαπηζηψλνπκε φηη κεηαβάιινληαο ηνλ ζπληειεζηή Mfπεηπραίλνπκε έιεγρν ηεο ηάζεο εμφδνπ, εθφζνλ ε κέγηζηε ηηκή ηεο βαζηθήο αξκνληθήοζπληζηψζαο ηεο ηάζεο εμφδνπ, ηζρχεη γηα Mf=1. Γηαπηζηψλνπκε αθφκα φηη, ε θαλνληθνπνηεκέλε ηηκή ηεο ζπρλφηεηαο ηνπ θνξέα Fnc,πξέπεηλα είλαη δπγφο αξηζκφο πξνθεηκέλνπ λα κεδεληζηνχλ νη αλψηεξεο αξκνληθέο ζπληζηψζεο ηεο ηάζεο εμφδνπ v 0 νη νπνίεο βξίζθνληαη ζηε ζπρλφηεηα Fnc. 4.3.3 Σξηθαζηθνί αληηζηξνθείο 4.3.3.1 Δηζαγσγή Ζ ζχγρξνλε ηάζε ζηα ζπζηήκαηα ειεθηξηθήο θίλεζεο κε αζχγρξνλνπο ηξηθαζηθνχο θηλεηήξεο επαγσγήο επηηάζζεη νη θηλεηήξεο λα νδεγνχληαη απφ ηξηθαζηθνχο αληηζηξνθείο. Απηφ ζηελ πξάμε εθαξκφδεηαη ζρεδφλ θαζνιηθά.ο αληηζηξνθέαο ζπλεπάγεηαη βέβαηα έλα επηπιένλ θφζηνο ην νπνίν είλαη ίζν ή θαη πνιιέο θνξέο κεγαιχηεξν απφ ην θφζηνο ηνπ θηλεηήξα. Σα πιενλεθηήκαηα φκσο πνπ απνθηά ην ζχζηεκα ειεθηξηθήο θίλεζεο θαη εδπλαηφηεηα πνπ παξέρεη γηα έιεγρν ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο κεραλήο επαγσγήο είλαη κνλαδηθά ραξαθηεξηζηηθά, πνπ δηθαηνινγνχλ ην θφζηνο ηνπ θαη ηνλ θαζηζηνχλ κηα αλαγθαία θαη αλαληηθαηάζηαηε κνλάδα ζε θάζε ζχγρξνλν ζχζηεκα ειεθηξηθήο θίλεζεο κε θηλεηήξα επαγσγήο.ην πξνεγνχκελν θεθάιαην αλαθεξζήθακε ζηνπο κνλνθαζηθνχο αληηζηξνθείο. Πξφθεηηαη γηα κηα ειεθηξνληθή δηάηαμε ηζρχνο πνπ επηηξέπεη ηε κεηαηξνπή ηεο ζπλερνχο ηάζεο ή ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο εηζφδνπ ζε ελαιιαζζφκελε ηάζε θαη ξεχκα, αληηζηνίρσο, κε ην επηζπκεηφ πιάηνο θαη ηελ επηζπκεηή ζπρλφηεηα.ζ δπλαηφηεηα απηή πνπ καο παξέρεη γηα ξχζκηζε ηνπ πιάηνπο, αιιά θαη ηεο ζπρλφηεηαο ηεο ελαιιαζζφκελεο ηάζεο εμφδνπ είλαη αθξηβψο απηφ πνπ ρξεηαδφκαζηε γηα ηνλ έιεγρν ηεο ιεηηνπξγίαο κηαο αζχγρξνλεο κεραλήο επαγσγήο. Γηα ην ιφγν απηφ δελ λνείηαη κνληέξλα εθαξκνγή ειέγρνπ θηλεηήξα επαγσγήοαιιά θαη ειέγρνπ ηάζεο εμφδνπ ζπζηεκάησλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο, ρσξίο ηελρξήζε αληηζηξνθέα. 70

Οη αληηζηξνθείο δηαθξίλνληαη ζε αληηζηξνθείο ηξνθνδνηνχκελνπο απφ πεγή ηάζεο (Voltage-Fed Inverters) θαη ζε αληηζηξνθείο ηξνθνδνηνχκελνπο απφ πεγή ξεχκαηνο (Current- Fed Inverters). Σα εκηαγσγηθά ζηνηρεία πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ πξψηε θαηεγνξίααληηζηξνθέσλ (Voltage-Fed Inverters) παξακέλνπλ πάληνηε νξζά πνισκέλα, ιφγσ ηεο ηάζεο ηεο πεγήο ζπλερνχο, θαη κπνξεί λα είλαη Gate Turn-off Thyristors (GTOs), Bipolar Junction Transistors (BJTs), Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), Power Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (Power MOSFETs) θαη Insulated Gate Commutated Thyristors (IGCTs), ελψ πάληνηε ζπλνδεχνληαη απφ κηα δίνδν ειεχζεξεο δηέιεπζεο πνπζπλδέεηαη αληηπαξάιιεια κε απηά γηα λα επηηξέπεη ειεχζεξα ηελ ελδερφκελε ξνή ξεχκαηνο πξνο ηελ πεγή.ηελ δεχηεξε θαηεγνξία αληηζηξνθέσλ (Current-Fed Inverters) ηα εκηαγσγηθά ζηνηρεία, ζα πξέπεη νπσζδήπνηε λα αληέρνπλ ζε αλάζηξνθε πφισζε θαη γη απηφ κφλν GTOs θαη Thyristors κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ (ππάξρεη βέβαηα ε δπλαηφηεηα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαη ηα παξαπάλσ ζηνηρεία πνπ απαηηνχλ νξζή πφισζε, φκσο ζα πξέπεη λα ζπλδεζνχλ ζε ζεηξά κε απηά δίνδνη ειεχζεξεο δηέιεπζεο).παξαηεξνχκε ινηπφλ φηη νη αληηζηξνθείο πνπ ηξνθνδνηνχληαη απφ πεγή ξεχκαηνο απνηεινχλ ην δπτθφ αλάινγν ησλ αληηζηξνθέσλ πνπ ηξνθνδνηνχληαη απφ πεγή ηάζεο. Δπεηδή ζηελ πξάμε ρξεζηκνπνηνχληαη θαηά θφξνλ νη αληηζηξνθείο πνπ ηξνθνδνηνχληαη απφ πεγή ηάζεο θαη παξνπζηάδνπλ κεγαιχηεξν ελδηαθέξνλ, ζηε ζπλέρεηα ζα αλαιχζνπκε ηε ιεηηνπξγία ησλ αληηζηξνθέσλ πεγήο ηάζεο, ελψ ηα δπτθφ αλάινγν ζα ηζρχεη γηα ηνπο αληηζηξνθείο πεγήο ξεχκαηνο. 4.3.3.2 Σξηθαζηθόο αληηζηξνθέαο πεγήο ηάζεο Οη ηνπνινγίεο αληηζηξνθέσλ πεγήο ηάζεο πνπ έρνπλ πξνηαζεί είλαη πνιιέο θαη δηαθνξεηηθέο θαη ζε θάζε εθαξκνγή ζα πξέπεη λα επηιέγεηαη ε θαηάιιειε. Ζ ηππηθή θαη απινχζηεξε ηνπνινγία αληηζηξνθέα πνπ αθνξά ηα ζπζηήκαηα ειεθηξηθήο θίλεζεο είλαη ν ηξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο πεγήο ηάζεο δχν επηπέδσλ ζε ζπλδεζκνινγία γέθπξαο πνπ παξάγεηέμη επίπεδα (πέληε δηαθξηηά) ηάζεο εμφδνπ ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ. Ακέζσο παξαθάησθαίλεηαη ε ζπλδεζκνινγία ελφο ηέηνηνπ αληηζηξνθέα (ζρήκα 4.8).Όπσο βιέπνπκε θαη ζην ζρήκα ν αληηζηξνθέαο απηφο απνηειείηαη απφ έμη εκηαγσγηθνχο δηαθφπηεο (πνπ ζπκβνιίδνληαη κε Qi, i=1,2,...,6) αληηπαξάιιεια κε ηνπο νπνίνπο ζπλδένληαη νη αληίζηνηρεο δίνδνη ειεχζεξεο δηέιεπζεο (πνπ ζπκβνιίδνληαη κε Di,i=1,2,...,6). Παξαηεξνχκε φηη ζηελ είζνδν παξάιιεια κε ηελ πεγή ζπλερνχο ηάζεο ππάξρεηέλαο ρσξεηηθφο θαηακεξηζηήο ηάζεο πνπ απνηειείηαη απφ δχν φκνηνπο ππθλσηέο θαη ζηα άθξα ηνπ θαζελφο ππάξρεη ηάζε ίζε κε ην κηζφ ηεο ηάζεο ηεο πεγήο. θνπφο ηνπθαηακεξηζηή είλαη λα δεκηνπξγεζεί έλαο θφκβνο αλαθνξάο αλάκεζα ζηνπο δχν ππθλσηέο (ζπκβνιίδεηαη κε ην Ν) γηα ηε κέηξεζε ησλ ηάζεσλ εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα πάλσ ζην θνξηίν πνπ ζπλδέεηαη ζε ηξίγσλν (ν θφκβνο απηφο ζα κπνξνχζε λα είλαη θαη λνεηφο ρσξίο λααπαηηείηαη ε θπζηθή χπαξμε ηνπ θαηακεξηζηή). Ζ ζπλερήο ηάζε εηζφδνπ κπνξεί λα πξνέιζεη,φπσο έρνπκε εμεγήζεη ζην πξψην θεθάιαην, είηε απφ κηα πεγή ζπλερνχο ηάζεο (ι.ρ. ζπζζσξεπηέο, θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο, θπςέιεο θαπζίκνπ θιπ.) είηε απφ αλφξζσζε ηεο κνλνθαζηθήο ή ηεο ηξηθαζηθήο ελαιιαζζφκελεο ηάζεο ηνπ δηθηχνπ. Σν θχθισκα ηνπ αληηζηξνθέα απνηειείηαη απφ ηξεηο θιάδνπο (εκηγέθπξεο) κε δχν εκηαγσγηθά ζηνηρεία ε θάζε 71

