Φωτοβολταϊκά συστήματα

ΤΕ Ι Πά Τ ή Μ λ ίΤ.Ε.Ι Πάτρας – Τμήμα Μηχανολογίας

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Δρ. Αθανάσιος Γιανναδάκης

Αρχή λειτουργίας Φ/Β συστημάτωνρχή ργ ς Φ/ ημ

Φως σωματίδια = φωτόνια διεισδύσουν μέσα από το λεπτό στρώμα n‐(n‐ημιαγωγός) της κυψέλης στην περιοχή πεδίου.Εκεί αναπηδούν αλληλεπιδρώντας με τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων πυριτίου και τα απελευθερώνουν από τηδεσμευτική ισχύ του πυρήνα.Με αποτέλεσμα τη δημιουργία ελεύθερων ηλεκτρονίων.Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια έλκονται από το ηλεκτρικό πεδίο στο συγκεκριμένο τομέα (περιοχή πεδίου) προς το n‐στρώμαΤο χαμένο αρνητικό φορτίο των ατόμων στην περιοχή πεδίου παρέχεται από τον p‐ημιαγωγό. Το αποτέλεσμα είναι ηέλλειψη των ηλεκτρονίων στον p‐ημιαγωγό.Το ηλεκτρικό πλεόνασμα που προκύπτει στο n‐στρώμα και η έλλειψη των ηλεκτρονίων στο p στρώμα με την εμφάνιση τουφωτός εξισώνεται με το κλειστό εξωτερικό κύκλωμα. Τα ηλεκτρόνια ρέουν από το αρνητικό τερματικό μέσω ενόςκαταναλωτή στο θετικά τερματικό της κυψέλης.ή ρμ ης ψ ηςΚατ’ αυτόν τον τρόπο, μέσω της ροής ηλεκτρονίων εκπέμπεται ένα μέρος της ενέργειας που παρέχεται από το φως για νατους καταναλωτές στο εξωτερικό κύκλωμα

Είδη Φ/Β κυψελών και τυπικά χαρακτηριστικά

Μονοκρυσταλλικά CZ-Si(απόδοση 16‐20%)

Πολυκρυσταλλικά poly-Si(απόδοση 12‐14%)(απόδοση 16‐20%) ( η )

Ά φ SiΛεπτής Μεμβράνης Thin film cells

(απόδοση 10%)Άμορφα a-Si(απόδοση 5‐10%)

(απόδοση 10%)



Φ/Β κυψέλη

1. Κάθε Φ/Β κυψέλη παράγει τάση 0.5‐0.6 Volt2. Σε κάθε Φ/Β πάνελ τοποθετούνται περίπου 12‐42 κυψέλες3. Για την παραγωγή 1 kWp απαιτείται έκταση περίπου 8‐10 m2 Φ/Β πάνελ4. Για κάθε m2 εγκατεστημένου Φ/Β πάνελ απαιτούνται περίπου 2 m2

επιφάνειας εγκατάστασηςεπιφάνειας εγκατάστασης5. Στην Ελλάδα λόγω της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας τα Φ/Β πάνελ μπορούν να παράγουν περίπου 1300 kWh/kWp6. Για την Ελλάδα η βέλτιστη γωνία τοποθέτησης των Φ/Β πάνελ είναι 30ο

Πρώτη ύλη κατασκευής

Συστήματα Φ/Β ΕγκαταστάσεωνΣυστήματα Φ/Β Εγκαταστάσεων

Συστοιχία Φ/Β Πάνελ σε σειρά Συστοιχία Φ/Β Πάνελ σε παράλληλη σύνδεσηπαράλληλη σύνδεση


•Αυτόνομα ΣυστήματαΑυτόνομα Συστήματα

Μετατροπέας Τάσης (Inverter)Μετατροπέας Τάσης (Inverter)

Μετασχηματιστής Τάσης Ρελέ φάσεων Ελεγκτής Δικτύου

Συστήματα Φ/Β Εγκαταστάσεων•Αυτόνομα Συστήματα

Συστήματα Φ/Β ΕγκαταστάσεωνΣυστήματα Φ/Β Εγκαταστάσεων•Παράλληλα Διασυνδεδεμένα στο Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας‐1 (Μόνο για τροφοδοσία τουΗλεκτρικής Ενέργειας 1 (Μόνο για τροφοδοσία του Δικτύου)

Συστήματα Φ/Β ΕγκαταστάσεωνΣυστήματα Φ/Β Εγκαταστάσεων•Παράλληλα Διασυνδεδεμένα στο Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας‐2 (Τροφοδοσία του Δικτύου με τοΗλεκτρικής Ενέργειας 2 (Τροφοδοσία του Δικτύου με το πλεόνασμα παραγόμενης Ηλεκτρικής Ισχύος)


ΠαρατηρήσειςΠαρατηρήσειςΤα Φ/Β συστήματα παραγωγής ενέργειας έκτακτης ανάγκης συνδυάζουν ένα αυτόνομο σύστημακαι ένα διασυνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα Φ/Β που είναι παράλληλα διασυνδεδεμένα πρέπει να σταματούν την τροφοδοσία τουδικτύου με την ηλιακή ενέργεια, όταν υπάρχει διαταραχή του δημόσιου δικτύου μιας και ο ομετατροπέας δικτύου δεν πλέον να ελέγχει τη μεταφορά ηλεκτρικής ισχύος.

