PLC. - TEI EMTdigilib.teiemt.gr/Jspui/Bitstream/123456789/1418/1/012010263.Pdfην πέκπην...

2

ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΖ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ

ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΗΑ

ΟΗΚΗΑ & ΚΑΣΑΣΖΜΑ ΜΔ ΓΗΠΛΔΤΡΖ

ΠΑΡΟΥΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ

΄΄ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ & ΓΔΖ΄΄,

ΔΛΔΓΥΟ & ΤΝΑΓΔΡΜΟ ΜΔ PLC.

ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΧΝ ΠΟΤΓΑΣΧΝ:

ΜΑΝΗΣΑ Μ. ΦΧΣΗΟΤ Α.Δ.Μ:4299

ΣΑΜΠΟΤ Γ. ΘΔΟΦΑΝΖ Α.Δ.Μ:4286

ΤΠΔΤΘΤΝΟ ΚΑΘΖΓΖΣΖ:

ΝΑΛΜΠΑΝΣΖ Λ. ΣΔΦΑΝΟ

Γηπι. Ζι/γνο Μερ/θφο Μ.Sc.

[ Κ Α Β Α Λ Α 2 0 1 0 ]

3

Μαληηζάο Φώηηνο Α.Δ.Μ:4299

Σζάκπνο Θενθάλεο Α.Δ.Μ:4286

ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ

ΟΗΚΗΑ & ΚΑΣΑΣΖΜΑ ΜΔ ΓΗΠΛΔΤΡΖ ΠΑΡΟΥΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ

ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΄΄ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΑ & ΓΔΖ΄΄, ΔΛΔΓΥΟ &

ΤΝΑΓΔΡΜΟ ΜΔ PLC.

Δπηβιέπσλ : ΝΑΛΜΠΑΝΣΗ ΣΔΦΑΝΟ Γηπι. Ηι/γνο Μερ/θόο Μ.Sc.

ΚΑΒΑΛΑ 2010

4

ΠΡΟΛΟΓΟ

Θα ζέιακε λα επραξηζηήζνπκε ζεξκά ηνλ θαζεγεηή καο θ. ηέθαλν

Ναικπάληε γηα ηελ εκπηζηνζχλε πνπ καο έδεημε γηα ηελ αλάζεζε θαη

νινθιήξσζε ηεο πηπρηαθήο καο εξγαζίαο.

Δπίζεο ζα ζέιακε λα επραξηζηήζνπκε ηελ εηαηξία θσηνβνιηατθψλ

conergy γηα ηνλ δαλεηζκφ νξηζκέλσλ πιηθψλ γηα ηελ πινπνίεζε ηεο

θαηαζθεπήο καο θαζψο θαη γηα ηελ βνήζεηα ηνπο πάλσ ζηελ ηερλνινγία

ησλ θσηνβνιηατθψλ

Σέινο, έλα κεγάιν επραξηζηψ ζηνλ Κ. Μαληηζά Μηράιε ( παηέξαο ηνπ

ζπνπδαζηή Μαληηζά Φψηηνπ) γηα ηελ πνιχηηκε βνήζεηα γηα ηελ

εθπφλεζε ηεο θαηαζθεπήο καο

5

θνπφο

θνπφο ηεο παξνχζαο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε ελφο δηαζπλδεδεκέλνπ κε ην

θεληξηθφ δίθηπν ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ηεο Γ.Δ.Ζ. , θσηνβνιηατθνχ

ζηαζκνχ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο & ζπλαγεξκφο κε ρξήζε ηνπ

PLC.

ην πξώην θεθάιαην γίλεηαη κηα εηζαγσγή ζηε θσηνβνιηατθε ηερλνινγία,

ηα πιενλεθηήκαηα θαη ηα κεηνλεθηήκαηα πνπ ηελ ραξαθηεξίδνπλ θαη ηνπο ηνκείο

ζηνπο νπνίνπο βξίζθεη εθαξκνγή. Αθφκα παξνπζηάδεηαη ε ηζηνξηθή ηνπο

εμέιημε δηεζλψο, θαζψο θαη ε ειιεληθή πξαγκαηηθφηεηα.

ην δεύηεξν θεθάιαην αλαιχνληαη ιεπηνκεξψο ε ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ

θηάλεη ζηε Γή θαη νη εμηζψζεηο πνπ πξνζδηνξίδνπλ θαηλφκελε θίλεζε ηνπ

ήιηνπ ζηνλ νπξάλην ζφιν. Παξνπζηάδεηαη κέζνδνο ππνινγηζκνχ ηεο

σξηαίαο θαη κεληαίαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλν επίπεδν, απφ ηηο

αληίζηνηρεο ηηκέο ηνπο ζε νξηδφληην επίπεδν. Δπηπιένλ δίλεηαη πξνζεγγηζηηθή

κέζνδνο ππνινγηζκνχ ηεο σξηαίαο αθηηλνβνιίαο απφ ηεο εκεξήζηεο ηηκέο.

ην ηξίην θεθάιαην γίλεηαη κηα ιεπηνκεξήο αλάιπζε ηνπ

θσηνβνιηατθνπ θαηλνκέλνπ θαη επηρεηξείηαη κηα πεξηγξαθή ησλ

ζπνπδαηφηεξσλ πιηθψλ θαη ηερλνινγηψλ θαηαζθεπήο θσηνβνιηατθψλ

ζηνηρείσλ. Αθφκα αλαιχνληαη ηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ θ/β

ζηνηρείσλ θαη νη ζεκαληηθφηεξνη παξάγνληεο πνπ ηα επεξεάδνπλ.

ην ηέηαξην θεθάιαην γίλεηαη ε πεξηγξαθή θαη αλάιπζε ησλ

επηκέξνπο ζηνηρείσλ, πνπ απνηεινχλ ηφζν έλα απηφλνκν θσηνβνιηατθφ

ζχζηεκα φζν θαη έλα δηαζπλδεδεκέλν θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα.

ην πέκπην θεθάιαην γίλεηαη κηα εηζαγσγή θαη αλάιπζε ζην PLC.

ην έθην θεθάιαην γίλεηαη κηα εηδηθή αλαθνξά ζην PLC LOGO 230 RC

SIEMENS

ην έβδνκν θεθάιαην γίλεηαη αλαιπηηθή πεξηγξαθή ησλ πιηθψλ &

εμαξηεκάησλ ηεο θαηαζθεπήο καο

ην όγδνν θεθάιαην γίλεηε εθπφλεζε ησλ ζρεδίσλ ηεο θαηαζθεπήο θαζψο θαη

ε επηκέξνπο αλαιχζεηο ησλ ζρεδίσλ

7

Περιεχόμενα

1.1 ΕΙΑΓΩΓΗ .......................................................................................................................... 12

1.2 Η φωτοβολταϊκή τεχνολογία διεθνϊσ ............................................................................ 15

1.3 Ελληνική Πραγματικότητα.............................................................................................. 16

2.1 Ο ΗΛΙΟ ....................................................................................................................... 19

2.2 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΕΚΣΟ ΓΗΙΝΗ ΑΣΜΟΦΑΙΡΑ .............................................. 20

2.3 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΟΤ ΕΔΑΦΟΤ ................................... 22

2.4 ΗΛΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΣΡΙΑ .................................................................................................... 23

2.4.1 Γεωγραφικό πλάτοσ -γεωγραφικό μήκοσ ................................................................ 23

2.4.2 φαιρικζσ ςυντεταγμζνεσ ......................................................................................... 24

2.4.3 Ηλιακζσ γωνίεσ ......................................................................................................... 26

2.4.4 Γωνία πρόςπτωςησ των ηλιακϊν ακτινϊν .............................................................. 29

2.5 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ Ε ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ....................................................... 30

2.5.1 Ωριαία ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμζνο επίπεδο ................................................. 30

2.5.2 Μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμζνο επίπεδο ............................................... 33

2.5.3 Ετήςια ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμζνο επίπεδο .................................................. 35

2.6 ΤΓΚΡΙΗ ΠΟΛΤΩΝΤΜΩΝ ΓΙΑ ΣΟΝ ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΣΟΤ ΛΟΓΟΤ Hd/H ....................... 39

2.7 ΕΚΣΙΜΗΗ ΩΡΙΑΙΑ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΠΟ ΗΜΕΡΗΙΕ ΣΙΜΕ ................................ 40

3.1 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ .............................................................................. 43

3.1.1 Ηλεκτροςτατικό φράγμα δυναμικοφ.................................................................... 43

3.1.2 Δημιουργία φωτορεφματοσ ................................................................................. 44

3.2 ΤΛΙΚΑ & ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΕ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΣΟΙΧΕΙΩΝ/ΚΤΨΕΛΩΝ (PV CELLS) ... 45

3.2.1 Σο Πυρίτιο (Si) ....................................................................................................... 46

3.2.1.1 Μονοκρυςταλλικό Πυρίτιο ................................................................................ 46

3.2.1.2 Πολυκρυςταλλικό Πυρίτιο................................................................................. 49

3.2.1.3 Ribbon Πυρίτιο .................................................................................................. 51

3.2.1.4 Κρυςταλλικό Πυρίτιο λεπτοφ φίλμ (c-SiTFC) ..................................................... 52

3.2.1.5 Άμορφο πυρίτιο (a-Si)........................................................................................ 53

8

3.2.2 Αρςενικοφχο Γάλλιο (GaAs) .................................................................................. 54

3.2.3 Διςεληνιοφχοσ Ινδιοφχοσ Χαλκόσ (CuInSe2 ή CIS) ................................................ 54

3.2.4 Σελλουριοφχο Κάδμιο (CdTe) ............................................................................... 55

3.3 ΣΑ ΗΛΕΚΣΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΩΝ Φ/Β ΣΟΙΧΕΙΩΝ .......................................... 57

3.3.1 Απόδοςη φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου .................................................................... 59

3.4 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΗ ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ .................................................................................. 60

3.4.1 Φωτοβολταϊκό πλαίςιο (module) ......................................................................... 60

3.4.2 Φωτοβολταϊκή ςυςτοιχία (string) ........................................................................ 61

3.4.3 Βζλτιςτη διάταξη ςταθερϊν ςυςτοιχιϊν ............................................................. 63

3.4.4 Απόδοςη φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου .................................................................... 66

3.4.5 Επίδραςη τησ θερμοκραςίασ ςτη απόδοςη ........................................................ 67

3.4.6 Επίδραςη τησ ρφπανςησ ςτην απόδοςη .............................................................. 68

3.5 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΙ ΤΓΚΕΝΣΡΩΣΕ ........................................................................... 68

3.5.1 Σφποι οπτικϊν μζςων ........................................................................................... 69

3.5.2 υντελεςτήσ ςυγκζντρωςησ ................................................................................. 71

3.5.3 Παρακολοφθηςη τησ θζςησ του ήλιου ................................................................. 72

3.5.4 Οπτική των ςυγκεντωτϊν .................................................................................... 75

3.5.4.1 Βαςικζσ ζννοιεσ ................................................................................................. 75

3.5.4.2 Ο παραβολικόσ ςυγκεντρωτήσ .......................................................................... 77

3.5.4.3 Ο ςφνθετοσ παραβολικόσ ςυγκεντρωτήσ .......................................................... 79

3.5.4.4 Διαθλαστικοί φακοί ......................................................................................... 81

4.1 ΑΤΣΟΝΟΜΟ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΗΜΑ(STAND ALONE) ........................................... 85

4.2 ΔΙΑΤΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΗΜΑ (GRID CONNECTED) ......................... 86

4.3 ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΑ ΤΝΕΧΟΤ ΣΑΗ (DC/DCCONVERTER) ............................................... 87

4.4 ΑΝΙΧΝΕΤΣΕ ΗΜΕΙΟΤ ΜΕΓΙΣΗ ΙΧΤΟ - MAXIMUM POWER POINT TRACKERS (MPPT)

................................................................................................................................................. 93

4.5 ΑΝΣΙΣΡΟΦΕΑ (DC/AC INVERTER) ................................................................................ 98

4.5.1 Μονοφαςικόσ αντιςτροφζασ ....................................................................................... 98

4.5.2 Σριφαςικόσ αντιςτροφζασ .......................................................................................... 103

4.5.3 Ηλεκτρική απομόνωςη των μετατροπζων ιςχφοσ ..................................................... 106

4.6 ΤΩΡΕΤΣΕ ................................................................................................................. 107

4.7 ΤΝΔΕΗ ΜΕ ΣΟ ΔΙΚΣΤΟ ............................................................................................... 116

5.1 Εισαγωγή (PLC) ................................................................................................. 120

5.2 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ ΣΟΤ PLC ................................................................ 121

9

5.3 ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ PLC ΕΝΑΝΣΙ ΚΛΑΙΚΟΤ ΑΤΣΟΜΑΣΙΜΟΤ ................................... 123

5.4 Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΟΤ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟΤ ....................................................................... 124

5.4.1 Προγραμματιςμόσ PLC ........................................................................................... 124

5.4.2 Επιλογή γλϊςςασ προγραμματιςμοφ .................................................................... 125

5.4.3 Γλϊςςεσ προγραμματιςμοφ PLC ............................................................................ 125

5.5 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ PLC ΜΕ SOFTWARE ................................................................ 126

5.6 ΚΡΗΣΙΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗ PLC ............................................................................................ 127

6.1 ΑΝΑΦΟΡΑ ΣΟ PLC SIEMENS LOGO 230RC ........................................................... 128

6.2 Ο ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ ΣΟΤ LOGO (ΕΠΑΦΕ) ................................................ 128

6.3 ΧΩΡΟ ΣΗ ΜΝΗΜΗ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΟ ....................................... 128

