από το 2000

 

Η εταιρεία | Προϊόντα | Υπηρεσίες | Προσφορές | Αυτόνομη ηλεκτροδότηση | Ενδεικτικά έργα | Δίκτυο συνεργατών| Επικοινωνία

 

 

 

Συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης

                                          Επιμέλεια: Κώστας Ανδρομιδάς

 

Εισαγωγή.

Με την εξέλιξη της τεχνολογίας και με το συνεχώς ανοδικό κόστος της ενέργειας σε κάθε μορφή της, τα συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης (ΣΑΗ) είναι πλέον μια πολύ αξιόπιστη και ποιοτική λύση, ενδιαφέρουσα και από οικονομικής πλευράς, την οποία θα πρέπει να εξετάσει πολύ προσεκτικά ο ενδιαφερόμενος.

Η αυτόνομη ηλεκτροδότηση διαφέρει σημαντικά από τις εφαρμογές διασυνδεδεμένων φωτοβολταϊκών συστημάτων και απαιτεί πολύ υψηλότερο επίπεδο τεχνογνωσίας και εμπειρίας στην επιλογή του εξοπλισμού, στην ρύθμιση και στην εγκατάσταση. Επίσης,  κάθε σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης πρέπει να σχεδιάζεται βάσει των απαιτήσεων της κάθε ξεχωριστής εφαρμογής ώστε να επιτυγχάνει βέλτιστη απόδοση για την συγκεκριμένη ανάγκη.

Η σύγχρονη τεχνολογία έχει εξελιχθεί σε τέτοιο βαθμό ώστε ένα σωστά σχεδιασμένο σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης μπορεί να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια με ποιότητα και αξιοπιστία ανώτερη από αυτή του δημοσίου δικτύου παροχής. Μπορεί επίσης να παρέχει ισχύ ικανή να τροφοδοτήσει από ένα εξοχικό σπίτι με βασικές ανάγκες μέχρι μια βιομηχανική μονάδα ή έναν ολόκληρο οικισμό. Και όλα αυτά με εξοπλισμό με μεγάλη διάρκεια ζωής (άνω των 10 - 15 ετών), με ελάχιστα λειτουργικά έξοδα, συνδυάζοντας πολλές διαφορετικές πηγές ενέργειας, με δυνατότητες επέκτασης του συστήματος για κάλυψη μελλοντικών αναγκών, και πολλές άλλες δυνατότητες.

Μία πολύ σημαντική παράμετρος για την επιτυχία της εφαρμογής ενός συστήματος αυτόνομης ηλεκτροδότησης είναι η κατανόηση από τον χρήστη - ιδιοκτήτη του τρόπου λειτουργίας του, στον βαθμό που επηρεάζει τον σχεδιασμό και το τελικό κόστος.

Παρακάτω θα προσπαθήσουμε να δούμε και να ξεδιαλύνουμε βήμα - βήμα, όλα τα σημαντικά θέματα γύρω από ένα σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης.

    1. Η ανάγκη για αυτόνομη ηλεκτροδότηση

    2. Συμφέρει η αυτόνομη ηλεκτροδότηση από Α.Π.Ε.;

    3. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για εξοχικές κατοικίες

    4. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για μόνιμες κατοικίες

    5. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για επαγγελματική χρήση

    6. Η γεννήτρια (Η/Ζ) σε ένα σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης

    7. Ο μετατροπέας (inverter)

    8. Ο συσσωρευτής

    9. Τα φωτοβολταϊκά σε συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης

    10. Ο ρυθμιστής φόρτισης (για τα φωτοβολταϊκά)

    11. Η ανεμογεννήτρια σε συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης

    12. Οι καταναλωτικές μας συνήθειες

    13. Απλοί τρόποι εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας

 

 

 

 

 

1. Η ανάγκη για αυτόνομη ηλεκτροδότηση.

 

Οι βασικότεροι λόγοι που μέχρι πρόσφατα θα επέλεγε κάποιος να ηλεκτροδοτήσει αυτόνομα το σπίτι του είναι:

Όλοι οι παραπάνω λόγοι πλην του τελευταίου είναι αυτονόητοι και θα λέγαμε "αναγκαστικοί" μέχρι ενός βαθμού.

Καθώς το κόστος του εξοπλισμού ενός ΣΑΗ είναι συνεχώς μειούμενο και το κόστος αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο συνεχώς αυξανόμενο, η επένδυση σε ένα ΣΑΗ για το σπίτι μας ή την επιχείρησή μας είναι πλέον συμφέρουσα και από οικονομικής πλευράς.

 

 

2. Συμφέρει η αυτόνομη ηλεκτροδότηση από Α.Π.Ε.;

 

Παράδειγμα:

Έστω μονοκατοικία, μόνιμη οικία τετραμελούς οικογένειας με συνολικό στεγασμένο εμβαδόν γύρω στα 120m2.

Η οικία είναι προσεγμένη κατασκευή μικρής σχετικά ηλικίας και θα την χαρακτηρίζαμε "ενεργειακά ορθή".

Η μόνωση της τοιχοποιίας και της στέγης είναι καλή και τα κουφώματα είναι τουλάχιστον με διπλά τζάμια και δεν έχουν μεγάλες απώλειες.

 

Ή οικία θερμαίνεται με κοινό σύστημα καλοριφέρ με καυστήρα πετρελαίου και διαθέτει ενεργειακό τζάκι αερόθερμο το οποίο είναι ικανό να καλύψει πλήρως την οικία σε θέρμανση και χρησιμοποιείται υποβοηθητικά ως προς το κύριο σύστημα.