Κατά τους Ευρωπαϊκούς Κανονισμούς απαγορεύεται στον πελάτη να τροφοδοτεί το δίκτυο κατάτη διάρκεια μιας διακοπής ρεύματος.

Συστήματα Φ/Β ΕγκαταστάσεωνΣυστήματα Φ/Β Εγκαταστάσεων•Παράλληλα Διασυνδεδεμένα στο Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής ΕνέργειαςΗλεκτρικής Ενέργειας



Χαρακτηριστικά λειτουργίας Φ/Β συστημάτωνΦ/Β συστημάτων

•Βασικοί τεχνικοί όροιΤά Α ύ Κ λώ1. Τάση Ανοιχτού Κυκλώματος

Η Τάση Ανοικτού Κυκλώματος (Vo) είναι ηυψηλότερη τιμή της πτώσης τάσης μιας πηγήςδυναμικού. Ο προσδιορισμός της αφορά στηλειτουργία ενός Φ/Β στοιχείου όταν σε αυτό δενπροσαρτάται κάποιος καταναλωτής ισχύος. Η τιμής τηςρ ρ ς ής χ ς μής ηςΤάσης Ανοιχτού Κυκλώματος παρέχει σημαντικήπληροφορία σχετικά με τον αριθμό των ηλιακώνκυψελών οι οποίες είναι συνδεδεμένες σε σειράκυψελών οι οποίες είναι συνδεδεμένες σε σειρά.Μεταξύ άλλων, είναι σημαντική για την αξιολόγησητων απαραίτητων μέτρων προστασίας για τηνεγκατάσταση και χρήση ενός Φ/Βεγκατάσταση και χρήση ενός Φ/Β.


•Βασικοί τεχνικοί όροι2. Ένταση Ρεύματος Βραχυκύκλωσης2. Ένταση Ρεύματος Βραχυκύκλωσης

Το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι το ισχυρότερο ρεύμα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η αντίστασηφορτίου είναι έτσι RV = 0.

Κανονικά, σε περίπτωση βραχυκυκλώματος το προστατευτικό κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, έτσι, ρ η βρ χ μ ς ρ μ ργ ημ ,ώστε να προστατεύονται οι πηγές τάσης και τα καλώδια. Στα Φωτοβολταϊκά η βραχυκύκλωση θέτει μόνοτην τρέχουσα τιμή της έντασης του ρεύματος οριακά πάνω από την ονομαστική τιμή της.

Κατά αυτόν τον τρόπο τα Φ/Β πάνελ και τα καλώδια τους δεν υπόκεινται σε ζημιά. Στα Φ/Β, λοιπόν, τορ / ς ζημ / , ,ρεύμα βραχυκυκλώματος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποκοπεί το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Η ένταση του ρεύματος βραχυκυκλώσεως ενός Φ/Β πάνελ παρέχει πληροφορίες σχετικά με τηνεπιφάνεια των ηλιακών κυψελών, την απόδοση ακτινοβολίας και την ποιότητα των κυψελών.

Πειραματική διάταξη χαρακτηρισμού Φ/Β πάνελ

Χαρακτηριστικά λειτουργίας Φ/Β συστημάτων3. Επίδραση της έντασης ακτινοβολίας στα χαρακτηριστικά

απόκρισης Φ/Β πάνελΠ ά άζ έ έ ό ό Φ/Β ά λ ό δ άφΠαρακάτω παρουσιάζονται πειραματικές τιμές για την απόκριση ενός Φ/Β πάνελ υπό διάφορα

επίπεδα ακτινοβολίας

E(lux) E(kW/m2) Is(mA) Vo(Volt) P(mW) 100 000 lux ≡ 1000 W/m²( ) ( ) ( ) ( ) ( )

5000 0.005 64 16.5 1056

10000 0.01 87.3 17.13 1495

15000 0.015 117.4 17.61 2067

100,000 lux ≡ 1000 W/m

18 5

19

250

300

5000 0 0 5 6 06

20000 0.02 140.4 17.88 2510

25000 0.025 192.1 18.25 350618

18.5

200

250

50000 0.05 268 18.49 4955

17

17.5

100

150 Is(mA)

Vo(Volt)

