ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΜΟΝΙΜΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΜΟΝΙΜΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ Α.Ε.Μ ΣΥΝΤΑΚΗ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 5611 SAMIR YAZBECK KHOZAMY 5241 Επιβλέπων καθηγητής: ηµουλιάς Χάρης Θεσσαλονίκη 2012-2013

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Θα θέλαµε να ευχαριστούµε θερµά τον επιβλέποντα καθηγητή µας κ.χάρη ηµουλιά για τη δυνατότητα που µας έδωσε να ασχοληθούµε µε το αντικείµενο των φωτοβολταϊκών, αλλά κυρίως για την καθοδήγηση και τις πολύτιµες συµβουλές που µας παρείχε κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Τέλος, οφείλουµε να ευχαριστήσουµε ολόψυχα τις οικογένειές µας για την στήριξη που µας παρείχαν όλα αυτά τα χρόνια. Σε αυτές οφείλουµε ότι έχουµε πετύχει µέχρι σήµερα και σε αυτές αφιερώνουµε την παρούσα διπλωµατική εργασία. 2

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια η χρήση των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) απασχολεί ολοένα και περισσότερο τους ανθρώπους. Αυτό συµβαίνει επειδή οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας δεν πρόκειται ποτέ να εξαντληθούν όπως συµβαίνει µε τα ορυκτά καύσιµα και επειδή είναι φιλικές προς το περιβάλλον λόγω το ότι δεν έχουν απόβλητα και κατάλοιπα. Στην παρούσα διπλωµατική εργασία µελετώνται τα αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα και γίνεται η µελέτη για την τροφοδότηση µίας οικίας στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Τα αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα αποτελούνται από φωτοβολταϊκά πλαίσια (ή φωτοβολταϊκά πάνελ), συσσωρευτές (γνωστοί και ως µπαταρίες), αντιστροφέα ή µετατροπέα (inverter) και ρυθµιστή φόρτισης (charge controller). Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια είναι αυτά που συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια και την µετατρέπουν σε ηλεκτρική µέσω του φωτοβολταϊκού φαινοµένου. Οι συσσωρευτές αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια. Ο αντιστροφέας τάσης και ο ρυθµιστής φόρτισης µετατρέπουν την συνεχή ισχύ σε εναλλασσόµενη. Abstract During the last few years, the use of renewable energy sources (RES) became the center of attention because these types of energy are continually renewed by the cycle of nature and are considered to be practically inexhaustible in contrast to fossil fuels. They are also environmentally friendly and do not produce any substantial amount of solid waste while creating electricity. The focus of this thesis is planning and installing a stand-alone photovoltaic power system for the purpose of supplying a house in the region of Thessaloniki. The following stand-alone photovoltaic system consists of solar panels, batteries, inverter and charge regulator. The photovoltaic panels collects the solar energy and through the photovoltaic effect, converts it into electrical. The batteries are used for energy storage. The charge controller and the inverter convert the direct current (DC) into alternating current (AC) for the purpose of feeding the residence s load. 3

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 Φωτοβολταϊκό φαινόµενο...6 1.2 Πράσινη ενέργεια και περιβαλλοντικά οφέλη 6 1.3 Τύποι φωτοβολταϊκών στοιχείων 7 1.4 Μέρη από τα οποία αποτελείται ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα 8 1.5 Βασικοί τύποι φωτοβολαταϊκών συστηµάτων..9 1.6 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα φωτοβολαταϊκών συστηµάτων.10 1.6.1 Πλεονεκτήµατα φωτοβολαταϊκών συστηµάτων...10 1.6.2 Μειονεκτήµατα φωτοβολαταϊκών συστηµάτων..10 1.7 Ονοµαστικές συνθήκες (STC)...10 1.8 Μέγιστο σηµείο λειτουργίας (MPP) Χαρακτηριστική καµπύλη I-V και P-V.11 1.9 Επίδραση της θερµοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας στην απόδοση των φωτοβολαταϊκών πλαισίων...11 1.10 Προσανατολισµός και κλίση φωτοβολταϊκών πλαισίων..12 1.11 Τρόποι σύνδεσης φωτοβολταϊκών πλαισίων 13 1.12 Κατηγορίες και τύποι συσσωρευτών..15 1.13 Αντιστροφέας (Inverter)...16 1.14 Ρυθµιστής φόρτισης (Charge controller)...17 1.15 Τύποι καλωδίων και µέσων προστασίας (Ασφάλειες).17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 Εισαγωγή για το σχεδιασµό της εγκατάστασης..18 2.2 Προσδιορισµός ηλεκτρικών εγκαταστάσεων..18 2.3 Επιλογή κλίσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων..23 2.4 Τάση συστήµατος 25 2.5 Επιλογή φωτοβολταϊκών πλαισίων..25 4

2.6 Επιλογή τύπου και απαιτούµενος αριθµός συσσωρευτών (Μπαταρίες) 27 2.7 Επιλογή αντιστροφέα (Inverter).29 2.8 Επιλογή ρυθµιστή φόρτισης (Charge controller).30 2.9 Επιλογή γεννήτριας για τη φωτοβολαταϊκή εγκατάσταση..32 2.10 Ενεργειακή εκτίµηση της γεννήτριας εκτίµηση 34 2.11 Επιλογή τύπου και διατοµή καλωδίων 46 2.11.1 Φ/Β πάνελς-inverter (Sunny Boy 5000TL)..46 2.11.2 Inverter (Sunny Boy 5000TL)-Inverter (Sunny Island 4248) 49 2.11.3 Inverter (Sunny Island 4248)-Συσσωρευτές (Μπαταρίες) 50 2.11.4 Inverter (Sunny Island 4248)-Γεννήτρια...51 2.11.5 Inverter (Sunny Island 4248) (AC πλευρά)-γενικό πίνακα χαµηλής τάσης...53 2.12 Επιλογή και τύπος διακοπτικών στοιχείων (Ασφάλειες)..54 2.12.1 Φ/Β πάνελς-inverter (Sunny Boy 5000TL)..55 2.12.2 Inverter (Sunny Boy 5000TL)-Inverter (Sunny Island 4248) 55 2.12.3 Inverter (Sunny Island 4248)-Συσσωρευτές (Μπαταρίες).55 2.12.4 Inverter (Sunny Island 4248)-Γεννήτρια 55 2.12.5 Inverter (Sunny Island 4248) (AC πλευρά)-γενικό πίνακα χαµηλής τάσης 55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3.1 Πρόγραµµα προσοµοίωσης (PVSyst)..57 3.1.1 ιαδικασία επιλογής παραµέτρων στο πρόγραµµα προσοµοίωσης (PVSyst)..57 3.1.2 Αποτελέσµατα από PVSyst...73 3.1.3 Σύγκριση αποτελεσµάτων...77 3.1.4 ιαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης συσσωρευτών (Μπαταριών)..82 3.1.5 οκιµές πάνω στο πρόγραµµα προσοµοίωσης..85 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.88 ΙΑ ΥΚΤΙΟ..88 ΗΜΟΣΙΕΥΜΕΝΑ ΑΡΧΕΙΑ.88 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 Φωτοβολαταϊκό φαινόµενο Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο είναι η άµεση µετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική και ανακαλύφθηκε το 1839 από τον Μπεκερέλ (Becquerel). Αυτή η µετατροπή πραγµατοποιείται µε τη βοήθεια των φωτοβολταϊκών στοιχείων (ή όπως αλλιώς ονοµάζονται ηλιακά κύτταρα ή ηλιακές κυψέλες). Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι δίοδοι ηµιαγωγού µε τη µορφή ενός δίσκου που δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία. Κάθε φωτόνιο της ακτινοβολίας µε ενέργεια ίση ή µεγαλύτερη από το ενεργειακό διάκενο του ηµιαγωγού, έχει τη δυνατότητα να απορροφηθεί σε ένα χηµικό δεσµό και να ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι, όσο διαρκεί η ακτινοβολία, δηµιουργείται µία περίσσεια από ζεύγη φορέων (ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών) πέρα από τις συγκεντρώσεις που αντιστοιχούν στις συνθήκες ισορροπίας. Αυτοί οι φορείς, καθώς κυκλοφορούν στο στερεό και εφόσον δεν επανασυνδεθούν µε φορείς αντίθετου προσήµου, µπορεί να βρεθούν στην περιοχή της ένωσης p-n, οπότε θα δεχθούν την επίδραση του ηλεκτροστατικού της πεδίου. Με τον τρόπο αυτό, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εκτρέπονται προς το τµήµα τύπου n και οι οπές εκτρέπονται προς το τµήµα τύπου p, µε αποτέλεσµα να δηµιουργηθεί µια διαφορά δυναµικού ανάµεσα στους ακροδέκτες των δύο τµηµάτων της διόδου. Η εκδήλωση της τάσης αυτής ανάµεσα στις δύο όψεις του φωτιζόµενου δίσκου, η οποία αντιστοιχεί σε ορθή πόλωση της διόδου, ονοµάζεται φωτοβολταϊκό φαινόµενο. Η διάταξη αποτελεί µία πηγή ρεύµατος που διατηρείται όσο διαρκεί η πρόσπτωση του ηλιακού φωτός πάνω στην επιφάνεια του στοιχείου. Όταν ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο δέχεται κατάλληλη ακτινοβολία, διεγείρεται παράγοντας ηλεκτρικό ρεύµα, που η τιµή του θα είναι ανάλογη προς τα φωτόνια που απορροφά το στοιχείο. 1.2 Πράσινη ενέργεια και τα περιβαλλοντικά της ωφέλη Πράσινη ενέργεια (Green Energy), χαρακτηρίζεται η ενέργεια η οποία παράγεται µε τη χρήση ανανεώσιµων πρώτων υλών χωρίς τη συµπαραγωγή επικίνδυνων ουσιών ή ουσιών επιβλαβών στον άνθρωπο ή στο περιβάλλον. Τέτοιου είδους ενέργεια µπορεί να παραχθεί µε διάφορους τρόπους και διεργασίες. Η ηλιακή ενέργεια, η υδροηλεκτρική, η γεωθερµική, η αιολική, το βιοαέριο και η βιοµάζα είναι µορφές ενέργειας που ανήκουν στο φάσµα της πράσινης ενέργειας. 6

Σηµείωση: Το βιοαέριο, παράγεται από την αναερόβια χώνευση κτηνοτροφικών κυρίως αποβλήτων (λύµατα από χοιροστάσια, βουστάσια), αγροτοβιοµηχανικών αποβλήτων και λυµάτων, καθώς και από αστικά οργανικά απορρίµµατα. Αποτελείται από 65% µεθάνιο και 35% διοξείδιο του άνθρακα. Επιπλέον, µπορεί να αξιοποιηθεί ενεργειακά, µέσω της τροφοδοσίας του σε µηχανές εσωτερικής καύσης, σε καυστήρες αερίου ή σε αεροστρόβιλο για την παραγωγή ενέργειας και θερµότητας. Με τον όρο βιοµάζα αποκαλείται οποιοδήποτε υλικό που παράγεται από ζωντανούς οργανισµούς, (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείµµατα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιοµηχανιών τροφίµων κ.τ.λ.) και µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο για την παραγωγή ενέργειας. Το καύσιµο της βιοµάζας είναι γνωστό στην Ελλάδα και ως πέλετ. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θέσει ως στόχο µέχρι το 2020, το 20% της κατανάλωσης ενέργειας να προέρχεται από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Ορισµένα από τα οφέλη της χρήσης πράσινης ενέργειας είναι τα παρακάτω: Πρακτικά είναι ανεξάντλητες πηγές ενέργειας και συµβάλλουν στη µείωση της εξάρτησης από συµβατικούς ενεργειακούς πόρους. Απαντούν στο ενεργειακό πρόβληµα για τη σταθεροποίηση των εκποµπών και των υπόλοιπων αερίων του θερµοκηπίου και µειώνουν ορισµένα είδη ρύπανσης του αέρα. Είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής αξιοπιστίας και της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασµού στο εθνικό επίπεδο. Είναι διάσπαρτες γεωγραφικά και οδηγούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήµατος. ηµιουργούν οικονοµική ανάπτυξη προσφέροντας θέσεις εργασίας στον τοµέα της παραγωγής, εγκατάστασης κ.τ.λ. 1.3 Τύποι φωτοβολταϊκών στοιχείων Α) Μονοκρυσταλλικού Πυριτίου (πλαίσια) Κατασκευάζονται από κυψέλες που έχουν κοπεί από ένα κυλινδρικό κρύσταλλο πυριτίου. Αποτελούν τα πιο αποδοτικά φωτοβολταϊκά µε αποδόσεις της τάξεως του 15%. Η κατασκευή τους όµως είναι πιο πολύπλοκη γιατί απαιτεί την κατασκευής του µονοκρυσταλλικού πυριτίου µε αποτέλεσµα το υψηλότερο κόστος κατασκευής. B) Πολυκρυσταλλικού Πυριτίου (πλαίσια) Τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κατασκευάζονται από ράβδους λιωµένου και επανακρυσταλλοµένου πυριτίου. Για την παραγωγή τους οι ράβδοι του πυριτίου κόβονται σε λεπτά τµήµατα από τα οποία κατασκευάζεται η κυψέλη του φωτοβολταϊκού. Η διαδικασία κατασκευής τους είναι απλούστερη από εκείνη των µονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών µε αποτέλεσµα το φθηνότερο κόστος παραγωγής. Παρουσιάζουν όµως σε γενικές γραµµές µικρότερη απόδοση της τάξεως του 12%. 7