Το ζεστό νερό χρήσης παράγεται από ηλιακό θερμοσίφωνα τριπλής ενεργείας και επαρκεί για τους περίπου 7 - 8 "καλοκαιρινούς" μήνες του έτους ενώ θερμαίνεται από το σύστημα του καλοριφέρ κατά την χειμερινή περίοδο.

 

Όλες οι κύριες ηλεκτρικές συσκευές (ψυγειοκαταψύκτης, πλυντήριο ρούχων, πλυντήριο πιάτων) είναι ενεργειακής κλάσης Α ή καλύτερες, οι λαμπτήρες είναι LED ή ηλεκτρονικοί (εξοικονόμησης ενέργειας).

Το μαγειρείο αποτελείται από 2 εστίες αερίου και από 2 ηλεκτρικές (εντοιχισμένες). Οι εστίες αερίου χρησιμοποιούνται ως κύριες ενώ οι ηλεκτρικές χρησιμοποιούνται επικουρικά και περιστασιακά.

Υπάρχει επίσης ηλεκτρικός φούρνος εντοιχισμένος, οικιακού μεγέθους, ενεργειακής κλάσης Α.

 

Στην οικία υπάρχουν εγκατεστημένα 3 κλιματιστικά (1 χ 12000BTU στο καθιστικό και 2 x 9000BTU στις κρεβατοκάμαρες) τα οποία είναι πολύ καλής ποιότητας, τύπου inverter και ενεργειακής κλάσης Α.

Τα κλιματιστικά χρησιμοποιούνται σπάνια, κυρίως τις πολύ ζεστές καλοκαιρινές ημέρες. Η χρήση τους δεν χρειάζεται να είναι πολύωρη αφού λόγω καλής μόνωσης ο δροσισμός της οικίας επιτυγχάνεται σχετικά γρήγορα.

 

Η μέση κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας της παραπάνω οικίας εκτιμάται στις περίπου 1.500kWh (κιλοβατώρες) ανά 4μηνο, δηλαδή 4.500kWh ανά έτος.

Αν η παραπάνω οικία συνδεθεί με το δημόσιο δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας η ετήσια δαπάνη της οικογένειας για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος θα είναι περίπου (τιμές 2012) περίπου 1.000 - 1.500 ευρώ (εξαρτάται από το ύψος των δημοτικών τελών), ενώ το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι περίπου 700 - 1.000 ευρώ.

 

Έξοδα τα οποία εμπεριέχονται στον λογαριασμό του παρόχου αλλά δεν έχουν άμεση σχέση με την κατανάλωση ενέργειας όπως δημοτικά τέλη, έκτακτες εισφορές, κλπ., θα πρέπει (τυπικά) να αποδίδονται στους δικαιούχους ακόμη και αν η οικία δεν έχει σύνδεση με το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας.

 

Το κόστος ενός πλήρους συστήματος αυτόνομης ηλεκτροδότησης που θα κάλυπτε τις παραπάνω ανάγκες θα ήταν περίπου (τιμές 2012):

~ 12.000 ευρώ για ένα πλήρες σύστημα με μέτριας ποιότητας εξοπλισμό και περιορισμένες δυνατότητες επέκτασης.

~ 15.000 ευρώ για ένα πλήρες σύστημα με καλής ποιότητας εξοπλισμό και σχετικά καλές δυνατότητες επέκτασης.

~ 18.000 ευρώ για ένα πλήρες σύστημα με πολύ καλή ποιότητα εξοπλισμού και μεγάλες δυνατότητες επέκτασης.

 

Ανάλογα με το τι θα επιλέξουμε να υπολογίσουμε και με την ποιότητα του εξοπλισμού, η "απόσβεση" της δαπάνης θα μπορούσε να γίνει σε λιγότερο από 10 έτη ή και σε περισσότερο από 20 έτη.

 

Στον παραπάνω υπολογισμό θα πρέπει να λάβουμε υπόψη την ετήσια δαπάνη μιας γεννήτρια η οποία θα κληθεί να "βοηθήσει" το ΣΑΗ κυρίως τον χειμώνα. Θεωρείται αποδεκτή η λειτουργία της γεννήτριας μέχρι περίπου 200 - 300 ώρες ετησίως.

 

 

3. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για εξοχικές κατοικίες

 

Σε μια εξοχική κατοικία η χρήση συνήθως δεν ξεπερνά τις 60 ως 80 ημέρες ετησίως. Το μεγαλύτερο μερίδιο αυτής της χρήσης είναι το καλοκαίρι (30 - 60 ημέρες) και λιγότερο κατά την χειμερινή περίοδο οπότε η οικία συνήθως κατοικείται για 2ήμερα - 3ήμερα τα Σαββατοκύριακα και σπανιότερα για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα που σπανίως ξεπερνούν τις 7 - 10 συνεχόμενες ημέρες.

 

Τα απαραίτητα ηλεκτρικά φορτία σε μια εξοχική οικία είναι το ο φωτισμός, το ψυγείο και η τηλεόραση ή το ραδιόφωνο. Επίσης συχνά χρειάζεται να λειτουργήσει περιστασιακά ένας φορητός υπολογιστής και διάφορες μικροσυσκευές όπως μίξερ, στεγνωτήριο μαλλιών, κλπ.

Ένα σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης ικανό να καλύψει αυτές τις ανάγκες κοστίζει από 3.000 - 3.500 ευρώ και φθάνει μέχρι και τις 7.000 - 8.000 ευρώ ανάλογα με την ποσότητα και ποιότητα του εξοπλισμό που διαθέτει.

 

 

4. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για μόνιμες  κατοικίες

 

Παραπάνω εξετάσαμε τεχνικοοικομικά ένα παράδειγμα μόνιμης κατοικίας και κάναμε διάφορες παραδοχές σχετικά με την ποιότητα κατασκευής του, τις συσκευές που έχει και τον τρόπο χρήσης τους ώστε να εκτιμήσουμε την μέση ημερήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.