6000

Ps(mW)

16

16.5

0

50

2000

3000

4000

5000

6000

160

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060

1000

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06


3. Επίδραση της έντασης ακτινοβολίας στα χαρακτηριστικά απόκρισης Φ/Β πάνελαπόκρισης Φ/Β πάνελ

100,000 lux ≡ 1000 W/m²

Συσκευή μέτρησης έντασης ακτινοβολίας (lux meter)


•Βασικοί τεχνικοί όροιΧ ά λ ί Φ/Β Πά λ ό βλ ό φ ί4. Χαρακτηριστικά λειτουργίας Φ/Β Πάνελ υπό μεταβλητό φορτίο

Ως πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το Φ/Β στοιχείο έχει μια αρκετά ασυνήθιστησυμπεριφορά Δηλαδή σε αντίθεση με τις περισσότερες κοινές ηλεκτρικές πηγές οι οποίες διατηρούνσυμπεριφορά. Δηλαδή, σε αντίθεση με τις περισσότερες κοινές ηλεκτρικές πηγές οι οποίες διατηρούνπερίπου σταθερή τάση στην περιοχή κανονικής τους λειτουργίας, η τάση των φωτοβολταϊκών στοιχείωνμεταβάλλεται ριζικά και μη γραμμικά σε συνάρτηση με την ένταση του ρεύματος που δίνουν στοκύκλωμα, έστω και αν η ακτινοβολία παραμένει σταθερή. Επίσης, ένας παράγοντας που επιδράμ , η β ρ μ ρή ης, ς ρ γ ς ραρνητικά στην απόδοση των φωτοβολταϊκών στοιχείων είναι η θερμοκρασία. Συγκεκριμένα, με τηναύξηση της θερμοκρασίας προκαλείται αντίστοιχη αύξηση της ενδογενούς συγκέντρωσης των φορέωντου ημιαγωγού, με αποτέλεσμα να πραγματοποιούνται περισσότερες επανασυνδέσεις φορέων. Έτσι,εκδηλώνεται ισχυρότερο ρεύμα διαρροής διαμέσου της διόδου, που συνεπάγεται μείωση της Voc καιαντίστοιχη μείωση της απόδοσης του στοιχείου.

Για σταθερές συνθήκες ακτινοβολίας (και θερμοκρασίας) και για μεταβαλλόμενες τιμές στηναντίσταση του κυκλώματος που τροφοδοτεί την ηλιακή κυψέλη, η τάση και η ένταση του ρεύματος τηςκυψέλης παίρνουν ενδιάμεσες τιμές ανάμεσα στις ακραίες που αντιστοιχούν σε μηδενική αντίσταση(βραχυκυκλωμένη κατάσταση με μέγιστη τιμή ρεύματος Isc και μηδενική τάση) και άπειρη αντίσταση( λ έ ά δ ή ή ύ έ ή ά V ) ό φ ί(ανοιχτοκυκλωμένη κατάσταση με μηδενική τιμή ρεύματος και μέγιστη τιμή τάσης Voc) , όπως φαίνεταιστο παρακάτω διάγραμμα.



Καμπύλες I‐V και P‐V φωτοβολταϊκού στοιχείου Si για σταθερές συνθήκες ακτινοβολίας και

θερ ο ρα ίας

Καμπύλες I‐V και P‐V φωτοβολταϊκού στοιχείου Si για μεταβλητές συνθήκες ακτινοβολίας και

θερ ο ρα ίαςθερμοκρασίας θερμοκρασίας



Χαρακτηριστική καμπύλη I/V για Φ/Β πάνελ με εν σειρά συνδεδεμένες κυψέλες

Χαρακτηριστική καμπύλη I/V για Φ/Β πάνελ με παράλληλα συνδεδεμένες κυψέλες



I. Σε αυτήν την περιοχή οι ηλιακές κυψέλες συμπεριφέρονται σαν πηγή ρεύματος, προσαρμόζοντας την μ ρ φ ρ ηγή ρ μ ς, ρ ρμ ζ ς ητάση στην αντίσταση του φορτίου.

II. Αυτή είναι η περιοχή μέγιστης ισχύος εξόδου και σε αυτήν την περιοχή θα πρέπει να βρίσκεται το σημείο ή η ρ χή ρ βρ ημλειτουργίας της ηλιακής κυψέλης.

III. Σε αυτή την περιοχή η κυψέλη συμπεριφέρεται σαν πηγή τάσης και η τάση εξόδου πέφτει λόγω της εσωτερικής ης η η ξ φ γ ης ρ ήςαντίστασης σειράς s R .