Γ) Άµορφου Πυριτίου (πλαίσια) Τα φωτοβολταϊκά αυτής της κατηγορίας αποτελούνται από ένα λεπτό στρώµα πυριτίου που έχει εναποτεθεί οµοιόµορφαοιόµορφα σε κατάλληλο υπόβαθρο. Σαν υπόβαθρο µπορεί να χρησιµοποιηθεί µία µεγάλη γκάµα υλικών από δύσκαµπτα µέχρι ελαστικάµε αποτέλεσµα να βρίσκει µεγαλύτερο εύρος εφαρµογών, ιδιαίτερα σε καµπύλες ή εύκαµπτες επιφάνειες. Παρόλο που το άµορφο πυρίτιο παρουσιάζει µεγαλύτερη αποτελεσµατικότητα στην απορρόφηση του φωτός, η φωτοβολταϊκή απόδοσή του είναι µικρότερη των κρυσταλλικών, περίπου 6%. Όµως, επειδή έχει φθηνό κόστος κατασκευής, το άµορφο πυρίτιο είναι ιδανικό σε εφαρµογές όπου δεν απαιτείται υψηλή απόδοση. 1.4 Μέρη από τα οποία αποτελείται ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα Φωτοβολταϊκό στοιχείο (PV cell): Η ηλεκτρονική διάταξη που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δέχεται ακτινοβολία. Λέγεται ακόµα φωτοβολταϊκό κύτταρο ή φωτοβολταϊκή κυψέλη. Φωτοβολταϊκό πλαίσιο (PV module): Ένα σύνολο φωτοβολταϊκών στοιχείων που είναι ηλεκτρονικά συνδεδεµένα. Αποτελεί τη βασική δοµική µονάδα της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Φωτοβολταϊκό πανέλο (PV panel): Ένα ή περισσότερα φωτοβολταϊκά πλαίσια, που έχουν προκατασκευαστεί και συναρµολογηθεί σε ενιαία κατασκευή, έτοιµη για να εγκατασταθεί σε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Φωτοβολταϊκή συστοιχία (PV array): Μια οµάδα από φωττοβολταϊκά πλαίσια ή πανέλα, τοποθετηµένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης. 8

Φωτοβολταϊκή γεννήτρια (PV generator): Το τµήµα µίας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης που περιέχει φωτοβολταϊκά στοιχεία και παράγει συνεχές ρεύµα. Αντιστροφέας ή µετατροπέας (inverter): Συσκευή που µετατρέπει το συνεχές ρεύµα σε εναλλασσόµενο. Ρυθµιστής φόρτισης (charge controller): Συσκευή που χρησιµοποιείται σε αυτόνοµα συστήµατα για να ρυθµίζει τη φόρτιση των συσσωρευτών. Πηγή: [10] 1.5 Βασικοί τύποι φωτοβολταϊκών συστηµάτων Υπάρχουν τρείς τύποι Φ/Β συστηµάτων: Αυτόνοµα συστήµατα ιασυνδεδεµένα συστήµατα Υβριδικά συστήµατα Τα αυτόνοµα Φ/Β συστήµατα είναι εκείνα που δεν συνδέονται σε δίκτυο ηλεκτρικής παροχής, σε αντίθεση µε τα διασυνδεδεµένα και γι αυτό το λόγο ονοµάζονται έτσι. Τα υβριδικά Φ/Β συστήµατα µπορεί να είναι είτε αυτόνοµα είτε διασυνδεδεµένα, απλά θα έχουν τουλάχιστον µια άλλη πηγή εκτός από την Φ/Β. Η κύρια διαφορά µεταξύ αυτόνοµων και διασυνδεδεµένων Φ/Β συστηµάτων είναι οι συσσωρευτές, που τοποθετούνται στα αυτόνοµα, λόγω της ανάγκης αποθήκευσης ενέργειας για την κάλυψη της ενεργειακής ζήτησης την νύχτα που δεν υπάρχει ηλιοφάνεια ή σε ώρες αιχµής που δεν φτάνει το ποσό της ενέργειας που προέρχεται από τα Φ/Β για να καλυφθεί η ζήτηση. Στα διασυνδεδεµένα όµως, δε υπάρχουν συσσωρευτές ούτε και χρειάζονται επειδή η περίσσεια ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο, και αν υπάρχει έλλειµµα, το καλύπτει το δίκτυο. εν πρέπει να ξεχάσουµε ότι αυτόνοµα Φ/Β συστήµατα µπορεί να χρησιµοποιηθούν και χωρίς συσσωρευτές. Για παράδειγµα, σε συστήµατα άντλησης, άρδευσης κτλ... 9

Στα υβριδικά συστήµατα, χρησιµοποιούνται συνήθως ανεµογεννήτριες, ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη ή ο συνδυασµός τους. Ακόµη, χρησιµοποιείται και το βιοαέριο αλλά είναι λιγότερα συνηθισµένο. Με τη χρήση υβριδικού συστήµατος αυξάνεται η αξιοπιστία του συστήµατος ειδικά σε περίπτωση βλάβης της Φ/Β γεννήτριας. Το κοινό στοιχείο και στα τρία συστήµατα, είναι πως η εγκατάστασή τους δεσµεύεται µε την ύπαρξη των πόρων είτε είναι ο ήλιος, είτε ο άνεµος ή και το κόστος εγκατάστασης ενός συστήµατος. 1.6 Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα φωτοβολταϊκών συστηµάτων 1.6.1 Πλεονεκτήµατα φωτοβολταϊκών συστηµάτων Μεγάλη διάρκεια ζωής (που φθάνει τα 30 χρόνια ζωής) και αξιοπιστία Αθόρυβη λειτουργία Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν µηδενικές Είναι φιλικά προς το περιβάλλον Υπάρχει πάντα η δυνατότητα µελλοντικής επέκτασης, ώστε να ανταποκρίνονται στις αυξανόµενες ανάγκες των χρηστών Μπορούν να εγκατασταθούν πάνω σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές, όπως είναι π.χ. η στέγη ενός σπιτιού ή η πρόσοψη ενός κτιρίου Η εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών συστηµάτων είναι φιλική στο περιβάλλον επειδή δεν προκαλούνται ρύποι από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. 1.6.2 Μειονεκτήµατα φωτοβολταϊκών συστηµάτων Απαιτούν σχετικά µεγάλες επιφάνειες εγκατάστασης Παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις το κόστος τους παραµένει ακόµη αρκετά υψηλό Έχουν σχετικά µικρό βαθµό απόδοσης 1.7 Ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας (STC) Η ισχύς των φωτοβολταϊκών πλαισίων όπως και ο βαθµός απόδοσης, δίνεται σα µέγιστη ισχύς από τους κατασκευαστές σε κάποιες συγκεκριµένες συνθήκες οι οποίες ονοµάζονται «πρότυπες συνθήκες ελέγχου» (standard testing conditions, STC). Οι πρότυπες συνθήκες ελέγχου είναι οι εξής: Θερµοκρασία κυψέλης, ίση µε 25 ο C Ηλιακή ακτινοβολία στο επίπεδο του πλαισίου, ίση µε 1000W/m 2 Φασµατική κατανοµή ΑΜ = 1,5. Το ΑΜ = 1,5 είναι ένα τυπικό ηλιακό φάσµα 10

πάνω στην επιφάνεια της γης για µια καθαρή µέρα, µε ολική ηλιακή ένταση 1000W/m 2. 1.8 Μέγιστο σηµείο λειτουργίας (ΜΡΡ)- Χαρακτηριστική Καµπύλη Ι-V και P-V Για την επίτευξη της µεγαλύτερης δυνατής (µέγιστης) απόδοσης ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου και τη µέγιστη δυνατή ισχύ στην έξοδο πλαισίου, θα πρέπει αυτό να λειτουργεί σε ένα συγκεκριµένο σηµείο λειτουργίας της χαρακτηριστικής καµπύλης I-V, κάτω υπό µεταβαλλόµενες συνθήκες. Το σηµείο αυτό, ονοµάζεται και σηµείο µέγιστης ισχύος (Maximum Power Point, MPP). Σχήµα 1.8.1 Χαρακτηριστική καµπύλη I-V και P-V φωτοβολταϊκού πλαισίου και σηµείο µέγιστης απόδοσης (ΜΡΡ). Πηγή : [1] Επιπλέον, η µέγιστη απόδοση του πλαισίου και η µέγιστη ισχύ στην έξοδο του πλαισίου (Pmpp) µπορεί να εξασφαλιστεί µε συνδυασµό του ρεύµατος και της τάσης στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Αυτός ο συνδυασµός, γίνεται βέλτιστος όταν το πλαίσιο διαρρέεται από ρεύµα µε τιµή ίση µε Impp και εµφανίζει διαφορά δυναµικού ίση µε Vmpp. 1.9 Επίδραση της θερµοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας στην απόδοση των φωτοβολαταϊκών πλαισίων Οποιαδήποτε µείωση ή αύξηση από την ονοµαστική θερµοκρασία κυψέλης (25 C), επηρεάζει την απόδοση του φωτοβολταϊκού πλαισίου, δηλαδή επιφέρει µείωση ή αύξηση της ισχύος στην έξοδο του πλαισίου. 11

Σχήµα 1.9.1 Επίδραση της θερµοκρασίας της κυψέλης στη χαρακτηριστική καµπύλη Ι/V Από το σχήµα 1.9.1, φαίνεται ότι άµα µειωθεί η θερµοκρασία, από 50 C σε 25 C, το ρεύµα µειώνεται ενώ η τάση αυξάνεται. Η τάση όµως, αυξάνεται σε µεγαλύτερο ποσοστό από ότι µειώνεται το ρεύµα. Από τα παραπάνω συµπεραίνουµε ότι, η µείωση της θερµοκρασίας συνεπάγει και τη λειτουργία του πλαισίου σε µικρότερο ρεύµα και µεγαλύτερη τάση. Από τα παραπάνω παρατηρούµε ότι το ποσοστό της τάση που αυξάνεται είναι µεγαλύτερο από το ποσοστό µείωσης του ρεύµατος. Οπότε, η ισχύς εξόδου του φωτοβολταϊκού πάνελ θα είναι µεγαλύτερη στους 25 C από ότι στους 50 C. 1.10 Προσανατολισµός και κλίση των φωτοβολταϊκών πλαισίων Η απόδοση ενός Φ/Β συστήµατος εξαρτάται από την σωστή τοποθέτηση και διάταξη των πλαισίων. Η θέση του ήλιου στον ουρανό και ο προσανατολισµός ενός επιπέδου στην επιφάνεια της γης, περιγράφονται από δύο γωνίες: την κλίση β και την αζιµούθια γωνία θ όπως παρουσιάζονται στην εικόνα 1.10.1. Η κλίση του συλλέκτη β, είναι η δίεδρη γωνία που σχηµατίζεται ανάµεσα στο επίπεδο του συλλέκτη και στον ορίζοντα. Η αζιµούθια γωνία του συλλέκτη θ, είναι η γωνία που σχηµατίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο µεταξύ της προβολής της κατακόρυφου του συλλέκτη και του τοπικού µεσηµβρινού βορρά-νότου. Εικόνα 1.10.1 Γραφική απεικόνιση της κλίσης και της αζιμούθιας γωνίας ενός Φ/Β πλαισίου Πηγή : [11] 12