 

Δυστυχώς δεν υπάρχει κανόνας και κάθε οικία έχει διαφορετική μέση ημερήσια κατανάλωση που εξαρτάται από πολλούς παράγοντες.

Ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την κατανάλωση είναι ο τρόπος ζωής και ειδικότερα αυτό που θα λέγαμε "ενεργειακή συμπεριφορά" των ενοίκων.

 

Προκειμένου να έχει επιτυχία η εφαρμογή ενός ΣΑΗ σε μόνιμη οικία είναι πολύ σημαντικό να γίνει:

α) αναλυτική μελέτη των ηλεκτρικών φορτίων της οικίας και του χρόνου χρήσης τους σε καθημερινή και εβδομαδιαία βάση.

β) αναλυτική, λεπτομερής και υπομονετική ενημέρωση των ενοίκων για τον τρόπο λειτουργίας και - κυρίως - για τα όρια που έχει ένα ΣΑΗ. Η συνειδητοποιημένη επιλογή της εγκατάστασης ενός ΣΑΗ από έναν σωστά ενημερωμένο ιδιοκτήτη είναι προϋπόθεση για την επιτυχία της εφαρμογής

 

 

5. Αυτόνομη ηλεκτροδότηση για επαγγελματική χρήση

 

Μιλώντας για "επαγγελματική χρήση" θα μπορούσαμε να εννοούμε από μία μικρή επιχείρηση με ελάχιστες καταναλώσεις (π.χ. ένα υπαίθριο πάρκινγκ αυτοκινήτων) μέχρι μια μεγάλη βιομηχανική μονάδα με τεράστιες απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια.

Υπάρχουν φυσικά άπειρες ενδιάμεσες διαβαθμίσεις και κάθε περίπτωση θα πρέπει να μελετηθεί ξεχωριστά.

Σημαντικά στοιχεία είναι επίσης οι διαθέσιμες επιφάνειες του / των κτιρίων, η μέγιστη ισχύς που απαιτείται, η κατανομή της κατανάλωσης στην διάρκεια του 24ώρου ή / και του έτους και πολλά άλλα.

 

Καθώς το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται είναι όλο και πιο σημαντικό να καλύπτει μία επιχείρηση μέρος ή ολόκληρη την κατανάλωσή της με ίδια μέσα.

Ένα ΣΑΗ στα πλαίσια μιας επιχείρησης θα μπορούσε να εγκατασταθεί έτσι ώστε να καλύπτει κάποιο ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης και να έχει δυνατότητες επέκτασης ώστε σταδιακά να επεκταθεί και να καλύψει όλο και μεγαλύτερο μέρος ή και ολόκληρη την κατανάλωση.

Η παροχή του δικτύου μπορεί να διατηρηθεί και το σύστημα να υποβοηθείται αυτόματα από αυτήν όταν η ενέργεια των Α.Π.Ε. δεν είναι αρκετή.

 

Ένα "παράπλευρο" όφελος που προκύπτει είναι η αδιάλειπτη παροχή ενέργειας για τα φορτία που τροφοδοτεί το ΣΑΗ, σε περιπτώσεις διακοπής ρεύματος, λόγω της ύπαρξης των συσσωρευτών.

 

Μας δίνεται ακόμη η δυνατότητα να σχεδιάσουμε νέες επιχειρηματικές δράσεις χωρίς το "πρόβλημα" της ηλεκτροδότησης να είναι εμπόδιο.

Π.χ. θα μπορούσε κάποιος να κατασκευάσει ένα συγκρότημα ενοικιαζόμενων καταλυμάτων σε μία απομακρυσμένη περιοχή πολύ μακριά από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο θα ηλεκτροδοτηθεί μόνιμα και αξιόπιστα από ένα ΣΑΗ.

Υπάρχουν αρκετές επιχειρηματικές εφαρμογές όπου ένα ΣΑΗ μπορεί να δώσει λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροδότησης και μακροπρόθεσμα να εξοικονομήσει σημαντικά ποσά, αλλά κυρίως να επεκτείνει το πεδίο δράσης της επιχείρησης. Π.χ. ιχθυοκαλλιέργειες, απομακρυσμένες κτηνοτροφικές μονάδες, αντλίες άρδευσης, αναμεταδότες TV - ραδιοφώνου, κλπ.

 

 

6. Η γεννήτρια (Η/Ζ) σε ένα σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης

 

Όσο και αν ακούγεται παράξενο, αυτό που καθορίζει την σταθερότητα λειτουργίας και την επάρκεια κάθε ΣΑΗ είναι η γεννήτρια.

 

Οποιοδήποτε ΣΑΗ, όσο καλοσχεδιασμένο και αν είναι, όσο καλή ποιότητα εξοπλισμού και αν διαθέτει και όσο προσεκτική διαχείριση της ενέργειας και αν γίνεται, εφόσον βασίζεται αποκλειστικά σε Α.Π.Ε. είναι "μοιραίο" ότι κάποια στιγμή θα "μείνει" από ενέργεια.

Ο λόγος είναι απλός και έχει να κάνει με το βασικό μειονέκτημα των Α.Π.Ε. που είναι το γεγονός ότι δεν ελέγχονται από εμάς.

Μπορούμε να εκτιμήσουμε με σχετική ακρίβεια την ενέργεια που θα μας δώσουν τα φωτοβολταϊκά για μία περίοδο ενός έτους ή 6 μηνών (το ίδιο ισχύει και για τις ανεμογεννήτριες αλλά με μεγαλύτερο περιθώριο σφάλματος), δεν υπάρχει όμως δυνατότητα να κάνουμε ασφαλή εκτίμηση για ένα μικρό χρονικό διάστημα π.χ. 3 ημερών. Γνωρίζουμε τι περίπου μπορούμε να περιμένουμε π.χ. τον Μάρτιο από τα φωτοβολταϊκά μας, δεν ξέρουμε όμως αν και πότε θα προκύψει κάποια κακοκαιρία μέσα στον Μάρτιο όπου θα έχουμε για 5 συνεχόμενες ημέρες συννεφιά.

