Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών Εγκατάσταση Φωτοβολταϊκών Στοιχείων στην Κατοικία Στοιχείων στην Κατοικία

Παπαβασιλείου Χρήστος Παπαβασιλείου Χρήστος

Υπεύθυνος Κ.Π.Ε. Περτουλίου-Υπεύθυνος Κ.Π.Ε. Περτουλίου-ΤρικκαίωνΤρικκαίων

Med Med Διαπολιτισμικής ΕκπαίδευσηςΔιαπολιτισμικής Εκπαίδευσης

Med Med Γλωσσών & Φιλολογίας Νοτιανατολικής Γλωσσών & Φιλολογίας Νοτιανατολικής ΕυρώπηςΕυρώπης

Κόκκαλης ΘωμάςΚόκκαλης Θωμάς

Μέλος Π.Ο. Κ.Π.Ε. Μέλος Π.Ο. Κ.Π.Ε. Περτουλίου-Περτουλίου-ΤρικκαίωνΤρικκαίων

MSc MSc Ηλεκτρονικής Φυσικής Ηλεκτρονικής Φυσικής (Ραδιοηλεκτρολογίας)(Ραδιοηλεκτρολογίας)

MSc MSc Σχεδίασης Διαδραστικών και Σχεδίασης Διαδραστικών και Βιομηχανικών Προϊόντων και ΣυστημάτωνΒιομηχανικών Προϊόντων και Συστημάτων

Η παρουσίαση περιέχει:

Ιστορική αναδρομήΙστορική αναδρομήΑρχή λειτουργίας Φ/Β συστημάτωνΑρχή λειτουργίας Φ/Β συστημάτωνΥπάρχουσα Φ/Β τεχνολογία Υπάρχουσα Φ/Β τεχνολογία Εφαρμογές των Φ/Β συστημάτων και η κατάσταση Εφαρμογές των Φ/Β συστημάτων και η κατάσταση που επικρατεί σήμεραπου επικρατεί σήμεραΗλιακή ακτινοβολία και τρόπο τοποθέτησης των Ηλιακή ακτινοβολία και τρόπο τοποθέτησης των Φ/Β Φ/Β Βασικά μέρη ενός αυτόνομου Φ/Β συστήματος Βασικά μέρη ενός αυτόνομου Φ/Β συστήματος Τεχνικοοικονομική μελέτη εγκατάστασης Τεχνικοοικονομική μελέτη εγκατάστασης αυτόνομου Φ/Β αυτόνομου Φ/Β Συμπεράσματα Συμπεράσματα

ΦωτοβολταϊκόΦωτοβολταϊκό:Αυτό που σχετίζεται με την ύλη ή την συσκευή Αυτό που σχετίζεται με την ύλη ή την συσκευή στην οποία ο ηλεκτρισμός παράγεται ως στην οποία ο ηλεκτρισμός παράγεται ως αποτέλεσμα έκθεσης στο φωςαποτέλεσμα έκθεσης στο φως

Edmond BecquerelEdmond Becquerel, το 1839 , , το 1839 , ΑνακάλυψηΑνακάλυψη Charles FritzCharles Fritz, το1883 , το1883 Κρύσταλλος σελήνιοΚρύσταλλος σελήνιο Ο Ο Albert Einstein, Albert Einstein, 1904, 1904, Φωτοηλεκτρικό Φωτοηλεκτρικό

φαινόμενοφαινόμενο SchottkySchottky, το 1930, , το 1930, Θεωρία ημιαγωγώνΘεωρία ημιαγωγών ChapinChapin, , Pearson Pearson και και FullerFuller το 1953 το 1953 ΠυρίτιοΠυρίτιο Ο τεχνητός δορυφόρος, Ο τεχνητός δορυφόρος, Vanguard IVanguard I, το 1958, το 1958 Οι Οι CalsonCalson και και WronskiWronski το 1976 το 1976 Άμορφο πυρίτιοΆμορφο πυρίτιο

Δημιουργία ημιαγωγώνημιαγωγού τύπου Ν ημιαγωγού τύπου P

Οι προσμίξεις έχουν5 ηλεκτρόνια

στη στιβάδα σθένους

Οι προσμίξεις έχουν3 ηλεκτρόνια

στη στιβάδα σθένους

Αρχή λειτουργίας Φ/Β συστημάτων- Θεωρία ημιαγωγών

Η επαφή PN Η περιοχή απογύμνωσης στην

επαφή PN

Miα τυπική κυψέλη monomono--SiSi έχει βαθύ μπλε χρώμα και ζυγίζει λιγότερο από 10 γρ

Το πάχος της δεν ξεπερνάει τα 5mm.