IV. Σε αυτό το τμήμα η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη και η κυψέλη απορροφά ρεύμα που είναι ίσο με το ρεύμα η ψ η ρρ φ ρ μ μ ρ μβραχυκυκλώματος συν το ανάστροφο ρεύμα της διόδου.

V. Η τελευταία περιοχή είναι η περιοχή κατάρρευσης της επαφής.φής



Τα Φ/Β πάνελ ανάλογα με το επίπεδο ηλιακής ακτινοβολίας αλλά και το ηλεκτρικό φορτίο τοοποίο καλούνται να υποστηρίξουν, μέσω της παραγόμενης ισχύος, παρουσιάζουν διαφορετικήσυμπεριφορά ως προς την τάση αλλά και την ένταση του ρεύματος με τα οποία τροφοδοτούν τοκύκλωμα. Για παράδειγμα, εάν μετρήσουμε την Τάση Ανοιχτού Κυκλώματος και την Ένταση τουΡεύματος Βραχυκύκλωσης για το Φ/Β πάνελ της πειραματικής διάταξης προκύπτουν οι εξής τιμέςμ ς ρ χ ης γ / ης ρ μ ής ξης ρ ξής μ ςγια φωτισμό από λάμπα αλογόνου 500 W: Vo=18 V και Is= 320 mA. Εάν στο ίδιο Φ/Β πάνελ συνδεθείένας λαμπτήρας 12V/ 3 W τότε η αντίστοιχη μέτρηση δείχνει Vcon=16 V και Icon= 280 mA.

Πειραματική διάταξη χαρακτηρισμού Φ/Β πάνελ



Χάραξη Χαρακτηριστικών Καμπύλων ΛειτουργίαςΣτη συνέχεια παρατίθενται πειραματικές μετρήσεις για την απόκριση ενός Φ/Β υπό σταθερήΣτη συνέχεια παρατίθενται πειραματικές μετρήσεις για την απόκριση ενός Φ/Β υπό σταθερή

ακτινοβολία και μεταβαλλόμενο φορτίο στα άκρα του.



Χάραξη Χαρακτηριστικών Καμπύλων ΛειτουργίαςE 25000 l

1600

1800

180

200

E=25000 lux

Load(%) V(Volt) I(mA) P(mW)

0 1.13 184.7 20910 8 09 154 1 1247

1000

1200

1400

100

120

140

16010 8.09 154.1 124720 12.35 133.3 164630 14.82 105.5 156440 15.87 85.5 135750 16.02 71.5 1145

400

600

800

40

60

80

10060 16.17 63.3 102470 16.25 54.5 88680 16.31 47.9 78190 16.36 42.1 689100 16 38 38 5 631

0

200

0

20

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ( l )

100 16.38 38.5 631

V (Volt)I(mA)

P(mW)



Εύρεση Σημείου Μέγιστης Ισχύος (Maximum Power Point)Σε αντίθεση με άλλες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, η απόδοση του φωτοβολταϊκού στοιχείου δεν είναισταθερή αλλά εξαρτάται πάντοτε από το φορτίο που τροφοδοτεί, δηλαδή την τιμή της αντίστασης που είναισυνδεμένη στα άκρα του. Όταν δεν υπάρχει καθόλου αντίσταση, συναντάται η μέγιστη τάση εξόδου, η τάσηανοιχτοκύκλωσης V Αντίθετα όταν βραχυκυκλωθούν τα άκρα της γεννήτριας η τάση μηδενίζεται αλλάανοιχτοκύκλωσης Voc. Αντίθετα όταν βραχυκυκλωθούν τα άκρα της γεννήτριας, η τάση μηδενίζεται αλλάέχουμε μέγιστη ροή ρεύματος, το ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc. Ωστόσο, η ισχύς που παράγεται για κάθε ζεύγοςτιμών τάσης έντασης δεν είναι πάντα σταθερή αλλά μηδενίζεται όπως φαίνεται εύκολα στις ακραίεςσυνθήκες ανοιχτοκύκλωσης‐βραχυκύκλωσης και παρουσιάζει ένα μέγιστο για συγκεκριμένη τιμή τάσης‐έ Ε θ ό ί λ ό άθ ά φ β λ ϊ ώ ί λ ύέντασης. Επιθυμητό είναι λοιπόν σε κάθε εγκατάσταση φωτοβολταϊκών οι συστοιχίες να λειτουργούν παράγοντας τις τιμές αυτές τάσης‐έντασης που δίνουν κάθε στιγμή τη μέγιστη ισχύ.