 

Επίσης, γνωρίζουμε ότι η μέση ημερήσια κατανάλωση του σπιτιού μας είναι π.χ. 9kWh, παρακολουθώντας την κατανάλωσή μας για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, στην πραγματικότητα όμως η ημερήσια κατανάλωση μπορεί να έχει σημαντικές διακυμάνσεις από μέρα σε μέρα.

Θα μπορούσε ας πούμε να είναι 6kWh την μία ημέρα και να ξεπεράσει τις 12kWh την επομένη.

Θα μπορούσε επίσης να είναι αυξημένη για μια μεγαλύτερη περίοδο λόγω κάποιας συγκυρίας, π.χ. φιλοξενία πολλών ατόμων για μερικές ημέρες, ή ανάγκη για εκτεταμένη χρήση / λειτουργία εργαλείων λόγω εργασιών συντήρησης, κλπ.

 

Το αποτέλεσμα είναι ότι κυρίως λόγω των "αστάθμητων" παραγόντων της παραγωγής των Α.Π.Ε. αφενός και της κατανάλωσης αφετέρου, το ΣΑΗ μπορεί συγκυριακά να αποδειχθεί ανεπαρκές να καλύψει την τρέχουσα κατανάλωση.

Η λύση της υπέρ-διαστασιολόγησης του ΣΑΗ με μεγαλύτερη χωρητικότητα στους συσσωρευτές, περισσότερη ισχύς φωτοβολταϊκών, κλπ., απλά μειώνει την πιθανότητα να συμβεί κάτι τέτοιο, δεν την εξαλείφει όμως εντελώς, ενώ ταυτόχρονα είναι μία ακριβή λύση αφού το σύστημά μας θα διαθέτει εξοπλισμό που υπό φυσιολογικές - καθημερινές συνθήκες δεν θα τον αξιοποιεί.

 

Αυτό που θα εγγυηθεί την επάρκεια σε ενέργεια και την σταθερότητα του συστήματός μας κάτω από οποιαδήποτε συνθήκη είναι η ύπαρξη μιας ελεγχόμενης πηγής ενέργειας που στην απλούστερη μορφή της είναι μια κοινή γεννήτρια.

 

Η γεννήτρια θα πρέπει κατά προτίμηση να είναι ικανή να αναλάβει το σύνολο της ισχύος της εγκατάστασης και να διαθέτει αποθέματα ισχύος αφού όταν το σύστημα διαθέτει μετατροπέα-φορτιστή παράλληλα θα γίνεται και φόρτιση των συσσωρευτών.

 

Πρέπει να ξεκαθαρίσουμε εδώ ότι όταν έχουμε ένα ΣΑΗ η γεννήτρια έχει καθαρά εφεδρικό ρόλο. Μπορεί να μην χρειαστεί για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα, ακόμη και για έτη ολόκληρα. Αν όμως το σύστημα ξεμείνει από ενέργεια για οποιονδήποτε λόγο, η γεννήτρια θα είναι η μοναδική αξιόπιστη και σίγουρη λύση που θα έχουμε εκείνη την στιγμή.

Επίσης, όταν συνδυάζεται με ένα ΣΑΗ που διαθέτει μετατροπέα-φορτιστή (inverter-charger) η λειτουργία της δεν χρειάζεται να είναι πολύωρη αφού παράλληλα με την ηλεκτροδότηση των τρεχόντων καταναλώσεων γίνεται και φόρτιση των συσσωρευτών. Έτσι, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα λειτουργίας, η γεννήτρια μπορεί να "σβήσει" και να συνεχιστεί η ηλεκτροδότηση με την ενέργεια των συσσωρευτών.

Εν τω μεταξύ, μπορεί να εξαλειφθεί και η συνθήκη που οδήγησε στην ανάγκη για την γεννήτρια και η λειτουργία του συστήματός μας να συνεχιστεί κανονικά χωρίς την "βοήθειά" της.

 

Στα ΣΑΗ που προορίζονται για περιστασιακή χρήση ή εξοχικές κατοικίες, η χρήση της γεννήτριας είναι γενικά σπάνια και πολύ περιορισμένη. Σε αυτές τις περιπτώσεις μια "φθηνή" φορητή γεννήτρια είναι αρκετή. Ο χρήστης παρακολουθεί τα βασικά δεδομένα λειτουργίας του συστήματος (κυρίως την τάση των συσσωρευτών) και θέτει την γεννήτρια σε λειτουργία αν χρειαστεί.

Για μόνιμες κατοικίες, επιχειρηματικές εφαρμογές και γενικά στις εφαρμογές που απαιτείται πραγματικά αδιάλειπτη παροχή ενέργειας, όπου - ειδικά κατά την διάρκεια του χειμώνα - η χρήση της γεννήτριας θα είναι πιο συχνή, είναι προτιμότερο η γεννήτρια να έχει προδιαγραφές συνεχούς λειτουργίας (καλή ψύξη, δεξαμενή καυσίμου μεγάλης χωρητικότητας, κλπ) και να διαθέτει ικανότητα αυτόματης εκκίνησης / παύσης που θα ελέγχεται από το ΣΑΗ. Έτσι το ΣΑΗ θα θέτει την γεννήτρια σε λειτουργία μόνο όταν και για όσο απαιτείται χωρίς παρέμβαση από τους χρήστες. Σε αυτήν την περίπτωση η ηλεκτροδότηση είναι αδιάλειπτη κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες.