κηα. Οη εκηγέθπξεο παξνπζηάδνπλ κεηαμχ ηνπο δηαθνξά θάζεο 120, ψζηε λα δεκηνπξγεζνχλνη ηξηθαζηθέο θπκαηνκνξθέο ηάζεο. ηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα ιακβάλνπκε ηξηθαζηθή ελαιιαζζφκελε ηάζε, ε κνξθή ηεο νπνίαο εμαξηάηαη απφ ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν ρεηξηδφκαζηε (αλνίγνπκε θαη θιείλνπκε) ηνπο εκηαγσγηθνχο δηαθφπηεο φπνπ ζηελ πεξίπησζε καο είλαη IGBT s. ρ.4.9σππηθή ηνπνινγία ηξηθαζηθνύ αληηζηξνθέα πεγήο ηάζεο δύν επηπέδσλ ζε ζπλδεζκνινγία γέθπξαο Ο ρεηξηζκφο ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ γίλεηαη κέζσ θαηάιιειεο παικνδφηεζεο ζηελ πχιε ηνπο. Γηα ηνπο πεξηζζφηεξνπο ηχπνπο ησλ ρξεζηκνπνηνχκελσλ δηαθνπηψλ (φπσο ι.ρ. IGBTs) ην εκηαγσγηθφ ζηνηρείν ρξεηάδεηαη λα ιακβάλεη έλαλ παικφ ηάζεο ζηελ πχιε ηνπθαζ φιε ηε ρξνληθή δηάξθεηα πνπ άγεη, κε εμαίξεζε ηα ζπξίζηνξο, ηα νπνία αξθεί λα ιάβνπλ έλαλ παικφ ππξνδφηεζεο κηθξήο ρξνληθήο δηάξθεηαο.ο αληηζηξνθέαο ηνπ παξαπάλσζρήκαηνο δηαζέηεη νθηψ δηαθνξεηηθνχο ζπλδπαζκνχο έλαπζεο ησλ δηαθνπηηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ. Θα πξέπεη λα έρνπκε ππφςε καο θαηά ηε κέηξεζε ησλ δπλαηψλ ζπλδπαζκψλ φηη δελ είλαη δπλαηφλ λα είλαη θιεηζηνί ηαπηνρξφλσο ακθφηεξνη νη δηαθφπηεο ελφο θιάδνπ ηεο γέθπξαο (ι.ρ. ν Q 1 θαη ν Q 4 ) θαζψο ηφηε ζα έρνπκε βξαρπθχθισκα ζηα άθξα ηεο πεγήο ζπλερνχο ηάζεο).δπνκέλσο ππάξρνπλ νθηψ δηαθνξεηηθά δηαλχζκαηα ηάζεο εμφδνπ ηα νπνία θαίλνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα (ρήκα 4.9). Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα ζηεξίδεηαη ζηελ ηδέα φηη επηιέγνπκε θάζε θνξά θαη γηα θαηάιιειν ρξφλν εθείλν ην δηάλπζκα ηάζεο (κέζσ ηνπ ρεηξηζκνχ ησλ θαηάιιεισλ δηαθνπηψλ) πνπ ζα επηηξέςεη ζηελ ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα λα πξνζεγγίδεη φζν ην δπλαηφλ πεξηζζφηεξν ηελ επηζπκεηή.ο ρεηξηζκφο απηφο ησλ δηαθνπηψλ γηα ηελ επηινγή ηνπ θαηάιιεινπ δηαλχζκαηνο ηάζεο γίλεηαη κε θαηάιιειν αιγφξηζκν ειέγρνπ. 72

ην ζρήκα 4.10 θαίλνληαη ηα δηαλχζκαηα ηεο ηάζεο εμφδνπ ελφο ηππηθνχ ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία γέθπξαο θαη εληφο παξελζέζεσο θαίλνληαη νη ρεηξηζκνί πνπ πξέπεη λα γίλνπλ ζηνπο ηξεηο άλσ δηαθφπηεο ησλ ηξηψλ θιάδσλ ηνπ, ψζηε λα πάξνπκε ην εθάζηνηε δηάλπζκα, ε θσδηθνπνίεζε έρεη σο εμήο: 1 Γηαθφπηεο θιεηζηφο 0 Γηαθφπηεο αλνηρηφο ελψ νη εληνιέο πξνο ηνπο ηξεηο θάησ δηαθφπηεο είλαη νη ζπδπγείο ησλ εληνιψλ γηα ηνπο άλσ, δηφηη φπσο πξναλαθέξζεθε δελ επηηξέπεηαη δχν δηαθφπηεο ηνπ ίδηνπ θιάδνπ λα είλαη ηαπηφρξνλα θιεηζηνί). ρ 4.10Γηαλύζκαηα ηάζεο εμόδνπ ηππηθνύ ηξηθαζηθνύ αληηζηξνθέα ζε ζπλδεζκνινγία γέθπξαο. Γηαθξίλνπκε δχν θχξηεο κεζφδνπο ειέγρνπ ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ αληηζηξνθέα πνπ θαζνξίδνπλ ηηο δχν θαηαζηάζεηο ιεηηνπξγίαο ηνπ: Σε ιεηηνπξγία κε Σεηξαγσληθφ Παικφ Σάζεο θαη Σε ιεηηνπξγία Γηακφξθσζεο Δχξνπο Παικψλ (Pulse Width Modulation-PWM). 73

