Πως Λειτουργούν τα Φ/Β Συστήματα

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΤΑ Φ/Β

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική, χάρης το φωτοβολταϊκό φαινόμενο το οποίο ανακαλύφθηκε το 1839 από τον Μπεκερέλ. Απορροφά την ενέργεια του φωτός από τα ηλεκτρόνια των ατόμων των φωτοβολταϊκών καθώς και την απόδραση των ηλεκτρονίων από τις κανονικές τους θέσεις, με αποτέλεσμα την δημιουργία του ρεύματος. Έπειτα, το ηλεκτρικό πεδίο το οποίο προϋπάρχει στα φωτοβολταϊκά μεταφέρει το ρεύμα στο φορτίο.


Πληροφορίες Φωτοβολταϊκών

Το ηλιακό φως είναι ουσιαστικά μικρά πακετάκια ενέργειας ονομαζόμενα ως “Φωτόνια”. Τα φωτόνια λοιπόν του ηλιακού φωτός έχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας, αναλόγος το μήκος κύματος του ηλιακού ενεργειακού φάσματος. Όταν λοιπόν τα φωτόνια “συγκρουστούν” σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο άλλα ανακλώνται, κάποια άλλα το διαπερνούν και κάποια άλλα απλά απορροφώνται. Έτσι λοιπόν τα τελευταία (που απορροφώνται) αυτά είναι που δημιουργούν το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια- πάνελς έχουν ως βασικό μέρος το ηλιακό στοιχείο, ένας επεξεργασμένος ημιαγωγός λεπτού πάχους σε επίπεδη επιφάνεια.

Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία ομαδοποιούνται κατάλληλα και συγκροτούν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια ή ηλιογεννήτριες, τυπικής ισχύος από 10W έως 300W. Οι φωτοβολταϊκές γεννήτριες συνδέονται ηλεκτρολογικά μεταξύ τους και δημιουργούνται οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες (pv-arrays).


Οι Τεχνολογίες Ηλιακών Φωτοβολταϊκών Στοιχείων-Φωτοβολταϊκών κυψελών

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες :

1. ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ PV ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟΥ ΠΥΡΙΤΙΟΥ

  • Φωτοβολταϊκά Μονοκρυσταλλικού πυριτίου με αποδόσεις πλαισίων 14,5% έως 21%
  • Φωτοβολταϊκά Μονοκρυσταλλικού πυριτίου με αποδόσεις πλαισίων 13% έως 14,5%

2.  ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΛΕΠΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ (THIN FILM PV)
  • Φωτοβολταϊκά από άμορφο πυρίτο aSi με ονομαστική απόδοση ~7%.
  • Φωτοβολταϊκλά από Χαλκοπυρίτες CIS/CIGS, με ονομαστική απόδοση από 7% έως 11%.

Το πυρίτιο (Si) είναι η βάση για το 90% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής Φωτοβολταϊκών. Το πυρίτιο, ανάλογα με την επεξεργασία του, δίνει μονοκρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά ή άμορφα υλικά, από τα οποία παράγονται τα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Τα λεπτά υλικά είναι ένας τρόπος για να μειωθεί το κόστος και να αυξηθεί η απόδοσή τους. Η τεχνολογία φωτοβολταϊκών πλαισίων λεπτών μεμβρανών (thin film) βρίσκεται ακόμα σε αναπτυσσόμενο στάδιο αφού με διάφορες μεθόδους επεξεργασίας και χρήση διαφορετικών υλικών αναμένεται η αύξηση της απόδοσης, σταθεροποίηση των χαρακτηριστικών τους και αύξηση της διείσδυσης στην αγορά. Σήμερα πάντως αποτελούν την πιο φθηνή επιλογή φωτοβολταϊκών πλαισίων.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΟΜΗΣ ΕΝΟΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα τμήματα:

  • Τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με τη Βάση στήριξης και ίσως (tracker), σύστημα παρακολούθησης της ηλιακής τροχιάς.

  • Μπαταρίες - συσσωρευτές φωτοβολταϊκών

  • Ρυθμιστή φόρτισης για τον έλεγχο και προστασία των μπαταριών.