 

 

 

7. Ο μετατροπέας (inverter) ή μετατροπέας - φορτιστής (inverter - charger)

Ο μετατροπέας είναι μαζί με την συστοιχία των συσσωρευτών είναι η "καρδιά" κάθε ΣΑΗ. Η ονομαστική ισχύς του μετατροπέα, π.χ. 2000W, ορίζει την ικανότητα που έχει το σύστημα να τροφοδοτήσει ηλεκτρικές συσκευές (φορτία) που λειτουργούν ταυτόχρονα. Στην προκειμένη περίπτωση, ένας μετατροπέας με ονομαστική ισχύ 2000W μπορεί να τροφοδοτήσει ταυτόχρονα ηλεκτρικές συσκευές με συνολική ισχύ μέχρι 2000W.

Οι μετατροπείς διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες, στους μετατροπείς "τροποποιημένου ημιτόνου" (modified sine wave) και στους μετατροπείς "καθαρού ημιτόνου" (pure sine wave). Οι μετατροπείς τροποποιημένου ημιτόνου παράγουν κυματομορφή που έχει "τετράγωνη" η "τραπεζοειδή" μορφή κυματομορφής, είναι σημαντικά φθηνότεροι από τους δεύτερους, έχουν όμως σημαντικά μειονεκτήματα, δημιουργούν πρόβλημα σε κάποια είδη ηλεκτρικών φορτίων και η χρήση τους είναι πλέον περιορισμένη.

Οι μετατροπείς καθαρού ημιτόνου παράγουν ημιτονοειδή κυματομορφή με πολύ χαμηλή παραμόρφωση, όπως αυτή του δικτύου της ΔΕΗ και μπορούν να τροφοδοτήσουν κάθε είδος ηλεκτρικού φορτίου χωρίς πρόβλημα. Η επιλογή ενός μετατροπέα καθαρού ημιτόνου είναι πλέον μονόδρομος για κάθε ΣΑΗ το οποίο προορίζεται να τροφοδοτεί τυχαία ηλεκτρικά φορτία.

Συνοπτικά, τα βασικά κριτήρια επιλογής του μετατροπέα είναι τα παρακάτω:

- Η ονομαστική ισχύς. Θα πρέπει να υπολογίσουμε τη συνολική ισχύ των ηλεκτρικών φορτίων που υπάρχει πιθανότητα να λειτουργήσουν ταυτόχρονα. Ο μετατροπέας θα πρέπει να διαθέτει ονομαστική ισχύ τουλάχιστον ίση ή μεγαλύτερη από αυτήν την ισχύ.

- Το είδος της κυματομορφής που παράγει. Εδώ η επιλογή είναι εύκολη αφού οι μετατροπείς καθαρού ημιτόνου θα πρέπει να είναι η πρώτη επιλογή για κάθε ΣΑΗ για οικιακή η επιχειρηματική χρήση. Οι μετατροπείς τροποποιημένου ημιτόνου προτείνονται μόνο για συγκεκριμένες χρήσεις όπου πρόκειται να τροφοδοτήσουν ηλεκτρικά φορτία χωρίς υψηλές απαιτήσεις, π.χ. λαμπτήρες φωτισμού.

- Η δυνατότητα φόρτισης των συσσωρευτών από άλλη πηγή (γεννήτρια ή παροχή δικτύου). Σε αυτήν την περίπτωση δεν μιλάμε για απλό μετατροπέα αλλά για μετατροπέα - φορτιστή (inverter - charger). Κάθε σύγχρονο ΣΑΗ θα πρέπει να έχει την δυνατότητα να φορτίσει τους συσσωρευτές του με κάποιον εναλλακτικό τρόπο για τις περιπτώσεις που η ενέργεια από τις Α.Π.Ε. δεν επαρκεί. Οι μετατροπείς - φορτιστές διαθέτουν κατά κανόνα ενσωματωμένο μεταγωγικό διακόπτη υψηλής ταχύτητας έτσι ώστε η μετάβαση από την κατάσταση "μετατροπέα" στην κατάσταση "φορτιστή" και αντίστροφα να γίνεται ταχύτατα χωρίς να προκαλείται αισθητή διακοπής ρεύματος προς τα ηλεκτρικά φορτία.

- Η ικανότητα υπερφόρτωσης. Αρκετά ηλεκτρικά φορτία, κυρίως αυτά που χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες, χρειάζονται περισσότερη από την ονομαστική τους ισχύ για μερικά δευτερόλεπτα όταν τίθενται σε λειτουργία. Ο μετατροπέας θα πρέπει να είναι ικανός να παρέχει αυτήν την επιπλέον ισχύ χωρίς να δημιουργείται πρόβλημα. Σχεδόν όλοι οι μετατροπείς που διαθέτουν μετασχηματιστή χαμηλής συχνότητας στην έξοδό τους

- Οι δυνατότητες ρύθμισης των παραμέτρων λειτουργίας. Κάθε σύγχρονος μετατροπέας και κυρίως μετατροπέας - φορτιστής μας δίνει την δυνατότητα να ρυθμίσουμε τις παραμέτρους λειτουργίας του έτσι ώστε να τον προσαρμόσουμε ακριβώς στις ανάγκες της εφαρμογής και του υπόλοιπου εξοπλισμού. Πολύ σημαντικές είναι οι παράμετροι που αφορούν την φόρτιση των συσσωρευτών, την εντολή αυτόματης εκκίνησης και παύσης μίας γεννήτριας και την ελάχιστης τάσης λειτουργίας για προστασία των συσσωρευτών από πολύ βαθιές εκφορτίσεις.