4.3.3.3Λεηηνπξγία Αληηζηξνθέα κε Σεηξαγσληθό Παικό Σάζεο ε απηήλ ηελ ιεηηνπξγία ε θαζηθή ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα έρεη ηε κνξθή ηεηξαγσληθνχ παικνχ (εμ νπ θαη ε νλνκαζία). Ο ηεηξαγσληθφο απηφο παικφο απέρεη παξαζάγγαο απφ ηελ ηδαληθή εκηηνλνεηδή θπκαηνκνξθή ηάζεσο. Απφ ηελ αλάιπζε ηεο θπκαηνκνξθήο ηνπ ηεηξαγσληθνχ παικνχ θαηά Fourier βιέπνπκε φηη έρεη πινχζην αξκνληθφ πεξηερφκελν. Ζ ζεκειηψδεο αξκνληθή ζπληζηψζα ηνπ ηεηξαγσληθνχ παικνχ πνπ είλαη εκηηνλνεηδήο πξνζεγγίδεη απιψο ηελ επηζπκεηή εκηηνλνεηδή ηάζε εμφδνπ.ζ πξαγκαηηθή ηάζε εμφδνπ φκσο, πνπ είλαη ηεηξαγσληθφο παικφο, θέξεη πέξαλ ηεο ζεκειηψδνπο αξκνληθήο ζπληζηψζαο θαη φιν εθείλν ην αλψηεξν αξκνληθφ πεξηερφκελν πνπ ζπλεπάγεηαη θάζε ηεηξαγσληθφο παικφο. Οη θπκαηνκνξθέο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα γηα ιεηηνπξγία κε ηεηξαγσληθφ παικφ ηάζεο θαίλνληαη ζην ζρήκα 4.10. Απφ ηελ αλάιπζε θαηά Fourier ησλ θπκαηνκνξθψλ απηψλ ηφζν γηα ηηο θαζηθέο φζν θαη γηα ηηο πνιηθέο ηάζεηο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα έρνπκε ηηο παξαθάησ αλαιπηηθέο εθθξάζεηο: 74

φπνπ Vd ε ζπλερήο ηάζε εηζφδνπ. εκεηψλεηαη φηη ζηηο πνιηθέο ηάζεηο, φπσο ήηαλ αλακελφκελν, ην πιάηνο είλαη 3 θνξέο ην πιάηνο ηεο θαζηθήο ηάζεο, ελψ ε πνιηθή ηάζε πξνεγείηαη θαηά 30 ηεο αληίζηνηρεο θαζηθήο. Οη ηάζεηο ζηα άθξα ηνπ ζπλδεδεκέλνπ ζε αζηέξα θνξηίνπ ζα είλαη ίζεο κε ηε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ηεο εθάζηνηε θάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα (a,b,c) θαη ηνπ θνηλνχ κε γεησκέλνπ θφκβνπ ηνπ αζηέξα ηνπ θνξηίνπ (n).αμίδεη ζην ζεκείν απηφ λα ζεκεησζεί φηη ε ηηκή ηεο ηάζεο ζε θάζε κηα απφ ηηο θάζεηο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα (a,b,c) αλαθέξεηαη ζηνλ θφκβν αλαθνξάο (Ν), ν νπνίνο δελ έρεη ην ίδην δπλακηθφ κε ηνλ θνηλφ θφκβν ηνπ αζηέξα ηνπ θνξηίνπ (ζρήκα 4.11).Έηζη απφ ην ηζνδχλακν θχθισκα ηνπ ζρήκαηνο 4.11 βιέπνπκε φηη ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ πξνθχπηεη απφ έλαλ λφκν ηάζεσλ Kirchhoff (γηα ηελ θάζε θάζε) θαη δίλεηαη απφ ηηο αθφινπζεο ζρέζεηο: Απφ ηελ πξφζζεζε ησλ παξαπάλσ εμηζψζεσλ (4.6-4.9) θαηά κέιε θαη γλσξίδνληαο φηη γηα ην ζπκκεηξηθφ ηξηθαζηθφ ζχζηεκα ηάζεσλ ηνπ θνξηίνπ ηζρχεη V an + V bn + V cn = 0ιακβάλνπκε ηελ ζρέζε V an + V bn + V cn = 3V nn V nn = 1 3 (V an + V bn + V cn ) (4.10) Δπνκέλσο αληηθαζηζηψληαο ηελ ζρέζε 4.9 ζηηο ζρέζεηο 4.6-4.8 θαη γλσξίδνληαο ηηο ηάζεηο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα σο πξνο ηνλ θφκβν αλαθνξάο Ν κπνξνχκε 75

λαππνινγίζνπκε ηφζν αλαιπηηθά φζν θαη γξαθηθά ηελ ηάζε ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ. Έρνπκε: V an = 2 3 V an- 1 3 V bn- 1 3 V cn(4.11) ην ηειεπηαίν ζρήκα ηνπ ζρήκαηνο 4.10 βιέπνπκε ηελ κνξθή Van. Αλ παξαηεξήζνπκε πην πξνζεθηηθά ηε κνξθή ηεο παξαηεξνχκε φηη πξνθχπηεη απφ ηελ ππέξζεζε ηξηψλ ηάζεσλ κε ηνπο θαηάιιεινπο ζπληειεζηέο, φπσο θαίλεηαη απφ ηε ζρέζε 3.14. Οκνίσο πξνθχπηνπλ θαη νη δχν άιιεο ηάζεηο ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ. Ζ ζεκειηψδεο ηεο ηάζεο ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ εκθαλίδεη δηαθνξά θάζεο 30 απφ ηελ αληίζηνηρε ζεκειηψδε ηεο θαζηθήο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Δπεηδή νη θαζηθέο θαη νη πνιηθέο ηάζεηο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα είλαη ηεηξαγσληθνί παικνί θαη ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ παξνπζηάδεη έμη (πέληε δηαθξηηέο) ζηάζκεο, ν αληηζηξνθέαο απηφο, ζε απηή ηελ θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο, νλνκάδεηαη αληηζηξνθέαο κε ηεηξαγσληθφ παικφ ηάζεο ή αληηζηξνθέαο έμη επηπέδσλ ηάζε.γηα γξακκηθφ θαη ζπκκεηξηθφ ηξηθαζηθφ θνξηίν, νη θπκαηνκνξθέο ηνπ ξεχκαηνο είλαη επίζεο ζπκκεηξηθέο. 76

Γηα ην ρ.4.11 Κπκαηνκνξθέο εμόδνπ ηνπ ηξηθαζηθνύ αληηζηξνθέα πεγήο ηάζεσο ζε ζπλδεζκνινγία γέθπξαο ηνπ ζρήκαηνο 3.10 γηα ιεηηνπξγία κε ηεηξαγσληθό παικό ηάζεο ρ.4.12ηζνδύλακν θύθισκα ηξηθαζηθνύ αληηζηξνθέα θαη θνξηίν ζε αζηέξα ζην νπνίν θαίλνληαη νη κειεηώκελεο ηάζεηο Ζ ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα κε ηεηξαγσληθφ παικφ ηάζεο είλαη ηδηαίηεξα απιή, επηηξέπεη ηνλ εχθνιν έιεγρφ ηνπ θαη παξνπζηάδεη πνιχ κηθξέο δηαθνπηηθέο απψιεηεο, θαζψο γίλνληαη κφλν έμη κεηαγσγέο ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ αλά πεξίνδν. Σαπηφρξνλα απνηειεί κηα νπζηαζηηθή θαη ζπλάκα απιή πξνζέγγηζε γηα ηελ θαηαλφεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ ιεηηνπξγία απηή, φκσο, ζηελ πξάμε ζπλήζσο δελ ρξεζηκνπνηείηαη θαζψο παξνπζηάδεη νξηζκέλα ζεκαληηθά κεηνλεθηήκαηα θαη θπξίσο κεγάιεο αξκνληθέο ζπληζηψζεο ζην ξεχκα θαη ζηελ ηάζε, ρακειψλ γεληθά ζπρλνηήησλ (κηθξήο ηάμεο). πλεπψο πξνθαιεί κεγάιε αξκνληθή παξακφξθσζε ζηελ ηάζε θαη ζην ξεχκα, ε νπνία γηα λα κεησζεί απαηηεί ηε ρξήζε νγθσδέζηαησλ θαη αθξηβψλ βαζππεξαηψλ θίιηξσλ. ηελ πξάμε έρεη επηθξαηήζεη ε ιεηηνπξγία ηνπ αληηζηξνθέα κε ηελ ηερληθή Γηακφξθσζεο Δχξνπο Παικψλ (Pulse Width Modulation-PWM), πνπ αλαιχεηαη ζηελ επφκελε παξάγξαθν. 77