Όταν η φωτοβολταϊκή γεννήτρια τροφοδοτεί απευθείας ένα συγκεκριμένο φορτίο κάτι τέτοιο δεν είναιπραγματοποιήσιμο καθώς η τιμή του φορτίου έχει συγκεκριμένη αντίσταση. Όταν όμως μεταξύ γεννητριώνκαι κατανάλωσης παρεμβάλλονται ηλεκτρονικά για τον έλεγχο της ισχύος, για την ρύθμιση φόρτισηςσυσσωρευτών, για την ανύψωση ή και την αλλαγή μορφής της παραγόμενης τάσης, τότε υπάρχει ηδυνατότητα να λειτουργούν αυτές σε ένα μέγιστο σημείο. Αυτό το αναλαμβάνουν ειδικοί ανιχνευτές τηςη ργ ς μ γ ημ μβ χ ς ηςμέγιστης ισχύος, ήmaximum power point trackers (MPPT).



Εύρεση Σημείου Μέγιστης Ισχύος (Maximum Power Point)ί ί έ ύ ά ί ά όΗ τεχνολογία της ανίχνευσης της μέγιστης ισχύος, άρχισε να χρησιμοποιείται σχετικά πρόσφατα στις

εφαρμογές των φωτοβολταϊκών και αποτελεί πλέον χαρακτηριστικό κάθε καλού αντιστροφέα για σύνδεση μετο δίκτυο ή φορτιστή συσσωρευτών. Η λογική που συνήθως ακολουθείται για τον εντοπισμό του σημείουμέγιστης ισχύος είναι η εξής: Παρακολουθώντας συνεχώς τις τιμές τάσης και έντασης εξόδου τωνφωτοβολταϊκών γεννητριών, προκαλούν ανά τακτά χρονικά διαστήματα μια διαταραχή της τάσης εξόδουαυτής. Αν διαπιστωθεί ότι με την ανύψωση της τάσης, αυξάνεται η ισχύς που παρέχει η γεννήτρια τότεαυξάνουν την τάση προς τα πάνω ώσπου να έρθει μια ισορροπία. Αυτό είναι και το σημείο μέγιστηςλειτουργίας. Όπως προαναφέρθηκε στην εξέταση των φωτοβολταϊκών στοιχείων, η ένταση που παράγεταιλειτουργίας. Όπως προαναφέρθηκε στην εξέταση των φωτοβολταϊκών στοιχείων, η ένταση που παράγεταιαπό ένα Φ/Β στοιχείο, δεν είναι σταθερή αλλά μεταβάλλεται αντίστροφα από την τάση. Για κάποιο συγκεκριμένο ζεύγος τάσης – έντασης, το στοιχείο δίνει τη μέγιστη ισχύ του. Ωστόσο επειδή κάθε στιγμή η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στο στοιχείο δεν είναι σταθερή, ομοίως σταθερή δεν είναι και η τάση εξόδου του Είναι λοιπόν επιθυμητό για κάθε στιγμή το Φ/Β στοιχείο να μην παράγει την τάση και την έντασηεξόδου του. Είναι λοιπόν επιθυμητό για κάθε στιγμή το Φ/Β στοιχείο να μην παράγει την τάση και την ένταση όπως αυτά καθορίζονται από την αντίσταση του κυκλώματος που υπάρχει στα άκρα του, αλλά να δίνει στην έξοδο αυτό το ζεύγος τάσης – έντασης που μεγιστοποιεί την ισχύ του.



Εύρεση Σημείου Μέγιστης Ισχύος (Maximum Power Point)E 25000 l

1600

1800

180

200

E=25000 lux

Is(mA) Vo(Volt)

192.1 18.25

IMPP(mA) VMPP(Volt)

1000

1200

1400

100

120

140

160IMPP(mA) VMPP(Volt)

185 13.25

MPP MPPIF=I

185 13.250.71

192 1 18 2VV

400

600

800

40

60

80

100s oI 192.1 18.25V

F: Συντελεστής Πλήρωσης

0

200

0

20

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ( l )

Αποδεκτή τιμή: F=0.75

V (Volt)I(mA)

P(mW)



Χάραξη Χαρακτηριστικών Καμπύλων Λειτουργίας



Ρύθμιση ΙσχύοςΣτο σημείο μέγιστης ισχύος (MPP) είναι δυνατό ναΣτο σημείο μέγιστης ισχύος (MPP) είναι δυνατό ναεπιτευχθεί η καλύτερη απόδοση για ένα Φ/Β πάνελ.Εάν το Φ/Β είναι συνδεδεμένο με έναν καταναλωτήο οποίος έχει μια σταθερή τιμή της αντίστασης(ακόμη και μια απλή αντίσταση) η γεννήτρια μπορείνα λειτουργήσει με βέλτιστο τρόπο σε συγκεκριμένοεύρος ακτινοβολίας του Φ/Β πάνελ.