  • Μετατροπέα τάσεως dc (12v/24v/48v) inverter για μετασχηματισμό στα 220V AC.

ΤΥΠΟΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Υπάρχουν τρείς κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστημάτων, το διασυνδεδεμένο (solar-pv) με το δίκτυο της ΔΕΗ και το αυτόνομο. Η απλούστερη μορφή του δεύτερου εκ των δυο αποτελείται απλώς από μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια, η οποία τροφοδοτεί με συνεχές ρεύμα ένα φορτίο οποτεδήποτε υπάρχει επαρκής φωτεινότητα. Αυτού του τύπου το σύστημα είναι κοινό σε εφαρμογές οικιακές ή γεωργικές. Σε άλλες περιπτώσεις το φωτοβολταϊκό σύστημα παρέχει δυνατότητα αποθήκευση ενέργειας στις μπαταρίες. Συχνά συμπεριλαμβάνεται μετατροπέας ισχύος της ηλεκτρικής ενέργειας, όπως στην περίπτωση που απαιτείται εναλλασσόμενο ρεύμα να εξέρχεται από το σύστημα. Σε μερικές περιπτώσεις το σύστημα περιέχει μια εφεδρική ηλεκτρογεννήτρια ή ανεμογεννήτρια (υβριδικό φωτοβολταϊκό σύστημα).

Τα συνδεδεμένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν να υποδιαιρεθούν σ’ε εκείνα στα οποία το δίκτυο ενεργεί απλώς ως μια βοηθητική τροφοδοσία (εφεδρικό δίκτυο) και εκείνα τα οποία ίσως λάβουν επίσης πρόσθετη ισχύ από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια (αλληλοεπιδρώμενο δίκτυο). Μέσα στους φωτοβολταϊκούς σταθμούς όλη η παραγόμενη ισχύς τροφοδοτείται στο δίκτυο.

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΕΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ

Συνήθως τα φωτοβολταϊκά ηλιακά στοιχεία σε μια βασική μονάδα συνδέονται μεταξύ τους σε μια σειρά. Αυτό οφείλεται στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του κάθε ηλιακού φωτοβολταϊκού στοιχείου. Ένα τυπικό (διαμέτρου 4 ιντσών) κρυσταλλικού πυριτίου ή ένα (10 cm * 10 cm) πολυκρυσταλλικό στοιχείο θα παρέχουν κάτω από κανονικές συνθήκες ισχύ μεταξύ 1 και 1.5 vatt, εξαρτώμενη από την απόδοση του ηλιακού στοιχείου. Αυτή η ισχύς παρέχεται συνήθως υπό τάση 0.5 ή 0.6 V. Από τη στιγμή που υπάρχουν πολύ λίγες εφαρμογές, οι οποίες εκτελούνται σε αυτή την τάση, η άμεση λύση είναι να συνδεθούν τα ηλιακά στοιχεία σε σειρά.

Ο αριθμός των ηλεκτρικών φωτοβολταϊκών στοιχείων μέσα σε μια βασική μονάδα ρυθμίζεται από την τάση της βασικής μονάδας. Η ονομαστική τάση λειτουργίας του φωτοβολταϊκού συστήματος συνήθως πρέπει να ταιριάζει με την ονομαστική τάση του υποσυστήματος αποθήκευσης. Οι περισσότερες από τις βασικές φωτοβολταϊκές μονάδες, που κατασκευάζονται βιομηχανικά έχουν, σταθερές διατάξεις, οι οποίες μπορούν να συνεργασθούν ακόμη και με μπαταρίες των 12Volt / 6Volt/ 2Volt. Προβλέποντας πιθανότητα υπέρτασης προκειμένου να φορτιστεί η φωτοβολταϊκή μπαταρία και να αντισταθμιστεί χαμηλότερη έξοδος, κάτω από συνθήκες χαμηλότερες των κανονικών. Έχει βρεθεί ότι μια ομάδα των 33 έως 36 ηλιακών στοιχείων σε σειρά συνήθως εξασφαλίζουν αξιόπιστη λειτουργία.

Τα τρία περισσότερο σημαντικά ηλεκτρικά φωτοβολταϊκά χαρακτηριστικά μιας βασικής μονάδας είναι το ρεύμα βραχυκυκλώματος, &et