4.3.3.2 Ζκηηνλνεηδήο PWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation-SPWM) Ζ ηερληθή ηεο Ζκηηνλνεηδνχο Γηακφξθσζεο Δχξνπο Παικψλ (SPWM) είλαη πνιχ δεκνθηιήο θαη θαηά θφξνλ ρξεζηκνπνηνχκελε ζε βηνκεραληθή θιίκαθα, ελψ ζπλαληάηαη ζε νιφθιεξε ηε ζρεηηθή κε ην αληηθείκελν βηβιηνγξαθία. Ζ βαζηθή αξρή ηεο ηερληθήο απηήο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.12. Όπσο βιέπνπκε ην εχξνο ησλ παικψλ ησλ ηάζεσλ γηα ηηο ηξεηο θάζεηο δηακνξθψλεηαη κέζα απφ ηε ζχγθξηζε κηαο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο (θνξέαο-carrier) κε ηξεηο εκηηνλνεηδείο θπκαηνκνξθέο, κηαο γηα ηελ θάζε θάζε. Ζ ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή πνπ νλνκάδεηαη θνξέαο έρεη ζπρλφηεηα fc ηελνπνία επηιέγνπκε θαηάιιεια, ελψ νη ηξεηο εκηηνλνεηδείο θπκαηνκνξθέο δηακφξθσζεο ή αλαθνξάο ζπληζηνχλ έλα ηξηθαζηθφ ζπκκεηξηθφ ζχζηεκα κε ζπρλφηεηα f ίζε κε ηε ζεκειηψδε. Σα ζεκεία ηνκήο ησλ δχν θπκαηνκνξθψλ θαζνξίδνπλ ηα ζεκεία κεηαγσγήο ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ. πγθεθξηκέλα ζην δεχηεξν δηάγξακκα ηνπ ζρήκαηνο 4.12 θαίλεηαη ε ηάζε εμφδνπ ζηε θάζε a ηνπ αληηζηξνθέα, V an νπνία φπσο βιέπνπκε εκθαλίδεη παικνχο ην εχξνο ησλ νπνίσλ κεηαβάιιεηαη ζχκθσλα κε ην εκίηνλν αλαθνξάο (αξρηθά κηθξφ εχξνο ζεηηθψλ παικψλ πνπ ζηαδηαθά κεγαιψλεη, γίλεηαη κέγηζην, ζηε ζπλέρεηα κηθξαίλεη ζπλερψο θαη αξρίδεη λα απμάλεηαη ην εχξνο ησλ αξλεηηθψλ παικψλ πνπ ελ ζπλερεία γίλεηαη κέγηζην θαη ηέινο ην εχξνο ησλ αξλεηηθψλ παικψλ κηθξαίλεη θαη πάιη).ζ ηάζε απηή πξνθχπηεη ζηελ έμνδν απφ ηνλ θαηάιιειν ρεηξηζκφ ησλ εκηαγσγηθψλ δηαθνπηψλ Q 1 θαη Q 4 ηεο εκηγέθπξαο ηεο θάζεο a. πγθεθξηκέλα ζηελ πχιε ηνπ εκηαγσγηθνχ δηαθφπηε Q 1 εθαξκφδεηαη κηα θπκαηνκνξθή ίδηα κε ηελ δεχηεξε θπκαηνκνξθή ηνπ ζρήκαηνο 4.12 ρσξίο φκσο ηνπο αξλεηηθνχο παικνχο θαη κε ην νξηδφκελν απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή ηνπ εκηαγσγηθνχ ζηνηρείνπ πιάηνο. ηνλ Q 4 εθαξκφδεηαη ε ζπκπιεξσκαηηθή θπκαηνκνξθή απηήο ηνπ Q 1, επεηδή νη δχν απηνί δηαθφπηεο βξίζθνληαη ζηνλ ίδην θιάδν θαη δελ πξέπεη λα άγνπλ ηαπηφρξνλα δηφηη ζε απηή ηελ πεξίπησζε βξαρπθπθιψλνπλ ηελ πεγή ζπλερνχο ηάζεο. Με αληίζηνηρν ηξφπν δεκηνπξγνχληαη νη ηάζεηο εμφδνπ θαη γηα ηηο δχν άιιεο θάζεηο, ελψ ζεκεηψλεηαη φηη ν ίδηνο θνξέαο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη γηα ηηο ηξεηο θάζεηο εμφδνπ. Ζ παξνπζίαζε ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα V an σο ζεηξά Fourier έρεη ηελ αθφινπζε κνξθή: φπνπ m f είλαη ν δείθηεο δηακφξθσζεο, σ ε ζεκειηψδεο θπθιηθή ζπρλφηεηα ζε rad/s θαη θ ε θαζηθή κεηαηφπηζε ηεο εμφδνπ πνπ πξνθχπηεη απφ ηε ζρεηηθή ζέζε ηνπ θνξέα θαη ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο γηα ηελ εθάζηνηε θάζε. 78

