Παράδειγμα μελέτης αυτόνομου φωτοβολταϊκού για εξοχική κατοικία
Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα προσφέρουν τη δυνατότητα αξιόπιστης και οικονομικής ηλεκτροδότησης, μέσω αποθήκευσης σε συσσωρευτές (μπαταρίες) χωρίς διασύνδεση με το δίκτυο της ΔΕΗ, είτε γιατί η κατοικία είναι απομακρυσμένη από το δίκτυο και το κόστος διασύνδεσής της είναι μεγάλο, είτε γιατί δεν υπάρχει πολεοδομική άδεια, είτε για λόγους απλά επιθυμίας ενεργειακής ανεξαρτησίας και υψηλής περιβαλλοντικής συνείδησης.
Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά αποτελούνται από:
· Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια (photovoltaic panels)
· Το ρυθμιστή ή ελεγκτή φόρτισης (solar charge controller)
· Τη συστοιχία των συσσωρευτών
· Τον αντιστροφέα (inverter)
· Τη γεννήτρια υγρών καυσίμων ή/και την ανεμογεννήτρια (προαιρετικά)
Ας δούμε μία χαρακτηριστική περίπτωση εγκατάστασης αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος για την ηλεκτροδότηση εξοχικής κατοικίας για θερινή κυρίως λειτουργία όπου δεν υπάρχει διασύνδεση με το δίκτυο.
Αρχικά καταγράφονται λεπτομερώς τα φορτία και οι ημερήσιες καταναλώσεις τους:
Οι ενεργειακές ανάγκες είναι περίπου 2 kWh ημερησίως. Το μέγεθος αυτό καθορίζει τη συνολική ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος. Η ημερήσια παραγωγή από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια επιβάλλεται να δύναται να καλύψει τις ημερήσιες ηλεκτρικές απαιτήσεις. Κατά προτεραιότητα, ικανοποιείται η ζήτηση ενέργειας και, δευτερευόντως, η περίσσεια της παραγωγής φορτίζει, σε εύλογο χρόνο, τη συστοιχία/τις παράλληλες συστοιχίες των συσσωρευτών.
Δύο φωτοβολταϊκά πλαίσια ισχύος 270 Wp το καθένα μπορούν να παράξουν περίπου 2,5-3 kWh ημερησίως το καλοκαίρι. Το χειμώνα που οι ώρες ηλιοφάνειας είναι οι μισές το πολύ η παραγωγή περιορίζεται στη 1 kWh ημερησίως περίπου. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να υπολογίζονται οι μισές το πολύ ώρες λειτουργίας των φορτίων. Φυσικά η χειμερινή λειτουργία του συστήματος δεν αποκλείεται. Εάν η επίσκεψη στην εξοχική κατοικία γίνεται τα σαββατοκύριακα, για παράδειγμα, η τροφοδότηση μπορεί να γίνει αποκλειστικά από τους συσσωρευτές. Ακολουθούν 5 ημέρες που δίνουν τη χρονική ευχέρεια ακόμα και στον ασθενή χειμερινό ήλιο να επαναφορτίσει τους συσσωρευτές, ώστε να τους βρούμε πλήρως φορτισμένους την επόμενη Παρασκευή το βράδυ. Στην περίπτωσή μας, όπου η εξοχική κατοικία προορίζεται για θερινή κυρίως λειτουργία, δύο φωτοβολταϊκά πλαίσια ισχύος 270 Wp το καθένα αρκούν.
Η ισχύς ταυτόχρονης λειτουργίας των φορτίων καθορίζει το μέγεθος του αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας θα πρέπει να μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις ισχύος των ταυτόχρονα λειτουργούντων φορτίων. Στην περίπτωσή μας η ονομαστική ισχύς του αντιστροφέα θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 600 VA.
Για δύο ημέρες αυτονομίας – στην Ελλάδα είναι σπάνιο το καλοκαίρι να έχουμε πάνω από δύο ημέρες χωρίς καθόλου ήλιο – πρέπει οι συσσωρευτές να μπορούν να αποδώσουν τουλάχιστον 4kWh. Επιλέγουμε δύο συσσωρευτές 12βολτους χωρητικότητας 240 Ah ο καθένας κλειστού τύπου AGM VRLA, οι οποίοι για βάθος εκφόρτισης 80% μπορούν να δώσουν την απαιτούμενη αυτονομία.
Η ονομαστική ισχύς του ρυθμιστή φόρτισης πρέπει να είναι τουλάχιστον ίση με την ισχύ του φωτοβολταϊκού πεδίου. Ως εκ τούτου, στη συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγουμε ρυθμιστή φόρτισης που μπορεί να αποδώσει ρεύμα 20Α στους συσσωρευτές στα 24V. Επιλέγεται «έξυπνος» ρυθμιστής με λειτουργία MPPT, ο οποίος εκτός από την επίβλεψη της φόρτισης των συσσωρευτών αναλαμβάνει και τη μέγιστη δυνατή απορρόφησης ενέργειας από τον ήλιο στις διαφορετικές συνθήκες ηλιοφάνειας.
Τέλος, μπορεί προαιρετικά να υπάρχει και φορτιστής συσσωρευτών για φόρτιση από γεννήτρια, βενζινογεννήτρια για παράδειγμα.
Εάν επιπροσθέτως υπάρχει πλυντήριο η ημερήσια κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 5 kWh. Aπαιτούνται 4 πλαίσια των 270 Wp, αντιστροφέας (που είναι και φορτιστής από γεννήτρια) των 3000VA, ρυθμιστής φόρτισης 50Α στα 24V και 4 συσσωρευτές των 12V-240Ah (δύο παράλληλες συστοιχίες των 2 συσσωρευτών).
Εάν στην τελευταία περίπτωση προστεθεί και κλιματιστικό και κουζίνα οι ημερήσιες ενεργειακές απαιτήσεις ανέρχονται στις 11 kWh περίπου. Απαιτούνται 8 πλαίσια των 270 Wp. Λόγω του μεγέθους του φωτοβολταϊκού συστήματος επιλέγεται τάση των συσσωρευτών στα 48V. Επιλέγουμε 8 συσσωρευτές 12V-240Ah που συνδεδεμένοι σε δύο παράλληλες συστοιχίες των 4 συσσωρευτών μάς δίνουν 48V και την απαιτούμενη αποθήκευση ενέργειας για την επιθυμητή αυτονομία. Ο ρυθμιστής φόρτισης πρέπει να μπορεί να δίνει ρεύμα 60Α στους συσσωρευτές στα 48V. Ο αντιστροφέας/φορτιστής από γεννήτρια πρέπει να έχει ονομαστική ισχύ 5000 VA υπό την προϋπόθεση ότι δε θα λειτουργούν ταυτόχρονα τα ενεργοβόρα φορτία, δηλαδή το πλυντήριο, το κλιματιστικό και η κουζίνα.
Δείτε προσφορές για αυτόνομα φωτοβολταϊκά για εξοχικές κατοικίες.
