Μάθετε περισσότερα σχετικά με τα αυτονομα φωτοβολταικα συστήματα Stand-Alone
Ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα – ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
5.5.2 Αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα
Τα αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν ανεξάρτητα από το ηλεκτρικό δίκτυο και είναι γενικά σχεδιασμένα και διαστασιολογημένα για την παροχή ορισμένων ηλεκτρικών φορτίων DC ή / και AC. Αυτοί οι τύποι συστημάτων μπορεί να τροφοδοτούνται μόνο από μια φωτοβολταϊκή διάταξη ή να χρησιμοποιούν αιολική ενέργεια, μια γεννήτρια κινητήρα ή μια ισχύ κοινής ωφέλειας ως βοηθητική πηγή ενέργειας σε αυτό που ονομάζεται φωτοβολταϊκό-υβριδικό σύστημα. Ο απλούστερος τύπος αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι ένα σύστημα άμεσης σύνδεσης, όπου η έξοδος συνεχούς ρεύματος μιας φωτοβολταϊκής μονάδας ή συστοιχίας συνδέεται άμεσα με φορτίο DC ( Εικ. 5.5). Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικού ρεύματος (μπαταρίες) σε συστήματα με απευθείας σύνδεση, το φορτίο λειτουργεί μόνο κατά τις ώρες ηλιοθεραπείας, καθιστώντας αυτά τα σχέδια κατάλληλα για κοινές εφαρμογές, όπως ανεμιστήρες εξαερισμού, αντλίες νερού και αντλίες μικρής κυκλοφορίας για συστήματα θέρμανσης με ηλιακό θερμοσίφωνα. Η αντιστοίχιση της σύνθετης αντίστασης του ηλεκτρικού φορτίου με τη μέγιστη ισχύ εξόδου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας είναι ένα κρίσιμο μέρος του σχεδιασμού ενός καλώς αποδοτικού συστήματος άμεσης σύνδεσης. Για ορισμένα φορτία όπως αντλίες νερού θετικής εκτόνωσης. ένας τύπος ηλεκτρονικού μετατροπέα συνεχούς ρεύματος DC, ο οποίος ονομάζεται συσκευή παρακολούθησης μέγιστης ισχύος (MPPT), χρησιμοποιείται μεταξύ του πίνακα και του φορτίου για καλύτερη χρήση της διαθέσιμης μέγιστης ισχύος εξόδου του πίνακα.
Σε πολλά αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα , οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας. Το σχήμα 5.6 δείχνει ένα διάγραμμα ενός τυπικού αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος που τροφοδοτεί φορτία DC και AC. Το σχήμα 5.7 δείχνει πώς μπορεί να ρυθμιστεί ένα τυπικό φωτοβολταϊκό υβριδικό σύστημα.
Σχήμα 5.7 . Διάγραμμα του φωτοβολταϊκού υβριδικού συστήματος
Μετατροπή φωτοβολταϊκού συστήματος
3.6.2 Αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα
Τα
αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα είναι συνήθως εναλλάκτες ισχύος κοινής ωφέλειας. Περιλαμβάνουν γενικά μονάδες ηλιακής φόρτισης, μπαταρίες
φωτοβολταικών αποθήκευσης και χειριστήρια ή ρυθμιστές όπως φαίνεται στο σχήμα 3.15 . Τα συστήματα που εγκαθίστανται στο έδαφος ή στην οροφή θα απαιτούν δομή τοποθέτησης , και εάν είναι επιθυμητή η παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος, απαιτείται επίσης μετατροπέας . Σε πολλά
αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας, καθώς μπορεί να αντιπροσωπεύουν έως και το 40% του συνολικού κόστους του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος καθ ‘όλη τη διάρκεια ζωής του [ 33 ].
Αυτές οι μπαταρίες προκαλούν απώλειες στο φωτοβολταϊκό σύστημα λόγω περιορισμένης διαθεσιμότητας χρόνου και ενέργειας για την επαναφόρτιση της μπαταρίας εκτός από την ανεπαρκή συντήρηση της μπαταρίας. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ένας ελεγκτής φόρτισης για τον έλεγχο του συστήματος και την αποφυγή υπερβολικής φόρτισης και υπερβολικής φόρτισης της μπαταρίας. Η υπερφόρτιση μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και ενδέχεται να προκαλέσει αέρια, ενώ η υπερφόρτιση μπορεί να οδηγήσει σε θείωση και στρωματοποίηση, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της αποτελεσματικότητας της μπαταρίας και της διάρκειας ζωής [ 34-37 ].
Οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται συχνά σε
αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα για την αποθήκευση ενέργειας που παράγεται από τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια κατά τη διάρκεια της ημέρας και την τροφοδοσία ηλεκτρικών φορτίων ανάλογα με τις ανάγκες (κατά τη διάρκεια της νύχτας ή των συννεφιασμένων καιρικών συνθηκών). Επιπλέον, απαιτούνται μπαταρίες στα συστήματα παρακολούθησης για να λειτουργούν στο MPP προκειμένου να παρέχουν ηλεκτρικά φορτία με σταθερές τάσεις. Σχεδόν, οι περισσότερες από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σε
αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα είναι μπαταρίες μολύβδου-οξέος βαθιάς κυκλοφορίας [ 38 ]. Αυτές οι μπαταρίες έχουν παχύτερες πλάκες μολύβδου που τις κάνουν να ανέχονται τις βαθιές εκκενώσεις . Όσο πιο παχιά είναι οι πλάκες μολύβδου, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής των μπαταριών. Όσο βαρύτερη είναι η μπαταρία για ένα δεδομένο μέγεθος ομάδας, τόσο πιο παχιά είναι τα πιάτα και τόσο καλύτερα η μπαταρία θα ανέχεται τις βαθιές απορρίψεις [ 39 ].
Όλες οι μπαταρίες βαθιάς κύλισης βαθμολογούνται σε χωρητικότητα αμπέρ-ώρας (AH), ποσότητα της ποσότητας χρησιμοποιήσιμης ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί στην ονομαστική τάση [ 40 ]. Ένα καλό ποσοστό φόρτισης είναι περίπου το 10% της συνολικής χωρητικότητας της μπαταρίας ανά ώρα. Αυτό θα μειώσει τις απώλειες ηλεκτρολυτών και τη ζημιά στις πλάκες [ 38 ]. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα μπορεί να χρειάζεται να έχει μέγεθος για να αποθηκεύει επαρκή ποσότητα ενέργειας στις μπαταρίες για να καλύψει τη ζήτηση ισχύος κατά τη διάρκεια πολλών ημερών θολών καιρικών συνθηκών, γνωστών ως “ημέρες αυτονομίας”. Το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) (IEEE Std 1013-1990) [ 41 ], για την επιλογή, φόρτιση και δοκιμή σε αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα (IEEE Std 1361-2003) [ 42]] και για την εγκατάσταση και συντήρηση τους (IEEE Std 937-2007) [ 43 ].
Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου χρησιμοποιούνται επίσης για
αυτονομα φωτοβολταικα συστηματα , αλλά είναι συχνά δαπανηρές και “μπορεί να έχουν προβλήματα συμβατότητας τάσης με ορισμένους μετατροπείς και φορτιστές” [ 44 ]. Ωστόσο, το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι δεν επηρεάζονται από τη θερμοκρασία όπως άλλοι τύποι μπαταριών, επομένως συνιστώνται ως επί το πλείστον για βιομηχανικές ή εμπορικές εφαρμογές σε ψυχρές θέσεις. Το IEEE έχει επίσης εκπονήσει ορισμένες οδηγίες για την εγκατάσταση και τη συντήρηση (IEEE Std 1145-1999) [ 45 ].
Για την επέκταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και για την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος απαιτείται ένας ελεγκτής φόρτισης για τη ρύθμιση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας από τις φωτοβολταϊκές μονάδες στη μπαταρία και το φορτίο. Ο ελεγκτής διατηρεί την μπαταρία πλήρως φορτισμένη χωρίς να την φορτίζει υπερβολικά. Πολλοί ελεγκτές έχουν την ικανότητα να ανιχνεύουν το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας που αντλείται από τις μπαταρίες στο φορτίο και να σταματήσουν τη ροή έως ότου αποκατασταθεί επαρκής φόρτιση στις μπαταρίες. Το τελευταίο μπορεί να επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ωστόσο, οι ελεγκτές σε αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα είναι πιο σύνθετες συσκευές που εξαρτώνται από την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και είναι δύσκολο να μετρηθεί. Ο ελεγκτής πρέπει να έχει μέγεθος για να χειρίζεται το μέγιστο ρεύμα που παράγεται. Πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά πριν από την επιλογή ενός ελεγκτή, όπως ρυθμιζόμενα σημεία ρύθμισης, όπως αποσυνδέσεις υψηλής και χαμηλής τάσης, αντιστάθμιση θερμοκρασίας, προειδοποίηση χαμηλής τάσης και προστασία αντιστροφής ρεύματος. Επιπλέον, ο ελεγκτής θα πρέπει να διασφαλίζει ότι δεν ρέει ρεύμα από τη μπαταρία στη συστοιχία τη νύχτα.