6.4 ΠΙΝΑΚΑ ΕΙΔΙΚΩΝ ΛΕΙΣΟΤΡΓΕΙΩΝ – SF .................................................................. 130

7.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΛΙΚΩΝ & ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΩΝ ΣΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ ........................................ 132

7.2.1 ΑΝΑΛΤΗ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΙΚΩΝ ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΩΝ ΣΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ .......................... 132

7.2.1.1 Φωτοβολταικά πάνελ .......................................................................................... 132

7.2.1.2 Ρυθμιςτήσ φόρτιςησ ............................................................................................ 133

7.2.1.3 Αντιςτροφζασ (inverter) ................................................................................... 133

7.2.1.4 υςςωρευτήσ (μπαταρία).................................................................................. 134

7.2.1.5 Πολυόργανο μζτρηςησ ..................................................................................... 134

7.2.2 ΑΝΑΛΤΗ ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΩΝ ΣΟΤ ΤΝΑΓΕΡΜΟΤ ....................................................... 135

7.2.2.2 Μαγνητικζσ παγίδεσ ............................................................................................ 135

7.2.2.3 Ανιχνευτήσ θραφςησ κρυςτάλλων ....................................................................... 136

7.2.2.4 ειρήνα ................................................................................................................ 136

7.2.2.5 Ανιχνευτήσ κίνηςησ μικροκυμάτων ..................................................................... 136

7.2.2.6 Ανιχνευτζσ κίνηςησ υπζρυθρησ ακτινοβολίασ .................................................... 137

7.2.3 ΕΠΙΠΡΟΘΕΣΑ ΤΛΙΚΑ ΣΟ ΤΣΗΜΑ ΣΟΤ ΤΝΑΓΕΡΜΟΤ ................................... 138

7.2.3.1 Μονάδα GSM (MODEM) ................................................................................... 138

7.2.3.2 Ειδικοί πινάκεσ ςυναγερμοφ ............................................................................... 138

7.2.3.2 Καρτοαναγνϊςτεσ ............................................................................................. 139

7.2.3.4 Ανιχνευτήσ καπνοφ & ανιχνευτήσ αερίου ........................................................... 139

7.3 ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΙΚΑ ΤΛΙΚΑ ΣΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ ................................................................ 140

7.3.1 Επιτηρητήσ τάςησ .................................................................................................. 140

7.3.2 Ρελζ ιςχφοσ ............................................................................................................ 141

7.3.3 Μεταςχηματιςτήσ ................................................................................................... 142

7.3.4 Πλακζτα ανιχνευτή κροφςησ .................................................................................. 142

10

7.3 Εςωτερική ηλεκτρική εγκατάςταςη τησ καταςκευήσ................................................ 143

7.4.1 Μονοφαςικόσ πίνακασ φωτιςμοφ .......................................................................... 143

7.4.2 Τπολογιςμόσ διατομήσ αγωγϊν& αςφαλειϊν ....................................................... 144

7.4.3 Ντουί & Λαμπτήρεσ καθρζπτου χρωματιςτζσ (Ε14) .............................................. 145

7.5 Ανάλυςη μακζτασ (αςί) ........................................................................................... 145

8.1 ΕΚΠΟΝΗΗ ΧΕΔΙΩΝ & ΕΠΕΞΗΓΗΗ ...................................................................... 147

8.1.1 Ανάλυςη Λογικϊν Πυλϊν χεδίου AND , OR , NOT & EXOR .............................. 147

8.1.1.1 Λογική πφλη AND ............................................................................................ 147

8.1.1.2 Λογική πφλη OR ............................................................................................... 148

8.1.1.3 Λογική φλη ΝOΣ ............................................................................................... 148

8.1.1.4 Λογική Πφλη EXOR ........................................................................................... 149

8.1.2 Ειδικζσ λειτουργίεσ προγράμματοσ .................................................................... 149

8.2.1 χζδιο & ανάλυςη φωτιςμοφ & ςυναγερμοφ καταςτήματοσ ........................... 151

8.2.2 Ηλεκτρολογικό ςχζδιο καταςκευήσ .................................................................... 153

8.3 Φωτογραφίεσ τησ καταςκευήσ .............................................................................. 154

ΕΠΙΛΟΓΟ .......................................................................................................................... 157

ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ................................................................................................................... 158

12

1.1 ΕΙΑΓΨΓΗ

Οη ηειεπηαίεο εμειίμεηο ζην πεξηβάιινλ, θαζηζηνχλ ην κέιινλ ηνπ

πιαλήηε αβέβαην. Πην πνιχ απφ πνηέ ν άλζξσπνο έρεη αξρίζεη λα

ζπλεηδεηνπνηεί φηη νη παξεκβάζεηο ζην πεξηβάιινλ δελ κπνξνχλ λα

ζπλερίζνπλ λα είλαη αλεμέιεγθηεο. Απφ ηα κεγαιχηεξα πξνβιήκαηα πνπ

θαιείηαη λα αληηκεησπίζεη ε αλζξσπφηεηα ζήκεξα

είλαη ε νινέλα απμαλφκελε δήηεζε ελέξγεηαο (ρήκα 1.1). Οη ζπκβαηηθέο

ελεξγεηαθέο ηερλνινγίεο αλαγλσξίδνληαη επξέσο σο ην θχξην αίηην ηεο

θαηαζηξνθήο ηνπ πεξηβάιινληνο, απφ ηελ άπνςε ηφζν ηεο εμάληιεζεο ησλ

θπζηθψλ πφξσλ φζν θαη ηεο αηκνζθαηξηθήο ξχπαλζεο. Τπάξρνπλ νινέλα

θαη ηζρπξφηεξεο ελδείμεηο φηη ε θιηκαηηθή αιιαγή νθείιεηαη ζηηο εθπνκπέο

ηνπ αεξίνπ ηνπ ζεξκνθεπίνπ, νη νπνίεο πξνέξρνληαη ζε κεγάιν βαζκφ απφ

ηνλ ηνκέα ηεο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη απφ ηηο κεηαθνξέο (ρήκα

1.2). Δίλαη επνκέλσο επηηαηηθή αλάγθε, ε ζηξνθή ζε ελαιιαθηηθέο κνξθέο

ελέξγεηαο θαη θπξίσο ζηηο αλαλεψζηκεο, νη νπνίεο θαη εληειψο θηιηθέο πξνο ην

πεξηβάιινλ είλαη θαη αλεμάληιεηεο. Αληίζεηα ην πεηξέιαην θαη ηα νξπθηά

θαχζηκα, αλ θαη βξαρππξφζεζκα ππάξρνπλ αθφκα αξθεηά απνζέκαηα, ζε

βάζνο ρξφλνπ ίζσο θαη ελφο αηψλα ζα εμαληιεζνχλ, ελψ ε πιήξεο

εμάξηεζε απφ απηά δεκηνπξγεί ζνβαξά νηθνλνκηθά πξνβιήκαηα ζε θάζε

αχμεζε ησλ ηηκψλ ηνπο.

ρήκα 1.1 Δμέιημε ηεο πξσηνγελνχο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο

ζε Mtoe (ηφλνη ηζνδπλάκνπ πεηξειαίνπ) γηα ηα έηε 1971-2005.

13

Οι ανανεώςιμεσ πθγζσ ενζργειασ ή ήπιεσ μορφζσ ενζργειασ προζρχονται από διάφορεσ

φυςικζσ διαδικαςίεσ και μποροφν να ταξινομηθοφν ςτισ παρακάτω κατθγορίεσ:

• Αιολικι ενζργεια

• Ηλιακι ενζργεια

• Υδατοπτώςεισ

• Βιομάηα

• Γεωκερμικι ενζργεια

• Ενζργεια από παλίρροιεσ

• Ενζργεια από κφματα

• Ενζργεια από τουσ ωκεανοφσ [1]

χήμα 1.2 υνολικζσ εκπομπζσ αερίων του θερμοκηπίου για την Ευρωπαϊκή Ζνωςη

των 15, ανά τομζα για το ζτοσ 2000 και πρόβλεψη για τα ζτη 2010 και 2020*21+.

14

Γηα ηελ εθκεηάιιεπζε ησλ παξαπάλσ ήπησλ κνξθψλ ελέξγεηαο έρνπλ

αλαπηπρζεί πνιπάξηζκεο ηερλνινγίεο. ηελ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία

εμεηάδεηαη ε ειηαθή ελέξγεηα σο ε ήπηα κνξθή ελέξγεηαο, ε νπνία κπνξεί

λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηε παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Αλάκεζα ζηηο

άιιεο ηερλνινγίεο, νη νπνίεο εθκεηαιιεχνληαη ηελ ειηαθή ελέξγεηα είλαη θαη ε

θσηνβνιηατθή ηερλνινγία, ε νπνία θεξδίδεη επξεία απνδνρή σο έλαο ηξφπνο

δηαηήξεζεο θαη βειηίσζεο ηνπ βηνηηθνχ επηπέδνπ ρσξίο λα βιάπηεηαη ην

πεξηβάιινλ. Όιν θαη πεξηζζφηεξεο εηαηξίεο παξαγσγήο ειεθηξηθήο

ελέξγεηαο αληαπνθξίλνληαη ζηηο επηζπκίεο ησλ θαηαλαισηψλ

ζπκπεξηιακβάλνληαο ηα θσηνβνιηατθά ζηνλ παξαγσγηθφ κεραληζκφ.

Σα πιενλεθηήκαηα ηεο θσηνβνιηατθήο κεηαηξνπήο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζε

ειεθηξηθή κπνξνχλ λα ζπλνςηζζνχλ ζηα αθφινπζα:

• Αλαλεψζηκε θαη ειεχζεξα δηαζέζηκε ελεξγεηαθή πεγή.

• Μεδεληθή ξχπαλζε θαη πιήξεο απνπζία απνβιήησλ ή άιισλ

άρξεζησλ παξαπξντφλησλ.

• Αζφξπβε ιεηηνπξγία.

• Τςειή αμηνπηζηία ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ.

• Διάρηζηεο απαηηήζεηο επίβιεςεο θαη ζπληήξεζεο.

• Αληνρή ζε αθξαίεο θαηξηθέο ζπλζήθεο (ηζρπξνχο άλεκνπο, αθξαία

ραιαδφπησζε,

θιπ).

• Μεγάιε δηάξθεηα δσήο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ(ηνπιάρηζηνλ 25 ρξφληα).

• ρεηηθά απιή κέζνδνο θαηαζθεπήο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ απφ πξψηεο

χιεο.

• Δχθνιε επέθηαζε ηεο ππάξρνπζαο εγθαηάζηαζεο.

• Γπλαηφηεηα αλεμαξηεζίαο απφ ηα θεληξηθά ειεθηξηθά δίθηπα δηαλνκήο

γηα απνκαθξπζκέλεο πεξηνρέο (απηφλνκα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα).

• Μεγάιν εχξνο εθαξκνγψλ, φζνλ αθνξά ηελ ηζρχ. Απφ κεξηθά Watt

κέρξη κεγάινπο ζηαζκνχο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κεξηθψλ MW. Απφ

ηελ άιιε ηα θχξηα κεηνλεθηήκαηα είλαη:

• Τςειφ αξρηθφ θφζηνο επέλδπζεο, ην νπνίν νθείιεηαη ζρεδφλ απνθιεηζηηθά

ζην πςειφ θφζηνο θαηαζθεπήο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ θαη πνιχ ιηγφηεξν

ζην θφζηνο ηηο ππφινηπεο θσηνβνιηατθήο εγθαηάζηαζεο

(ειεθηξνκεραλνινγηθφο εμνπιηζκφο).

15

• ε εθαξκνγέο πνπ απαηηείηαη ε απνζήθεπζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο

(απηφλνκα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα), απηή γίλεηαη κε κε απνδνηηθφ

ηξφπν, κε πεξηνξηζκέλεο δπλαηφηεηεο, ελψ θαη ην θφζηνο ησλ ζπζζσξεπηψλ

είλαη πςειφ.

• Λφγσ ηεο κηθξήο ππθλφηεηαο ηεο ηζρχνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, απαηηείηαη

ε ρξεζηκνπνίεζε κεγάισλ ζρεηηθά επηθαλεηψλ.

• Δμάξηεζε ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ηηο θαηξηθέο

ζπλζήθεο, πνπ απνηεινχλ έλαλ απξφβιεπην παξάγνληα, επηηξέπνληαο κφλν

εθηηκήζεηο ζε κεγάιν ρξνληθφ νξίδνληα (ζπλήζσο εηήζηα).

ρήκα 1.3 Δμέιημε ηεο παγθφζκηαο αγνξάο θσηνβνιηατθψλ ζε MWp[4].