Η κυψέλη,το πλαίσιο

και μιαΦ/Β

συστοιχία

Η δομή μιας Φ/Β κυψέλης

Υπάρχουσα Φ/Β τεχνολογία

Τεχνολογία κρυσταλλικού

πυριτίουΜονοκρυσαταλλικό (sc-Si)Η απόδοση στη βιομηχανία φτάνει το 17%.Πολυκρυαταλλικό(mc-Si)Η απόδοση στη βιομηχανία φτάνει το 15%.

Η τεχνολογία λεπτού φιλμ Η βιομηχανική απόδοση τους είναι πολύ μικρότερη από αυτή του κρυσταλλικού πυριτίου, κυμαίνεται μεταξύ 6 και 11% .

Τα είδη λεπτού φιλμ ανάλογα με το υλικό κατασκευής είναι: :

άμορφο πυρίτιο άμορφο πυρίτιο

τελουριούχο κάδμιοτελουριούχο κάδμιο

δισελινιούχο Ινδικό χαλκό με διάφορες προσμίξεις δισελινιούχο Ινδικό χαλκό με διάφορες προσμίξεις

Θειούχο κάδμιοΘειούχο κάδμιο

Αρσενιούχο γάλλιοΑρσενιούχο γάλλιο

Δομή άμορφου πυριτίου

Μερίδια αγοράς της τεχνολογίας

κυψελών το 2006

Απόδοση κυψέλης σε σχέση με την τεχνολογία και το υλικό κατασκευή της

Οι εφαρμογές των Φ/Β συστημάτων Οι εφαρμογές των Φ/Β συστημάτων και και

η κατάσταση που επικρατεί σήμεραη κατάσταση που επικρατεί σήμερα

Οικιακός εξοπλισμός, την παροχή ενέργειας σε κατοικίες για φωτισμό, τηλεόραση , ραδιόφωνο.

Γεωργία: άντληση νερού, ηλεκτρική περίφραξη για εκτρεφόμενα ζώα.

Κοινοτικό επίπεδο: Άντληση νερού, φωτισμός σε σχολεία , κέντρα υγειάς,

Υγειονομική περίθλαση: Φωτισμός σε θαλάμους, ψύξη εμβολίων

Μικρές επιχειρήσεις: Ηλεκτρική ισχύ για ελαφρύ εξοπλισμό.

Αυτόνομα συστήματαΑυτόνομα συστήματα

Αυτόνομο υβριδικό

Διασυδενδεμένο σύστημα

•Φ/Β συστήματα ενσωματωμένα σε πηγές σε στέγες, προσόψεις κτηρίων που είναι διασυνδεδεμένα με το δίκτυο της Δ.Ε.Η •Διασυνδεδεμένα κεντρικά φωτοβολταϊκά συστήματα με το δίκτυο της Δ.Ε.Η.

Παρούσα κατάσταση στη Ελλάδα

Η Ελλάδα είναι στην 7Η Ελλάδα είναι στην 7ηη θέση παγκοσμίως στην εγκατεστημένη ισχύς θέση παγκοσμίως στην εγκατεστημένη ισχύς το 2012 Το 200το 2012 Το 20099,, δραστηριοποιούνται 900 εταιρείες που δραστηριοποιούνται 900 εταιρείες που απασχολούν 2800 εργαζόμενουςαπασχολούν 2800 εργαζόμενους

Σήμερα η παραγόμενη ισχύς της ηλεκτρικής ενέργειας είναι 1563 ΜW από τα 9,17ΜW του 2007

Ηλιακή ακτινοβολίαΗλιακή ακτινοβολίαΗ έντασης της ηλιακής

ακτινοβολίας στην επιφάνεια της ατμόσφαιρας ίση με 1367W/m2

Το 18% απορροφάται Το 72% φθάνει στην γη

απευθείας Το 10% διαχέεται

Από το 10% που διαχέεται το 3% επιστρέφει στο διάστημα και το 7% φθάνει στη γη

Τελικά το 79% της ηλιακής ακτινοβολίας φθάνει στη επιφάνεια της γης

Μεταβολή της έντασης στη διάρκεια του έτους

Το μήκος της διαδρομής της ηλιακής ακτινοβολίας είναι μικρότερο όταν ο ήλιος είναι στο ζενίθ του τόπου.