Η πυκνότερη ισχύς µίας δέσµης ηλιακής ακτινοβολίας πάνω σε ένα επίπεδο συλλέκτη θα πραγµατοποιείται όταν η επιφάνειά του είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της ακτινοβολίας, δηλαδή όταν η γωνία πρόσπτωσης φ που φαίνεται στο σχήµα 3.10 είναι 0 ο. Όµως, η συνθήκη αυτή δεν είναι εύκολο να εξασφαλιστεί, καθώς ο ήλιος συνεχώς µετακινείται στον ουρανό κατά τη διάρκεια της ηµέρας. Στις συνηθισµένες περιπτώσεις, οι συλλέκτες τοποθετούνται σε σταθερή κλίση και αζιµούθια γωνία, που επιλέγονται ώστε η γωνία πρόσπτωσης φ της ηλιακής ακτινοβολίας να είναι όσο το δυνατόν µικρότερη κατά τη διάρκεια του έτους. Στο βόρειο ηµισφαίριο, η βέλτιστη κλίση τοποθέτησης ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου, για τη διάρκεια ολόκληρου του έτους, είναι ίση µε τη γεωγραφική παράλληλο του τόπου και η αζιµούθια γωνία είναι 0 ο (προς το νότο). Λόγω όµως της µεταβολής της απόκλισης του ήλιου στη διάρκεια του έτους, η βέλτιστη κλίση του συλλέκτη αλλάζει κάθε εποχή. Για την Ελλάδα η βέλτιστη κλίση των φωτοβολταϊκών πλαισίων επιτυγχάνεται µε νότιο προσανατολισµό και κλίση 30 ο. 1.11 Τρόποι σύνδεσης φωτοβολταϊκών πλαισίων Τα φωτοβολταϊκά πάνελ µπορούν να συνδεθούν µεταξύ τους µε τρεις τρόπους. Οι τρόποι αυτοί είναι: συνδέοντάς τα παράλληλα ή σε σειρά ή και µικτά (δηλαδή συνδυασµός της παράλληλης και της εν σειρά σύνδεσης). Η παράλληλη σύνδεση των φωτοβολταϊκών πάνελ ενδείκνυται στην περίπτωση που επιθυµούµε να πάρουµε ρεύµα µεγαλύτερο από αυτό που µπορεί να παράγει το κάθε πάνελ µόνο του. Τα πάνελ πρέπει να έχουν την ίδια τάση ανοικτού κυκλώµατος. Η ισχύς που θα προκύψει από µία τέτοια σύνδεση είναι το γινόµενο της ισχύος του ενός πάνελ επί τον αριθµό των πάνελ που συνδέονται παράλληλα. Πηγή : [1] Εικόνα 1.11.1 Παράλληλη σύνδεση των φωτοβολταïκών πάνελ Η σύνδεση σε σειρά ενδείκνυται όταν θέλουµε η τάση που θα πάρουµε να είναι µεγαλύτερη από την τάση που παράγει το ένα πάνελ µόνο του. Τα πάνελ που θα συνδεθούν σε σειρά πρέπει να έχουν ίδιο ρεύµα βραχυκύκλωσης και ίδιο ρεύµα µέγιστη ισχύος. Η ισχύ 13

που θα προκύψει από µία τέτοια σύνδεση είναι το γινόµενο της ισχύος του ενός πάνελ επί τον αριθµό των πάνελ που συνδέονται σε σειρά. Πηγή : [1] Εικόνα 1.11.2 Εν σειρά σύνδεση φωτοβολταïκών πάνελ Η µικτή σύνδεση είναι ένας συνδυασµός της παράλληλης και της εν σειρά σύνδεσης των πάνελ. Αυτό σηµαίνει ότι υπάρχουν πάνελ που συνδέονται σε σειρά, και κάθε τέτοια συστοιχία ονοµάζεται string. Στη συνέχεια συνδέουµε όλα τα string παράλληλα. Με αυτόν τον τρόπο πετυχαίνουµε τάσεις και ρεύµατα τα οποία δεν είναι δυνατόν να παραχθούν από ένα µόνο φωτοβολταïκό πάνελ. Η συνολική τάση ολόκληρης της συστοιχίας καθορίζεται από τον αριθµό των πάνελ που συνδέονται σε σειρά, ενώ το συνολικό ρεύµα από τον αριθµό των πάνελ που συνδέονται παράλληλα (δηλαδή τον αριθµό των string). Η συνολική ισχύς µίας τέτοιας συστοιχίας υπολογίζεται από το γινόµενο του συνολικού αριθµού των πάνελ (σε σειρά και παράλληλα) επί την ισχύ του ενός πάνελ. Πηγή : [1] Εικόνα 1.11.3 Μικτή σύνδεση των φωτοβολταïκών πάνελ 14

1.12 Κατηγορίες και τύποι συσσωρευτών Στα αυτόνοµα Φ/Β συστήµατα, για τροφοδότηση κατοικίας, πρέπει να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες όλο το 24-ωρο. Όµως, δεν υπάρχει πάντα ηλιοφάνεια ή µπορεί να είναι ανεπαρκής για να καλυφθεί η κατανάλωση του σπιτιού, µην ξεχνώντας ότι συνήθως η παραγόµενη ενέργεια τις ώρες ηλιοφάνειας από την Φ/Β γεννήτρια δεν καταναλώνεται εξολοκλήρου και είναι ανάγκη να αποθηκευτεί. Για το λόγο αυτό τοποθετούνται διατάξεις συσσωρευτών κάτι που αποτελεί τη βασικότερη διαφορά µεταξύ των αυτόνοµων και διασυνδεδεµένων Φ/Β συστηµάτων. Το σηµαντικότερο στη διαστασιολόγηση των συσσωρευτών, είναι η απόφαση των ηµερών αυτονοµίας, δηλαδή το χρονικό διάστηµα που το σύστηµα θα µπορέσει να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε περίπτωση νέφωσης. Αυτή η απόφαση λαµβάνεται κυρίως βάση των µετεωρολογικών στοιχείων της γεωγραφικής τοποθεσία της εγκατάστασης, το σκοπό που εξυπηρετεί το σύστηµα, τις επιπτώσεις από την διακοπή στην παροχή ενέργειας, καθώς και τη δυνατότητα πρόσβασης σε άλλη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας αν παραστεί ανάγκη. Η επιλογή των ηµερών αυτονοµίας (παράµετρος sp) είναι και η σηµαντικότερη, λόγω των επιπτώσεών της στη χωρητικότητα των συσσωρευτών. Αυτό φαίνεται στην παρακάτω σχέση, από την οποία υπολογίζεται η ονοµαστική χωρητικότητα των συσσωρευτών : C n = Ε (Ah) Όπου: S p : οι ηµέρες αυτονοµίας του συστήµατος E j : η ηµερήσια κατανάλωση (Wh/ηµέρα) a: ο βαθµός απόδοσης του συσσωρευτή (V) β: το βάθος εκφόρτισης συσσωρευτή V: η ονοµαστική τάση του συσσωρευτή (V) Το βάθος εκφόρτισης του συσσωρευτή είναι το ποσό της αποθηκευµένης ηλεκτρικής ενέργειας που προσφέρεται από το συσσωρευτή σε κάθε εκφόρτιση (µπορεί να φτάσει µέχρι 80%). Από αυτό, επίσης καθορίζονται οι κύκλοι λειτουργίας, δηλαδή o αριθµός διαδοχικών φορτίσεων και εκφορτίσεων του συσσωρευτή, οπότε και η διάρκεια ζωής του. Ένα εξίσου σηµαντικό χαρακτηριστικό, είναι ο δείκτης σχετικά µε το ρυθµό εκφόρτισης των συσσωρευτών. ηλαδή, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που µπορεί να εκφορτιστεί υπό τις αντίστοιχες προϋποθέσεις εκφόρτισης έως να έχει αποφορτιστεί η µπαταρία σε συγκεκριµένο χρόνο εκφόρτισης : Όπου : : η ονοµαστική χωρητικότητα = 15

: το ονοµαστικό ρεύµα : ο χρόνος εκφόρτισης Για να πετύχουµε την επιθυµητή χωρητικότητα, οι συσσωρευτές συνδέονται µεταξύ τους, κάτι που µπορεί να γίνει µε τρείς διαφορετικούς τρόπους : 1. Σύνδεση σε σειρά: Η διάταξη αυτή υλοποιείται συνδέοντας τον θετικό πόλο του ενός συσσωρευτή µε τον αρνητικό πόλο του άλλου. Σε αυτήν την περίπτωση η συνολική τάση της συστοιχίας ισούται µε το άθροισµα των επιµέρους ονοµαστικών τάσεων των συσσωρευτών. Σηµαντικό είναι, πως οι χωρητικότητες των συσσωρευτών που απαρτίζουν τη συστοιχία θα πρέπει να είναι ίσες µεταξύ τους και η συνολική χωρητικότητα της συστοιχίας ισούται µε την χωρητικότητα του ενός. 2. Παράλληλη σύνδεση: Η διάταξη αυτή υλοποιείται συνδέοντας µεταξύ τους όλους τους θετικούς πόλους σε έναν κοινό θετικό πόλο και όλους τους αρνητικούς σε έναν κοινό αρνητικό πόλο. Σε αυτήν την περίπτωση η συνολική χωρητικότητα της συστοιχίας ισούται µε το άθροισµα των επιµέρους χωρητικοτήτων των συσσωρευτών. Όπως και στην παραπάνω σύνδεση, οι τάσεις των συσσωρευτών που απαρτίζουν τη συστοιχία θα πρέπει να είναι ίσες µεταξύ τους. Η συνολική τάση της συστοιχίας ισούται µε την τάση του ενός συσσωρευτή. 3. Μικτή σύνδεση: Η διάταξη αυτή υλοποιείται µε συνδυασµό των δύο προηγούµενων διατάξεων. Υπάρχουν διάφοροι τύποι επαναφορτιζόµενων µπαταριών όπως : Lead-acid-batteries (µπαταρίες µολύβδου-οξέος) Nickel-cadmium batteries (µπαταρίες νικελίου-καδµίου) Nickel metal hydride batteries (µπαταρίες νικελίου-σιδήρου) Lithium ion batteries (µπαταρίες ιόντων λιθίου) Από τους παραπάνω τύπους οι µπαταρίες µολύβδου-οξέος είναι οι πιο συνηθισµένες σε χρήση στα αυτόνοµα Φ/Β συστήµατα. Αυτό, επειδή είναι πιο οικονοµικές από τους υπόλοιπους τύπους, µε µεγαλύτερη απόδοση και τέλος, µπορούν να χειριστούν µεγάλα και µικρά ρεύµατα φόρτισης µε υψηλή απόδοση. 1.13 Αντιστροφέας (Inverter) Το ρεύµα που βγαίνει από τη Φ/Β γεννήτρια είναι συνεχές (DC current), όµως στις περισσότερες περιπτώσεις το φορτίο µας χρειάζεται εναλλασσόµενο ρεύµα. Ο αντιστροφέας µετατρέπει το DC (συνεχές) ρεύµα σε AC (εναλλασσόµενο) ρεύµα ίδιας συχνότητας µε το δίκτυο, ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση της εξόδου του είτε µε ένα διασυνδεδεµένο σύστηµα είτε µε το φορτίο στα αυτόνοµα (και υβριδικά) συστήµατα. Οι ηλιακοί αντιστροφείς έχουν ειδικές λειτουργίες προσαρµοσµένες για τη χρήση µε Φ/Β συστοιχίες, όπως η λειτουργία στο µέγιστο σηµείο ισχύος MPPT που θα αναφερθεί παρακάτω. 16

Υπάρχουν δυο τύποι αντιστροφέων : Αντιστροφείς για διασυνδεδεµένα συστήµατα εν παρέχουν εφεδρική ενέργεια σε περίπτωση διακοπής ρεύµατος. Αντιστροφείς για αυτόνοµα συστήµατα Συνδέονται στους συσσωρευτές και µετατρέπουν όχι µόνο το ρεύµα της Φ/Β συστοιχίας από συνεχές σε εναλλασσόµενο, αλλά και το συνεχές ρεύµα των συσσωρευτών σε εναλλασσόµενο που τροφοδοτεί το φορτίο. Αρκετοί αντιστροφείς αυτόνοµων συστηµάτων συµπεριλαµβάνουν ενσωµατωµένο ρυθµιστή φόρτισης. 1.14 Ρυθµιστής φόρτισης (charge controller) Ο ρυθµιστής φόρτισης περιορίζει το ρυθµό µε τον οποίο το ηλεκτρικό ρεύµα φορτίζει τους συσσωρευτές. Επίσης, περιορίζει το ρυθµό του ρεύµατος που φεύγει από τους συσσωρευτές (στην εκφόρτιση) αποτρέποντας έτσι την υπερφόρτισή τους και µπορεί να αποτρέψει την υπέρταση, αλλιώς θα είχαµε µείωση της απόδοσης τους, µείωση διάρκειας ζωής ή µέχρι και κίνδυνο για την ανθρώπινη ασφάλεια. Μπορεί επίσης να αποτρέψει αποστράγγιση των συσσωρευτών (deep discharging) για την προστασία της διάρκειας ζωής τους. Οι ρυθµιστές φόρτισης µπορούν επίσης να παρακολουθούν τη θερµοκρασία των συσσωρευτών για να αποφευχθεί η υπερθέρµανση. Ακόµη, υπάρχουν ρυθµιστές φόρτισης που µπορούν να απενεργοποιήσουν τη ροή ρεύµατος όταν οι συσσωρευτές είναι πλήρης φορτισµένοι και να εκτρέψουν την περίσσεια ηλεκτρική ενέργεια στο φορτίο. Υπάρχουν και πιο εξελιγµένοι ρυθµιστές φόρτισης PMW και MPPT που προσαρµόζουν το επίπεδο της φόρτισης ανάλογα µε το επίπεδο των συσσωρευτών ώστε να επιτευχθεί φόρτιση κοντά στα επίπεδα της µέγιστης χωρητικότητας. 1.15 Τύποι καλωδίων και µέσων προστασίας (Ασφάλειες) Οι τύποι των καλωδίων και των µέσων προστασίας (ασφάλειες) που επιλέγουµε πρέπει να πληρούν τους κανονισµούς απαιτήσεων των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων (ELOT HD384). Αρχικά, µε κριτήριο την εγκατάσταση επιλέγουµε τον κατάλληλο τύπο καλωδίων για την DC και την AC πλευρά. Στη συνέχεια φροντίζουµε, σε κάθε σηµείο της εγκατάστασης, η διατοµή του καλωδίου που θα υπολογίσουµε να αντέχει το αντίστοιχο ρεύµα που θα περνάει από το συγκεκριµένο καλώδιο. Τα διακοπτικά µέσα τα επιλέγουµε σε κάθε καλώδιο ανάλογα µε το είδος και το µέγεθος της προστασίας που πρέπει να παρέχουµε στις αντίστοιχες συσκευές της εγκατάστασης. 17