1.2 Η φωτοβολταΰκή τεχνολογία διεθνώσ Δίλαη γεγνλφο κηα κεγάιε ζηξνθή δηεζλψο, φζνλ αθνξά ηελ

παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο ηφζν

απφ ηηο θπβεξλήζεηο φζν θαη απφ κεγάιεο εηαηξίεο θαη επελδπηέο. ε αληίζεζε

κε ην παξειζφλ ε αλάπηπμε ζήκεξα ζπλδέεηαη άκεζα κε πεξηβαιινληηθά

δεηήκαηα, ηα νπνία απνηεινχλ ζεκαληηθή ζπληζηψζα ζε νπνηνδήπνηε

ελεξγεηαθφ επελδπηηθφ ζρέδην. Ζ αλαγθαηφηεηα απηή πεγάδεη θπξίσο απφ

ηελ κεγάιε αιιαγή, πνπ έρεη ζπκβεί ζηελ θνηλή γλψκε φζνλ αθνξά ηελ

πεξηβαιινληηθή ζπλείδεζε θαη απφ ηηο αδηακθηζβήηεηεο θιηκαηνινγηθέο

αιιαγέο, ησλ ηειεπηαίσλ ρξφλσλ, νη νπνίεο εθηφο ησλ άιισλ έρνπλ ζνβαξέο

νηθνλνκηθέο επηπηψζεηο. Σν απνηέιεζκα είλαη, νη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο

λα κεηαηξαπνχλ ζε ιχζε πξψηεο πξνηεξαηφηεηαο γηα κηα ηζνξξνπεκέλε

αλάπηπμε. Όπσο είλαη αλακελφκελν, ππάξρνπλ κεγάιεο δηαθνξέο απφ ρψξα ζε

ρψξα, φζνλ αθνξά ην πνηα κνξθή ελέξγεηαο ζα ρξεζηκνπνηεζεί. Καζνξηζηηθφ

16

ξφιν παίδνπλ νη γεσινγηθέο θαη θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο, έηζη ψζηε ε

εθκεηάιιεπζε ησλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο λα είλαη απνδνηηθή.

ρήκα 1.4 πλεηζθνξά ησλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο ζηελ

ζπλνιηθή πξσηνγελή παξαγσγή ζηηο ρψξεο ηεο IEA (International Energy

Agency) γηα ην έηνο 2002.

Ζ θσηνβνιηατθή ηερλνινγία εκθαλίδεη κηα ξαγδαία αλάπηπμε ηα ηειεπηαία

ρξφληα δηεζλψο (ρήκα 1.3). Σαπηφρξνλα γίλεηαη κεγάιε πξνζπάζεηα ζηνλ

ηνκέα ηεο έξεπλαο, κε ζθνπφ ηελ εμεχξεζε λέσλ πιηθψλ, αιιά θαη ιηγφηεξν

ελεξγνβφξσλ δηαδηθαζηψλ παξαγσγήο θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ, γεγνλφηα

πνπ απφ ηελ κηα ζα απμήζνπλ ηελ απφδνζε θαη απφ ηελ άιιε ζα κεηψζνπλ ην

θφζηνο παξαγσγήο. Οη δχν ηειεπηαίεο παξάκεηξνη απνηεινχλ θαη ηα θχξηα

κεηνλεθηήκαηα ηεο θ/β ηερλνινγίαο, ηα νπνία εκπνδίδνπλ ηελ πεξεηαίξσ

αλάπηπμή ηεο. Πξέπεη φκσο λα ηνληζηεί φηη παξφιν πνπ ε παξαγσγή

ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κέζσ θ/β ζηνηρείσλ ηα ηειεπηαία ρξφληα είλαη

πνιιαπιάζηα αλ ζπγθξηζεί κε ηελ θαηάζηαζε πξν κεξηθψλ δεθαεηηψλ,

εληνχηνηο παξακέλεη ζε πνιχ ρακειά πνζνζηά, φζνλ αθνξά ηε ζπλεηζθνξά

ζηελ ζπλνιηθή πξσηνγελή παξαγσγή (ρήκα1.4).

1.3 Ελληνική Πραγματικότητα Παξφιν πνπ ην ειηαθφ δπλακηθφ ηεο Διιάδαο είλαη ηδαληθφ γηα

ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο θ/β ηερλνινγίαο, κέρξη θαη ην ηέινο ηνπ 20νπ αηψλα, ε

ζπλεηζθνξά ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο

ήηαλ νπζηαζηηθά αλχπαξθηε. Πεξηνξηδφηαλ θπξίσο ζε απηφλνκα θ/β

ζπζηήκαηα γηα απνκαθξπζκέλεο απφ ην θεληξηθφ δίθηπν πεξηνρέο, ελψ θαη ζε

απηή ηε πεξίπησζε ν αξηζκφο θαη ην κέγεζνο ήηαλ πνιχ πεξηνξηζκέλα.

17

Σσήμα 1.5 Εξέλιξη ηων αιηήζεων για θ/β ζςζηήμαηα ζηην Ελλάδα για

ηα έηη 2001-2007

Όκσο ηα ηειεπηαία ρξφληα παξαηεξείηαη κηα πνιχ κεγάιε αιιαγή. Ο θιάδνο

ηεο θ/β ηερλνινγίαο γλσξίδεη κηα έθξεμε επελδπηηθνχ ελδηαθέξνληνο,

απφξξνηα ηεο αιιαγήο ηεο πνιηηείαο σο πξνο ηελ πξνψζεζε ησλ

αλαλεψζηκσλ πεγψλ γεληθφηεξα θαη ηεο θ/β ηερλνινγίαο πην ζπγθεθξηκέλα. Οη

γελλαίεο επηδνηήζεηο ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ απμεκέλε ηηκή αγνξάο ηεο

ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ θ/β ζπζηήκαηα είραλ σο απνηέιεζκα απμεκέλν

επελδπηηθφ ελδηαθέξνλ, θαζψο ε θ/β ηερλνινγία θαηέζηε φρη κφλν βηψζηκε,

αιιά θαη θεξδνθφξα επέλδπζε κε ειάρηζην ξίζθν. Σν απνηέιεζκα ήηαλ κηα

ρσξίο πξνεγνχκελν εθηίλαμε ηνπ αξηζκνχ ησλ αηηήζεσλ γηα ηελ

ρνξήγεζε άδεηαο θαηαζθεπήο θ/β πάξθσλ (ρήκα 1.4). Ο ζηφρνο

ησλ 700MW πνπ είρε ηεζεί γηα παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ θ/β

ζπζηήκαηα, θαιχθζεθε πνιχ γξήγνξα (ηέινο ηνπ 2007). Όπσο είλαη θαλεξφ,

ζε κηα ρψξα φπνπ ε πεξηβαιινληηθή ζπλείδεζε ησλ πνιηηψλ θαη ησλ

επηρεηξήζεσλ δελ είλαη πνιχ κεγάιε, ν θξαηηθφο παξεκβαηηζκφο κνηάδεη ίζσο

ν κνλαδηθφο ηξφπνο γηα ηελ εθδήισζε επελδπηηθνχ ελδηαθέξνληνο ζηε

ζπγθεθξηκέλε ηερλνινγία. Όκσο ηα πξάγκαηα κπνξνχλ λα αιιάμνπλ

ζεκαληηθά, φρη κφλν κε ηελ αιιαγή ηεο θνηλήο γλψκεο πάλσ ζε

πεξηβαιινληηθά δεηήκαηα, αιιά θαη απφ ηελ εμέιημε ηεο ηερλνινγίαο.

19

2.1 Ο ΗΛΙΟ

Ο Ήιηνο απνηειείηαη απφ 80% πδξνγφλν (Ζ2), 19% ήιην (He) θαη ην

ππφινηπν 1% είλαη κείγκα πεξηζζνηέξσλ απφ 100 ρεκηθψλ ζηνηρείσλ. Ζ

ζεξκνθξαζία ζην εζσηεξηθφ ηνπ εθηηκάηαη φηη είλαη ηεο ηάμεσο ησλ 107

βαζκψλ Kelvin. Ζ αθηηλνβνινχκελε ελέξγεηα απφ ηελ επηθάλεηά ηνπ

πξνέξρεηαη απφ ζεξκνππξεληθέο αληηδξάζεηο πνπ είλαη εμψζεξκεο θαη

γίλνληαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ. ηηο αληηδξάζεηο απηέο γίλεηαη κεηαηξνπή ηνπ

πδξνγφλνπ ζε ήιην θαη παξαγσγή ελέξγεηαο κε ξπζκφ 4 εθαηνκκχξηα ηφλνπο

ην δεπηεξφιεπην. Ζ ζχζηαζε ηνπ θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα. [2]

ρήκα 2.1 χζηαζε ηνπ Ήιηνπ[1].

Γεδνκέλεο ηεο δηακέηξνπ d θαη ηεο θαηλφκελεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ T, ε ηζρχο

P πνπ αθηηλνβνιείηαη απφ ηελ επηθάλεηά ηνπ κπνξεί λα εθηηκεζεί φηη είλαη:

P =π d 2t4 = 3,8Υ1023 kW (2.1)

Όπνπ ζ είλαη ε ζηαζεξά Boltzman. Απφ ηελ ηζρχ απηή ε γε κπνξεί λα

ζεσξεζεί

20

φηη δέρεηαη, ζε έλα κέγηζην θχθιν ηεο, πεξίπνπ 1,7Υ1014kW. Γηα λα

αληηιεθζνχκε ην ηεξάζηην κέγεζνο απηήο ηεο ηζρχνο αξθεί λα αλαινγηζζνχκε

φηη ε ελέξγεηα πνπ ζα δερζεί γηα κηα ψξα ε γε, ζα κπνξνχζε ζεσξεηηθά λα

θαιχςεη φιεο ηηο εηήζηεο ελεξγεηαθέο θαηαλαιψζεηο ησλ θαηνίθσλ ηνπ

πιαλήηε.

Γεδνκέλεο ηεο δηακέηξνπ d θαη ηεο θαηλφκελεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ T, ε ηζρχο

P πνπ αθηηλνβνιείηαη απφ ηελ επηθάλεηά ηνπ κπνξεί λα εθηηκεζεί φηη είλαη:

P =π d2ζT4 = 3,8Υ1023 kW (2.1)

Όπνπ ζ είλαη ε ζηαζεξά Boltzman. Απφ ηελ ηζρχ απηή ε γε κπνξεί λα

ζεσξεζεί φηη δέρεηαη, ζε έλα κέγηζην θχθιν ηεο, πεξίπνπ 1,7Υ1014kW. Γηα λα

αληηιεθζνχκε ην ηεξάζηην κέγεζνο απηήο ηεο ηζρχνο αξθεί λα αλαινγηζζνχκε

φηη ε ελέξγεηα πνπ ζα δερζεί γηα κηα ψξα ε γε, ζα κπνξνχζε ζεσξεηηθά λα

θαιχςεη φιεο ηηο εηήζηεο ελεξγεηαθέο θαηαλαιψζεηο ησλ θαηνίθσλ ηνπ

πιαλήηε.

2.2 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΕΚΣΟ ΓΗΙΝΗ ΑΣΜΟΥΑΙΡΑ

Ζ θαζκαηηθή θαηαλνκή ηεο εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο

κνηάδεη αξθεηά κε εθείλε ηνπ κέιαλνο ζψκαηνο ζηελ ζεξκνθξαζία ησλ 5762K,

φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 2.2, ελψ ε θαζκαηηθή θαηαλνκή ηεο ειηαθήο

αθηηλνβνιίαο πνπ θηάλεη ζην επίπεδν ηεο ζάιαζζαο είλαη αξθεηά κεησκέλε.

ρήκα 2.2 Φαζκαηηθή θαηαλνκή ηεο εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο,

ειηαθήαθηηλνβνιία[1].

21

Ζ κνλάδα κέηξεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο είλαη W/m2. Γειαδή είλαη

ηζρχο αλά κνλάδα επηθαλείαο θαη ε ηηκή ηεο είλαη ην κέηξν ηεο

έληαζήο ηεο. Οη ζπκβνιηζκνί πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη παξαθάησ γηα ηελ

ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη G γηα κία ζηηγκηαία ηηκή, I γηα σξηαία ηηκή θαη Ζ γηα

ηηκέο εκεξήζηεο, εβδνκαδηαίεο, κεληαίεο, εηήζηεο θ.ιπ. Ζ έληαζε ηεο ειηαθήο

αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη αλά κνλάδα επηθαλείαο θαη εθηφο γήηλεο

αηκφζθαηξαο ζε έλα επίπεδν πνπ είλαη θάζεην ζηηο ειηαθέο αθηίλεο θαη

βξίζθεηαη ζηε κέζε απφζηαζε ήιηνπ - γεο ιέγεηαη ειηαθή ζηαζεξά Gsc.

Απφ πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο έρνπλ πξνηαζεί δηάθνξεο ηηκέο ηεο ειηαθήο

ζηαζεξάο. Μηα ηηκή πνπ έρεη πξνηαζεί κε αβεβαηφηεηα 1% είλαη:

G sc = 1367 W /m2

(2.2)

Δπεηδή ε θίλεζε ηεο γεο γχξσ απφ ηνλ ήιην είλαη ειιεηπηηθή, ε εθηφο

γήηλεο αηκφζθαηξαο αθηηλνβνιία ζε επίπεδν θάζεην ζηηο ειηαθέο αθηίλεο Gon,

κεηαβάιιεηαη ζηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο αθηηλνβνιίαο

απηήο, γηα θάζε κέξα ηνπ έηνπο, ρξεζηκνπνηείηαη ε εκπεηξηθή ζρέζε:

Όπνπ n είλαη ν αξηζκφο ηεο εκέξαο ηνπ έηνπο κε αξρε ηελ 1 Ηαλνπαξίνπ

ζην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδεηαη ε εηήζηα δηαθχκαλζε ηεο εθηφο γήηλεο

αηκφζθαηξαο ειηαθή αθηηλνβνιία.