- Η δυνατότητα επέκτασης. Πολλοί σύγχρονοι μετατροπείς έχουν δυνατότητα παραλληλισμού με όμοια μηχανήματα προκειμένου να μπορεί να γίνει επαύξηση της ισχύος του συστήματος αργότερα. Έτσι, το αρχικό κόστος του συστήματος μπορεί να συγκρατηθεί και να σχεδιαστεί ένα ΣΑΗ που αρχικά θα καλύπτει μόνο τις απαραίτητες συσκευές χωρίς όμως να "εγκλωβίζεται" ο χρήστης από αυτή την επιλογή. Εφόσον υπάρξει ανάγκη και ο μετατροπέας έχει δυνατότητα επέκτασης, μπορεί να λειτουργήσει παράλληλα με έναν όμοιο έτσι ώστε να διπλασιαστεί η διαθέσιμη ονομαστική ισχύς του συστήματος.

- Ο βαθμός απόδοσης και η κατανάλωση μηδενικού φορτίου. Είναι η κατανάλωση ενέργειας που χρειάζεται να κάνει ο ίδιος ο μετατροπέας προκειμένου να λειτουργούν τα κυκλώματά του. Ο βαθμός απόδοσης εκφράζεται σε ποσοστό % και όσο μεγαλύτερος είναι τόσο καλύτερα ενώ η κατανάλωση μηδενικού φορτίου (ή κατανάλωση σε κατάσταση αναμονής - stand-by) εκφράζεται σε Watt και θα θέλαμε να είναι όσο γίνεται μικρότερη. Πολύ σημαντικό κριτήριο για τα μικρά ΣΑΗ όπου γενικά η παραγωγή ενέργειας είναι περιορισμένη άρα κάθε απώλεια είναι υπολογίσιμη.

- Η αξιοπιστία του μετατροπέα. Ίσως το πιο σημαντικό κριτήριο για ένα μηχάνημα που λειτουργεί 24 ώρες το 24ωρο, 365 ημέρες τον χρόνο. Έμμεση ένδειξη της αξιοπιστίας του μετατροπέα είναι η χρονική διάρκεια της εγγύησης που παρέχει ο κατασκευαστής. Έχει να κάνει με την ποιότητα των κυκλωμάτων και με την λογική που εφαρμόστηκε κατά τον σχεδιασμό τους ώστε να "αντέχουν" σε δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Κανένα μηχάνημα δεν είναι "αθάνατο" όμως η συχνότητα εμφάνισης βλαβών είναι κρίσιμης σημασίας. Οι σύγχρονοι μετατροπείς υψηλής ποιότητας είναι εξαιρετικά αξιόπιστα μηχανήματα και παρουσιάζουν κατά μέσο όρο μία βλάβη για κάθε περίπου 10 έτη λειτουργίας. Ως μέτρο σύγκρισης, ο αντίστοιχος μέσος όρος για τις συσκευές τηλεόρασης που έχουμε στα σπίτια μας είναι μία βλάβη για κάθε 3 έτη περίπου. Αξιοπιστία και κόστος είναι δύο μεγέθη ανάλογα. Ένα μηχάνημα με καλοσχεδιασμένα και υψηλής ποιότητας κυκλώματα συνήθως είναι πιο αξιόπιστο και ακριβότερο από ένα μηχάνημα ίδιων δυνατοτήτων που όμως έχει σχεδιαστεί και υλοποιηθεί με χαμηλότερης ποιότητας κυκλώματα και σχεδίαση που δίνει προτεραιότητα στο χαμηλό κόστος.

- Οι διατάξεις προστασίας του μετατροπέα. Κάθε σύγχρονος μετατροπέας για ΣΑΗ θα πρέπει να διαθέτει διατάξεις προστασίας που θα "προστατεύουν" το μηχάνημα και την υπόλοιπη εγκατάσταση όταν οι παράμετροι λειτουργίας ξεπερνούν κάποια όρια. Οι σημαντικότερες προστασίες είναι η προστασία υπερφόρτωσης όπου το μηχάνημα σβήνει για λόγους ασφαλείας όταν η ισχύς ξεπερνά κάποια όρια για ορισμένο χρονικό διάστημα και η προστασία χαμηλής τάσης συσσωρευτών (low battery voltage) όπου το μηχάνημα σβήνει προκειμένου να αποτρέψει την εκφόρτιση των συσσωρευτών κάτω από το όριο ασφαλείας. Οι ποιοτικοί μετατροπείς διαθέτουν αποτελεσματικές προστασίες που αποτρέπουν εγκαίρως την δημιουργία "επικίνδυνων" καταστάσεων για το μηχάνημα και την υπόλοιπη εγκατάσταση.

 

 

8. Ο συσσωρευτής

Απαραίτητο μέρος κάθε Συστήματος Αυτόνομης Ηλεκτροδότησης είναι το μέσο αποθήκευσης της ενέργειας που παράγεται από τις πηγές του (φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτρια, γεννήτρια βενζίνης / πετρελαίου, κλπ.). Το πιο αξιόπιστο, αποδοτικό και εύχρηστο μέσο αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που έχουμε στην διάθεσή μας προς το παρόν είναι οι γνωστοί συσσωρευτές τεχνολογίας μολύβδου - θειικού οξέως, οι γνωστές μπαταρίες μολύβδου.

Τα τελευταία χρόνια εξελίσσονται ή βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο διάφορες τεχνολογίες συσσωρευτών οι οποίες έχουν ως κύριο στόχο να μειώσουν τον όγκο και το βάρος των συσσωρευτών, να αυξήσουν την διάρκεια ζωής τους και να μειώσουν μακροπρόθεσμα το κόστος τους. Προς το παρόν όμως οι μπαταρίες μολύβδου είναι συνολικά ότι καλύτερο έχουμε στην διάθεσή μας.