Τις πρωινές και απογευματινές ώρες η ένταση του ήλιου είναι μικρότερη

από την ένταση όταν ο ήλιος είναι στο ζενίθ του τόπου

Μεταβολή της έντασης στη διάρκεια της ημέρας

Η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών γεννητριών

Για τον προσανατολισμό της Φ/Β πλάκας χρειάζονται

δυο γωνίες: α) η κλίση η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο της Φ/Β

πλάκας καi τον ορίζοντα β) η αζιμούθια γωνία που σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο, ανάμεσα στην προβολή της απόστασης ηλίου -Φ/Β πλάκας και το

τοπικό Βορρά Νότο

Τοποθέτηση εξοχική κατοικία

Γ.Π. = γεωγραφικό πλάτος

Μόνιμη κατοικίαΕπιλογή κατά περίπτωση ή μεταβολή της κλίσης 2 φορές το έτος

Χρήση περίοδος Κλίση (Ο)

Αζιμούθιο

Καλοκαιρινή περίοδος

21 Μαρτίου έως 21 Σεπτεμβρίου

Γ.Π.-12 Νότος

Χειμερινή περίοδος

21 Σεπτεμβρίου έως 21 Μαρτίου

Γ.Π.+12 Νότος

Μελέτη αυτόνομου Φ/Β συστήματος σε μόνιμη κατοικία, για αυτονομία 3 ημερών

Ο συσσωρευτής

Είναι μια συσκευή η οποία αποθηκεύει ηλεκτρική ενεργεία με τη μορφή χημικής ενέργειας.Μολύβδου υγρού καταλύτη ανοικτού τύπου ή κλειστού τύπου Φθηνές πολύ μικρή διάρκεια ζωής170 € ( 100AH, 12 V) (3-5 έτη)

Μολύβδου δεσμευμένου καταλύτη τύπου gelled 12V, ακριβές μεγάλη διάρκεια ζωής 250 € ( 100AH, 12 V)(9-10 έτη)

OPzV 2V στοιχείαΠανάκριβα, αλλά έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής650 € ( 100AH, 12 V) (13-14 έτη)

Ρυθμιστής φόρτισης Ρυθμιστής φόρτισης

Είναι η ηλεκτρονική διάταξη που επιβλέπει τη διαδικασία της φόρτισης και εκφόρτισης καθώς και την ενεργειακή κατάσταση των συσσωρευτών και παρεμβαίνει όποτε απαιτείται.

Δηλαδή:

όταν η τάση των συσσωρευτών υπερβεί μια μέγιστη τιμή, σταματάει τη διαδικασία της

φόρτισης.

Όταν η τάση των συσσωρευτών πέσει κάτω από μια προκαθορισμένη τιμή τότε

ξεκινάει τη διαδικασία της φόρτισης.

Όταν δεν υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια από τις ΑΠ Ε και η τάση των συσσωρευτών

πέσει κάτω από μια ελάχιστη τότε για λόγους προστασίας των συσσωρευτών από

υπερεκφόρτιση διακόπτει την τροφοδοσία των φορτιών της οικίας.

Έχουν απόδοση 80%

Ρυθμιστής φόρτισης MPPT (Maximum Power Point Tracking)

Eίναι μια ηλεκτρονική διάταξη που μέσω ενός μικροελεγκτή συγκρίνει τα στοιχεία

της εξόδου του Φ/ Σ με την κατάσταση των συσσωρευτών (συγκεκριμένα με τα volts

τους) και βρίσκει πως θα μετατρέψει κατάλληλα την τάση του Φ/ Σ ούτως ώστε να

φορτίσει αποτελεσματικότερα τους συσσωρευτές

Έχουν απόδοση 92%-97%

Αντιστροφέας ( Αντιστροφέας ( inverters) inverters)