Σσήμα 2.3 Εηήζια διακύμανζη ηηρ εκηόρ γήινηρ αημόζθαιπαρ ηλιακήρ

22

2.3 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΗΝ ΕΠΙΥΑΝΕΙΑ ΣΟΤ ΕΔΑΥΟΤ

Ζ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ θζάλεη ζην έδαθνο επεξεάδεηαη απφ

ην κήθνο ηεο αηκφζθαηξαο πνπ δηαπεξλά. Όζν κεγαιχηεξε είλαη απηή ε

δηαδξνκή ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ ζηελ αηκφζθαηξα ηφζν κεησκέλε είλαη ε

έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Ζ κεγαιχηεξε δηαδξνκή ηεο ειηαθήο

αθηηλνβνιίαο γηα λα θζάζεη ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο είλαη λσξίο ην πξσί θαη αξγά

ην απφγεπκα. Γηα ηελ κείσζε απηή ηεο αθηηλνβνιίαο ρξεζηκνπνηείηαη ν φξνο

ηεο ζρεηηθήο κάδαο ηνπ αέξα ή απιά φπσο ζπλεζίδεηαη κάδα ηνπ αέξα.

Μάδα ηνπ αέξα (m)*, νξίδεηαη ν ιφγνο ηεο κάδαο ηεο αεξίνπ ζηήιεο ηεο

δηαδξνκήο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ, γηα αλέθειν νπξαλφ, πξνο ηελ αληίζηνηρε

κάδα γηα θαηαθφξπθν ήιην (ρήκα 2.4). Όηαλ ε δελίζηα γσλία ηνπ ήιηνπ δε έρεη

κεγάιεο ηηκέο θαη αλ δελ ιεθζεί ππ‟ φςηλ ε θακππιφηεηα ηεο γεο θαη ε

δηάζιαζε, πνπ επεξεάδεη ειαθξά ην κήθνο ηεο πιάγηαο δηαδξνκήο ΑΒ, ηφηε ην

ηφμν ΑΒ κπνξεί λα ζεσξεζεί επζχγξακκν ηκήκα θαη θαηά ζπλέπεηα ην ηξίγσλν

ΑΒΓ νξζνγψλην. Οπφηε ν ιφγνο ησλ αληίζηνηρσλ καδψλ ζα είλαη θαη ν ιφγνο ησλ

δηαδξνκψλ ΑΒ πξνο ΒΓ θαη θαηά ζπλέπεηα ε κάδα ηνπ αέξα (m) ζα εμαξηάηαη

απφ ηε δελίζηα γσλία ηνπ ήιηνπ ζΕ, νπφηε:

m= 1 / cosζz (2.4)

(*ζπρλά ρξεζηκνπνηείηαη θαη ν ζπκβνιηζκφο ΑΜ απφ ηα αξρηθά ηνπ Air Mass)

.

23

2.4 ΗΛΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΣΡΙΑ

Πξνθεηκέλνπ λα ππνινγηζηεί ε ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη έλα επίπεδν

ζηε επηθάλεηα ηεο γεο, είλαη απαξαίηεην λα γλσξίδνπκε εθηφο ησλ άιισλ θαη ηε

ζέζε ηνπ ήιηνπ ζηνλ νπξάλην ζφιν.

2.4.1 Γεωγραφικό πλάτοσ -γεωγραφικό μήκοσ

Οη θχθινη πνπ είλαη παξάιιεινη ζηνλ ηζεκεξηλφ νλνκάδνληαη παξάιιεινη

θχθινη (ρήκα 2.5). Σα εκηθχθιηα πνπ δηέξρνληαη απφ ηνπο πφινπο

νλνκάδνληαη κεζεκβξηλνί. Απφ θάζε ζεκείν ηεο επηθάλεηαο ηεο γεο πεξλάεη

έλαο παξάιιεινο θχθινο θαη έλαο κεζεκβξηλφο. Βαζηθφο κεζεκβξηλφο

ζεσξείηαη απηφο πνπ πεξλάεη απφ ην αζηεξνζθνπείν ηνπ Greenwich(G).

Πξνθεηκέλνπ λα θαζνξηζζεί ε ζέζε ελφο ηφπνπ (Σ) ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο

απαηηείηαη λα νξηζζεί ην γεσγξαθηθφ πιάηνο θαη ην γεσγξαθηθφ κήθνο.

Γεσγξαθηθό πιάηνο (θ) ελφο ηφπνπ είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ

ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ην θέληξν ηεο γεο κε ηνλ ηφπν θαη ηνπ ηζεκεξηλνχ

επηπέδνπ. Σν γεσγξαθηθφ πιάηνο παίξλεη ηηκέο απφ 0ν κέρξη 90ν γηα ην βφξεην

εκηζθαίξην θαη απφ 0ν κέρξη -90ν γηα ην λφην εκηζθαίξην.

Γεσγξαθηθό κήθνο (L) ελφο ηφπνπ είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ

ην κεζεκβξηλφ ηνπ Greenwich θαη ην κεζεκβξηλφ επίπεδν ηνπ ηφπνπ. Σν

γεσγξαθηθφ κήθνο παίξλεη ηηκέο απφ 0ν κέρξη -180ν γηα ηφπνπο αλαηνιηθά ηνπ

Greenwich θαη απφ 0ν κέρξη 180ν γηα ηφπνπο δπηηθά ηνπ Greenwich. [3]

ρήκα 2.5 Γεσγξαθηθφ πιάηνο θαη γεσγξαθηθφ κήθνο.

24

2.4.2 φαιρικέσ ςυντεταγμένεσ

Γηα ηνλ θαζαξηζκφ ηεο αθξηβήο ζέζεο ελφο άζηξνπ φπσο είλαη ν ήιηνο

ζηνλ νπξάλην ζφιν, ρξεζηκνπνηνχληαη ζθαηξηθέο ζπληεηαγκέλεο. Αδηκνχζην

ηνπ ήιηνπ (α) νλνκάδεηαη ην ηφμν ΝΛ. Μεηξάηαη επί ηνπ νξίδνληνο απφ ην λφην

(Ν) πξνο ηε δχζε απφ 0ν κέρξη 180ν θαη απφ ην λφην (Ν) πξνο ηελ

αλαηνιή απφ 0ν κέρξη -180ν (ρήκα 2.6). Ύςνο ηνπ ήιηνπ (h) νλνκάδεηαη ην

ηφμν ΛΖ. Μεηξάηαη απφ ηνλ νξίδνληα πξνο ην δελίζ απφ 0ν κέρξη 90ν θαη απφ

ηνλ νξίδνληα πξνο ην λαδίξ (Ε΄) απφ 0ν κέρξη -90ν. Εελίζηα γσλία ηνπ ήιηνπ (ζΕ).

Μεηξάηαη απφ ηνλ νξίδνληα πξνο ην δελίζ απφ 0ν κέρξη 90ν θαη απφ ηνλ

νξίδνληα πξνο ην λαδίξ απφ 0ν κέρξη -90ν. Δπνκέλσο ζχκθσλα κε ηα

παξαπάλσ:

h = 90 − θΖ

Ωξηαία γσλία (σ) ηνπ ήιηνπ θαιείηαη ην ηφμν ΗΚ (ρήκα 2.6). Μεηξάηαη επί ηνπ

νπξαλίνπ ηζεκεξηλνχ απφ ην Η πξνο ηε δχζε απφ 0ν κέρξη 360ν ζεηηθά, ή

απφ ηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε αξλεηηθά.

25

Απφθιηζε (δ) ηνπ ήιηνπ νλνκάδεηαη ην ηφμν ΚΖ (ρήκα 2.6). Γεληθά ε απφθιηζε

ηνπ ήιηνπ κπνξεί λα νξηζζεί ζαλ ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηελ επζεία πνπ

ελψλεη ην θέληξν ηεο γεο κε ην θέληξν ηνπ ήιηνπ θαη ηελ πξνβνιή ηεο επζείαο απηήο

ζην ηζεκεξηλφ επίπεδν. Μεηαβάιιεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο (ρήκα 2.7) θαη ε

ζρέζε πνπ καο επηηξέπεη ηνλ ππνινγηζκφ γηα νπνηαδήπνηε εκέξα (n) ηνπ έηνπο είλαη:

ρήκα 2.7 Δηήζηα κεηαβνιή ηεο απφθιηζεο ηνπ ήιηνπ

Όηαλ φκσο απαηηείηαη ν ππνινγηζκφο ηεο κέζεο κεληαίαο ειηαθήο απφθιηζεο,

ηφηε γηα θάζε κήλα ρξεηαδφκαζηε κηα ραξαθηεξηζηηθή κέξα ηεο νπνίαο ε

ειηαθή απφθιηζε είλαη ε πιεζηέζηεξε πξνο ηε κέζε ηηκή ηνπ αληίζηνηρνπ

κήλα. Ζ ραξαθηεξηζηηθή εκέξα γηα θάζε κήλα θαζψο θαη ν αξηζκφο ηεο ζηε

δηάξθεηα ηνπ έηνπο δίλνληαη ζηνλ πίλαθα 2.1

26

2.4.3 Ηλιακέσ γωνίεσ

Θεσξνχκε ην ζθαηξηθφ ηξίγσλν ΠΕΖ φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 2.6 ζηελ

νπξάληα ζθαίξα. Ο ηχπνο ηνπ ζπλεκηηφλνπ γηα ηελ πιεπξά ΕΖ ηνπ ζθαηξηθνχ

απηνχ ηξηγψλνπ δίλεη:

Ζ ζρέζε απηή κπνξεί λα γξαθεί:

Αλ αληηθαηαζηαζεί ην χςνο ηνπ ήιηνπ h απφ ηελ εμίζσζε 2.5 ηφηε ε

παξαπάλσ εμίζσζε γξάθεηαη:

Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ κεγαιχηεξνπ χςνπο h max πνπ ζα έρεη ν ήιηνο ζηε

δηάξθεηα κηαο εκέξαο, αξθεί λα ηεζεί ζηελ εμίζσζε 2.8 σ=0, νπφηε:

Ζ σξηαία γσλία αλαηνιήο ή δχζεο σο ηνπ ήιηνπ γηα νξηδφληην επίπεδν

ππνινγίδεηαη απφ ηελ εμίζσζε 2.8, φηαλ κεδεληζηεί ην χςνο ηνπ ήιηνπ,

φπνηε πξνθχπηεη:

27

Ζ ιχζε ηεο εμίζσζεο απηήο γηα tanθ – tan δ ≤ 1 δίλεη:

Σν πξφζεκν κείνλ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ αλαηνιή θαη ην ζπλ γηα ηε δχζε

ηνπ ήιηνπ. Ζ δηάξθεηα ηεο εκέξαο ππνινγίδεηαη απφ ηε ζρέζε:

Ο ππνινγηζκφο ηνπ αδηκνχζηνπ ηνπ ήιηνπ α, κπνξεί λα γίλεη κε εθαξκνγή ηνπ

ηχπνπ ηνπ εκηηφλνπ ζην ζθαηξηθφ ηξίγσλν ΠΕΖ, νπφηε:

Ζ εμίζσζε απηή δίλεη δχν ιχζεηο γηα ην αδηκνχζην ηνπ ήιηνπ ζηελ αλαηνιή

(αsr) θαη δχν ζηε δχζε (αss). Ζ ζσζηή ιχζε επηιέγεηαη θάζε θνξά αλάινγα κε

ηελ ηηκή ηεο ειηαθήο απφθιηζεο. Έηζη γηα ηα γεσγξαθηθά πιάηε ηεο Διιάδαο,

φηαλ δ<0 ν ήιηνο αλαηέιιεη θαη δχεη λφηηα ηεο γξακκήο Αλαηνιήο-Γχζεο, φηαλ

δ=0 ν ήιηνο αλαηέιιεη αθξηβψο ζηελ Αλαηνιή θαη δχεη αθξηβψο ζηε Γχζε θαη

ηέινο φηαλ δ>0 ν ήιηνο αλαηέιιεη θαη δχεη βφξεηα ηεο γξακκήο Αλαηνιήο-

Γχζεο (ρήκα 2.8).

ηα ζρήκαηα 2.9α, 2.9β θαη 2.9γ παξνπζηάδεηαη ε θαηλφκελε θίλεζε ηνπ

ήιηνπ ζην βφξεην εκηζθαίξην, ζε γεσγξαθηθφ πιάηνο 38ν (Αζήλα), γηα ηηο

ραξαθηεξηζηηθέο κέξεο ηνπ έηνπο. [3]

29

2.4.4 Γωνία πρόςπτωςησ των ηλιακών ακτινών

ηηο εθαξκνγέο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο απαηηείηαη ζπλήζσο ν ππνινγηζκφο

ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε έλα επίπεδν νπνηαζδήπνηε θιίζεο σο πξνο ηνλ

νξίδνληα θαη απζαίξεηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ σο πξνο ηνλ ήιην. Γηα ηνλ

ππνινγηζκφ απηφλ ζα πξέπεη αξρηθά λα νξηζζνχλ φιεο νη γσλίεο πνπ

ππεηζέξρνληαη ζε απηφ ην ζχζηεκα. Έζησ έλα επίπεδν, φπσο θαίλεηαη ζην

ζρήκα 2.10, πνπ έρεη κηα θιίζε β σο πξνο ηνλ νξίδνληα θαη είλαη

πξνζαλαηνιηζκέλν πξνο ην λφην. Ο ήιηνο ζε θάπνηα ζηηγκή ηνπ εκεξήζηνπ

ηφμνπ ηνπ βξίζθεηαη ζην ζεκείν Ζ. Αλ ΚΟ είλαη θάζεηε ζην νξηδφληην επίπεδν

θαη ΓΟ θάζεηε ζην θεθιηκέλν επίπεδν, ηφηε ζρεκαηίδεηαη ην ζθαηξηθφ ηξίγσλν

ΖΚΓ. Ζ ΕΟ είλαη ε πξνβνιή ηεο ΓΟ ζην νξηδφληην επίπεδν θαη ΔΟ είλαη ε

πξνβνιή ηεο δηεχζπλζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ ζην νξηδφληην επίπεδν.