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 Εισαγωγή για το σχεδιασµό της εγκατάστασης Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνει η σχεδίαση ενός αυτόνοµου φωτοβολταϊκού συστήµατος για τροφοδότηση κατοικίας. Η κατοικία στην οποία θα γίνει η εγκατάσταση βρίσκεται στην περιοχή της Αγίας Παρασκευής (η οποία είναι αγρο-δασική περιοχή) του νοµού Θεσσαλονίκης. 2.2 Προσδιορισµός ηλεκτρικών καταναλώσεων Το πρώτο βήµα για το σχεδιασµό του συστήµατος είναι ο προσδιορισµός της απαιτούµενης ηλεκτρικής ενέργειας και της µέγιστης ισχύος. Η κατοικία την οποία µελετούµε, είναι µία µονοκατοικία. Οι ανάγκες των κατοίκων διαφέρουν κατά τους χειµερινούς και κατά τους θερινούς µήνες. Για παράδειγµα το χειµώνα οι ώρες χρήσης του φωτισµού, µέσα και έξω από το σπίτι, είναι περισσότερες από ότι το καλοκαίρι. Ακόµη, το χειµώνα χρησιµοποιείται καυστήρας για την θέρµανση της οικίας ενώ το καλοκαίρι δεν χρησιµοποιείται καθόλου. Για τους παραπάνω λόγους είναι απαραίτητο να κάνουµε δύο διαφορετικούς υπολογισµούς των ηλεκτρικών καταναλώσεων. Ως θερινούς µήνες θεωρούµε τους µήνες Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο, ενώ όλους τους υπόλοιπους ως χειµερινούς. Και στις δύο περιπτώσεις οι υπολογισµοί θα γίνουν για µία τυπική ηµέρα. Σηµείωση: Στην περίπτωσή µας θα κάνουµε και ένα τρίτο υπολογισµό για τον µήνα Απρίλιο, επειδή το φωτοβολταϊκό σύστηµα το σχεδιάζουµε έτσι ώστε για το συγκεκριµένο µήνα να έχουµε 100% κάλυψη φορτίου. Στους παρακάτω πίνακες φαίνονται οι ηλεκτρικές συσκευές της κατοικίας, η ηλεκτρική ισχύς καθεµίας, ο χρόνος λειτουργίας τους κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου και τέλος η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε συσκευή και η συνολική κατανάλωση ενέργειας ηµερησίως. 18

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΤΕΜΑΧΙΑ ΙΣΧΥΣ (W) ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (hours/day) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Wh/day) ΦΩΤΑ Υπόγειο χώροι 2 30 2 120 wc 1 1 11 0,11 1,2 σκάλα 2 16 0,2 6,4 Ισόγειο καθιστικό 4 30 7 840 κουζίνα 2 30 4 240 πέργκολα 2 30 1 60 τµήµα 1 διάδροµος 2 16 0,25 8 δωµάτιο 1 1 30 2 60 closet 1 1 16 0,25 4 δωµάτιο 2 1 30 3 120 wc 1 1 30 1,5 45 πλυντήριο 1 16 0,25 4 τµήµα 2 καθιστικό 1 16 2 32 δωµάτιο 1 30 1 30 wc 1 1 30 0,5 15 πέργκολα 2 20 1 40 Όροφος πατάρι 2 20 1 40 διάδροµος 1 20 0,2 4 wc 1 16 0,2 3,2 γραφείο 2 30 3 180 ΣΥΣΚΕΥΕΣ καφετιέρα 1 800 0,1 80 Κουζίνα ψυγείο 1 250 24 6000 blender 1 300 0,05 15 dish wash 1 1300 1 1300 φουρνάκι 1 - Λειτουργία καυστήρας 1 300 11 3300 κυκλοφορ. 1 400 10,5 4200 πλυντήριο 1 1500 1 1500 σίδερο 1 1000 0,5 500 σκούπα 1 1000 1 1000 garagedoor 1 350 0,05 18 φορτιστές 2 75 1 150 σεσουάρ 1 1000 0,1 100 καθιστικό tv 1 210 4 840 cd player 1 35 1 35 γραφείο PC 1 100 3 300 printer 1 100 0,15 1,5 εργαλεία δράπανο 1 500 0,35 175 σέγα 1 450 0,33 148,5 τριβείο 1 750 0,33 247,5 ΣΥΝΟΛΟ 21952,3 Πίνακας 2.2.1 Ηλεκτρικές καταναλώσεις για το µήνα εκέµβριο 19

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΤΕΜΑΧΙΑ ΙΣΧΥΣ (W) ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (hours/day) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Wh/day) ΦΩΤΑ υπόγειο χώροι 2 30 2 120 wc 1 1 11 0,1 1,1 σκάλα 2 16 0,2 6,2 ισόγειο καθιστικό 4 30 5 600 κουζίνα 2 30 2 120 πέργκολα 2 30 1 60 τµήµα 1 διάδροµος 2 16 0,25 8 δωµάτιο 1 1 30 1 30 closet 1 1 16 0,25 4 δωµάτιο 2 1 30 3 90 wc 1 1 30 1,5 45 πλυντήριο 1 16 0,25 4 τµήµα 2 καθιστικό 1 16 2 32 δωµάτιο 1 30 1 30 wc 1 1 30 0,5 15 πέργκολα 2 20 1 40 όροφος πατάρι 2 20 1 40 διάδροµος 1 20 0,2 4 wc 1 16 0,2 3,2 γραφείο 2 30 2 120 ΣΥΣΚΕΥΕΣ καφετιέρα 1 800 0,1 80 κουζίνα ψυγείο 1 250 24 6000 blender 1 300 0,05 15 dish wash 1 1300 1 1300 φουρνάκι 1 - λειτουργία καυστήρας 1 300 6 1800 κυκλοφορ. 1 400 6 2400 πλυντήριο 1 1500 1 1500 σίδερο 1 1000 0,5 500 σκούπα 1 1000 1 1000 garagedoor 1 350 0,05 17,5 φορτιστές 2 75 1 150 σεσουάρ 1 1000 0,1 100 καθιστικό tv 1 210 4 840 cd player 1 35 1 35 γραφείο PC 1 100 3 300 printer 1 100 0,15 15 εργαλεία δράπανο 1 500 0,35 175 σέγα 1 450 0,33 148,5 τριβείο 1 750 0,33 247,5 ΣΥΝΟΛΟ 17996,2 Πίνακας 2.2.2 Ηλεκτρικές καταναλώσεις για το µήνα Απρίλιο 20

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΤΕΜΑΧΙΑ ΙΣΧΥΣ (W) ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (hours/day) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Wh/day) ΦΩΤΑ υπόγειο χώροι 2 30 2 120 wc 1 1 11 0,1 1,2 σκάλα 2 16 0,2 6,4 ισόγειο καθιστικό 4 30 5 600 κουζίνα 2 30 2 120 πέργκολα 2 30 1 60 τµήµα 1 διάδροµος 2 16 0,25 8 δωµάτιο 1 1 30 1 30 closet 1 1 16 0,25 4 δωµάτιο 2 1 30 3 90 wc 1 1 30 1,5 45 πλυντήριο 1 16 0,25 4 τµήµα 2 καθιστικό 1 16 2 32 δωµάτιο 1 30 1 30 wc 1 1 30 0,5 15 πέργκολα 2 20 1 40 όροφος πατάρι 2 20 1 40 διάδροµος 1 20 0,2 4 wc 1 16 0,2 3,2 γραφείο 2 30 3 180 ΣΥΣΚΕΥΕΣ καφετιέρα 1 800 0,1 80 κουζίνα ψυγείο 1 250 24 6000 blender 1 300 0,05 15 dish wash 1 1300 1 1300 φουρνάκι 1 λειτουργία καυστήρας 1 300 1 300 κυκλοφορ. 1 400 0,9 375 πλυντήριο 1 1500 1 1500 σίδερο 1 1000 0,5 500 σκούπα 1 1000 1 1000 garagedoor 1 350 0,05 18 φορτιστές 2 75 1 150 σεσουάρ 1 1000 0,1 100 καθιστικό tv 1 210 5 1050 cd player 1 35 1 35 γραφείο PC 1 100 3 300 printer 1 100 0,15 1,5 εργαλεία δράπανο 1 500 0,35 175 σέγα 1 450 0,33 148,5 τριβείο 1 750 0,33 247,5 ΣΥΝΟΛΟ 14728,3 Πίνακας 2.2.3 Ηλεκτρικές καταναλώσεις για το µήνα Ιούλιο 21

Τα παραπάνω αποτελέσµατα των πινάκων βγήκαν από το πρόγραµµα Excel. Στο Excel συµπληρώσαµε τις ώρες ή τα λεπτά που λειτουργεί κάθε συσκευή για ένα εικοσιτετράωρο και υπολογίσαµε την ηλεκτρική ισχύ για κάθε συσκευή καθώς και τη συνολική ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την κάλυψη των αναγκών της οικογένειας για µία τυπική ηµέρα. Αυτή τη διαδικασία την κάναµε τρεις φορές, µία για τα φορτία για τους χειµερινούς µήνες, µία για τους θερινούς µήνες και µία για τον Απρίλιο επειδή αυτόν τον µήνα θέλουµε να έχουµε 100% κάλυψη φορτίου. Παρακάτω παρατίθενται οι καµπύλες φορτίου για τους χειµερινούς µήνες, τους θερινούς όπως και για τον Απρίλιο. Καταναλώσεις (W) Εικοσιτετράωρο Δεκέμβριος Απρίλιος Ιούλιος 1 250 250 250 2 250 250 250 3 250 250 250 4 250 250 250 5 313,8 313,75 313,8 6 1524 1524 1049 7 1176 261 266 8 950 250 250 9 573,5 573,5 573,5 10 497,5 497,5 497,5 11 250 250 250 12 250 250 250 13 950 250 250 14 950 250 250 15 1185 1601 486 16 3275,5 2154 2640,5 17 1378 1448 1368 18 2268,2 1762,7 2258,2 19 1454 1444 744 20 1128 1388 853 21 1378,8 1378,75 678,8 22 950 900 250 23 250 250 250 24 250 250 250 Πίνακας 2.2.4 Καµπύλη φορτίου 22

3500 3000 2500 2000 1500 1000 Σειρά1 Σειρά2 Σειρά3 500 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Πίνακας 2.2.5 Γράφηµα καµπύλης φορτίου Στο παραπάνω γράφηµα µε: Μπλε χρώµα, συµβολίζονται οι καταναλώσεις για τον µήνα εκέµβριο Κόκκινο χρώµα, συµβολίζονται οι καταναλώσεις για τον µήνα Απρίλιο Πράσινο χρώµα, συµβολίζονται οι καταναλώσεις για τον µήνα Ιούλιο Όπως προέκυψε από τα παραπάνω δεδοµένα, η µέση ηµερήσια ηλεκτρική κατανάλωση κατά τη διάρκεια των χειµερινών µηνών είναι 21952,3 Wh, µε χρήση καυστήρα, τον Απρίλιο είναι 17996,2 Wh και κατά τη διάρκεια των θερινών ηµερών είναι 14728,3 Wh. Ωστόσο, οι υπολογισµοί δεν µπορούν να είναι 100% ακριβείς επειδή είναι πολύ πιθανό να προκύψουν και πρόσθετες ηλεκτρικές καταναλώσεις κατά τη διάρκεια της ηµέρας, όπως, η χρήση κάποιας συσκευής περισσότερο από ότι συνήθως. Τέλος από την καµπύλη φορτίου βρίσκουµε ότι η µέγιστη ισχύς, για τον µήνα Απρίλιο, της Φ/Β συστοιχίας που τραβάει το σύστηµα σε κάποια στιγµή, ισούται µε 2,154 KW p. 2.3 Επιλογή κλίσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων Η ηλιακή ακτινοβολία που δέχεται µία επιφάνεια µε κλίση, εξαρτάται από το γεωγραφικό της πλάτος, τη γωνία κλίσης και τη χρονική περίοδο. Η βέλτιστη γωνία κλίσης, είναι η γωνία εκείνη µε την οποία τοποθετούνται τα πανέλα ως προς το οριζόντιο επίπεδο, προκειµένου να δέχονται το µέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας και συνεπώς να έχουν τη µέγιστη δυνατή απόδοση, για συγκεκριµένη χρονική περίοδο. Το µέρος που θα εγκατασταθεί το φωτοβολταϊκό σύστηµα, όπως ήδη αναφέρθηκε και παραπάνω, είναι στην περιοχή της Αγίας Παρασκευής του νοµού Θεσσαλονίκης, µε: Γεωγραφικό πλάτος: 40 27` 57`` Βόρεια Γεωγραφικό µήκος: 23 3` 20`` Ανατολικά Υψόµετρο: 233µ 23