Είναι μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές Είναι μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές (DC) ρεύμα του φωτοβολταϊκού συστήματος σε (DC) ρεύμα του φωτοβολταϊκού συστήματος σε εναλλασσόμενο (AC) ρεύμα 230V. Έτσι μπορούμε εναλλασσόμενο (AC) ρεύμα 230V. Έτσι μπορούμε να τροφοδοτήσουμε από τη μπαταρία του να τροφοδοτήσουμε από τη μπαταρία του φωτοβολταϊκού συστήματος όλες τις οικιακές φωτοβολταϊκού συστήματος όλες τις οικιακές συσκευές που απαιτούν 230 Volt.συσκευές που απαιτούν 230 Volt.

Είναι φθηνότερος από έναν με καθαρό ημίτονο και είναι κατάλληλος για τις περισσότερες συσκευές. Καταναλώνει όμως έως και 20% περισσότερη ενέργεια από τη μπαταρία σε σχέση με έναν μετατροπέα καθαρού ημίτονου. Επίσης, σε τηλεοράσεις και ηχοσυστήματα μέτριας ποιότητας θα ακούγεται ένα ελαφρύ βουητό.

Διαμορφωμένου ημιτόνου

Αν έχουμε ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές, καλό είναι να χρησιμοποιούμε για αυτές inverter με καθαρό ημίτονο. Απώλειες μόνο 3%Μειονέκτημα που έχουν οι inverter καθαρού ημίτονου είναι η τιμή τους, αφού είναι τρεις έως τέσσερις φορές ακριβότεροι από έναν αντίστοιχο με τροποποιημένο ημίτονο.

Καθαρού ημιτόνου

Πως υπολογίζω τις ανάγκες Πως υπολογίζω τις ανάγκες σε ηλεκτρισμό μιας σε ηλεκτρισμό μιας αυτόνομης κατοικίας;αυτόνομης κατοικίας;

Εξετάσουμε τις δυνατότητες για Εξετάσουμε τις δυνατότητες για εξοικονόμηση ενέργειας.εξοικονόμηση ενέργειας.

Ηλιακός θερμοσίφωνας αντί για Ηλιακός θερμοσίφωνας αντί για ηλεκτρικόςηλεκτρικός

Κουζίνα υγραερίου αντί ηλεκτρικής Κουζίνα υγραερίου αντί ηλεκτρικής

Λάμπες οικονομίας αντί πυρακτώσεως Λάμπες οικονομίας αντί πυρακτώσεως

Υπολογισμός Υπολογισμός κατανάλωσηςκατανάλωσης

Πολλαπλασιάζουμε τα Watt κάθε συσκευής επί τον αριθμό των ωρών που θα λειτουργεί.

Το άθροισμα όλων αυτών των γινομένων θα είναι η συνολική μας ημερήσια κατανάλωση σε Wh.

Επειδή υπάρχουν απώλειες στο σύστημά μας αλλά και κρυφές καταναλώσεις από συσκευές που δεν υπολογίσαμε (π.χ. συσκευές που καταναλώνουν ρεύμα ακόμα και κλειστές ή σε αναμονή), πολλαπλασιάζουμε το προηγούμενο άθροισμα επί 1,2.

Μελέτη αυτόνομης Μελέτη αυτόνομης κατοικίαςκατοικίας

Είδος ποσότητα Κατανάλωση (w) Διάρκεια (h) wh

Λάμπα φθορισμού 4 15 5 300

τηλεόραση 1 40 4 160

Η/Υ 1 60 2 120

καφετιέρα 1 900 0,16 135

Τοστιέρα 1 700 0,2 140

Ανεμιστήρας οροφής 1 50 4 200

ψυγείο 1 90 6 540

Σύνολο       1595

Κατανάλωση =1595Wh x 1,2=1914Wh=1,9KWh

Υπολογίσαμε λοιπόν, ότι χρειαζόμαστε 1,9 KWh το 24ωρο.Για να έχουμε αυτονομία 3 ημερών χρειαζόμαστε 1,9 kwh X 3 = 5,7 kwhΟι συσσωρευτές αναγράφουν τη χωρητικότητά τους σε Ah (αμπέρ ανά ώρα).Σε Ah για 12V συσσωρευτή 5700wh/12V=475Ah