Γσλία πξφζπησζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ (ζ) είλαη ε γσλία πνπ

ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηεο δηεχζπλζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ (ΖΟ) θαη ηεο

θαζέηνπ ζην θεθιηκέλν επίπεδν. Αδηκνχζην ηεο επηθάλεηαο (γ) είλαη ε

γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηεο δηεχζπλζεο βνξξά - λφηνπ θαη ηεο

πξνβνιήο ηεο ΓΟ ζην νξηδφληην επίπεδν. Έρεη ζεηηθέο ηηκέο δπηηθά ηνπ λφηνπ

θαη αξλεηηθέο ηηκέο αλαηνιηθά ηνπ λφηνπ. Όηαλ κηα επηθάλεηα έρεη εληειψο

λφηην πξνζαλαηνιηζκφ ηφηε γ=0. Ζ εθαξκνγή ηνπ λφκνπ ηνπ ζπλεκηηφλνπ ζην

ζθαηξηθφ ηξίγσλν ΖΚΓ δίλεη:

cosθ = cosβ cosθΖ+sin β sinθ Ζcos(α − γ) (2.15)

Ζ γλψζε ηεο γσλίαο πξφζπησζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ (ζ) είλαη ζεκαληηθή ζηηο

εθαξκνγέο ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο, δηφηη απφ ηελ ηηκή ηεο γσλίαο απηήο ζα εμαξηεζεί

ην κέγεζνο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ ζα δερζεί ε αληίζηνηρε επηθάλεηα. Έηζη φζν

κηθξφηεξε είλαη ε γσλία απηή ηφζν κεγαιχηεξε είλαη ε αθηηλνβνιία πνπ ζα δερζεί ε

επηθάλεηα.

ρήκα 2.10 Θέζε ηνπ ήιηνπ σο πξνο ην θεθιηκέλν επίπεδν[3].

30

2.5 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ Ε ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

Ζ γλψζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη έλα θεθιηκέλν επίπεδν είλαη

απαξαίηεηε ζηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο θαη κειέηεο ησλ ειηαθψλ

ζπζηεκάησλ, φπσο βέβαηα θαη ζηα θσηνβνιηατθά. Δπεηδή φκσο

ζηνπο πεξηζζφηεξνπο κεηεσξνινγηθνχο ζηαζκνχο είλαη δηαζέζηκε ζπλήζσο

ε νιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία ζην νξηδφληην επίπεδν, ζα πξέπεη λα δνζεί κέζνδνο

ππνινγηζκνχ ηεο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλν επίπεδν. Γηα ηε ζσζηή επηινγή ηεο

θιίζεο ηεο θσηνβνιηατθήο γελλήηξηαο απαηηείηαη ε γλψζε ηεο ειηαθήο

αθηηλνβνιίαο ζην θεθιηκέλν επίπεδν ζε κεληαία θαη εηήζηα βάζε. Παξαθάησ

δίλεηαη ε κεζνδνινγία.

2.5.1 Ωριαία ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμένο επίπεδο

Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη έλα θεθιηκέλν επίπεδν ζηελ επηθάλεηα ηνπ

εδάθνπο απνηειείηαη απφ ηξείο ζπληζηψζεο :

• ηελ άκεζε πνπ πξνέξρεηαη απφ ηνλ ειηαθφ δίζθν

• ηε δηάρπηε πνπ πξνέξρεηαη απφ ηνλ νπξάλην ζφιν

• ηελ αλαθιψκελε πνπ πξνέξρεηαη απφ ην έδαθνο ηεο γχξσ πεξηνρήο

Ζ άκεζε αθηηλνβνιία πνπ ζα δερζεί ην επίπεδν εμαξηάηαη απφ ηελ

γσλία πξφζπησζεο ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ. Ζ δηάρπηε θαη αλαθιψκελε

αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη ην θεθιηκέλν επίπεδν δελ εμαξηψληαη απφ ηνλ

πξνζαλαηνιηζκφ ηνπ επηπέδνπ θαη νχηε πξνέξρνληαη απ' φιν ηνλ νπξάλην ζφιν

ή ην έδαθνο ηεο γχξσ πεξηνρήο. Έηζη ε δηάρπηε αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη ην

θεθιηκέλν επίπεδν ζα πξνέξρεηαη κφλν απφ ην ηκήκα ηνπ νπξαλνχ πνπ " βιέπεη

" ην επίπεδν. Έπεηηα απ' απηά γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο

ζην θεθιηκέλν επίπεδν ζα πξέπεη λα ιεθζεί ππ' φςε γηα θάζε κία απφ ηηο

ζπληζηψζεο θαη έλαο δηνξζσηηθφο ζπληειεζηήο. Ο δηνξζσηηθφο

ζπληειεζηήο γηα ηελ άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία (Rb), είλαη ν ιφγνο ηεο

άκεζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη ζην θεθιηκέλν επίπεδν ( ΗbT),

πξνο απηήλ ζην νξηδφληην επίπεδν (Ηb):

R=Ibt/Ib=Ibn*cosζ/Ηbn*cosζz=cosζ/cosζz (2.16)

αληηθαζηζηψληαο ζηελ εμίζσζε απηή ην cosζΕ κε ηελ εμίζσζε 2.9,

πξνθχπηεη ε παξαθάησ ζρέζε :

31

Απ' ηελ εμίζσζε απηή γίλεηαη θαλεξφ φηη γηα έλα ζπγθεθξηκέλν ηφπν ε ηηκή

ηνπ Rb κεηαβάιιεηαη θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο εκέξαο θαη ηνπ έηνπο. Ο

ππνινγηζκφο ηεο ζπληζηψζαο γηα ηελ δηάρπηε αθηηλνβνιία βαζίδεηαη ζηελ

ππφζεζε φηη ε δηάρπηε είλαη ηζνηξνπηθή, δειαδή είλαη νκνηφκνξθα

θαηαλεκεκέλε απ' ηνλ νπξάλην ζφιν. Ο δηνξζσηηθφο ζπληειεζηήο γηα ηελ δηάρπηε

αθηηλνβνιία (Rd) είλαη ν ιφγνο ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη ζην

θεθιηκέλν επίπεδν (ΗdT) πξνο απηήλ ζην νξηδφληην (Ηd). Απ' νιφθιεξε ηελ

δηάρπηε αθηηλνβνιία πνπ πξνέξρεηαη απ' ηνλ νπξάλην ζφιν, έλα κφλν πνζνζηφ

δέρεηαη ην θεθιηκέλν επίπεδν. Σν πνζνζηφ απηφ είλαη ν ιφγνο ηνπ ηκήκαηνο ηνπ

νπξάληνπ ζφινπ πνπ "βιέπεη " ην θεθιηκέλν, πξνο νιφθιεξε ηελ εκηζθαηξηθή

επηθάλεηα ηνπ νπξάληνπ ζφινπ. Γηα έλα θεθιηκέλν επίπεδν πνπ δελ δέρεηαη

ζθίαζε, κε θιίζε β, ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, ν δηνξζσηηθφο απηφο ζπληειεζηήο

είλαη :

Rd=Idt/Id=1+cos β/2 (2,18)

Ο δηνξζσηηθφο ζπληειεζηήο γηα ηελ αλαθιψκελε αθηηλνβνιία (Rr), είλαη ν

ιφγνο ηεο αλαθιψκελεο αθηηλνβνιίαο πνπ πξνζπίπηεη ζην θεθιηκέλν επίπεδν

(ΗrT), πξνο απηήλ ζην νξηδφληην (Ηr). Ζ αλαθιψκελε φκσο ζην νξηδφληην

επίπεδν είλαη ην γηλφκελν ηνπ ζπληειεζηή αλάθιαζεο ξ ηνπ εδάθνπο ηεο γχξσ

πεξηνρήο επί ηελ νιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία ζην νξηδφληην Η. Όπσο θαη ζηελ

πξνεγνχκελε πεξίπησζε έηζη θαη εδψ, αλ ππνζέζνπκε φηη ε αλαθιψκελε

είλαη ηζνηξνπηθή, ηφηε γηα έλα θεθιηκέλν επίπεδν κε θιίζε β, ζηελ επηθάλεηα

ηεο γεο ν δηνξζσηηθφο ζπληειεζηήο είλαη :

Απφ ηα παξαπάλσ ε νιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία ζην θεθιηκέλν επίπεδν ΗΣ, είλαη:

I=IR + IR + Iξ R (2.20)

Αλ ιεθζνχλ ππ' φςε νη εμηζψζεηο 2.16, 2.18 θαη 2.19, ηφηε ε εμίζσζε 2.20

Ζ εμίζσζε απηή κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο

σξηαίαο νιηθήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζ' έλα θεθιηκέλν επίπεδν κε θιίζε

β, εθφζνλ ζεσξεζνχλ φηη νη γσλίεο ζ θαη ζΕ, αληηζηνηρνχλ ζην κέζνλ ηεο

αλαθεξφκελεο ψξαο. Ο ζπληειεζηήο αλάθιαζεο ξ ιακβάλεηαη ζπλήζσο 0.2

αιιά φηαλ ε γχξσ πεξηνρή είλαη θαιπκκέλε κε ρηφλη ν ζπληειεζηήο απηφο

κπνξεί λα είλαη πνιχ πςειφο. Γηάθνξεο ηηκέο ηνπ ξ δίλνληαη ζηνλ πίλαθα

2.2.

32

Αλ ιεθζεί ππ' φςε ε εμίζσζε 2.16 θαη δηαηξεζνχλ θαη ηα δπν κέιε

ηεο εμηζψζεσο 2.21 δηα Η, πξνθχπηεη ε παξαθάησ ζρέζε :

Ο ιφγνο Ηd/I δίλεηαη απφ ηηο παξαθάησ ζρέζεηο αλάινγα κε ηελ ηηκή ηνπ

σξηαίνπ δείθηε αηζξηφηεηαο Κ.

Ωξηαίνο δείθηεο αηζξηφηεηαο (Κ) νλνκάδεηαη ν ιφγνο ηεο νιηθήο

ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην νξηδφληην επίπεδν (Η) πξνο ηελ εθηφο γήηλεο

αηκφζθαηξαο αθηηλνβνιία ζην νξηδφληην επίπεδν (Ην). Ο δείθηεο απηφο κπνξεί λα

ζεσξεζεί φηη είλαη έλα κέηξν ηεο ζρεηηθήο δηαπεξαηφηεηαο ηεο αηκφζθαηξαο ζηελ

ειηαθή αθηηλνβνιία.

Ο ππνινγηζκφο ηεο εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο σξηαίαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο

ζην νξηδφληην επίπεδν (Η0) κπνξεί λα γίλεη πξνζεγγηζηηθά απφ ηελ παξαθάησ

ζρέζε κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ε δεληζηα γσλία ζz έρεη ζεσξεζεί ζην κέζν ηεο

αληίζηνηρεο ψξαο .

I = G cosθΖ (2.25)

33

Γηα λα ππνινγηζζεί ε Ην γηα ρξνληθφ δηάζηεκα απφ σ1 κέρξη σ2 ζα πξέπεη λα

νινθιεξσζεί ε ακέζσο πξνεγνχκελε ζρέζε.

φπνπ ε Ην είλαη ζε Wh/m2

Δπεηδή ζηνπο πεξηζζφηεξνπο κεηεσξνινγηθνχο ζηαζκνχο είλαη δηαζέζηκε ε

νιηθή ειηαθή αθηηλνβνιία ζην νξηδφληην επίπεδν, ε ζρέζε 2.21 είλαη πνιχ

ρξήζηκε δηφηη ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ 2.22, κπνξεί λα ππνινγηζζεί ε νιηθή

ειηαθή αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλν επίπεδν ρσξίο ηελ αλάγθε ηεο δηάρπηεο

αθηηλνβνιίαο.[3]

2.5.2 Μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμένο επίπεδο

Δπεηδή ζηελ εμίζσζε 2.21 ν δεχηεξνο θαη ηξίηνο φξνο είλαη αλεμάξηεηνη απ'

ηελ γσλία πξφζπησζεο, ε εμίζσζε απηή κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηνλ

ππνινγηζκφ ηεο εκεξήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην θεθιηκέλν επίπεδν ΖΣ,

αξθεί ζηνλ πξψην φξν λα ρξεζηκνπνηεζεί έλαο δηνξζσηηθφο ζπληειεζηήο Rb

θαη νη αθηηλνβνιίεο λα ζεσξεζνχλ εκεξήζηεο. Έηζη ε εμίζσζε ζα γίλεη :

34

Όπνπ σ, είλαη ε σξηαία γσλία ηεο δχζεο ηνπ ειίνπ γηα θεθιηκέλε επηθάλεηα

θαη έρεη ηελ κηθξφηεξε ηηκή απ΄ηηο ηηκέο πνπ παίξλνπλ ηα δχν κεγέζε πνπ

βξίζθνληαη κέζα ζηεο αγθχιε ηεο παξαθάησ εμίζσζεο.