Ο δείθηεο δηακφξθσζεο είλαη έλα ζεκαληηθφ κέγεζνο πνπ νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο κέγηζηεο ηηκήο ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο (πιάηνο) πξνο ηε κέγηζηε ηηκή VT (πιάηνο) ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο ηνπ θνξέα θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε: ελψ ε ίδηα ζρέζε ηζρχεη θαη γηα φιεο ηηο θάζεηο. Γεληθά ν δείθηεο δηακφξθσζεο κπνξεί λα πάξεη ηηκέο απφ 0 έσο 1 δίλνληαο κηα γξακκηθή ζρέζε κεηαμχ ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο θαη ηεο θπκαηνκνξθήο ηεο ηάζεο εμφδνπ. ηελ πεξηνρή απηή γξακκηθήο ιεηηνπξγίαο ν αληηζηξνθέαο κπνξεί λα ζεσξεζεί σο γξακκηθφο εληζρπηήο ηάζεο. Γηα mf =1 ε κέγηζηε ηηκή (πιάηνο) ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα κεηαμχ κηαο θάζεσο θαη ηνπ θφκβνπ αλαθνξάο Ν είλαη 0,5*Vd πνπ είλαη ίζε κε ην 78,55% ηνπ πιάηνπο ηεο ζεκειηψδνπο ζπληζηψζαο ηεο αληίζηνηρεο ηάζεο γηα ιεηηνπξγία ηεηξαγσληθνχ παικνχ. ηελ πξάμε ε κέγηζηε ηάζε εμφδνπ ζηε γξακκηθή πεξηνρή κπνξεί λα αλέιζεη ζην 90,7% ηεο κέγηζηεο ηάζεο γηα ιεηηνπξγία κε ηεηξαγσληθφ παικφ ηάζεο, αλ ζηηο θπκαηνκνξθέο αλαθνξάο ππεξζέζνπκε θαηάιιειεο θπκαηνκνξθέο ηξίησλ αξκνληθψλ. Γηα mf=0 ε ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα είλαη έλαο ηεηξαγσληθφο παικφο κε ζπληειεζηή ρξεζηκνπνίεζεο 0,5 θαη ζπρλφηεηα ίζε κε ηε ζπρλφηεηα ηνπ ηξηγσληθνχ θνξέα.όπσο θαη ζηελ ιεηηνπξγία κε ηεηξαγσληθφ παικφ ηάζεο, βιέπνπκε (ζρήκα 4.12) φηη θαη ζηελ ηερληθή ηεο εκηηνλνεηδνχο δηακφξθσζεο ηνπ εχξνπο ησλ παικψλ (SPWM) εκθαλίδεηαη αξκνληθή παξακφξθσζε ζηελ ηάζε εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ αξκνληθή απηή παξακφξθσζε είλαη αλαπφθεπθηε θαη νθείιεηαη ζηε κε γξακκηθφηεηα ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ.απφ κηα αλάιπζε φκσο θαηά Fourier ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα πνπ έρεη πξνθχςεη κε εθαξκνγή ηεο ηερληθήο SPWM δηαθξίλνπκε φηη ε ηερληθή απηή παξνπζηάδεη ζεκαληηθά πιενλεθηήκαηα. Οη αλψηεξεο αξκνληθέο ζπληζηψζεο βξίζθνληαη ζηηο θπθιηθέο ζπρλφηεηεο (M σc ± N σ), φπνπ Μ θαη Ν αθέξαηνη θαη Μ+Ν=άξηηνο αθέξαηνο αξηζκφο.απηφ ζεκαίλεη φηη νη ζπρλφηεηεο ζηηο νπνίεο βξίζθνληαη νη αξκνληθέο απηέο θαζνξίδνληαη απφ ηελ ζπρλφηεηα ηνπ θνξέα (σc) θαη σο εθ ηνχηνπ είλαη ειέγμηκεο. Δπηιέγνληαο ινηπφλ κηα πςειή ζπρλφηεηα θνξέα, εθφζνλ ην επηηξέπεη θαη ε δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ησλ εκηαγσγηθψλ ζηνηρείσλ, κπνξνχκε λα κεηαηνπίζνπκε ηηο αλψηεξεο αξκνληθέο ζπληζηψζεο ζε πςειέο ζπρλφηεηεο, κεηψλνληαο ην κέγεζνο θαη ην θφζηνο ησλ θίιηξσλ πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ θαηαζηνιή ηνπο. Πνιιέο θνξέο κάιηζηα δελ απαηηείηαη ε ρξήζε θίιηξσλ αθνχ ε θπκαηνκνξθή ηνπ ξεχκαηνο πξνζεγγίδεη πξαθηηθά έλα εκίηνλν. ην ζεκείν απηφ ζα νξίζνπκε έλα λέν κέγεζνο πνπ νλνκάδεηαη αλεγκέλε ζπρλφηεηα θνξέα θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε: 79

φπνπ ν δείθηεο c αλαθέξεηαη ζηνλ θνξέα θαη ζηνλ παξνλνκαζηή βξίζθεηαη ε ζεκειηψδεο ζπρλφηεηα. Με ρξήζε ηνπ νξηζκνχ απηνχ βιέπνπκε φηη νη αλψηεξεο αξκνληθέο βξίζθνληαη ζε ζπρλφηεηεο σ (Μ Fnc ± N). Σέινο κπνξεί λα δεηρηεί φηη ην πιάηνο ησλ αλψηεξσλ αξκνληθψλ είλαη αλεμάξηεην ηεο αλεγκέλεο ζπρλφηεηαο θνξέα θαη κεηψλεηαη γηα κεγαιχηεξεο ηηκέο ησλ Μ θαη Ν. ρ4.12 Κπκαηνκνξθέο δεκηνπξγίαο ησλ ηάζεσλ εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα γηα ιεηηνπξγία κε ηελ ηερληθή εκηηνλνεηδνύο δηακόξθσζεο παικώλ (SPWM). α)ζπγθξηλόκελεο θπκαηνκνξθέο β) ε ηάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα σο πξνο ηνλ θόκβν αλαθνξάο Ν, γ)πνιηθή ηάζε εμόδνπ ηνπ αληηζηξνθέα κεηαμύ ησλ θάζεσλ a θαη b θαη δ) ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ θνξηίνπ. 80

81

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 MPPT&TΔΥΝΗΚΔ 5.1 Δηζαγσγή ζην MPPθαη ζην MPPT Παξαηεξψληαο ηελ PVραξαθηεξηζηηθή ελφο θσηνβνιηαηθνχ θπηηάξνπ δηαπηζηψλνπκε εχθνια φηη χπαξρεη κφλν έλα ζεκείν ζην νπνίν ε ηζρχο ηεο εμφδνπ είλαη ε κέγηζηε δπλαηή.σν ζεκείν απηφ, πνπ βξίζθεηαη ζην γφλαην ηεο IVραξαθηεξηζηηθήο, νλνκάδεηαη εκείν Μέγηζηεο Ηζρύνο( Μaximumpowerpoint,MPP).Σν ζπγθεθξηκέλν ζεκείν αληηζηνηρεί ζηηο ηηκεο ηάζεο V mpp θαη ξεχκαηνο I mpp θαη εμαξηάηαη απφ: 1) Σελ ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ησλ θπηηάξσλ 2) Σελ πξνζπίπηνπζα έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο 3) Σελ θαζαξφηεηα ηεο γχαιηλεο επηθάιπςεο ησλ πιαηζίσλ, ηηο κεηαβνιέο ζηα ραξαθηεξηζηηθά ιεηηνπξγίαο ιφγσ γήξαλζεο,ηηο αζηνρίεο ησλ θπηηάξσλ ηεο ζπζηνηρίαο θ.α. Γηα ηελ αλίρλεπζε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο αιιά θαη γηα ηελπξνζαξκνγή ηνπ ζεκείνπ ιεηηνπξγίαο ζε απηφ, απαηηείηαη ε ρξήζε κεηαηξνπέσλ ηζρχνοκαδί κε ην θχθισκα ειέγρνπ ηνπο ζηννπνίν πεξηιακβάλεηαη, εθηφο ησλ πηζαλψλ άιισλ ειεγθηψλ,θαη έλαο MPPT(Maximumpowerpointtracking) ν νπνίνο αλαιακβάλεη ηνλ έιεγρν αλίρλεπζεο ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο. ηνλ ΜPPTειεγθηή ηξέρεη ν αιγφξηζκνο πνπ εληνπίδεη ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο ηεο θ/β ζπζηνηρίαο θαη πην ζπγθεθξηκέλα ηελ ηάζε πνπ αληηζηνηρεί ζε απηφ.ζ θαηαζθεπή ηέηνησλ ζπζηεκάησλ ειέγρνπ είλαη ζρεηηθά πεξίπινθε εθφζνλ πξέπεη λα αληαπνθξίλνληαη γξήγνξα θαη λα εληνπίδνπλ ην MPP, ην νπνίν εμαξηάηαη απφ ηνπο παξαπάλσ παξάγνληεο. 82

ρ.5.1 Maximumpowerpoint Όπσοζαδνχκε παξαθάησ ππάξρνπλ δίαθνξεο ηερληθέο εχξεζεο ηνπ Maximumpowerpointπνπ δηαθέξνπλ κεηαμχ ηνπο θαζψο ρξεζηκνπνηνχλ δηαθνξεηηθά θξηηήξηα γηα λα ην πξνζεγγίζνπλ. 83