Με τη βοήθεια της ιστοσελίδας Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) µπορούµε να βρούµε τη µέση ηµερήσια ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε φωτοβολταϊκά πλαίσια διαφόρων κλίσεων και τη µέση ηµερήσια θερµοκρασία. Πηγή : [3] Εικόνα 2.3.1 Απεικόνιση του περιβάλλοντος του PVGIS Τα αποτελέσµατα των παραπάνω επιλογών φαίνονται στον πίνακα 2.3.1: Month H opt Jan 2404 Feb 3024 Mar 3896 Apr 5171 May 5600 Jun 6384 Jul 6366 Aug 5944 Sep 5149 Oct 4297 Nov 2852 Dec 1696 Year 4405 Πηγή : [3] Πίνακας 2.3.1 Μηνιαία µετεωρολογικά δεδοµένα Στον παραπάνω πίνακα απεικονίζονται τα εξής: H opt : Μέση ηλιακή ακτινοβολία (Wh / m 2 / day). 24

2.4 Τάση συστήµατος Η τάση της φωτοβολταϊκής συστοιχίας πρέπει να ισούται µε την τάση των συσσωρευτών, καθώς και µε την τάση εισόδου του µετατροπέα. Συνήθως, προτιµούµε τάση 12V, 24V ή 48V. Όσο υψηλότερη τάση χρησιµοποιούµε στο σύστηµα τόσο µικρότερο ρεύµα απαιτείται, που συνεπάγεται ελαχιστοποίηση των απωλειών στα καλώδια. Ωστόσο, για να έχουµε υψηλή τάση θα πρέπει να συνδέσουµε µεγάλο πλήθος συσσωρευτών σε σειρά και κάτι τέτοιο αυξάνει υπερβολικά το κόστος εγκατάστασης. Για αυτούς τους λόγους πρέπει να είµαστε ιδιαίτερα προσεκτικοί ως προς την επιλογή της τάσης του συστήµατος. Στην παρούσα µελέτη, αποφασίστηκε να εγκαταστήσουµε inverter τάσης εισόδου 48 V και, συνεπώς, η τάση της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και των συσσωρευτών θα είναι και αυτή 48 V. 2.5 Επιλογή φωτοβολταϊκών πλαισίων Επιλέξαµε να εγκαταστήσουµε φωτοβολταϊκά πλαίσια µονοκρυσταλλικού τύπου κυψελών της εταιρίας Schuco ονοµαστικής ισχύος 185 Wp. Τα χαρακτηριστικά του µοντέλου που επιλέξαµε φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Τύπος κυψελών Μονοκρυσταλλικός Ονοµαστική ισχύς (P mpp ) 185 W p Τάση στη µέγιστη ισχύ ( V mpp ) 36.5 V Τάση ανοιχτού κυκλώµατος 44.8 V (V oc ) Μέγιστο ρεύµα ισχύος (I mpp ) 5.09 A Ρεύµα βραχυκύκλωσης (I sc ) 5.47 A Πίνακας 2.4.1 Χαρακτηριστικά φωτοβολαταϊκών πλαισίων Πηγή : [5] Οπότε, σύµφωνα µε τα παραπάνω, για να έχουµε ισχύ 17,996 KWh/ηµέρα, κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς. Η επιφάνεια που θα χρειαστούµε για να τοποθετηθούν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια υπολογίζεται ως εξής: E(Wh/m 2 ) x S(m 2 ) x n panel = E(Wh/day)/n µπαταρίας Αντικαθιστώντας έχουµε: S =,, = 30m2 25

Άρα, η ισχύς των φωτοβολταϊκών πλαισίων που θα καλύπτουν τα 30m 2,θα είναι: 30(m 2 )x145(w/m 2 ) = 4350W. = 23,51 Το πλήθος των φωτοβολταϊκών πλαισίων που θα χρειαστούµε δίνεται από: ηλαδή, θα χρειαστούµε 24 φωτοβολταϊκά πλαίσια. Ακόµα, 24x185 = 4440 Wp. Αυτόν τον υπολογισµό τον κάνουµε επειδή θέλουµε να έχουµε και ένα µικρό περιθώριο για κάλυψη αυξηµένης κατανάλωσης (π.χ φορτία αιχµής). ώρες. Τον Απρίλιο οι ώρες που µεσολαβούν µεταξύ ανατολής και δύσης ηλίου είναι 12 Όµως, την ίδια ποσότητα ακτινοβολίας θα παίρναµε αν θεωρούσαµε ότι για 4 ώρες είχαµε συνθήκες stc,δηλαδή 1000 W/m 2. 185x24x4 = 17,760 KWh/day(ηµερησίως) είναι οι KWh/day που θα µας δώσει το σύστηµά µας τον µήνα Απρίλιο. Για την εγκατάστασής µας θα χρησιµοποιήσουµε 6 string τα οποία θα συνδεθούν παράλληλα των 4 πάνελ. Σύµφωνα µε το παραπάνω και γνωρίζοντας την ονοµαστική ισχύ κάθε πάνελ, που ισούται µε 185 Wp, µπορούµε να υπολογίσουµε την ισχύ κάθε συστοιχίας: 4x185 = 740 W 26

Πηγή : [5] 2.6 Επιλογή και απαιτούµενος αριθµός συυσσωρευτών (Μπαταριών) Με γνώµονα τα χαρακτηριστικά που δίνουν οι κατασκευαστές, επιλέξαµε να εγκαταστήσουµε συσσωρευτές Sunlight διότι υπερέχουν έναντι πολλών άλλων συσσωρευτών. Πιο συγκεκριµένα, έχουν µεγάλο βάθος εκφόρτισης, έως και 80%, συντελεστής απόδοσης α=80%. Επιπλέον, επειδή πρόκειται για σύστηµα που θα λειτουργεί καθ' όλη την διάρκεια του έτους πρέπει να λάβουµε υπ όψιν µας τις πιθανές διαδοχικές ηµέρες συννεφιάς καθ' Όλη τη διάρκεια του έτους. Εµείς, θα σχεδιάσουµε το σύστηµά µας ώστε να παρέχει αυτονοµία για µία ηµέρα συννεφιάς, κατά τους χειµερινούς µήνες και τους θερινούς. Τότε, η ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας των συσσωρευτών πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση µε: 27

(η ηµερήσια ενέργεια του συστήµατός µας είναι ίση µε 17996 Wh) Ε = S p x E j = 1 x 17996 = 17996 Wh Έστω ότι χρησιµοποιούµε συσσωρευτές οι οποίοι µας δίνουν τάση εξόδου 48V. H ονοµαστική χωρητικότητα των συσσωρευτών πρέπει να είναι: C n = Ε = = 585,807 Ah,, Για να βρούµε τον αριθµό των συσσωρευτών που χρειαζόµαστε θα κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό:, = 24 (Μπορούµε να σχεδιάσουµε µόνο µε τη µισή χωρητικότητα του συσσωρευτή για να έχουµε µεγάλη διάρκεια ζωής του συσσωρευτή). Οπότε, σύµφωνα µε τους παραπάνω υπολογισµούς θα διαλέξουµε 24 συσσωρευτές των 2 V ο καθένας. Οι συσσωρευτές που επιλέξαµε είναι της εταιρίας sunlight, τύπου 5Opzs500 και µε χωρητικότητα ίση µε 589 Ah ο καθένας και µε ρεύµα φόρτισης περίπου ίσο µε 59 Α (δηλαδή το 10% της χωρητικότητας των συσσωρευτών). Προκειµένου να επιτευχθεί η τάση λειτουργίας της συστοιχίας των συσσωρευτών, η οποία είναι 48V, πρέπει να τοποθετηθούν σε σειρά 24 τέτοιοι συσσωρευτές. Ένα ακόµα χαρακτηριστικό των συσσωρευτών, είναι ο δείκτης σχετικά µε το ρυθµό εκφόρτισής τους. Ανάλογα µε αυτόν το δείκτη καθορίζεται και η χωρητικότητα του συσσωρευτή. Σύµφωνα µε τους συσσωρευτές που επιλέξαµε οι χωρητικότητές τους έχουν ρυθµό εκφόρτισης 10 ωρών (C 10 ). Έτσι, αφού η χωρητικότητα του συσσωρευτή είναι 589 Ah µε δείκτη εκφόρτισης C 10, αυτό σηµαίνει ότι τα 589 Ah του συσσωρευτή επιτυγχάνονται όταν η σταδιακή του εκφόρτιση διαρκεί 10 ώρες. Τέλος, υπολογίζουµε την ηµερήσια ισχύ που θα µας δώσουν οι συσσωρευτές που επιλέξαµε: E = 589x48 = 28272 Wh ηλαδή, 28,272 KWh είναι η ηµερήσια ισχύς που θα µας δίνουν οι συσσωρευτές που επιλέξαµε. 28

Πηγη : [6] 2.7 Επιλογή αντιστροφέα (Inverter) Στη έξοδο της φωτοβολταϊκής γεννήτριας θα βάλουµε έναν inverter της εταιρίας SMA. Η µέγιστη ισχύς της φωτοβολταϊκής γεννήτριας είναι 4440 Wp, οπότε επιλέγουµε inverter τύπου Sunny Boy 5000TL της εταιρίας SMA. Ο παραπάνω inverter έχει τα εξής τεχνικά χαρακτηριστικά: Μέγιστη ισχύ εισόδου: 5300 W (οπότε έχουµε και περιθώριο µελλοντικής επέκτασης του συστήµατος). Μέγιστη τάση εισόδου (V MPP ): 550 V. Επιπλέον, ο inverter (Sunny Boy 5000TL) που επιλέξαµε έχει δύο εισόδους (Α και Β).Η κάθε είσοδος έχει µέγιστο ρεύµα εισόδου (I MPP ) 15 Α. Συνδέουµε τρία string στην είσοδο Α και τρία string στην είσοδο Β (δηλαδή έξι string συνολικά παράλληλα των τεσσάρων Φ/Β πάνελ), οπότε είµαστε στα επιτρεπτά όρια ρεύµατος και έχουµε περιθώριο από τυχόν απότοµη αύξηση ρεύµατος. Κάθε string έχει ονοµαστική τάση εισόδου ίση µε 4x36,5=146 V, που παρατηρούµε ότι βρίσκεται µέσα στα επιτρεπτά όρια του αντιστροφέα, και ρεύµα εισόδου (I MPP ) ίσο µε 5,09 Α. 29

Πηγή : [4] 2.8 Επιλογή ρυθµιστή φόρτισης (Charge controller) Τα αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα πρέπει να έχουν και έναν ρυθµιστή φόρτισης (charge controller). Όµως, στην εγκατάστασή µας θα χρησιµοποιήσουµε ακόµα ένα inverter επειδή θέλουµε να έχουµε στο σύστηµά µας AC σύνδεση αλλά και για να ρυθµίζει την ισχύ που χρειαζόµαστε για να φορτίσουµε τους συσσωρευτές. Οπότε, στην περίπτωσή µας χρειαζόµαστε έναν inverter στα 48 V που θα συνδεθεί στο φορτίο των 2154 Wp. Επίσης, ο inverter θα πρέπει να έχει περιθώριο για τυχόν παραπάνω αύξηση φορτίου για οποιονδήποτε λόγο. Ο inverter που θα χρησιµοποιήσουµε είναι της εταιρίας SMA και τύπου Sunny Island 4248 και έχει τα παρακάτω τεχνικά χαρακτηριστικά: Ονοµαστική τάση εξόδου 230 V (AC), στα 50 Hz. 30

Συνεχής ισχύς AC στους 25 C: 4200 W. Μέγιστος βαθµός απόδοσης: 95%. Τάση εισόδου συσσωρευτών: 48 V. Ιδιοκατανάλωση: 22 W/4 W. Σύµφωνα µε τα παραπάνω χαρακτηριστικά, βλέπουµε ότι έχουµε και περιθώριο αύξησης του φορτίου ή µελλοντική αύξηση (ή φορτία αιχµής). Ο συγκεκριµένος inverter (Sunny Island 4248) έχει ρυθµιστή φόρτισης (charge controller) και αξιόπιστη προστασία βαθιάς εκφόρτισης (reliable deep discharge protection), και είναι κατάλληλος για χωρητικότητες 100-6000 Ah, για συσσωρευτές των 48 V και αντέχει µέχρι 100 Α µέγιστο ρεύµα φόρτισης συσσωρευτή. Οπότε, σύµφωνα µε τα παραπάνω µας κάνει για να φορτίσουµε τους συσσωρευτές µας. Επιπλέον, αφού οι έξοδοι των inverters Sunny Boy και Sunny Island είναι 230 V (AC), δεν θα υπάρξει κανένα πρόβληµα αν συνδεθούν µαζί στην AC πλευρά. 31