Γηα ηηο ειηαθέο εθαξκνγέο, ζε αξθεηέο πεξηπηψζεηο, είλαη απαξαίηεηνο

ν ππνινγηζκφο ηεο κεληαίαο νιηθήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλν

επίπεδν. ηηο πεξηπηψζεηο απηέο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί κία εμίζσζε

παξφκνηα κε ηελ 2.28, αξθεί βέβαηα ν ζπληειεζηήο Rb, λα ππνινγηζζεί γηα

ηελ ραξαθηεξηζηηθή εκέξα ηνπ αληίζηνηρνπ κήλα. Έηζη ε κέζε κεληαία νιηθή

ειηαθή αθηηλνβνιία ζην θεθιηκέλν επίπεδν κπνξεί λα δνζεί απφ ηελ

παξαθάησ ζρέζε:

Παξφκνηα κε ηελ ζρέζε 2.22, ε εμίζσζε 2.32 κπνξεί λα κεηαζρεκαηηζζεί

ζηελ παξαθάησ ζρέζε :

Καηά ηνπο Liu θαη Jordan ν ιφγνο απηφο ππνινγίδεηαη απ' ηελ παξαθάησ

ζρέζε :

Γηα ηνλ ειιεληθφ ρψξν έρεη πξνηαζεί απφ ην Λάια ην παξαθάησ πνιπψλπκν

πνπ δίλεη θαιχηεξα απνηειέζκαηα απφ ηελ πξνεγνχκελε ζρέζε:

Ο δείθηεο αηζξηφηεηαο K ζηε ζρέζε απηή είλαη ν ιφγνο ηεο κέζεο εκεξήζηαο

νιηθήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληην επίπεδν γηα θάζε κήλα ( H ) πξνο

ηελ εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο κέζε εκεξήζηα αθηηλνβνιία (Ho), γηα θάζε

κήλα.Ζ εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο κέζε εκεξήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία H o

κπνξεί λαππνινγηζζεί κε νινθιήξσζε ηεο Gν ζην ρξνληθφ δηάζηεκα απφ ηελ

σξηαία γσλίααλαηνιήο (σ) κέρξη ηελ σξηαία γσλία ηεο δχζεο ηνπ ήιηνπ (σ)

35

Αλ ε ειηαθή ζηαζεξά είλαη ζε Wh/m2 ηφηε ε παξαθάησ ζρέζε :

Ζ εθηφο γήηλεο αηκφζθαηξαο εκεξήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία Ho κπνξεί λα

ππνινγηζζεί απφ ηελ ζρέζε 2.37 γηα γεσγξαθηθά πιάηε πνπ θπκαίλνληαη απφ

-60ν κέρξη 60o.

2.5.3 Ετήςια ηλιακή ακτινοβολία ςε κεκλιμένο επίπεδο

Ζ εηήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία ζε θεθιηκέλν επίπεδν είλαη απφ ηα πην

ζεκαληηθά κεγέζε ζηηο ειηαθέο εθαξκνγέο. Ο ππνινγηζκφο ηεο κπνξεί λα

γίλεη κε βάζε ηε κεληαία ειηαθή αθηηλνβνιία, δειαδή αξθεί απιά λα

αζξνίζνπκε ηηο ηηκέο ηεο κεληαίαο αθηηλνβνιίαο, πνπ αληηζηνηρνχλ ζηελ

επηιεγκέλε θιίζε, γηα φινπο ηνπο κήλεο ηνπ έηνπο:

36

Ζ κεηαβνιή ηεο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ζρέζε κε ηελ θιίζε ηνπ

επηπέδνπ πξφζπησζεο, ζχκθσλα κε ηελ αλάιπζε πνπ έρεη γίλεη παξαπάλσ

έρεη ηελ κνξθή ηνπ ζρήκαηνο 2.11.

Απηφ πνπ καο ελδηαθέξεη ζε κηα ειηαθή εθαξκνγή είλαη ε εχξεζε εθείλεο ηεο

γσλίαο θιίζεο ησλ ζπιιεθηψλ, πνπ ζα έρεη σο απνηέιεζκα ηε κέγηζηε εηήζηα

ειηαθή αθηηλνβνιία (βopt). Παιηφηεξεο κειέηεο ππνδείθλπαλ ηελ επηινγή

γσλίαο ίζε κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο (βopt=θ) θαη θαηεχζπλζε πξνο ηνλ λφην

(γ=0ν) (γηα επηθάλεηεο ζην βφξεην εκηζθαίξην). Ζ πξφηαζε απηή ζηεξίδεηαη ζην

γεγνλφο φηη κηα επηθάλεηα ζα δέρεηαη ηε κέγηζηε αθηηλνβνιία φηαλ απηή

πξνζπίπηεη θάζεηα ζε απηή. Δπνκέλσο ε βέιηηζηε θιίζε γηα κηα επηθάλεηα

πνπ βξίζθεηαη ζε γεσγξαθηθφ πιάηνο θ θαη είλαη ζηξακκέλε πξνο ηνλ λφην

πξνθχπηεη απφ ην κέγεζνο θ+δ, φπνπ δ ε απφθιηζε. Ζ γσλία απηή

θπκαίλεηαη κεηαμχ θ+23,45ν ηνλ ρεηκψλα (21 Γεθεκβξίνπ) θαη θ-23,45ν ην

θαινθαίξη(21 Ηνπλίνπ) (ρήκα 2.12). Δίλαη ινγηθφ επνκέλσο λα επηιεγεί ε

κέζε ηηκή ηεο κεηαβνιήο απηήο ηεο γσλίαο, γηα λα έρνπκε ηε κέγηζηε ειηαθή

αθηηλνβνιία, δειαδή γσλία ίζε κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο θ. Γηαθνξεηηθά

ζθεπηφκελνη κπνξνχκε λα πνχκε φηη ε επηινγή γσλίαο θιίζεο ίζεο κε ην

γεσγξαθηθφ πιάηνο ηζνδπλακεί κε κηα νξηδφληηα επηθάλεηα ζην επίπεδν ηνπ

ηζεκεξηλνχ θαη ε νξηδφληηα επηθάλεηα απηή ζα έρεη ηε κέγηζηε εηήζηα ειηαθή

αθηηλνβνιία.

38

Νεφηεξεο κειέηεο έρνπλ δείμεη φηη θάηη ηέηνην δελ είλαη απφιπηα αθξηβέο

(ρήκα 2.13). Ζ βέιηηζηε γσλία θιίζεο πξνθχπηεη ζεκαληηθά κηθξφηεξε απφ ην

γεσγξαθηθφ πιάηνο θαη ε απφθιηζε απηή κεγαιψλεη ηαπηφρξνλα κε ηελ

αχμεζε ηνπ γεσγξαθηθνχ πιάηνπο (ρήκα 2.14). Σν γεγνλφο απηφ νθείιεηαη

ζε θάπνηνπο παξάγνληεο, νη νπνίνη θαηαδεηθλχνπλ θαη ηηο αδπλακίεο-παξαδνρέο

ηεο πξνεγνχκελεο πξφηαζεο:

• Μεγαιχηεξν γεσγξαθηθφ πιάηνο, ζπλεπάγεηαη κεγαιχηεξε δηαθνξά ζηε

δηάξθεηα ηεο κέξαο αλάκεζα ζην θαινθαίξη θαη ηνλ ρεηκψλα θαη επνκέλσο

κεγαιχηεξε δηαθνξά ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία.

• Ο θαηξφο είλαη ζηε γεληθή πεξίπησζε θαιχηεξνο θαηά ηε δηάξθεηα

ηνπ θαινθαηξηνχ, φπνπ ν ήιηνο βξίζθεηαη ςειφηεξα ζηνλ νπξαλφ.

• Ζ ζπληζηψζα ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο είλαη κεγαιχηεξε ζε κηθξφηεξεο

ηηκέο ηεο γσλίαο θιίζεο ηνπ επηπέδνπ.

• Τπάξρεη ιηγφηεξε αηκνζθαηξηθή απνξξφθεζε φηαλ ν ήιηνο είλαη ςειφηεξα

ζηνλ νπξαλφ.

• Μηθξφηεξεο γσλίεο θιίζεο κεηψλνπλ ηε δηάξθεηα πνπ ν ήιηνο βξίζθεηαη πίζσ

απφ ηελ επηθάλεηα (θαηά ηελ αλαηνιή θαη ηε δχζε ηνπ ειίνπ). Ζ αλάιπζε πνπ

έρεη γίλεη παξαπάλσ γηα ηελ εχξεζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε

θεθιηκέλν επίπεδν ιακβάλεη ππ‟ φςηλ ηνπο παξαπάλσ παξάγνληεο, γηα απηφ

ηνλ ιφγν παξαηεξνχκε ζην ζρήκα 2.9 ην βopt λα είλαη κηθξφηεξν απφ ην

γεσγξαθηθφ πιάηνο.[4]

39

ρήκα 2.14 Βέιηηζηε γσλία θιίζεο ζπλαξηήζεη ηνπ γεσγξαθηθνχ

πιάηνπο γηα 239 παξαηεξνχκελεο ηνπνζεζίεο ζηηο Ζ.Π.Α[14].

Μηα πνιχ ρξήζηκε πξνζεγγηζηηθή ζρέζε πνπ ζπλδέεη ηελ βέιηηζηε γσλία

θιίζεο κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο είλαη ε εμήο[3]:

βopt=3,7+0,69θ (2.39)

Δπηπιένλ φζνλ αθνξά ηνλ απφιπηα λφηην πξνζαλαηνιηζκφ (γ=0ν), απηφ

ζεσξείηαη βέιηηζηνο, φηαλ ζηε πεξηνρή πνπ ηνπνζεηνχληαη ηα θ/β πιαίζηα, ν

άμνλαο Α-Γ δελ παξνπζηάδεη εκπφδηα πνπ κπνξεί λα δεκηνπξγήζνπλ κείσζε

ζηε δηάξθεηα ηεο εκεξήζηαο ειηνθάλεηαο. Γηα παξάδεηγκα αλ ππνζέζνπκε

φηη ηα θ/β πιαίζηα ηνπνζεηνχληαη ζε κηα πεξηνρή, φπνπ ζηα αλαηνιηθά

ππάξρεη έλα ςειφ βνπλφ, έζησ θαη ζε κεγάιε απφζηαζε, ηφηε φπσο είλαη

αλακελφκελν ράλεηαη έλα κέξνο ηεο ειηνθάλεηαο θαηά ηελ αλαηνιή ηνπ ήιηνπ

θαη κέρξη απηφο λα μεπεξάζεη ζε χςνο ηελ θνξπθή ηνπ βνπλνχ. Αλ αθφκα

ππνζέζνπκε φηη ζηα δπηηθά δελ ππάξρεη θάπνην αληίζηνηρν εκπφδην, αιιά ν

νξίδνληαο είλαη αλνηρηφο, ηφηε πξνθχπηεη κηα αζπκκεηξία σο πξνο ηελ

πξφζιεςε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο απφ ηα θ/β ζηνηρεία θαηά ηε δηάξθεηα κηαο

κέξαο. Δπνκέλσο είλαη θαλεξφ φηη ν απφιπηα λφηηνο πξνζαλαηνιηζκφο δελ είλαη

βέιηηζηνο γηα ηελ πεξηνρή πνπ πεξηγξάθεθε. Ζ βέιηηζηε ιχζε είλαη λα

ζηξαθνχλ νη ζπζηνηρίεο πξνο ηα δπηηθά θαη ππφ ηέηνηα γσλία, ψζηε λα

κεγηζηνπνηείηαη ε εκεξήζηα πξνζιακβαλφκελε ειηαθή αθηηλνβνιία.

2.6 ΤΓΚΡΙΗ ΠΟΛΤΩΝΤΜΩΝ ΓΙΑ ΣΟΝ ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΣΟΤ ΛΟΓΟΤ

Hd/H

Παξαπάλσ παξνπζηάζηεθαλ δχν πνιπψλπκα πνπ ζθνπφ έρνπλ λα

πξνζεγγίζνπλ ηνλ ιφγν Hd/H ζε πξαγκαηηθέο ζπλζήθεο. Σν πξψην έρεη

γεληθφηεξε ηζρχ ζε ηνπνζεζίεο αλά ηελ πθήιην, έρεη πξνηαζεί απφ ηνπ ηνπο

Liu θαη Jordan θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε 2.34. Σν δεχηεξν έρεη πξνηαζεί απφ ην

θ.Λάια γηα ηνλ ειιεληθφ ρψξν θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε 2.35. ηε ζπλέρεηα

ζπγθξίλνληαη ηα απνηειέζκαηα πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηα δχν απηά πνιπψλπκα.

Δπηιέγεηαη κηα ζπγθεθξηκέλε πφιε ηεο Διιάδαο, ηεο νπνίαο ππάξρνπλ νη

κεηξήζεηο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληην επίπεδν ζε κεληαία βάζε[1]

θαη εμεηάδεηαη ε κεηαβνιή ηεο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ζρέζε κε ηελ

θιίζε β θαη γηα ηα δχν πνιπψλπκα. ην ζρήκα 2.15 θαίλνληαη νη δχν

αληίζηνηρεο θακπχιεο.