Υπολογισμός του μεγέθους των συσσωρευτών

Αν ο συσσωρευτής έχει βάθος εκφόρτωσης 60%Χρειάζονται 475/60%≈ 800 AhΕπομένως απαιτούνται : 4 συσσωρευτές

200 Α200 Αh x 12V = 2,4kwh h x 12V = 2,4kwh

άρα 4Χ2,4άρα 4Χ2,4kwh=kwh=99,,6 6 kwhkwh

Κόστος 430Κόστος 430€ ανά συσσωρευτήΣυνολικό κόστος= 4x430=1720€

Υπολογισμός του κόστους συσσωρευτών

Έστω ότι έχω ένα ηλιακός συλλέκτης των 120 watt/p ονομαστικά (ανά ώρα ηλιοφάνειας)

Χειμώνας , θεωρώ 3 ώρες ηλιοφάνειας Αριθμός panel =κατανάλωση/ (ώρες ηλιοφάνειας x

ισχύ panel) =1900wh / ( 3h x120w)≈ 5 Ισχύς φωτοβολταϊκού συστήματος= 5x120W= 600W 1 panel ( 120W, 12V)≈ 230€ Κόστος= 5X230€≈1150 €

Υπολογισμός του Υπολογισμός του μεγέθους των ηλιακών μεγέθους των ηλιακών συλλεκτώνσυλλεκτών

Ρυθμιστής φόρτισηςΡυθμιστής φόρτισης

Ο ρυθμιστής φόρτισης θα πρέπει να διαχειρίζεται το άθροισμα των ρευμάτων των panel, και να έχει την ίδια τάση 12 V

Δηλαδή 5 x 6,71A=33,55A Άρα θα χρησιμοποιήσω 1 ρυθμιστή φόρτισης

MPPT με χαρακτηριστικά 12 V 45A ≈589€

Επιλογή Επιλογή inverterinverter

Η επιλογή του κατάλληλου inverter γίνεται βάσει της κατανάλωσης του συστήματος μας

1900 W άρα χρειάζομαι inverter με χαρακτηριστικά ( 12v , 220v 2000W)

Τιμή ≈ 590€

Συνολικό κόστος Συνολικό κόστος 20ετίας20ετίας

Στοιχεία Τιμή (€)

Αρχικό κόστος Φωτοβολταϊκά panel 1150

συσσωρευτές 1720Ρυθμιστής φόρτισης 589

inverter 590Καλωδιώσεις –πίνακας 300εργατικά 300Τρέχων συνολικό κόστος 4649

Αντικατάσταση στη δεκαετίασυσσωρευτές 1967

Ετήσια συντήρηση30 € 624Συνολικό κόστος 20ετίας

7240

Ετήσιος πληθωρισμός 1,5%

Μηνιαίο κόστος 7240/(12x20)=30,2€

ΣυμπεράσματαΣυμπεράσματα

H H φωτοβολταϊκή ενέργεια είναι μια φωτοβολταϊκή ενέργεια είναι μια καλή λύση για αυτόνομηκαλή λύση για αυτόνομη,, μη μη διασυνδεμένη με τη Δ.Ε.Ηδιασυνδεμένη με τη Δ.Ε.Η., ., κατοικία κατοικία

Οι συσσωρευτές αυξάνουν σημαντικά το Οι συσσωρευτές αυξάνουν σημαντικά το κόστος της χρήσης των φωτοβολταϊκων κόστος της χρήσης των φωτοβολταϊκων

Το κόστος εξαρτάται από την αν η Το κόστος εξαρτάται από την αν η κατοικία είναι εξοχική ή μόνιμηκατοικία είναι εξοχική ή μόνιμη

Από τις ημέρες αυτονομίαςΑπό τις ημέρες αυτονομίας

ΥλικάΥλικά

http://www.greenenergyparts.com/index.php/battery12v200ah.html

http://ecowatt-shop.gr/el/fotovoltaika-panel/231-luxor-solo-line-120w-12v.html

http://www.greenenergyparts.com/index.php/chargecontroller-ts45amppt.html

http://www.greenenergyparts.com/index.php/inverterwsg2000.html