Οι μπαταρίες είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη ενός ΣΑΗ και σίγουρα το πιο ευαίσθητο αν λάβουμε υπόψη την ευκολία με την οποία μπορούν να καταστραφούν αν δεν επιλεχθούν, δεν διαστασιολογηθούν και δεν συντηρηθούν σωστά. Αντίστοιχα, αν γίνει σωστή επιλογή, διαστασιολόγηση και συντήρηση των μπαταριών, η απόδοσή τους και η διάρκεια ζωής τους βοηθούν το ΣΑΗ να αποδώσει τα μέγιστα βάσει του υπόλοιπου εξοπλισμού που διαθέτει. Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι ένα πολύ μεγάλο ποσοστό των ήδη εγκατεστημένων ΣΑΗ αντιμετωπίζει πρόβλημα στις μπαταρίες του λόγω λάθους σε κάποιον από αυτούς τους παράγοντες ή και σε όλους μαζί.

    Επιλογή κατάλληλου τύπου συσσωρευτή.

- Η αντοχή του συσσωρευτή σε κύκλους βαθιάς εκφόρτισης.

Για χρήση σε ΣΑΗ κατάλληλοι είναι μόνο οι συσσωρευτές βαθιάς εκφόρτισης (deep cycle) με μεγάλη αντοχή σε κύκλους φόρτισης - εκφόρτισης (cyclic use). Οι κατασκευαστές μαζί με τα υπόλοιπα τεχνικά χαρακτηριστικά του συσσωρευτή δίνουν και το διάγραμμα των κύκλων φορτο-εκφόρτισης που μπορεί να δώσει ο συσσωρευτής σε σχέση με το βάθος εκφόρτισης (Depth Of Discharge - DOD). Για να συγκρίνουμε τους διαθέσιμους "κύκλους" δύο διαφορετικών συσσωρευτών θα πρέπει να έχουμε ως σημείο αναφορά το ίδιο DOD σε ποσοστό %. Μιλώντας για συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται σε ΣΑΗ καλό είναι να χρησιμοποιούμε ως αναφορά ένα σχετικά μεγάλο DOD αφού αναπόφευκτα οι συσσωρευτές θα φτάσουν σε "βαθιές" εκφορτίσεις αρκετές φορές στην διάρκεια της ζωής τους. Κατάλληλο επίπεδο για να αξιολογήσουμε ή να συγκρίνουμε συσσωρευτές για ΣΑΗ είναι το 80% DOD (ή το 50% κατ' ελάχιστο).

Η πράξη έχει δείξει ότι για χρήση σε ΣΑΗ είναι κατάλληλοι οι συσσωρευτές που έχουν όχι λιγότερους από 500 κύκλους σε 80% DOD. Για εντατική χρήση καθ' όλη την διάρκεια του χρόνου (μόνιμες κατοικίες, επιχειρηματικές εφαρμογές) προτείνονται συσσωρευτές με τουλάχιστον 1400 - 1500 κύκλους σε 80% DOD, ενώ για μη εντατική χρήση (π.χ. εξοχικές κατοικίες) αρκούν συσσωρευτές με αντοχή της τάξης των 500 - 1000 κύκλων σε 80% DOD.

- Συσσωρευτής κλειστού τύπου ή συσσωρευτής ανοιχτού τύπου;

Υπάρχει η λανθασμένη εντύπωση ότι οι συσσωρευτές "κλειστού" τύπου (VRLA, AGM, GEL) είναι καλύτεροι για χρήση σε ΣΑΗ από τους συσσωρευτές "ανοιχτού" τύπου (ή "υγρούς" όπως αναφέρονται συχνά). Η αλήθεια είναι ότι για το ίδιο κόστος, οι "υγροί" συσσωρευτές ανοιχτού τύπου είναι από κάθε πλευρά καλύτεροι των συσσωρευτών κλειστού τύπου, έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε "σκληρή" μεταχείριση και "συγχωρούν" κάποια λάθη που μπορεί να προκύψουν από άγνοια. Τα μειονεκτήματα που έχουν έναντι των συσσωρευτών κλειστού τύπου είναι η ανάγκη για εγκατάσταση σε χώρο με επαρκή εξαερισμό, η ανάγκη για περιοδικό έλεγχο και συμπλήρωμα των στοιχείων τους με απιονισμένο νερό και η ανάγκη για περιοδική φόρτιση εξισορρόπησης (ή εξισωτική φόρτιση όπως αναφέρεται αλλού).

Ο έλεγχος και η πλήρωση των στοιχείων με απιονισμένο νερό είναι μία απλή και σχετικά εύκολη διαδικασία που δεν απαιτεί περισσότερα από 10 - 20 λεπτά της ώρας, λαμβάνοντας και τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας. Χρειάζεται να γίνεται 2 ως 4 φορές τον χρόνο ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας και την ηλικία των συσσωρευτών.

Η φόρτιση εξισορρόπησης είναι πολύ σημαντική για τους συσσωρευτές ανοιχτού τύπου και πρέπει να γίνεται από κατάλληλους και σωστά ρυθμισμένους φορτιστές. Στην ουσία πρόκειται για μία ελεγχόμενη υπερ-φόρτιση, πάνω από το "καθημερινό" επίπεδο φόρτισης, που έχει ως κύριο σκοπό να εξισώσει τις διαφορές φόρτισης που προκύπτουν μεταξύ των στοιχείων λόγω της συνεχούς φορτο-εκφόρτισης. Ένας μετατροπέας-φορτιστής μπορεί να ρυθμιστεί να κάνει την φόρτιση εξισορρόπησης όταν λειτουργεί σε συνδυασμό με γεννήτρια ή ένας προηγμένος ρυθμιστής φόρτισης φωτοβολταϊκών που έχει τέτοια δυνατότητα.