5.2 TερληθεοεύξεζεοMPPT 5.2.1 Σερληθή ζηαζεξήο ηάζεο(constant voltage) Ζ ηερληθή ζηαζεξήο ηάζεο ελζσκαηψλεη έλαλ αιγφξηζκν πνπ βαζίδεηαη ζε κηα απιήπαξαηήξεζε πνπ κπνξεί λα γίλεη κε ηε βνήζεηα ηεο θακπχιεοi-v. πγθεθξηκέλα ηζρχεη εκπεηξηθά φηη ε V mpp αληηζηνηρεί πεξίπνπ ζην 70-80% ηεο ηάζεο αλνηθηνχ θπθιψκαηνο ηεο θ/β ζπζηνηρίαο.αθφκα θαη ζηε πεξίπησζε πνπ κεηαβάιιεηαη ε ζεξκνθξαζία ησλ θπηηάξσλ θαη ε έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ε παξαπάλσ πξνζέγγηζε δε ζηακαηάεη λα ηζρχεη. Άξα γηα ηηο δχν ηάζεηο έρνπκε: Ο αιγφξηζκνο ζηαζεξήο ηάζεο αθνινπζεί ηελ εμήο δηαδηθαζία: Αθνχ πξνζδηνξηζηεί ην Κ δηαθφπηεηαη ε ιεηηνπξγία ηεο θ/β ζπζηνηρίαο πεξηνδηθά (ζπλήζσο θάζε 30 sec) γηα κεξηθά ms θαη γίλεηαη κέηξεζε ηεο ηάζεοαλνηθηνθπθιψκαηνοv oc. Έπεηηα ν αιγφξηζκνο κέζσ ηεο εμίζσζεο (5.1) ππνινγίδεη ηελ V mpp θαη ακέζσο ελεξγεί ν έιεγρνο ηεο dc ηάζεο, ψζηε λα νδεγεζεί ηνζεκείν ιεηηνπξγίαο ηεο θ/β ζπζηνηρίαο ζην λέν απηφ ζεκείν. Αλ θαη απηή ε κέζνδνο είλαη εμαηξεηηθά απιή, ε επηινγή ηεο ζηαζεξάο Κ δελ είλαη απιφ δήηεκα. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε αλαινγία Κ δελ είλαη ζηαζεξή, φπσο ζεσξήζεθε πξνζεγγηζηηθά, αιιά ζηελ πξαγκαηηθφηεηα εμαξηάηαη απφ ηε ζεξκνθξαζία θαη ηελ αθηηλνβνιία. Δπνκέλσο, ε επηινγή ηεο ζηαζεξάο Κ δελ κπνξεί λα γίλεη ηδαληθά αιιά νχηε θαη έρεη βξεζεί ηξφπνο γηα ηελ επηινγή ηεο θαιχηεξεο δπλαηήο ηηκήο. Γηα ην ιφγν απηφ ε απφδνζε απηήο ηεο MPPT ηερληθήο κεηνλεθηεί ζε ζρέζε κε άιιεο. Σν κεγαιχηεξν κεηνλέθηεκα απηήο ηεο ηερληθήο είλαη φηη ε κέηξεζε ηεο ηάζεο αλνηρηνθπθιψκαηνο πξνυπνζέηεη ηε ζηηγκηαία δηαθνπή ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο θ/β ζπζηνηρίαο. Όπσο θαη ζε φιεο ηηο ηερληθέο πξνζδηνξηζκνχ ηνπ MPP, έηζη θαη ζε απηήλ έρνπλ γίλεη πξνζπάζεηεο βειηίσζεο. Κάπνηεο απφ απηέο ρξεζηκνπνηνχλ έλα θχηηαξν ηεο θ/β ζπζηνηρίαο (θχηηαξν πηιφηνο) γηα ηελ κέηξεζε ηεο V oc, ελψ ζε θάπνηεο άιιεο πξνζδηνξίδεηαη ε κε έκκεζν ηξφπν, θαζηζηψληαο απηέο αθφκα πην επηζθαιείο. Σν πιενλέθηεκα απηήο ηεο ηερληθήο είλαη φηη πξφθεηηαη γηα κηα ηερληθή πνπ ρξεηάδεηαη κίθξν θφζηνο θαη είλαη θαη ζρεηηθά απιή πνπ απεπζχλεηαη ζε πεξηπηψζεηο φπνπ νη ζπλζήθεο πεξηβάιινληνο είλαη ζρεηηθά ζηαζεξέο. Οκψο ε ζπγθεθξηκέλε ηαθηηθή δελ εγγπάηαη ηελ αλίρλεπζε ηνπ ΜΡΡ κε απφιπηε αθξίβεηα. 84

5.2.2 Σερληθή Απμεηηθήο Αγσγηκόηεηαο(IncrementalConductance) Ζ ζπγθεθξηκέλε ηερληθή ρξεζηκνπνηεί έλαλ αιγφξηζκν πνπ βαζίδεηαη ζην γεγνλφο φηη ε θιίζε ηεο P-V ραξαθηεξηζηηθήο ηνπ MPP είλαη κεδέλ, αξηζηεξά ηνπ MPP ζεηηθή θαη δεμηά ηνπ MPP αξλεηηθή. Γειαδή: dp dv = 0ζην ΜΡΡ dp > 0, αξηζηεξά ηνπ ΜΡΡ dv dp <0, δεμηά ηνπ ΜΡΡ dv Δπεηδή dp dv dι dv = Ι V (dp dv = I + V di dv έρνπκε: = 0), ζην ΜΡΡ dι > Ι dv V (dp dv dι < Ι dv V (dp dv > 0), αριστερα ηνπ ΜΡΡ < 0), δεμηά ηνπ ΜΡΡ Άξα ην ζεκείν MPP πξνζεγγίδεηαη ζπγθξίλνληαο δηαδνρηθά ηε ζηηγκηαία αγσγηκφηεηα (I/V) κε ηε ζηνηρεηψδε ( di ). ην επφκελν ζρήκα θαίλεηαη ην δηάγξακκα ξνήο ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ αιγνξίζκνπ dv 85

ρ. 5.2 Αιγόξηζκνο IncrementalConductance Ο αιγφξηζκνο απηφο μεθηλά κεηξψληαο ηελ ηξέρνπζα ηηκή ηεο ηάζεο αιιά θαη ηνπ ξεχκαηνο ηεο θ/β ζπζηνηρίαο.έπεηηα ππνινγίδνληαη νη ζηνηρεηψδεηο κεηαβνιέοdiκαι dvρξεζηκνπνηφληαοηηο πξνεγνχκελεο ηηκέο ξεχκαηνο θαη ηάζεο πξνθεηκέλνπ λαγίλνπλ νη έιεγρνη κέζσ ησλ παξαπάλσ εμηζψζεσλ θαη βάζεη απηψλ ησλ ειέγρσλ ζα ιεθζεί ε απφθαζε γηα ην πξφζεκν θαη ην πιάηνο ηνπ βήκαηνο κεηαβνιήο ηεο ηάζεο. Σν ηζρπξφ πιενλέθηεκα απηνχ ηνπ αιγνξίζκνπ είλαη φηη φηαλ πξνζεγγηζηεί ην ΜΡΡ, ηφηε ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο παξακέλεη ακεηάβιεην θαη δελ ηαιαληψλεηαη.σν ζεκείν ζα κεηαβιεζεί μαλά κφιηο ε δηαθνξά ζηηγκηαίαο θαη ζηνηρεηψδνπο αγσγηκφηεηαο γίλεη δηάθνξε ηνπ κεδελφο, θάηη πνπ ζα ζπκβεί φηαλ κεηαβιεζνχλ νη ζπλζήθεο πεξηβάιινληνο πνπιεηηνπξγεί ε θ/β ζπζηνηρία. Σν βήκα ηεο ζηνηρεηψδνπο κεηαβνιήο ηεο ηάζεο θαζνξίδεη θαη ην πφζν γξήγνξα ν αιγφξηζκνο πξνζδηνξίδεη ην MPP. Τπεξβνιηθή αχμεζε ηνπ βήκαηνο ελέρεη ηνλ θίλδπλν ην ζεκείν MPP λα κελ κπνξεί λα πξνζεγγηζηεί επαθξηβψο, κε απνηέιεζκα ηελ χπαξμε ηαιαληψζεσλ γχξσ απφ απηφ.γηα ηνλ 86