40

Παξαηεξνχκε φηη ε δηαθνξά ησλ δχν θακππιψλ είλαη πνιχ κηθξή θαη κάιηζηα

γηα κηθξέο ηηκέο ηεο γσλίαο β, νη δχν θακπχιεο ζρεδφλ ηαπηίδνληαη. Γηα ηηκέο

ηεο γσλίαο κεγαιχηεξεο ησλ 20ν ππάξρεη κηα ζηαζεξή απφθιηζε κεηαμχ

ησλ δχν θακππιψλ, κε ην πνιπψλπκν ησλ Lui θαη Jordan λα δίλεη πςειφηεξεο

ηηκέο εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Όκσο, φπσο θαίλεηαη θαη απφ ηνλ πίλαθα

2.3 , ε απφθιηζε πνπ εκθαλίδνπλ ζηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε είλαη κφιηο

1%. Αθφκα έλα πνιχ ζεκαληηθφ γεγνλφο είλαη φηη ε βέιηηζηε γσλία θιίζεο

(βopt), πνπ δίλεη ηε κέγηζηε εηήζηα ειηαθή αθηηλνβνιία πξνθχπηεη ζρεδφλ ίδηα

αλεμαξηήησο ηνπ πνιπσλχκνπ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη θαη είλαη 27ν γηα ην

πνιπψλπκν πνπ έρεη πξνηαζεί απφ ην Λάια θαη 28ν γηα ην πνιπψλπκν ησλ Lui

θαη Jordan

2.7 ΕΚΣΙΜΗΗ ΩΡΙΑΙΑ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΠΟ ΗΜΕΡΗΙΕ ΣΙΜΕ

Πνιιέο θνξέο είλαη ρξήζηκεο νη ηηκέο ηεο αθηηλνβνιίαο θαηά ηε δηάξθεηα κηαο

εκέξαο, θπξίσο φηαλ κειεηψληαη νη επηπηψζεηο θαηλνκέλσλ ζθίαζεο

απφ παξαθείκελα εκπφδηα ή θαη απφ ηα ίδηα ηα θ/β πιαίζηα. Όκσο, φπσο

έρεη ήδε αλαθεξζεί, ηα δεδνκέλα πνπ ιακβάλνληαη απφ ηνπο

κεηεσξνινγηθνχο ζηαζκνχο αθνξνχλ ζπλήζσο εκεξήζηεο ηηκέο ηεο

αθηηλνβνιίαο. ηαηηζηηθέο κειέηεο κεηεσξνινγηθψλ δεδνκέλσλ έρνπλ δείμεη

φηη ν ιφγνο ηεο εμσγήηλεο αθηηλνβνιίαο πξνο ηελ εκεξήζηα ηηκή ηεο,

ηζνχηαη κε ηνλ αληίζηνηρν ιφγν ηεο δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο, δειαδή:

41

φπνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ νη ζρέζεηο 2.3, 2.25 θαη 2.37. Δλψ ν αληίζηνηρνο

ιφγνο ηεο ζπλνιηθήο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ρξεηάδεηαη ηελ εμήο ηξνπνπνίεζε:

φπνπ ηα a θαη b δίλνληαη απφ ηνπο παξαθάησ εκπεηξηθνχο ηχπνπο:

ηελ παξαπάλσ εμηζψζεηο ην σ είλαη ε σξηαία γσλία ηνπ ρξφλνπ θαη ην σο

ε γσλία ηεο δχζεο ζε κνίξεο. Γηα λα ππνινγηζηνχλ, πξνζεγγηζηηθά αιιά κε

αξθεηή αθξίβεηα, νη σξηαίεο ηηκέο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο κπνξεί λα

ρξεζηκνπνηεζεί ε εμίζσζε 2.41 αληηθαζηζηψληαο φπνπ σ ην κέζν ηεο ψξαο

πνπ καο ελδηαθέξεη. Γειαδή κπνξνχκε λα γξάςνπκε

Ζ πξνζέγγηζε απηή καο γιπηψλεη απφ ηνλ ππνινγηζκφ

επίπνλσλ νινθιεξσκάησλ. ην Παξάξηεκα Α δίλνληαη νη ηηκέο ηεο

σξηαίαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληην επίπεδν, πνπ πξνθχπηνπλ απφ

ηελ κέζεο εκεξήζηεο ηηκέο γηα ηελ πφιε ηεο Καιακάηαο (θ=37,03ν) θαη γηα θάζε

κήλα [4].

43

3.1 ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΥΑΙΝΟΜΕΝΟ

Φσηνβνιηατθφ θαηλφκελν απνθαιείηαη ε εκθάληζε δηαθνξάο δπλακηθνχ

ζηα άθξα κηαο δηφδνπ ε νπνία αθηηλνβνιείηαη κε ειηαθή ελέξγεηα. Γηα φζν

ρξνληθφ δηάζηεκα δηαξθεί ε αθηηλνβνιία παξάγεηαη ζπλερέο ξεχκα απφ ηελ

δίνδν, ην νπνίν κπνξεί λα ηξνθνδνηήζεη έλα νπνηνδήπνηε θνξηίν ζπλερνχο

ξεχκαηνο θαη θαηά ζπλέπεηα λα έρνπκε παξαγσγή ειεθηξηθήο ηζρχνο. Όηαλ

δηαθνπεί ε αθηηλνβφιεζε ηεο δηφδνπ, ζηακαηάεη θαη ε παξαγσγή ειεθηξηθνχ

ξεχκαηνο.

3.1.1 Ηλεκτροςτατικό φράγμα δυναμικού

Σα ειηαθά ζηνηρεία είλαη δίνδνη εκηαγσγνχ κε ηελ κνξθή ελφο δίζθνπ,

πνπ δέρνληαη ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Πξφθεηηαη γηα δηφδνπο επαθήο ηχπνπ-n

θαη ηχπνπ-p, νη νπνίεο εθηείλνληαη ζε φιν ην πιάηνο ηνπ δίζθνπ. Σα ειηαθά

ζηνηρεία βαζίδνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπο ζηε δεκηνπξγία ελφο ειεθηξνζηαηηθνχ

θξάγκαηνο δπλακηθνχ, ην νπνίν εθηείλεηαη ζε φιν ην πιάηνο ηνπ ζηνηρείνπ πνπ

δέρεηαη ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Απηφ ην θξάγκα δπλακηθνχ βξίζθεηαη

θαηαλεκεκέλν ζε κηθξφ βάζνο απφ ηελ επηθάλεηα θαη ηνπνζεηείηαη απφ ηελ

πιεπξά απφ ηελ νπνία πξνζπίπηεη ην θψο. Κάζε θσηφλην ηεο πξνζπίπηνπζαο

αθηηλνβνιίαο κε ελέξγεηα ίζε ή κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ

εκηαγσγνχ, έρεη ηε δπλαηφηεηα λα απνξξνθεζεί ζε έλα ρεκηθφ δεζκφ θαη λα

δεκηνπξγεζεί έλα δεχγνο θνξέσλ, δειαδή έλα ειεθηξφλην ηεο δψλεο

αγσγηκφηεηαο θαη κηα νπή ηεο δψλεο ζζέλνπο. Γεκηνπξγείηαη έηζη, φζν

δηαξθεί ε αθηηλνβφιεζε, κηα πεξίζζεηα απφ δεχγε θνξέσλ, πέξα

απφ ηηο ζπγθεληξψζεηο πνπ αληηζηνηρνχλ ζε ζπλζήθεο ηζνξξνπίαο. Ζ

αλαγθαηφηεηα χπαξμεο ηνπ ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πεγάδεη απφ ηελ

απαίηεζε γηα δηαρσξηζκφ ησλ ζεηηθψλ θαη αξλεηηθψλ θνξέσλ θνξηίνπ

θαη ηελ ζπγθέληξσζή ηνπο πάλσ ζηηο δχν φςεηο ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ.

πγθεθξηκέλα, επεηδή κεξηθά απφ ηα δεχγε ησλ θνξέσλ απηψλ δεκηνπξγνχληαη

κέζα ή-θαη δίπια απφ ηελ πεξηνρή ηνπ ειεθηξνζηαηηθνχ θξάγκαηνο δπλακηθνχ

δηαρσξίδνληαη πξνθεηκέλνπ λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηε δπλακηθή ηνπο ελέξγεηα.

Μπνξνχκε λα ππνζέζνπκε φηη ηα ειεθηξφληα ζπκπεξηθέξνληαη ζαλ ζθαίξεο

πνπ θπινχλ πάλσ ζε θεθιηκέλν επίπεδν, ελψ νη νπέο ζπκπεξηθέξνληαη ζαλ

θπζαιίδεο πνπ αησξνχληαη κέζα ζε έλα πγξφ (ρήκα 3.1). ην κνληέιν

απηφ, ην ειεθηξφλην ειαρηζηνπνηεί ηελ ελέξγεηα ηνπ θηλνχκελν πξνο ηα

θάησ, ελψ ε νπή ειαρηζηνπνηεί ηελ ελέξγεηά ηεο θηλνχκελε πξνο ηα πάλσ ζε

έλα δηάγξακκα δπλακηθήο ελέξγεηαο.

44

ε κηα δίνδν p-n ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα εθηξέπνληαη πξνο ην ηκήκα ηχπνπ-

n θαη νη νπέο εθηξέπνληαη πξνο ην ηκήκα ηχπνπ-p. Απνηέιεζκα

είλαη λα ζπζζσξεχνληαη θνξηία ζηηο δχν αληηθξηλέο επηθάλεηεο θαη λα

δεκηνπξγείηαη κηα δηαθνξά δπλακηθνχ αλάκεζα ζηνπο αθξνδέθηεο ησλ δχν

ηκεκάησλ ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ, γηα φζν δηάζηεκα ππάξρεη νπηηθή

δηέγεξζε, ε εκθάληζε δειαδή ηνπ θσηνβνιηατθνχ θαηλνκέλνπ. [5]

ρήκα 3.1 Φσηνβνιηατθφ θαηλφκελν.

Σν ειηαθφ ζηνηρείν απνηειείηαη απφ ηελ επαθή εκηαγσγνχ ηχπνπ-n θαη

ηχπνπ-p. Σν ζρήκα παξνπζηάδεη ην δηάγξακκα ηεο δπλακηθήο ελέξγεηαο

ζε ζπλάξηεζε κε ην βάζνο απφ ηελ επηθάλεηα. ην ειηαθφ ζηνηρείν

πξνζπίπηεη ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία κε ελέξγεηα E=h·v≥Eg,

φπνπ Eg=Ecb-Evt ε ηηκή ηνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ, Ecb ν ππζκέλαο ηεο

δψλεο αγσγηκφηεηαο θαη Evt ε θνξπθή ηεο δψλεο ζζέλνπο[11].

3.1.2 Δημιουργία φωτορεύματοσ

Όηαλ έλα θ/β ζηνηρείν δέρεηαη κηα θαηάιιειε αθηηλνβνιία, δηεγείξεηαη

παξάγνληαο ειεθηξηθφ ξεχκα, ην θσηφξεπκα Ηθ, πνπ ε ηηκή ηνπ είλαη αλάινγε

πξνο ηα θσηφληα πνπ απνξξνθά θαη θαηά ζπλέπεηα αλάινγε πξνο ηε ειηαθή

αθηηλνβνιία. Γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ε παξαθάησ

ζρέζε:

45

φπνπ e ην ζηνηρεηψδεο ειεθηξηθφ θνξηίν, R(ι) ν δείθηεο αλάθιαζεο γηα

αθηηλνβνιία κήθνπο θχκαηνο ι, Φ(ι) ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ κε ελέξγεηα πνπ

αληηζηνηρεί ζε κήθνο θχκαηνο απφ ι κέρξη ι+dι, S(ι) ε θαζκαηηθή

απφθξηζε, δειαδή ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ

δέρεηαη ην ζηνηρείν αλά κνλάδα επηθαλείαο θαη αλά κνλάδα ρξφλνπ, ιg ην

κέγηζην κήθνο θχκαηνο αθηηλνβνιίαο ζε έλαλ εκηαγσγφ, ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ

Eg: ( ι = h ⋅c / E )

Ζ ηηκή ηνπ θσηνξεχκαηνο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ εμαξηάηαη

απφπνιινχο θαηαζθεπαζηηθνχο παξάγνληεο, φπσο ν ζπληειεζηήο

αλάθιαζεο ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ, ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο θαη ην

πάρνο ηνπ εκηαγσγνχ, ην πιήζνο ησλ επαλαζπλδέζεσλ ησλ θνξέσλ θιπ. [5]

3.2 ΤΛΙΚΑ & ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΕ ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ

ΣΟΙΦΕΙΩΝ/ΚΤΧΕΛΩΝ (PV CELLS)

Οη θχξηεο ηερλνινγίεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή θ/β

ζηνηρείσλ είλαη:

• Σερλνινγία παξαγσγήο εκηαγψγηκσλ πιηθψλ κε θξπζηαιιηθή δνκή,

ηελ πιεηνςεθία ησλ νπνίσλ απνηειεί ην ππξίηην.

• Σερλνινγία ιεπηψλ πκελίσλ (thin film), ε νπνία νλνκάδεηαη έηζη επεηδή ην

πάρνο ησλ ζηνηρείσλ είλαη πνιχ κηθξφ (κεξηθά κφλν κm).