Παράδειγμα:

Για ακτινοβολία 200 W/m2 και γραμμή φορτίουόπως αυτή που φαίνεται στο σχήμα έχουμε τα εξήςδεδομένα: IMPP =300 mA, Vo = 13.5 Volt, PMPP =4.05W, ενώ το σημείο λειτουργίας είναι I1 =350 mA,V = 3 2 Volt P = 1 12W Το σημείο λειτουργίαςV1 = 3.2 Volt, P1 = 1.12W. Το σημείο λειτουργίαςβρίσκεται πολύ πιο κάτω από αυτό της βέλτιστηςαπόδοσης του Φ/Β πάνελ.



Ρύθμιση Ισχύος


Χαρακτηριστικά λειτουργίας Φ/Β συστημάτων

5. Επίδραση της θερμοκρασίας στην απόκριση των Φ/Β

Φ/Β συστημάτων

5. Επίδραση της θερμοκρασίας στην απόκριση των Φ/Β

•Η αύξηση της Έντασης τουΡεύματος Βραχυκύκλωσης είναιΡεύματος Βραχυκύκλωσης είναισυνήθως περίπου 0,05% / ° C•Η μείωση της Τάσης ΑνοιχτούΚυκλώματος είναι συνήθωςμ ς ή ςπερίπου 0,4% / ° C•Στην περιοχή της Μέγιστης Ισχύοςη μείωση της ισχύος εξόδου μιαςμονάδας όταν θερμαίνεται είναιπερίπου 0,45% / ° C, η οποία είναιπαρόμοια με εκείνη της τάσης.


6. Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής Φ/Β (Standard Test Conditions‐


6. Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής Φ/Β (Standard Test ConditionsSTC)

•Οι Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής (Standard TestC di i STC) ό φ β λ ϊ ύ λ ίConditions‐ STC) ενός φωτοβολταϊκού πλαισίουεπιτυγχάνονται σε θερμοκρασία 25oC, ακτινοβολούμενοηλιακό επίπεδο 1000 W/m2 και μάζα αέρα ΑΜ 1.5φασματικής διανομής.φασματικής διανομής.•Δεδομένου ότι αυτές οι συνθήκες είναι όχι πάνταχαρακτηριστικές για το πώς τα πλαίσια λειτουργούν στοπεδίο εγκατάστασης, η πραγματική απόδοση εκτιμάταιό ί ήθ 85 έ 90 ό όότι είναι συνήθως 85 έως 90 τοις εκατό της πρότυπηςδοκιμαστικής κατάστασης (STC).•Οι Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής (STC) συνδυάζουν τηνακτινοβολία μιας θερινής ημέρας, την θερμοκρασία

AM 1.5: η γωνία εισόδου του ηλιακού φάσματος είναι υπό γωνία 41.8 ° προς την επιφάνεια της γης.β μ ς ρ ής ημ ρ ς, η ρμ ρ

στοιχείου μιας χειμερινής ημέρας και το ηλιακόηλεκτρομαγνητικό φάσμα μιας ανοιξιάτικης μέρας. Αυτέςοι καταστάσεις μέτρησης προφανώς δεν

ύ έ ά

την επιφάνεια της γης.

αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές καταστάσειςλειτουργίας των φωτοβολταϊκών πλαισίων στην περιοχήτης εγκατάστασης.


6. Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής Φ/Β (Standard Test Conditions‐


6. Πρότυπες Συνθήκες Δοκιμής Φ/Β (Standard Test ConditionsSTC)

Α όδ Κ ψέλ 14 17% ά•Απόδοση Κυψέλης: 14 ‐ 17%, για εμπορικάδιαθέσιμες κρυσταλλικά κυψέλες•Απόδοση Πάνελ: 12 – 14% για εμπορικάδιαθέσιμα πάνελδιαθέσιμα πάνελ•Αυτόνομα συστήματα: περίπου 5 ‐ 6% (πάνελ ‐καλώδια ‐ μπαταρία ‐ ρυθμιστή φορτίου•Διασυνδεδεμένα συστήματα: 10 12% (πάνελ•Διασυνδεδεμένα συστήματα: 10‐ 12% (πάνελ‐καλώδια‐μετατροπέας δικτύου/Inverter AM 1.5: η γωνία εισόδου του ηλιακού

φάσματος είναι υπό γωνία 41.8 ° προς την επιφάνεια της γης.την επιφάνεια της γης.

Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των Φ/Β

Το φαινόμενο σκίασης ηλιακών κυψελών (cell shadowing)φ μ ης η ψ ( g)

Αν ηλιακές κυψέλες ή Φ/Β πάνελ είναι συνδεδεμένα σεσειρά τότε το ρεύμα περιορίζεται από τις ασθενέστερεςσειρά τότε το ρεύμα περιορίζεται από τις ασθενέστερεςεπιδόσεις των κυψελών.