αιγφξηζκν απμεηηθήο αγσγηκφηεηαο έρνπλ βξεζεί ηξφπνη πνπ νδεγνχλ ζηελ απνθπγή ηεο ηαιάλησζεο φπσο: 1. βειηίσζε ζπγθεθξηκέλσλ ζεκείσλ ηνπ αιγνξίζκνπ 2. κεηαβιεηφ βήκα κεηαβνιήο ηάζεο 3. έληαμε ζην βξφρν ειέγρνπ ηνπ ζπζηήκαηνο κε έλαλ ΡΗ ειεγθηή Ζ έληαμε ζην βξφρν ειέγρνπ ηνπ ζπζηήκαηνο κε έλαλ ΡΗ ειεγθηή πξαγκαηνπνηείηαη αλ ζεσξεζεί ζαλ ζήκα ζθάικαηνο ε πνζφηεηα Ζ παξαπάλσ ζρέζε ηείλεη ζην κεδέλ φζν ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο πιεζηάδεη ην MPP. Δπνκέλσο εληάζζνληαο ζηνλ βξφρν ειέγρνπ έλαλ PI ειεγθηή ην e (ζήκα ζθάικαηνο) ηείλεη λα κεδεληζηεί θαη έηζη πξνζεγγίδεηαη ην MPP. Δίλαη θαιφ λα επηζεκάλνπκε φηη ν ζπγθεθξηκέλνο αιγφξηζκνο έρεη πνιχ θαιή ζπκπεξηθνξά ζε ζε γξήγνξεο κεηαβνιέο ησλ θαηξηθψλ ζπλζεθψλ. Σέινο γηα λαιεηηνπξγήζεη ρξεηάδεηαη δπν αηζζεηήξεο, έλαλ γηα ηελ κέηξεζε ηεο ηάζεο θαη έλαλ γηαηε κέηξεζε ηνπ ξεχκαηνο θαη επνκέλσο θαζίζηαηαη ζαθέο φηη πινπνηείηαη κεκηθξνυπνινγηζηή. 5.2.3 Μέζνδνο Perturb&Observe Hκέζνδνο δηαηαξαρήο θαη παξαηήξεζεο(ρ&ο) ιεηηνπξγεί κεηαβάιινληαο πεξηνδίθα ηελ ηάζε ή ην ξεχκα ηνπ θσηνβνιηαηθνχ πιαηζίνπ θαη ζηελ ζπλέρεηα ζπγθξίλεη ηελ ειεθηξηθή ηζρχ πνπ παξάγεη ζε ζρέζε κε απηήλ ηνπ πξνεγνχκελνπ θχθινπ. Αλ κε ηελ κεηαβνιή ηεο ηάζεο(ή ηνπ ξεχκαηνο) ε παξερφκελε ηζρχο απμάλεηαη ( dp dv 87 ), ην ζχζηεκα ειέγρνπ ζπλερίδεη λα κεηαβάιεηαη πξνο ηελ ίδηα θαηεχζπλζε.άκα ε παξερφκελε ηζρχο κεηψλεηαη ην ζχζηεκα ειέγρνπ κεηαβάιεη ην ζεκείν ιεηηνπξγίαο πξνο ηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε. Γηα παξάδεηγκα ζεσξνχκε φηη ε θ/β ζπζηνηρία ιεηηνπξγεί ζε έλα ηπραίν ζεκείν Α (ζρ.5.3).γηαηαξάζζνληαο ηελ ηάζε ιεηηνπξγίαο ηεο ζπζηνηρίαο θαηά ΓV, ιακβάλεηαη έλα λέν ξεχκα θαη θαηά ζπλέπεηα ε ζπζηνηρία ιεηηνπξγεί ζε έλα λέν ζεκείν ιεηηνπξγίαο Β παλσ ζηελ Ρ- Vραξαθηεξηζηηθή.Αλ θαηά ηελ κεηάβαζε απφ ην ζεκείν Α ζην Β έρνπκε dp >0 dv

ηφηε ε ζπζηνηρία ιεηηνπξγεί αξηζηεξά απφ ην ΜΡΡ θαη ζα πξέπεη ζηνλ επφκελν θχθιν λα απμήζεη πάιη ε ηάζε ιεηηνπξγίαο θαηά ΓVπξνθεηκέλνπ λα θηλεζείην ζεκείν ιεηηνπξγίαο πξνο ην ΜΡΡ.Έπεηηα ε ζχγθξηζε επαλαιακβάλεηαη ε ζχγθξηζε θαη αλ dp,ζεκάηλεη φηη ην ζεκείν dv <0 ιεηηνπξγίαο είλαη δεμηά ηνπ ΜΡΡ, θαη ζα πξέπεη λα κεησζεί ε ηάζε ιεηηνπξγίαο. Ζ ζπγθεθξηκέλε δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη δηαξθψο κε ζθνπφ ηελ πξνζέγγηζε ηνπ MPP. ρ.5.3pvραξαθηεξηζηηθή κε κεηαηόπηζε ηνπ ζεκείνπ ιεηηνπξγίαο Σν κεγάιν κεηνλέθηεκα ηεο κεζφδνπ δηαηαξαρήο θαη παξαηήξεζεο είλαη ε αδπλακία ηεξκαηηζκνχ φηαλ πξνζεγγηζηεί ην ΜΡΡ, κε απνηέιεζκα ηε δηαξθή ηαιάλησζε γχξσ απφ απηφ. Έηζη θαηαιαβαίλνπκε φηη ε κέζνδνο P&Oδελ εληνπίδεη αθξηβψο ην ΜΡΡ αιιά γίλεηαη κηα δηαξθήο ηαιάλησζε ζε κηα πεξηνρή γχξσ απφ απηφ.σν εχξνο ηεο ηαιάλησζεο έρεη λα θάλεη κε ην βήκα ΓV πνπ είλαη πξνγξακκαηηζκέλε λα κεηαβάιιεηαη ε ηάζε ζε ζπλδπαζκφ πάληα κε ηελ ηαρχηεηα κεηαβνιήο ησλ αηκνζθαηξηθψλ ζπλζεθψλ. ην ζρήκα 5.4 θαίλεηαη ην δίαγξακκα ξνήο ηνπ αιγνξίζκνπ ηεο κεζφδνπ PerturbandObserve 88

ρ.5.4 Γηάγξακκα ξνήο αιγνξίζκνπ κεζόδνπ P&O Καιφ ζα ήηαλ λα ζεκεησζεί φηη ππάξρνπλ θάπνηεηο ηερληθέο γηα ηελ κείσζε ηνπ εχξνπο ηεο ηαιάλησζεο γχξσ απφ ην ΜΡΡ.Μηα πξφηαζε γηα ηε κείσζε ηεο ηαιάλησζεο ζα κπνξνχζε λα είλαη ε κείσζε ηνπ βήκαηνο ηεο κεηαβνιήο ζηελ ηάζε ΓV, απηφ φκσο ζα θαζηζηνχζε ηνλ αιγφξηζκν αξγφ ζηελ εχξεζε ηνπ MPP.Μηα άιιε πξφηαζε γηα ηελ κείσζε ηεο ηαιάλησζεο είλαη ε εηζαγσγή κηαο ζπλάξηεζεο θαζπζηέξεζεο, ε νπνία ζα δηαθφπηεη ηηο αιιαγέο ηεο ηάζεο ζε πεξίπησζε πνπ ην πξφζεκν ηεο κεηαβνιήο ηζρχνο ελαιιάζζεηαη δηαδνρηθά πνιιέο θνξέο.όηαλ παξαηεξείηαη δειαδή κηα έληνλε ηαιάλησζε γχξσ απφ έλα ζεκείν, ζεκαίλεη φηη ην ζχζηεκα ιεηηνπξγεί ζηε πεξηνρή ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο θαη νπφηε ε ζπλάξηεζε θαζπζηέξεζεο ζα επηηξέπεη ζηνλ MPPT λα αληηιακβάλεηαη φηη εληφπηζε ην ΜΡΡ, ψζηε λα δηαθφπηεη ηηο δηαηαξαρέο. Ζ ηξνπνπνίεζε απηή ζπκβάιιεη ζηε κείσζε ησλ ηαιαληψζεσλ θαη ζηελ αχμεζε ηεο απφδνζεο ηνπ αιγνξίζκνπ θάησ απφ ζηαζεξέο θαηξηθέο ζπλζήθεο. Σν κεηνλέθηεκα ηεο ηξνπνπνίεζεο είλαη φηη επηβξαδχλεη ηελ αλίρλεπζε ηνπ MPP ζε πεξίπησζε κεηαβαιιφκελσλ ζπλζεθψλ.σειηθά πξνθχπηεη φηη ε θαιχηεξε ιχζε γηα ην πξφβιεκα ηεο ηαιάλησζεο γχξσ απφ ην MPP είλαη ην βήκα κεηαβνιήο ηεο ηάζεο ΓV λα είλαη κεηαβιεηφ θαη λα κεηψλεηαη ζηαδηαθά φζν πξνζεγγίδεη ην MPP. 89