Πηγή : [16] 2.9 Επιλογή γεννήτριας για τη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση Επιπλέον για τον σχεδιασµό της εγκατάστασής µας, είναι απαραίτητη η σύνδεση µίας γεννήτριας στην είσοδο του inverter (Sunny Island 4248 ). Τις µπαταρίες του συστήµατός µας, τις επιλέξαµε να έχουν αυτονοµία µίας ηµέρας και είναι πολύ πιθανόν να υπάρξουν κάποιες ηµέρες παρατεταµένης συννεφιάς, µε αποτέλεσµα οι µπαταρίες να παραµένουν άδειες. Για αυτό το σκοπό χρησιµοποιούµε γεννήτριες ντήζελ, οι οποίες λειτουργούν µε πετρέλαιο. Σύµφωνα µε τα χαρακτηριστικά της εγκατάστασής µας θα χρειαστούµε µία γεννήτρια που να πληρεί τα παρακάτω κριτήρια: 32

Α) Θα πρέπει να καλύπτει το µέγιστο στιγµιαίο φορτίο του σπιτιού ανά ηµέρα, που στην περίπτωσή µας είναι 2154 W (Για πρακτικούς λόγους σε αυτήν την περίπτωση ως µέγιστο στιγµιαίο φορτίο θα πάρουµε τα 1500 W και όχι τα 2154 W). Β) Να µπορεί να φορτίζει τους συσσωρευτές (V συσσωρευτών x I εκφόρτισης = 52 x 59 = 3068 W, όπου V = 2,15 x 24 = 52 V (δηλαδή η συνολική τάση κάθε συσσωρευτή επί τον αριθµό των συσσωρευτών που έχουµε χρησιµοποιήσει στην εγκατάστασή µας). Γ) Και σύµφωνα µε τα παραπάνω η γεννήτρια που θα επιλέξουµε θα πρέπει να παρέχει ηµερησίως στην κατοικία το φορτίο των 3068+1500 = 4568 W (όταν, βέβαια, είναι απαραίτητη η λειτουργία της). Σαν καταλληλότερη επιλογή γεννήτριας θα ήταν µία γεννήτρια των 6 KVA. Όµως, θα πρέπει να λάβουµε υπ όψιν µας και τι θα συµβεί όταν πέσει η ζήτηση του φορτίου. ηλαδή, η γεννήτρια των 6 KVA θα µπορεί να δουλέψει όλο το 24ωρο αλλά µε ολικό φορτίο σπιτιού για 2 ώρες και µε µερικό φορτίο σπιτιού τις υπόλοιπες 22 ώρες. Από αυτά καταλαβαίνουµε ότι δε θα έχουµε καλή απόδοση της γεννήτριας, οπότε είναι προτιµότερο να επιλέξουµε µία γεννήτρια µικρότερη. Για παράδειγµα, µπορούµε να επιλέξουµε µία γεννήτρια των 4 KVA, που θα µπορεί να εξοικονοµήσει καύσιµο και θα έχει καλύτερο βαθµό απόδοσης. Η επιλογή της γεννήτριας των 4 KVA έναντι της γεννήτριας των 6 KVA είναι η καταλληλότερη για τους παρακάτω λόγους: Η γεννήτρια των 4 KVA δουλεύει µε µέγιστη απόδοση όταν: 1) το φορτίο που συνδέεται είναι κοντά στο ονοµαστικό της φορτίο. 2) οι µεταβαλλόµενες απώλειες ισούνται µε τις σταθερές απώλειες (I 2 L x R a = W c,όπου I L είναι το ρεύµα φορτίου). Όµως, όσο αποκλίνουµε από την παραπάνω συνθήκη τόσο θα πέφτει και η απόδοση της γεννήτριας. Σύµφωνα µε τα παραπάνω καταλαβαίνουµε ότι µε γεννήτρια των 4 KVA έχουµε και καλύτερη απόδοση αλλά έχουµε και εξοικονόµηση καυσίµων. Συµπέρασµα: Η γεννήτρια των 4 KVA θα δουλεύει το περισσότερο διάστηµα µε φορτίο κοντά στο ονοµαστικό της. ηλαδή θα καλύπτει το φορτίο του σπιτιού και ότι περισσεύει θα το στέλνει στους συσσωρευτές για την φόρτισή τους. Με αυτόν τον τρόπο έχουµε την καλύτερη απόδοση της γεννήτριας. Η γεννήτρια που επιλέξαµε είναι της εταιρίας GenMec και τύπου Gen Mec 40. 33

Πηγή : [13] Πίνακας 2.9.1 Χαρακτηριστικά εφεδρικής γεννήτριας Πηγή : [13] 2.10 Ενεργειακή εκτίµηση της εφεδρικής γεννήτριας Σε αυτήν την παράγραφο, θα γίνει υπολογισµός του ποσοστού της ενέργειας (που χρειάζεται το σύστηµά µας ολόκληρο το χρόνο) που καλύπτεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και από τη γεννήτρια. Από την ιστοσελίδα Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), υπολογίζουµε την ενέργεια που παράγεται κάθε µήνα και ηµερησίως για όλους τους µήνες του χρόνου. 34

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΝΑ ΜΗΝΑ((kWh) ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΝΑ ΗΜΕΡΑ((kWh) ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 70 2,3 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 79 2,8 ΜΑΡΤΙΟΣ 111 3,6 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 140 4,7 ΜΑΙΟΣ 153 4,9 ΙΟΥΝΙΟΣ 164 5,5 ΙΟΥΛΙΟΣ 169 5,4 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 157 5,1 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 135 4,5 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 120 3,9 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 79 2,6 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 49 1,6 ΣΥΝΟΛΟ 119 3,9 Πίνακας 2.10.1 Μηνιαία και ηµερήσια µετεωρολογικά δεδοµένα Πηγή : [3] Από τον Απρίλιο έως τον Σεπτέµβριο η Diesel γεννήτρια δεν θα χρειαστεί να δουλέψει (εκτός απροόπτου), επειδή το σύστηµά µας είναι σχεδιασµένο για να παρέχει 100% κάλυψη τον Απρίλιο. Ακόµη, και σε όλους τους υπόλοιπους µήνες µέχρι τον Σεπτέµβριο έχουµε τουλάχιστον ίση ή περισσότερη ηλιοφάνεια µε τον Απρίλιο. Όµως, από Οκτώβριο µέχρι Μάρτιο όπου η ηλιοφάνεια δεν είναι αρκετή για να δουλέψει το σύστηµά µας θα πρέπει να δουλέψει η Diesel γεννήτρια. Παρακάτω υπολογίζονται (κατά µέσο όρο),για τους χειµερινούς µήνες, η ενέργεια που θα παρέχει η γεννήτρια κάθε µήνα στο σύστηµά µας, ο χρόνος που θα χρειαστεί να δουλεύει η γεννήτρια και το καύσιµο που θα καίει κάθε µήνα (εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%). Για τον µήνα Ιανουάριο: E real = 2,3x4,44 = 10,2 KWh/day Ε PV = 10,2 kwh/day x 31 = 316,2 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Ιανουάριο είναι περίπου 21 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Ιανουάριο είναι: E LOAD = 21 kwh/day x 31 days = 651 kwh 35

WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 21-(10,2x0,97) = 11,11 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Ιανουάριο είναι ίση µε 21 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, το Ιανουάριο θα έχουµε περίπου 11,11 KWh/day έλλειµµα. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4 KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα Ιανουάριο, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 11,11/(4x0,8) = 3,472 hours/day 3,472x31 = 107,632 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η Diesel γεννήτριά µας τον Ιανουάριο θα λειτουργεί περίπου 3 ώρες και 40 λεπτά την ηµέρα, δηλαδή περίπου 108 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον Ιανουάριο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (11,11x0,95)x31 = 327,190 KWh (Όπου 0,95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248) 327,190/(10x0,3) = 109,063 Liters ηλαδή η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 327,190 KWh και θα καίει 109,063 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 48,57%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Και 51,43% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Φεβρουάριο: E real =2,8x4,44 = 12,4 KWh/day Ε PV = 12,4 kwh/day x 28 = 347,2 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Φεβρουάριο είναι περίπου 20,55 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Φεβρουάριο είναι: 36

E LOAD = 20,55 kwh/day x 28 days = 575,4 kwh WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 20,55-(12,4x0,97) = 8,522 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Φεβρουάριο είναι ίση µε 20,55 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, το Φεβρουάριο θα έχουµε περίπου 8,522 KWh/day έλλειµµα. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα Φεβρουάριο κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 8,522/(4x0,8) = 2,663 hours/day 2,663x30 = 79,89 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η Diesel γεννήτριά µας τον Φεβρουάριο θα λειτουργεί περίπου 3 ώρες την ηµέρα, δηλαδή περίπου 80 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον Φεβρουάριο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (8,522x0,95)x30 = 242,877 KWh (Όπου 0,95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248) 242,877/(10x0,3)=80,959 Liters ηλαδή, η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 242,877 KWh και θα καίει 81 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 60,34%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Και 39,66% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Μάρτιο: E real = 3,6x4,44 = 16 KWh/day Ε PV = 16 kwh/day x 30 = 480 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Μάρτιο είναι περίπου 18,5 kwh/day. 37

Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Μάρτιο είναι: E LOAD = 18,5 kwh/day x 31 days = 573,5 kwh WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 18,5-(16x0,97) = 2,98 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Μάρτιο είναι ίση µε 18,5 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Μάρτιο θα έχουµε περίπου 2,98 KWh/day έλλειµµα. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4 KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η Diesel γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα Μάρτιο κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 2,98/(4x0,8) = 0,931 hours/day 0,931x31 = 28,861 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Μάρτιο θα λειτουργεί περίπου 1 ώρα την ηµέρα, δηλαδή περίπου 29 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον Μάρτιο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (2,98x0,95)x31 = 87,761 KWh (Όπου 0.95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248)). 87,761/(10x0,3)=29,254 Liters ηλαδή η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 87,761 KWh και θα καίει 29,254 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: EPV ESolFrac = x 100% = x 100% = 83,7%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα E, φωτοβολταϊκά πάνελ. Και 16,3% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Απρίλιο: E real = 4,7x4,44 = 20,87 KWh/day, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια ηµερησίως. Ε PV = 20,87 kwh/day x 30 = 626,1 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. 38

Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Απρίλιο είναι περίπου 18 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Απρίλιο είναι: E LOAD = 18 kwh/day x 30 days = 540 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 18-(20,87x0,97) = -2,24 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Απρίλιο είναι ίση µε 16,7KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Απρίλιο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Απρίλιο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 115,94%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Απρίλιο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Μάϊο: E real = 4,9 x 4,44 = 21,76 KWh/day, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια ηµερησίως. Ε PV = 21,76 kwh/day x 31 = 674,56 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Μάϊο είναι περίπου 14,73 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Μάϊο είναι: E LOAD = 14,73 kwh/day x 31 days = 456,63 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 14,73-(21,76x0,97) = -6,38 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Μάϊο είναι ίση µε 14,73KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Μάϊο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Μάϊο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. 39

Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 147,73%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Μάϊο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Ιούνιο: E real = 5,5 x 4,44 = 24,42 KWh/day, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια ηµερησίως. Ε PV = 24,42 kwh/day x 30 = 732,6 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Ιούνιο είναι περίπου 14,73 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Ιανουάριο είναι: E LOAD = 14,73 kwh/day x 30 days = 441,9 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 14,73-(24,42x0,97) = -8,96 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Ιούνιο είναι ίση µε 14,73 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Ιούνιο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Ιούνιο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 147,73%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Μάϊο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. 40

Για τον µήνα Ιούλιο: E real = 5,4 x 4,44 = 23,98 KWh/day Ε PV = 23,98 kwh/day x 31 = 743,38 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Ιούλιο είναι περίπου 14,73 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Ιούλιο είναι: E LOAD = 14,73 kwh/day x 31 days = 456,63 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 14,73-(23,98x0,97) = -8,53 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Ιούλιο είναι ίση µε 14,73 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Ιούλιο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Ιούλιο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 162,8%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Μάϊο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Αύγουστο: E real = 5,1 x 4,44 = 22,64 KWh/day Ε PV = 22,64 kwh/day x 31 = 701,84 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Αύγουστο είναι περίπου 14,73 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Αύγουστο είναι: E LOAD = 14,73 kwh/day x 31 days = 456,63 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 14,73-(22,64x0,97) = -7,23 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Αύγουστο είναι ίση µε 14,73 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) 41