Όταν μόνο μια κυψέλη καλύπτεται εν μέρει ή πλήρως, ημ μ ψ η μ ρ ή ήρ ς, ητρέχουσα απόδοση όλων των κυψελών που συνδέονταιστη σειρά είναι μειωμένη.

Η ύπαρξη ακόμη και ελαφριάς σκίασης από σύρματα,σχοινιά στήριξης, κορυφές δέντρων και κεραιών μπορεί ναοδηγήσει σε δυσανάλογες απώλειες.

Έτσι, ακόμα και 2% σκίασης μπορεί να προκαλέσει μιααπώλεια απόδοσης 70%.


Τοπική υπερθέρμανση κυψελών (hotspot effect)ή ρ ρμ η ψ ( p ff )

Όταν ένα Φ/Β Πάνελ βρίσκεται υπότάση τότε η ροή ρεύματος έχειτάση τότε η ροή ρεύματος έχειφορά από τις φωτιζόμενες κυψέλεςπρος τις σκιασμένες, οι οποίεςλειτουργούν ως καταναλωτέςργ ς ςφορτίου.Αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίαςείναι η υπερθέρμανση τωνσκιαζόμενων κυψελών.Το συγκεκριμένο φαινόμενο είναιγνωστό ως hotspot.

Αλλαγή πολικότητας η οποία οφείλεται στο γεγονός ότι παράγεται πτώση τάσης στο κύκλωμα


Τοπική υπερθέρμανση κυψελών (hotspot effect)ή ρ ρμ η ψ ( p ff )

Η αστοχία λόγω σκίασης μιας κυψέλης έχειως αποτέλεσμα τη μείωση του παραγόμενουως αποτέλεσμα τη μείωση του παραγόμενουδυναμικού κατά περίπου 10 Volt.

Η ροή ρεύματος σε κάθε συστοιχία (εν σειράρ ή ρ μ ς χ ( ρσύνδεση) κυψελών διασφαλίζεται με τηχρήση παρακαμπτήριων διόδων (ηκατασκευή των πάνελ προβλέπει ότι περίπουτο 50% των κυψελών συνδέεται παράλληλαμε παρακαμπτήριες διόδους‐ bypassdiodes).


Σκίαση πάραλληλα συνδεδεμένων συστοιχειών Φ/Β κυψελών

Οι δυσμενέστερες περιπτώσεις αναστροφήςπολικότητας προκύπτουν όταν οι σκιασμένεςπολικότητας προκύπτουν όταν οι σκιασμένεςΦ/Β κυψέλες βρίσκονται σε συστοιχία ηοποία είναι παράλληλα συνδεδεμένη μεάλλες, ιδίως όταν το Φ/Β σύστημα είναις, ς Φ/ ημσυνδεμένο με κάποιο καταναλωτήηλεκτρικής ισχύος σε μη ενεργή κατάσταση.Τότε παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα ίσηςέντασης με αυτό ενός βραχυκυκλώματος. Ηαντιμετώπιση του συγκεκριμένουπροβλήματος επιτυγχάνεται με τη χρήσηδιόδων αποκλεισμού (blocking diodes).

Περιφερειακός εξοπλισμός Φ/Β εγκαταστάσεων

Μπαταρίες‐Γενικός Ορισμόςρ ς ς ρ μ ς

Οι μπαταρίες είναι ηλεκτροχημικοίσυσσωρευτές οι οποίοι φορτίζονται μεσυσσωρευτές οι οποίοι φορτίζονται μεσυνεχές ρεύμα. Οι περισσότεροισυσσωρευτές συγκροτούνται από ένα ήπερισσότερα κελία τα οποία είναιρ ρσυνδεδεμένα εν σειρά, ώστε να παράγουντο υψηλότερο δυνατό δυναμικό.


Μπαταρίες Μολύβδουρ ς

Οι συγκεκριμένες μπαταρίες αποτελούνταιαπό 2 πλάκες μολύβδου βυθισμένες σεαπό 2 πλάκες μολύβδου βυθισμένες σεαραιό σουλφουρικό οξύ (εναλλακτικάχρησιμοποιούνται διαλύματα τζελ, κλπ). Ησυγκεκριμένη συνδεσμολογία παράγει μιαγ ρ μ η μ γ ρ γ μδιαφορά δυναμικού περίπου 2V, μιαμπαταρία τέτοιου τύπου αποτελείται απόμια σειρά 6 κελιών (12V).Κατά την αποφόρτιση αυτών τωνσυσσωρευτών η τάση δεν θα πρέπει ναπέσει κάτω από 1.8V, ενώ κατά τη φόρτισητους η τάση δε θα πρέπει να ξεπεράσει τα2.4V.