ΚΔΦΑΛΑΗΟ 6 ΜΟΝΣΔΛΟΠΟΗΖΖ ΣΟΤ ΑΝΣΗΣΡΟΦΔΑ 6.1 Σν d-qζύζηεκα Οη αληηζηξνθείο γηα λα ζπλδεζνχλ κε ην ειεθηξηθφ δίθηπν απαηηείηαη ν ζπρξνληζκφο ησλ ηξηψλ ηάζεσλ ζηελ έμνδν ηνπο κε ηηο ηξηθαζηθεο ηάζεηο ηνπ δηθηχνπ.όκσο ην ηξηθαζηθφ ζχζηεκα αλαπαξάζηαζεο ησλ ηάζεσλ είλαη εκηηνλνεηδέο θαη δελ κπνξνχκε λα εθαξκφζνπκε ηερληθέο PI ειεγθηψλ. Ο PIέιεγρνο κπνξεί λα εθαξκνζηεί φηαλ ζηελ κφληκε θαηάζηαζε ηα κεγέζε έρνπλ ζηαζεξέο dcηηκέο.σν πξφβιεκα απηφ ιχλεη ν κεηαζεκαηηζκφο Park.ν κεηαζρεκαηηζκφο Park είλαη έλαο δηαλπζκαηηθφο κεηαζρεκαηηζκφο πνπ κεηαηξέπεη έλα ζηξεθφκελν δηάλπζκα απφ ην ηξηθαζηθφ ζχζηεκα abc, ζην ζχζηεκα (πιαίζην αλαθνξάο) θαζέησλ αμφλσλ dq. Σν ζχζηεκα απηφ ησλ θαζέησλ αμφλσλ έρεη ηνλ θάζεην άμνλα q κπξνζηά απφ ηνλ επζχ άμνλα d θαηά 900 θαη πεξηζηξέθεηαη κε γσληαθή ζπρλφηεηα σ s. Δηζη νη abc πνζφηεηεο κεηαζρεκαηίδνληαη ζε έλα λέν ζχλνιν αληηζηνίρσλ πνζνηήησλ πνπ νλνκάδνληαη ζπληζηψζεο. Απηέο είλαη νη ζπληζηψζεο επζέσο άμνλα (dζπληζηψζα), εγθάξζηνπ άμνλα (q-ζπληζηψζα) θαη κεδεληθήο αθνινπζίαο (ζπκβνιίδεηαη κε 0).Ζ κεδεληθή ζπληζηψζα ππάξρεη κφλν ζε πεξίπησζε αζπκκεηξίαο ηνπ ζπζηήκαηνο, νπφηε αθνχ εδψ γίλεηαη κεηαηξνπή ηνπ ζπκκεηξηθνχ ηξηθαζηθνχ ζπζηήκαηνο abc, απηή παξαιείπεηαη. Ζ κεηαθνξά απφ ην abc ζχζηεκα ζην dq δελ γίλεηαη απεπζείαο. Aπφ ην ηξηθαζηθφ ζχζηεκα abc, αξρηθά κεηαθεξφκαζηε ζην ζηαηφ ζχζηεκα αβ θαη κεηά κεηαθεξφκαζηε ζην ζηξεθφκελν ζχζηεκα dq. Έηζη ζηελ κφληκε θαηάζηαζε φια ηα ελαιιαζζφκελα κεγέζε κεηαηξέπνληαη ζε ζπλερή. ε έλα dq ζχζηεκα, θαζνξηζηηθφ ξφιν έρεη σο πξνο πνηφλ άμνλα (d ή q) γίλεηαη ν πξνζαλαηνιηζκφο. Έλα ζήκα κεηαηξέπεηαη από ην abcζην dqζύκθσλα κε ηελ παξαθάησ ζρέζε: Όπνπ x T dqo= [x d x q x 0 ] ην δηάλπζκα κεηαβιεηψλ ζην dqζχζηεκα x T dqo= [x a x b x c ] ην δηάλπζκα κεηαβιεηψλ ζην abc ζχζηεκα 90

K s ε κήηξα κεηαζρεκαηηζκνχ Parkπνπ θαίλεηαη παξαθάησ Ζ ζπλνιηθή ζηηγκηαία ηζρχο κπνξεί λα εθθξαζηεί ζε abc Αιιά θαη ζε dq0 ζπληζηψζεο 6.2 Μνληεινπνίεζε αληηζηξνθέα Καηαξρήλ ζα πξέπεη λα μεθαζαξίζνπκε θαη λα δείμνπκε ηηο ζεηηθέο θνξέο ησλ ξεπκάησλ ηνπ ζπζηήκαηνο.τπνζεηνπκε φηη ηα ξεχκαηα ξένπλ απφ ην δίθηπν πξνο ην θσηνβνιηαηθφ φπσο θαηλεηαη θαη ζην παξαθάησ ζρήκα ρ. 5.1 Σν ζύζηεκα καο Αλαλαιχζνπκε ην κνλνθαζηθφ (θάζεο a) ηζνδχλακν απφ ηελ πιεπξά ηνπ δηθηχνπ θαη εθαξκφδνληαο λφκν ηάζεσλ Kirchhoff έρνπκε: 91

Καη γηα ηηο ππφινηπεο 2 θάζεηο: Σψξα κέζσ ηνπ κεηαζρεκαηηζκνπ Park ζα πεξάζνπκε ζην ζχζηεκα dq Καη ζε κνξθή πηλάθσλ: 92

ηνπο κεηαζρεκαηηζηέο γεληθφηεξα έρνπκε Καη αληίζηνηρα σο πξνο: 93

Απφ ην ηζνδχγην ηεο πξαγκαηηθήο ηζρχνο γηα ηνλ αληηζηξνθέα θαη ζεσξψληαο κεδεληθέο ηηο απψιεηεο ζηα δηαθνπηηθά ηνπ ζηνηρεία έρνπκε: Οπνπ P in είλαη ε ηζρχο εηζφδνπ ζηνλ αληηζηξνθέα θαη P out απηή ζηελ έμνδν άξα ε πξνεγνχκελε ζρέζε κπνξεί λα γξαθεί Απφ λφκν ξεπκάησλ Κirchhoffζηνλ θφκβν ηνπ ππθλσηή έρνπκε Έηζη απφ ηηο 2 ηειεπηαίεο ζρέζεηο πξνθχπηεη ε Σψξα κπνξνχκε λα νξίζνπκε ηνπο ιφγνπο θαηάηκεζεο ηνπ αληηζηξνθέα ζηνπο αμνλεο d-q: πλερίδνληαο ηηο πξάμεηο έρνπκε: 94

Άκα ιχζνπκε ηηο εμηζψζεηο (6.6), (6.7) σο πξνο LIέρνπκε: Έηζη ηειηθά ην πιήξεο κνληέιν ηνπ αληηζηξνθέα είλαη : 95