ηλαδή, τον Αύγουστο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Αύγουστο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 153,7%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Αύγουστο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Για τον µήνα Σεπτέµβριο: E real = 4,5x4,44 = 19,98 KWh/day Ε PV = 19,98 kwh/day x 30 = 599,4 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Αύγουστο είναι περίπου 16,7 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Σεπτέµβριο είναι: E LOAD = 16,7 kwh/day x 30 days = 501 kwh WR = W (summer) -( E real(summer) x0,97) = 16,7-(19,98x0,97) = -2,68 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Σεπτέµβριο είναι ίση µε 16,7KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter ((Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Σεπτέµβριο δεν θα έχουµε έλλειµµα. Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Σεπτέµβριο θα λειτουργεί 0 ώρες την ηµέρα, δηλαδή 0 ώρες τον µήνα. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = x 100% = 119,64%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ. ηλαδή, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ τον Μάϊο είναι 100%. Και 0% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. 42

Για τον µήνα Οκτώβριο: E real = 3,9x4,44 = 17,316 KWh/day Ε PV = 17,32 kwh/day x 31 = 536,92 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Οκτώβριο είναι περίπου 19 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Οκτώβριο είναι: E LOAD = 19 kwh/day x 31 days = 589 kwh WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 19-(17,316x0,97) = 2,203 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Οκτώβριο είναι ίση µε 19 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Οκτώβριο θα έχουµε περίπου 2.203 KWh/day έλλειµµα. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4 KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα Οκτώβριο κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 2,203/(4x0,8) = 0,688 hours/day 0,688x31 = 21,328 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Οκτώβριο θα λειτουργεί περίπου 1 ώρα την ηµέρα, δηλαδή περίπου 22 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον Οκτώβριο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (2,203x0,95)x31 = 64,878 KWh (Όπου 0,95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248)). 64,878 /(10x0,3)=21,626 Liters ηλαδή η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 64,878 KWh και θα καίει 21,626 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς:, ESolFrac = x 100% = τα φωτοβολταϊκά πάνελ. x 100% = 91,16%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν Και 8.84% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. 43

Για τον µήνα Νοέµβριο: E real = 2,6x4,44 = 11,6 KWh/day Ε PV = 11,6 kwh/day x 30 = 348 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα Νοέµβριο είναι περίπου 21,9 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον Νοέµβριο είναι: E LOAD = 21,9 kwh/day x 30 days = 657 kwh WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 21,9-(11,6x0,97) = 10,648 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα Νοέµβριο είναι ίση µε 21,9 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, τον Νοέµβριο θα έχουµε περίπου 10,648 KWh/day έλλειµµα. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4 KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα Νοέµβριο κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 10,648/(4x0,8) = 3,328 hours/day 3,328x30 = 99,84 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η γεννήτριά µας τον Νοέµβριο θα λειτουργεί περίπου 3 ώρες και 30 λεπτά την ηµέρα, δηλαδή περίπου 100 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον Νοέµβριο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (10,648x0,95)x30 = 303,468 KWh (Όπου 0.95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248)). 303,468/(10x0,3) = 101,156 Liters ηλαδή η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 303,468 KWh και θα καίει 101,156 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: ESolFrac = x 100% = x 100% = 52,97%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Και 47,03% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. 44

Για τον µήνα εκέµβριο: E real = 1,6x4,44 = 7,104 KWh/day Ε PV = 12,4 kwh/day x 30 = 372 kwh, είναι η ενέργεια που παράγουν όλα τα φωτοβολταϊκά πλαίσια το µήνα. Σύµφωνα µε υπολογισµούς που έχουµε κάνει το απαιτούµενο φορτίο ηµερησίως για τον µήνα εκέµβριο είναι περίπου 21,9 kwh/day. Οπότε, η ενέργεια που απαιτείται να καλυφθεί τον εκέµβριο είναι: E LOAD = 21,9 kwh/day x 31 days = 678,9 kwh WR = W (winter) -( E real(winter) x0,97) = 21,9-(7,104x0,97) = 15,009 KWh/day (Όπου η κατανάλωση του σπιτιού για τον µήνα εκέµβριο είναι ίση µε 21,9 KWh/day και 0,97 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter (Sunny Boy 5000TL).) ηλαδή, το εκέµβριο θα έχουµε περίπου 15,009 KWh/day έλλειµµα. *Οι συσσωρευτές που έχουµε επιλέξει είναι σχεδιασµένοι έτσι ώστε να προσφέρουν µία µέγιστη ισχύ στο σύστηµά µας: 589x48x0,8 = 22617,6 Wh ή περίπου 22,6 KWh. Η Diesel γεννήτρια θα δουλέψει για την κάλυψη αναγκών του σπιτιού και για την φόρτιση των συσσωρευτών. Η Diesel γεννήτρια που έχουµε επιλέξει είναι των 4KVA µε γωνία φόρτισης 0,8, οπότε για να βρούµε το πόσες ώρες θα δουλεύει η γεννήτριά µας ηµερησίως τον µήνα εκέµβριο κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: 15,009/(4x0,8) = 4,690 hours/day 4,690x31 = 145,390 hours Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η Diesel γεννήτριά µας τον εκέµβριο θα λειτουργεί περίπου 5 ώρες την ηµέρα, δηλαδή περίπου 146 ώρες τον µήνα. Τώρα, για να βρούµε πόση ενέργεια θα παρέχει η Diesel γεννήτρια (κατά µέσο όρο) τον εκέµβριο και πόσο καύσιµο θα καίει εάν η θερµογόνος δύναµη είναι 10 KW ανά λίτρο και ο βαθµός απόδοσης εσωτερικής καύσης του κινητήρα είναι 30%, κάνουµε τον παρακάτω υπολογισµό: E BkUp = (15,151x0,95)x31=442,015 KWh (Όπου 0,95 είναι ο βαθµός απόδοσης του inverter(sunny Island 4248)). 442,015/(10x0,3) = 147,338 Liters ηλαδή η Diesel γεννήτρια θα παρέχει στο σύστηµά µας ενέργεια ίση µε 442,015 KWh και θα καίει 147,338 λίτρα καύσιµο. Τώρα για να βρούµε το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν τα φωτοβολταϊκά πάνελ και η εφεδρική γεννήτρια θα κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: 45

ESolFrac = x 100% = x 100% = 54,79%, το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτουν, τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Και 45,21% το ποσοστό της ενέργειας που καλύπτει η εφεδρική γεννήτρια. Παρακάτω ακολουθεί ένας συνοπτικός πίνακας που περιέχει όλα τα παραπάνω αποτελέσµατα. Ε PV E LOAD (kwh) E BkUp (kwh) ESolFrac (%) ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 316,2 651 327,190 48,57 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 347,2 575,4 242,877 60,34 ΜΑΡΤΙΟΣ 496 573,5 87,761 83,7 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 626,1 540 0 100 ΜΑΙΟΣ 674,56 456,63 0 100 ΙΟΥΝΙΟΣ 732,6 441,9 0 100 ΙΟΥΛΙΟΣ 743,38 456,63 0 100 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 701,84 456,63 0 100 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 599,4 501 0 100 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 536,92 589 64,878 91,16 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 348 657 303,468 52,97 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 220,1 678,9 519,89 54,79 ΣΥΝΟΛΟ 6342,3 6577,59 128,84 87,19 Πίνακας 2.10.2 Πίνακας αποτελεσµάτων 2.11 Επιλογή τύπου και διατοµή καλωδίων 2.11.1 Φ/Β πάνελς-inverter (Sunny Boy 5000TL) Η επιλογή της διατοµής των καλωδίων γίνεται µε βάση τα παρακάτω κριτήρια: Α) H πτώση τάσης να είναι µικρότερη από 1% Β) το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου να είναι µεγαλύτερο από το ρεύµα που θα δώσουν τα string στους 70 o C (τα καλώδια που χρησιµοποιούνται για τις συνδέσεις των πλαισίων θα πρέπει να έχουν µόνωση ανθεκτική τουλάχιστον έως 70 o C) (I cable 1,25*I max, string ). V oc(-10 oc) = (1-35 x V/100)xV oc(stc) (1) T = -10-25 = -35 o C (2) V/100 = -0.33% (3) V oc(stc) = 44,8 V (4) 46

Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (2),(3),(4) στην (1),προκύπτει: V oc(-10 oc) = (1+35 x 0,33/100)x44,8 = 49,974 V Ακόµη, V oc(-10 oc) = 8x49,974 = 399,792 V Σύµφωνα µε το παραπάνω αποτέλεσµα µπορούµε να διαλέξουµε καλώδιο τύπου HO7RN-F µε ονοµαστική τάση καλωδίου 450/750 V. A = = ( ) = 0,620 mm² ², (, )² Όπου, L (m) : Μήκος του καλωδίου Ρ (W) : Ισχύς του string ε : Πτώση τάσης (η πτώση τάσης πρέπει να είναι µικρότερη από 1%) V (V) : Συνολική τάση των string k : ειδική αγωγιµότητα για 20 0 C ( k=56 m/ω mm 2 για Cu και k=36 m/ω mm 2 για Al) Οπότε, σύµφωνα µε τον παραπάνω υπολογισµό έχουµε Α=0,620 mm², άρα επιλέγουµε για διατοµή καλωδίου τα 4 mm². Τελικά, θα επιλέξουµε 6 καλώδια τύπου HO7RN-F µε διατοµή καλωδίου 4 mm². Τώρα, για να ελέγξουµε εάν το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το ρεύµα που θα δώσουν τα string κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: Υπολογισµός ρεύµατος βραχυκύκλωσης στους 70 o C: I sc(70 o C) = (1+ T x V/100)xI sc(stc) (1) T = 70-25 = 45 o C (2) V/100 = +0,030% (3) I sc(stc) = 5,47 A (4) 47

Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (2),(3),(4) στην (1),προκύπτει: I sc(70 o C) = (1+45 x 0,030/100)x5,47 = 5,544 A (5) Υπολογισµός µέγιστου ρεύµατος φόρτισης των καλωδίων: Ι cable = Ι*f θ *f c *f i (6) Ι= µέγιστο επιτρεπόµενο ρεύµα (σε Α) καλωδίων τοποθετηµένων στο έδαφος, δίνεται στον πίνακα 7.9 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. Ισχύει για: βάθος ταφής 0.7 m, θερµοκρασία εδάφους 20 o C, ειδική θερµική αντίσταση εδάφους k=1 O K*m/W ( o K= βαθµός Kelvin), ένα σύστηµα µονοφασικό ή τριφασικό. f θ = ένας συντελεστής εξαρτώµενος από τη θερµοκρασία του εδάφους, δίνεται στον πίνακα 7.10 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου (συντελεστής διόρθωσης για θερµοκρασία εδάφους διαφορετική από 20). f c =συντελεστής εξαρτώµενος από την ειδική αγωγιµότητα του εδάφους, δίνεται στον πίνακα 7.11 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου (συντελεστής διόρθωσης για ειδική θερµική αντίσταση εδάφους διαφορετική από 2.5 K.m/W). f i =συντελεστής εξαρτώµενος από το πλήθος των συστηµάτων που γειτνιάζουν και είναι τα καλώδια σε επαφή µε το έδαφος, δίνεται στον πίνακα 7.12 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου (συντελεστής διόρθωσης για περισσότερα από ένα κυκλώµατα µε καλώδια θαµµένα κατευθείαν στο έδαφος). Σύµφωνα µε τους παραπάνω συντελεστές η εξίσωση (6) προκύπτει: Ι cable = 44*0,96*1*0,70* = 29,568 A (7) Από την εξίσωση (5) και (7) προκύπτει: I cable 1,25xI max, string 29,568 Α 1,25x5,544 Α 29,568 Α 6,93 Α Από το παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η διατοµή του καλωδίου των 4 mm² µας καλύπτει γιατί το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το ρεύµα που θα δώσουν τα string στους 70 o C. 48