Μπαταρίες Νικελίου‐Καδμίουρ ς μ

Οι συγκεκριμένες μπαταρίες αποτελούνταιαπό κελία τα οποία παράγουν τάση 1 2Vαπό κελία τα οποία παράγουν τάση 1.2V.Κατά συνέπεια μια μπαταρία των 12Vχρειάζεται 10 τέτοια στοιχεία. Οι επιδόσειςκαι ο χρόνος ζωής του συγκεκριμένου τύπουχρ ς ζ ής γ ρ μσυσσωρευτών επηρεάζονται αρνητικά απότη μερική φόρτιση‐ εκφόρτιση. Κατάσυνέπεια δε συνίσταται η χρήση τους για τηλειτουργία Φ/Β συστημάτων μιας και αυτότο φαινόμενο είναι αρκετά σύνηθες.

Περιφερειακός εξοπλισμός Φ/Β εγκαταστάσεωνΧωρητικότητα Συσσωρευτών

Η χωρητικότητα των συσσωρευτών μετράται σεAh αμπερώρες= χρόνος εκφόρτισης x έντασηςAh αμπερώρες= χρόνος εκφόρτισης x έντασηςρεύματος εκφόρτισης).Επιπρόσθετα οι μπαταρίες κατηγοριοποιούνταισύμφωνα ανάλογα με τον ελάχιστο χρόνοσύμφωνα ανάλογα με τον ελάχιστο χρόνοκατανάλωσης ισχύος.Η ένδειξη κατάταξης είναι C10 , C20 , C100 για 10,20 και 100 ώρες συνεχόμενης κατανάλωσης20 και 100 ώρες συνεχόμενης κατανάλωσηςισχύος, αντίστοιχα.Η χωρητικότητα των συσσωρευτών επηρεάζεταιβέβαια από τη θερμοκρασία και το χρόνοβ β η ρμ ρ χρχρήσης.

Περιφερειακός εξοπλισμός Φ/Β εγκαταστάσεωνΑποδοτικότητα Φόρτισης Συσσωρευτών

Εκτός από την έκφραση της χωρητικότηταςτων συσσωρευτών σε Ah συχνά συναντάταιτων συσσωρευτών σε Ah συχνά συναντάταικαι μέτρηση σε Wh (Βαττώρες).

Η αποδοτικότητα Φόρτισης ΣυσσωρευτώνΗ αποδοτικότητα Φόρτισης Συσσωρευτώνεκφράζεται μέσω του πηλίκου:

AhΧρόνος εκφόρτισης × Ένταση Ρεύματος εφόρτισης

n =Ah

Wh

nΧρόνος φόρτισης × Ένταση Ρεύματος φόρτισης

Χρόνος εκφόρτισης × Ένταση Ρεύματος εφόρτισης × Τάση εκφόρτισηςn =

Χ ό φό Έ Ρ ύ φό Τά φόWh Χρόνος φόρτισης × Ένταση Ρεύματος φόρτισης × Τάση φόρτισης

Αυτοεκφόρτιση Συσσωρευτών

Μετά από αρκετό χρονικό διάστημα οι μπαταρίες εκφορτίζονται ακόμα και όταν δεν είναι συνδεδεμένες σε φορτίο. Για τις μπαταρίες αυτοκινήτων αυτό μπορεί να συμβεί μετά από λίγες εβδομάδες, ενώ για αυτές που χρησιμοποιούνται σε Φ/Β εγκαταστάσεις το ποσοστό εκφόρτισης δεν ξεπερνά το 5‐10%/μήνα.

Περιφερειακός εξοπλισμός Φ/Β εγκαταστάσεωνΔιάρκεια Κύκλου Ζωής Συσσωρευτών

Η διάρκεια ζωής τωνσυσσωρευτών εξαρτάται κατάσυσσωρευτών εξαρτάται κατάκύριο λόγο από το βάθοςεκφόρτισης. Η εκφόρτιση πουσυνοδεύεται από φόρτισησυνοδεύεται από φόρτισηαναφέρεται ως “κύκλος”.

Οι μπαταρίες μολύβδου‐τζελΟι μπαταρίες μολύβδου τζελμπορούν να φθάσουν μέχρι200‐300 κύκλους με πλήρηεκφόρτιση (100%). Για 50%φ ρ η ( )εκφόρτιση αυτό το όριομεταφέρεται στους 600‐800κύκλους.Συγκεκριμένες μπαταρίεςμπορούν να φθάσουν του 4500κύκλους με 30% εκφόρτιση τοοποίο ισοδυναμεί με 20 χρόνιαζωής.

Περιφερειακός εξοπλισμός Φ/Β εγκαταστάσεωνΠαράδειγμα γραμμής εκφόρτισης για μια τυπική μπαταρία μολύβδου(12V‐2.2Ah)

Documents

Φωτοβολταϊκά συστήματα