Ένας άλλο πρόβλημα που προλαμβάνει η περιοδική φόρτιση εξισορρόπησης είναι το πρόβλημα της σταδιακής θειίκωσης (ή θείωσης) των πλακών μολύβδου. Όταν ο συσσωρευτής μολύβδου εκφορτίζεται, οι πλάκες του καλύπτονται σταδιακά με θειικό άλας ως αποτέλεσμα της χημικής αντίδρασης που συμβαίνει κατά την διάρκεια της εκφόρτισης. Καθώς ο συσσωρευτής παραμένει για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε κατάσταση χαμηλής φόρτισης, η επικάλυψη αυτή τείνει να αυξάνει και να αδρανοποιεί όλο και μεγαλύτερες περιοχές των πλακών μολύβδου του συσσωρευτή με συνέπεια να μειώνεται η χωρητικότητά του. Κατά την φόρτιση λαμβάνει χώρα η αντίστροφη χημική αντίδραση που μετατρέπει και πάλι το θειικό άλας σε θειικό οξύ. Με την φόρτιση εξισορρόπησης εξασφαλίζουμε ότι οι πλάκες μολύβδου θα "καθαρίσουν" πλήρως από το θειικό άλας και ο συσσωρευτής θα αποκτήσει και πάλι τη κανονική του χωρητικότητα.

Οι συσσωρευτές κλειστού τύπου αναπτύχθηκαν ακριβώς για χρήση σε περιπτώσεις που δεν υπάρχει μία από τις παραπάνω προϋποθέσεις (αεριζόμενος χώρος εγκατάστασης, δυνατότητα ελέγχου και πλήρωσης των στοιχείων ή δυνατότητα φόρτισης εξισορρόπησης) ή για περιπτώσεις όπου ο συσσωρευτής θα αλλάζει θέση στον χώρο και συνεπώς θα δημιουργηθεί πρόβλημα με τον ηλεκτρολύτη που μπορεί να χυθεί. Χαρακτηριστική περίπτωση είναι οι συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη οι οποίοι αφενός τοποθετούνται σε περιορισμένους χώρους χωρίς δυνατότητα εξαερισμού, αφετέρου μπορεί να βρεθούν ακόμη και σε ανάστροφη θέση όταν το αεροσκάφος εκτελεί ελιγμούς.

Οι συσσωρευτές κλειστού τύπου δεν μπορούν να δεχθούν φόρτιση εξισορρόπησης και συνεπώς είναι περισσότερο ευαίσθητοι σε συνθήκες λειτουργίας που μπορεί να διαταράξουν την ισορροπία φόρτισης μεταξύ των στοιχείων τους.

Συμπερασματικά, αν δεν συντρέχει κάποιος ιδιαίτερος λόγος που να επιβάλει την χρήση συσσωρευτών κλειστού τύπου, οι συσσωρευτές ανοιχτού τύπου είναι συνολικά καλύτερη επιλογή ως προς την διάρκεια ζωής τους σε σχέση με το κόστος τους.

- Επιλογή κατάλληλης χωρητικότητας συσσωρευτή.

Ένα από τα βασικά μεγέθη που πρέπει να καθοριστούν σε ένα ΣΑΗ είναι αυτό της χωρητικότητας του συσσωρευτή. Θα πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες, όπως η χρήση του συστήματος, το είδος και η ισχύς των πηγών του, τα ηλεκτρικά φορτία που πρόκειται να τροφοδοτηθούν, ο τρόπος χρήσης τους και η αυτονομία που θα επιθυμούσε ο χρήστης του. Ο σημαντικότερος όμως παράγοντας είναι η μέση ημερήσια κατανάλωση που πρόκειται να καλύπτει το σύστημα. Η πράξη έχει δείξει ότι ο συσσωρευτής θα πρέπει να έχει ικανότητα αποθήκευσης τουλάχιστον διπλάσια από την μέση ημερήσια κατανάλωση. Παραδείγματος χάριν, αν η μέση ημερήσια κατανάλωση εκτιμάται ότι θα είναι 5kWh, προτείνεται ο συσσωρευτής να έχει ικανότητα αποθήκευσης (όταν βρίσκεται σε κατάσταση πλήρους φόρτισης), τουλάχιστον 10kWh.

Η παραπάνω προσέγγιση δεν αποτελεί "απαράβατο" κανόνα είναι όμως μία ισορροπημένη επιλογή ανάμεσα στο κόστος του συσσωρευτή και στην αυτονομία που θα έχει το σύστημα ώστε να μην οδηγείται ο συσσωρευτής σε καθημερινές πολύ βαθιές εκφορτίσεις.

Γενικά θα λέγαμε ότι, αν παρακάμψουμε τον παράγοντα "κόστος", από πλευράς απόδοσης θέλουμε την μεγαλύτερη δυνατή χωρητικότητα αφού μεγάλη χωρητικότητα σημαίνει μεγάλη αυτονομία, χαμηλός ρυθμός εκφόρτισης, χαμηλή απώλεια ενέργειας, μικρότερη πιθανότητα για πολύ βαθιές εκφορτίσεις και όλα αυτά μαζί σημαίνουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τον συσσωρευτή. Παρόλα αυτά το όριο στον μέγεθος του συσσωρευτή τίθεται από την δυνατότητα που έχουμε να τον φορτίσουμε πλήρως.

 

 

 

.....η σελίδα είναι υπό κατασκευή και θα συμπληρώνεται σταδιακά.

 

           

 

αρχική σελίδα  κορυφή σελίδας


© Copyright electrotech 2000 - 2015. All rights reserved  -  Υψηλάντου 81, 18758 Κερατσίνι - +30 210 4321398 - fax: +30 210 4321034 - info@electrotech.gr

the webpower