2.11.2 Inverter (Sunny Boy 5000TL)-Inverter (Sunny Island 4248) Η επιλογή της διατοµής των καλωδίων γίνεται µε βάση τα παρακάτω κριτήρια: Α) H πτώση τάσης να είναι µικρότερη από 1% Β) Το ρεύµα της µέγιστης επιτρεπόµενης φόρτισης του καλωδίου θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη από το µέγιστο ρεύµα του inverter (Sunny boy 5000TL) (I cable I max, inverter (Sunny boy 5000TL)). A = =, = 1,708 mm2 Όπου, L (m) : Μήκος του καλωδίου I (A) : Μέγιστο ρεύµα εξόδου του inverter cosφ : συντελεστής ισχύος (cosφ=1,στην καλύτερη περίπτωση) ε : Πτώση τάσης (η πτώση τάσης πρέπει να είναι µικρότερη από 1%) V (V) : Τάση που δίνει ο inverter k : ειδική αγωγιµότητα για 20 0 C ( k=56 m/ω mm 2 για Cu και k=36 m/ω mm 2 για Al) Οπότε, σύµφωνα µε τον παραπάνω υπολογισµό έχουµε A=1,708 mm² ιαλέγουµε την αµέσως επόµενη διατοµή δηλαδή τα 4 mm². Τελικά, θα επιλέξουµε 1 καλώδιο τύπου J1VV µε διατοµή 4 mm². Τώρα, για να ελέγξουµε εάν το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα του inverter κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: Ι cable = Ι ο *f 1 *f 2 *f 3 *f 4*f 5 (1) I o = µέγιστο συνεχώς επιτρεπόµενο ρεύµα, δίνεται στον πίνακα 7.26 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. για: θερµοκρασία εδάφους θ=20 o C, συντελεστή φόρτισης m=0.7 (µέση/µέγιστη ισχύ), ειδική θερµική αντίσταση εδάφους σ=1,0 Km/W, ένα ενταφιασµένο τριφασικό σύστηµα, τα καλώδια είναι γειωµένα στα δύο τους άκρα, δηλαδή έχουν συµπεριληφθεί ρεύµατα µανδύων σε µονοπολικά καλώδια. 49

f 1 = συντελεστής για διαφορετικά θ, m, και σ, δίνεται στον πίνακα 7.32 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 2 = συντελεστής για περισσότερα του ενός συστήµατα, δίνεται στον πίνακα 7.36 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 3 = 0.85 όταν το καλώδιο βρίσκεται σε σωλήνα πάνω από 6 m µήκος. f 4 = 1 επειδή δεν υπάρχουν προστατευτικά ή σκεπάσµατα που εγκλείουν αέρα. f 5 = συντελεστής για πολυπολικά καλώδια µε περισσότερους των τριών αγωγών, δίνεται στον πίνακα 7.25 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. Σύµφωνα µε τους παραπάνω συντελεστές η εξίσωση (1) προκύπτει: Ι cable = 54*1*1*1*1*1 = 54 Α Οπότε: I cable I max, inverter 54 Α 22 Α Από το παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η διατοµή του καλωδίου των 4 mm² µας καλύπτει γιατί το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα του inverter. 2.11.3 Inverter (Sunny Island 4248)-Συσσωρευτές (Μπαταρίες) I φόρτισης = ί = = 42,071 A I εκφόρτισης = C ί = 589 = 58,9 A h2 10 Όπου, C µπαταρίας : είναι η χωρητικότητα της µπαταρίας που έχουµε επιλέξει h 1 : είναι οι ώρες που φορτίζονται οι µπαταρίες µας h 2 : είναι οι ώρες που εκφορτίζονται οι µπαταρίες µας 50

Από τα παραπάνω παρατηρούµε ότι: I εκφόρτισης > I φόρτισης Οπότε τη διατοµή του καλωδίου µας θα την πάρουµε µε βάση το I εκφόρτισης. To I εκφόρτισης είναι περίπου 59 Α, οπότε η διατοµή του καλωδίου είναι Α=10 mm 2. Τελικά, θα επιλέξουµε 1 καλώδιο τύπου HO7RN-F µε διατοµή καλωδίου 10 mm². Τώρα, θα ελέγξουµε αν η διατοµή του καλωδίου που επιλέξαµε όντως µας καλύπτει. I βραχυκύκλωσης = 10*I εκφόρτισης = 10*58,9 = 589 Α I βραχυκύκλωσης = A = ύ Α = Α = 7,642 mm 2 Από τους παραπάνω υπολογισµούς παρατηρούµε ότι η διατοµή του καλωδίου που επιλέξαµε, από τον inverter (Sunny Island 4248) µέχρι τους συσσωρευτές, µας καλύπτει. 2.11.4 Ιnverter (Sunny Island 4248)-Γεννήτρια Η επιλογή της διατοµής των καλωδίων γίνεται µε βάση τα παρακάτω κριτήρια: Α) H πτώση τάσης να είναι µικρότερη από 1%. Β) Το ρεύµα της µέγιστης επιτρεπόµενης φόρτισης του καλωδίου θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη από το µέγιστο ρεύµα του inverter (I cable I max, Diesel Ganarator ). A = = = 2,795 mm2, Όπου, L (m) : Μήκος του καλωδίου I (A) : Μέγιστο ρεύµα εξόδου της γεννήτριας cosφ : συντελεστής ισχύος (cosφ=1, στην καλύτερη περίπτωση) ε : Πτώση τάσης (η πτώση τάσης πρέπει να είναι µικρότερη από 1%) V (V) : Τάση που θα πρέπει να δώσει η γεννήτρια k : ειδική αγωγιµότητα για 20 0 C ( k=56 m/ω mm 2 για Cu και k=36 m/ω mm 2 για Al) Οπότε, σύµφωνα µε τον παραπάνω υπολογισµό έχουµε A=2,795 mm². ιαλέγουµε την αµέσως επόµενη διατοµή δηλαδή τα 4 mm². Τελικά, θα επιλέξουµε 1 καλώδιο τύπου J1VV µε διατοµή 4 mm². 51

Τώρα, για να ελέγξουµε εάν το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα της γεννήτριας κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: Ι cable = Ι ο *f 1 *f 2 *f 3 *f 4*f 5 (1) I o = µέγιστο συνεχώς επιτρεπόµενο ρεύµα, δίνεται στον πίνακα 7.26 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. για: θερµοκρασία εδάφους θ=20 o C, συντελεστή φόρτισης m=0.7 (µέση/µέγιστη ισχύ), ειδική θερµική αντίσταση εδάφους σ=1,0 Km/W, ένα ενταφιασµένο τριφασικό σύστηµα, τα καλώδια είναι γειωµένα στα δύο τους άκρα, δηλαδή έχουν συµπεριληφθεί ρεύµατα µανδύων σε µονοπολικά καλώδια. f 1 = συντελεστής για διαφορετικά θ, m, και σ, δίνεται στον πίνακα 7.32 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 2 = συντελεστής για περισσότερα του ενός συστήµατα, δίνεται στον πίνακα 7.35 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 3 = 0.85 όταν το καλώδιο βρίσκεται σε σωλήνα πάνω από 6 m µήκος. f 4 = 1 επειδή δεν υπάρχουν προστατευτικά ή σκεπάσµατα που εγκλείουν αέρα. f 5 = συντελεστής για πολυπολικά καλώδια µε περισσότερους των τριών αγωγών, δίνεται στον πίνακα 7.25 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. Σύµφωνα µε τους παραπάνω συντελεστές η εξίσωση (1) προκύπτει: Ι cable = 54*1*1*1*1*1 = 54 A Οπότε: I cable I max, charge controller 54 Α 18 Α Από το παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η διατοµή του καλωδίου των 4 mm² µας καλύπτει γιατί το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα της γεννήτριας. 52

2.11.5 Inverter (Sunny Island 4248) (AC πλευρά)-γενικό πίνακα χαµηλής τάσης Η επιλογή της διατοµής των καλωδίων γίνεται µε βάση τα παρακάτω κριτήρια: Α) H πτώση τάσης να είναι µικρότερη από 1% Β) Το ρεύµα της µέγιστης επιτρεπόµενης φόρτισης του καλωδίου θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη από το µέγιστο ρεύµα του inverter (Sunny Island 4248) (I cable I max, inverter (Sunny Island 4248)). A = = = 4,193 mm², Όπου, L (m) : Μήκος του καλωδίου I (A) : Μέγιστο ρεύµα εξόδου του inverter (Sunny Island 4248) cosφ : συντελεστής ισχύος (cosφ=1, στην καλύτερη περίπτωση) ε : Πτώση τάσης (η πτώση τάσης πρέπει να είναι µικρότερη από 1%) V (V) : Τάση που θα πρέπει να δώσει ο inverter (Sunny Island 4248) k : ειδική αγωγιµότητα για 20 0 C ( k=56 m/ω mm 2 για Cu και k=36 m/ω mm 2 για Al) Οπότε, σύµφωνα µε τον παραπάνω υπολογισµό έχουµε A=4,193 mm² ιαλέγουµε την αµέσως επόµενη διατοµή δηλαδή τα 6 mm². Τελικά, θα επιλέξουµε 1 καλώδιο τύπου J1VV µε διατοµή 6 mm². Τώρα, για να ελέγξουµε εάν το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα του inverter (Sunny Island 4248) κάνουµε τους παρακάτω υπολογισµούς: Ι cable = Ι ο *f 1 *f 2 *f 3 *f 4*f 5 (1) I o = µέγιστο συνεχώς επιτρεπόµενο ρεύµα, δίνεται στον πίνακα 7.26 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. για: θερµοκρασία εδάφους θ=20 o C, συντελεστή φόρτισης m=0.7 (µέση/µέγιστη ισχύ), ειδική θερµική αντίσταση εδάφους σ=1,0 Km/W, ένα ενταφιασµένο τριφασικό σύστηµα, τα καλώδια είναι γειωµένα στα δύο τους άκρα, δηλαδή έχουν συµπεριληφθεί ρεύµατα µανδύων σε µονοπολικά καλώδια. 53

f 1 = συντελεστής για διαφορετικά θ, m, και σ, δίνεται στον πίνακα 7.32 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 2 = συντελεστής για περισσότερα του ενός συστήµατα, δίνεται στον πίνακα 7.35 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. f 3 = 0.85 όταν το καλώδιο βρίσκεται σε σωλήνα πάνω από 6 m µήκος. f 4 = 1 επειδή δεν υπάρχουν προστατευτικά ή σκεπάσµατα που εγκλείουν αέρα. f 5 = συντελεστής για πολυπολικά καλώδια µε περισσότερους των τριών αγωγών, δίνεται στον πίνακα 7.25 από το βιβλίο Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών του Πέτρου Ντοκόπουλου. Σύµφωνα µε τους παραπάνω συντελεστές η εξίσωση (1) προκύπτει: Ι cable = 56*1*1*1*1*1 = 56 A Οπότε: I cable I max, inverter (Sunny Island 4248) 56 Α 18 Α Από το παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η διατοµή του καλωδίου των 6 mm² µας καλύπτει γιατί το ρεύµα µέγιστης φόρτισης του καλωδίου είναι µεγαλύτερο από το µέγιστο ρεύµα του inverter (Sunny Island 4248). Σηµείωση: Όλα τα καλώδια που θα χρησιµοποιήσουµε είναι γαλβανισµένα για να έχουµε προστασία από οξύδωση. 2.12 Επιλογή και τύπος διακοπτικών στοιχείων (Ασφάλειες) 2.12.1 Φ/Β πάνελς-inverter (Sunny Boy 5000TL) Στην έξοδο κάθε string θα βάλουµε ασφαλειοδιακόπτη των 10 Α (επειδή το ονοµαστικό ρεύµα είναι 5,09 Α). Συνολικά στα string θα βάλουµε 12 ασφαλειοδιακόπτες, 2 σε κάθε string (1 για τον θετικό πόλο και 1 για τον αρνητικό). 54

2.12.2 Inverter (Sunny Boy 5000TL)-Inverter (Sunny Island 4248) Στην έξοδο του inverter (Sunny Boy 5000TL) µέχρι τον inverter (Sunny Island 4248) θα βάλουµε έναν ασφαλειοδιακόπτη των 25 Α (επειδή το ονοµαστικό ρεύµα εξόδου (AC) του inverter είναι 22 Α). Ο ασφαλειοδιακόπτης θα πρέπει να πέφτει σε ρεύµα που δεν καταστρέφει τα καλώδια. 2.12.3 Inverter (Sunny Island 4248)-Συσσωρευτές Από τον inverter (Sunny Island 4248) µέχρι τις µπαταρίες θα βάλουµε έναν ασφαλειοδιακόπτη των 50 Α επειδή το µέγιστο ρεύµα των µπαταριών είναι 59 Α (την µπαταρία δεν πρέπει να την φορτίζω πάνω από τα 59 Α). 2.12.4 Inverter (Sunny Island 4248)-Γεννήτρια Από τη γεννήτρια (Diesel Generator) µέχρι τον inverter (Sunny Island 4248) θα βάλουµε έναν ασφαλειοδιακόπτη των 20 A επειδή το µέγιστο ρεύµα της γεννήτριας είναι 18 Α. 2.12.5 Inverter (Sunny Island 4248)-Γενικό πίνακα χαµηλής τάσης Από τον inverter (Sunny Island 4248) µέχρι τον γενικό πίνακα χαµηλής τάσης θα βάλουµε έναν ασφαλειοδιακόπτη των 20 Α, επειδή το ονοµαστικό ρεύµα εξόδου (AC) του inverter (Sunny Island 4248) είναι 18 Α. Τέλος, στο γενικό πίνακα χαµηλής τάσης θα µπει ένα ρελαί διαφυγής, µε IF<30 ma. Όλοι οι ασφαλειοδιακόπτες που επιλέξαµε είναι της εταιρίας ABB και τύπου S800PV-S. Πηγή: [15] 55