• Άιιεο ηερλνινγίεο πνπ ζθνπφ έρνπλ λα γίλεη ιηγφηεξν ελεξγνβφξα

ε παξαγσγή ηνπ θαζαξνχ ππξηηίνπ, πεξηνξίδνληαο ηηο απψιεηεο ζε αθξηβφ

θαζαξφ ππξίηην (π.ρ. κέζνδνο EFG, edge defined film fed growth θαη κέζνδνο

String Process)

Οη θξχζηαιινη θαη ε κνξθή ιεπηνχ θηικ δηαθέξνπλ κεηαμχ ηνπο φζνλ αθνξά

ηελ απφδνζε απνξξφθεζεο ηνπ θσηφο ,ηελ απφδνζε κεηαηξνπήο ηεο κηα

κνξθήο ελέξγεηαο ζηελ άιιε, ηελ ηερλνινγία θαηαζθεπήο θαη ην θφζηνο

θαηαζθεπήο. [5]

46

3.2.1 Σο Πυρίτιο (Si)

Σν ππξίηην είλαη έλαο εκηαγσγφο κε έκκεζν ελεξγεηαθφ δηάθελν 1,1eV. Αλ θαη νη

δχν απηέο ηδηφηεηέο ηνπ, δειαδή έκκεζν θαη ζρεηηθά κηθξή ηηκή

ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ δελ είλαη ηδεψδεηο γηα ηελ θσηνβνιηατθή

κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ην ππξίηην είλαη ν εκηαγσγφο πνπ

θπξηάξρεζε απφ ηελ αξρή αιιά κέρξη θαη ζήκεξα, ζαλ πιηθφ θαηαζθεπήο θ/β

ζηνηρείσλ. Οη ιφγνη γηα ηνπο νπνίνπο ζπκβαίλεη απηφ έρνπλ λα θάλνπλ κε ην

γεγνλφο φηη ην ππξίηην είλαη ην θχξην πιηθφ ησλ δηαηάμεσλ ειεθηξνληθήο γηα

πνιιέο δεθαεηίεο. Δπνκέλσο νη ηδηφηεηεο ηνπ είλαη θαιά κειεηεκέλεο θαη ην

πιηθφ θπθινθνξεί ζηε αγνξά ζε αξθεηά κεγάιεο πνζφηεηεο, κε ηθαλνπνηεηηθή

ρεκηθή θαζαξφηεηα θαη ηειεηφηεηα θξπζηαιιηθήο δνκήο, κε ηελ ρξεζηκνπνίεζε

ηερλνινγηθψλ κεζφδσλ δνθηκαζκέλσλ κε επηηπρία. Δπηπιένλ ηα θ/β ζηνηρεία

ππξηηίνπ έρνπλ ιεηηνπξγήζεη κε απφιπηα ηθαλνπνηεηηθή αμηνπηζηία ζε

αθξαίεο θαηξηθέο ζπλζήθεο, ηφζν ζε δηαζηεκηθέο φζν θαη ζε επίγεηεο θαξκνγέο.

Δθηφο ηνπ νμπγφλνπ, ην ππξίηην είλαη ην πην άθζνλν ζηνηρείν ζηελ επηθάλεηα ηνπ

εδάθνπο. ρεδφλ πάληα, φκσο απαληάηαη κε ηε κνξθή νμεηδίνπ ζην

πεξηβάιινλ, ζπγθεθξηκέλα σο δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ (SiO2). Γηα ηελ

αμηνπνίεζή ηνπ, επνκέλσο, απαηηείηαη επεμεξγαζία έηζη ψζηε λα απνθηήζεη

πςειή θαζαξφηεηα.

3.2.1.1 Μονοκρυςταλλικό Πυρίτιο

Σν κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην έρεη κηα νκνηφκνξθε κνξηαθή δνκή. πγθξηλφκελν

κε πιηθά πνπ δελ είλαη ζε κνξθή θξπζηάιινπ, ε πςειή ηνπ νκνηνκνξθία

έρεη σο απνηέιεζκα ηνλ πςειφηεξν βαζκφ απφδνζεο (δειαδή ηελ αλαινγία

ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο πνπ παξάγεηαη απφ ην ειηαθφ ζηνηρείν πξνο ηελ

δηαζέζηκε απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία ηζρχ). Ζ απφδνζε ησλ

κνλνθξπζηαιιηθψλ ζηνηρείσλ ηνπ εκπνξίνπ θπκαίλεηαη απφ 14-18%.

Παξαγσγηθή Γηαδηθαζία

Σν δηνμείδην ηνπ ππξηηίνπ θαηά ηελ δηαδηθαζία εμεπκεληζκνχ ηνπ (αθαίξεζε ησλ

πξνζκίμεσλ) ζεξκαίλεηαη ζηνπο 1800 νC παξνπζία άλζξαθα. Σν

κεηαιινπξγηθφ ππξίηην πνπ πξνθχπηεη απφ απηή ηελ δηαδηθαζία έρεη κηα

θαζαξφηεηα ηεο ηάμεο ηνπ 98% θαη κπνξεί κελ λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηελ

κεηαιινπξγηθή βηνκεραλία, είλαη δε ηειείσο αθαηάιιειν σο εκηαγσγφο.

Απαηηείηαη επνκέλσο πεξαηηέξσ επεμεξγαζία. ε πξψηε θάζε γίλεηαη

αλάηεμε θαη ζηε ζπλέρεηα αληίδξαζε κε πδξνριψξην (HCl), κεηαηξέπνληαο ην

κεηαιινπξγηθφ ππξίηην ζε ηξηρισξνζηιάλην (SiHCl3) πνπ είλαη έλα πηεηηθφ

πγξφ. Δλ ζπλερεία απνρσξίδεηαη απφ δηάθνξεο πξνζκίμεηο κέζσ θιαζκαηηθήο

απφζηαμεο (κέζνδνο Siemens). Σέινο αλάγεηαη κε πδξνγφλν θαη

47

ζπκππθλψλεηαη. Πξέπεη λα ηνληζηεί φηη νη παξαπάλσ δηαδηθαζίεο είλαη

εμαηξεηηθά ελεξγνβφξεο θαη ζπληεινχλ ζην πςειφ θφζηνο θαηαζθεπήο ησλ θ/β

ζηνηρείσλ. Σν ηειηθφ πξντφλ είλαη έλα πςειήο θαζαξφηεηαο ππξίηην (κε

ζπγθέληξσζε πξνζκίμεσλ κηθξφηεξε απφ 1 άηνκν αλά 1012 άηνκα Si), πνπ

δελ έρεη φκσο ηελ επηζπκεηή δνκή.

ρήκα 3.2 Μέζνδνο Czochranski[5].

Αθνινπζεί ε θξπζηαιιηθή αλάπηπμε ηνπ ππξηηίνπ ζπλήζσο κε ηελ

κέζνδν Czochranski (ρήκα 3.2), θαηά ηελ νπνία αξρηθά ηήθεηαη απηφ

κέζα ζε έλα θπιηλδξηθφ δνρείν θαη ζε ζεξκνθξαζία κεγαιχηεξε ησλ 1400 oC.

Έπεηηα έλα πνιχ κηθξφ θνκκάηη θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ ηνπνζεηείηαη ζε επαθή

κε ηελ επηθάλεηα ηνπ ιησκέλνπ ππξηηίνπ, ελψ ην θπιηλδξηθφ δνρείν βξίζθεηαη ζε

πεξηζηξνθηθή θίλεζε. Σν θνκκάηη ππξηηίνπ δξα ζαλ ππξήλαο θξπζηάιισζεο

θαη έηζη ην ππξίηην επηθάζεηαη ζε απηφ κε απνηέιεζκα λα κεγαιψζεη θαη λα

ζρεκαηηζζεί ζηαδηαθά έλαο λένο κεγάινο θξχζηαιινο ππξηηίνπ κε ηελ ζπλερή

αλχςσζε απφ ην ιησκέλν ππξίηην. Απνηέιεζκα ηεο κεζφδνπ είλαη ην ππξίηην

λα απνθηήζεη κηα θπιηλδξηθή κνξθή κε δηάκεηξν πεξίπνπ 10cm θαη κήθνπο

1m. Δλ ζπλερεία ν θχιηλδξνο απηφο πξέπεη λα θνπεί ζε πνιχ ιεπηνχο

δίζθνπο (θπιηλδξηθέο πιάθεο), πάρνπο πνπ θπκαίλεηαη απφ 150κm κέρξη

500κm γηα ηηο ειηαθέο εθαξκνγέο. Ζ δηαδηθαζία είλαη εμαηξεηηθά δαπαλεξή,

θαζψο ην ππξίηην είλαη πνιχ ζθιεξφ πιηθφ θαη επηπιένλ έλα πνζνζηφ ράλεηαη

θαηά ηελ θνπή, πνπ θηάλεη κέρξη θαη ην 50%. Μηα κέζνδνο θνπήο πνπ

πεξηνξίδεη θάπσο ηηο παξαπάλσ απψιεηεο θαίλεηαη ζην ρήκα 3.3 θαη

ζηεξίδεηαη ζηε θνπή κε πνιχ ιεπηή δηακαληέληα ίλα. Οη δίζθνη έπεηηα

ιεηαίλνληαη γηα ηελ απνκάθξπλζε ησλ ειαηησκάησλ ηεο θνπήο θαη

δηακνξθψλνληαη ζε δηφδνπο ηχπνπ-p ή ηχπνπ-n κε επίηαμε, δηάρπζε ή

εκθχηεπζε πξνζκίμεσλ. Σν ηειηθφ ζηάδην είλαη ε ζπγθφιιεζε ησλ

48

ειεθηξνδίσλ ζηελ εκπξφο θαη πίζσ φςε ηνπ δίζθνπ, ε αιιεινζχλδεζε ησλ

έηνηκσλ πηα ζηνηρείσλ, ε θάιπςε ηεο εκπξφο επηθαλείαο ηνπο κε έλα

αληηαλαθιαζηηθφ επίζηξσκα γηα ηελ κείσζε ηεο αλάθιαζεο ηνπ θσηφο θαη ε

ζηεγαλή ζπζθεπαζία ζε πιαίζηα.

ρήκα 3.3 Κνπή κε ηε κέζνδν ησλ πνιιαπιώλ ζπξκάησλ[5].

ρήκα 3.4 Καηακεξηζκφο ηνπ θφζηνο παξαγσγήο ελφο θ/β ζηνηρείνπ

αλά δηαδηθαζία. Γεμηά αλαιχεηαη ην θφζηνο δεκηνπξγίαο δηζθηδίσλ

ππξηηίνπ[5].

Σν θφζηνο αλά παξαγσγηθή δηαδηθαζία παξνπζηάδεηαη ζην ρήκα 3.4,

φπνπ θαίλεηαη φηη κεγάιν κέξνο απνηειεί ε παξαγσγή θαζαξνχ ππξηηίνπ ζε

θξπζηαιιηθή δνκή (κέζνδνο Czochranski) θαη ε θνπή ηνπ ζε ιεπηά δηζθίδηα

(πιάθεο). πγθεληξσηηθά ε δηαδηθαζία παξαγσγήο κνλνθξπζηαιιηθνχ

ππξηηίνπ θαίλεηαη ζην δνκηθφ δηάγξακκα ζην ζρήκαηνο 3.5.

49

3.2.1.2 Πολυκρυςταλλικό Πυρίτιο

Σν πνιπθξπζηαιιηθφ ππξηηίν απνηειείηαη απφ πεξηνρέο

κνλνθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ, αιιά δελ έρεη ηελ νκνηφκνξθε θξπζηαιηθή δνκή

ηνπλ κνλνθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Σα πνιπθξπζηαιιηθά θσηνβνιηατθά

ζηνηρεία έρνπλ ρακειφηεξν βαζκφ απφδνζεο απφ ηα ζηνηρεία πνπ

απνηεινχληαη απφ κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην. Ο βαζκφο απφδνζεο γηα κηα

βαζκίδα εκπνξίνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ 10 θαη 14 %.

Παξαγσγηθή Γηαδηθαζία

Ζ παξαγσγή ηνπ πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ δηαθνξνπνηείηαη απφ

ηελ παξαπάλσ δηαδηθαζία ζην γεγνλφο φηη αληί ηεο κεζφδνπ Czochranski γηα ηελ

επίηεπμε «ηέιεηαο» θξπζηαιιηθήο δνκήο, ην πςειήο θαζαξφηεηαο ππξίηην,

απιά ηήθεηαη θαη ηνπνζεηείηαη ζε έλα δνρείν κε ηεηξαγσληθή βάζε,

φπνπ θαη αθήλεηαη λα ζηεξενπνηεζεί (κέζνδνο Bridgman) (ρήκα 3.6).

Δλαιιαθηηθά ρξεζηκνπνηείηαη ε κέζνδνο block casting, φπνπ ην ππξίηην ηήθεηαη

ζε έλα δνρείν θαη έπεηηα κεηαθέξεηαη ζε έλα δεχηεξν φπνπ θαη ζηεξενπνηείηαη

(ρήκα 3.7). Σν ζηεξεφ ππξίηην πνπ δεκηνπξγείηαη έρεη πνιπθξπζηαιιηθή

50

δνκή. Αθνινπζεί ε θνπή κε ηνλ ηξφπνπ πνπ αλαθέξζεθε παξαπάλσ θαη ε

δηαδηθαζία νινθιεξψλεηαη κε ηνλ ίδην ηξφπν κε ην κνλνθξπζηαιιηθφ

ππξίηην.

ρήκα 3.6 Μέζνδνο Bridgman γηα ηελ παξαγσγή πνιπθξπζηαιιηθνχ

ππξηηίνπ[5].

ρήκα 3.7 Μέζνδνο block casting[4].

Ζ δηαδηθαζία παξαγσγήο πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ είλαη θζελφηεξε απφ

απηή ηνπ κνλνθξπζηαιιηθνχ. Δπηπιένλ νη ηεηξαγσληθέο πιάθεο πνπ

πξνθχπηνπλ απφ ηελ θνπή πιενλεθηνχλ ζην γεγνλφο φηη κπνξνχλ εχθνια

λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηελ θαηαζθεπή ηεηξαγσληθψλ θ/β ζηνηρείσλ ζε

αληίζεζε κε ηνπο δίζθνπο πνπ είλαη θπθιηθνί. Απηφ έρεη ζαλ ζπλέπεηα ηνλ

51

κεγαιχηεξν δείθηε θάιπςεο ηνπ θ/β πιαηζίνπ. (βιέπε θεθάιαην 3.4.4). Απφ ηε

άιιε εκθαλίδνπλ κηθξφηεξε απφδνζε, φπσο έρεη αλαθεξζεί θα παξαπάλσ

3.2.1.3 Ribbon Πυρίτιο

Σν ππξίηην ζε κνξθή ηαηλίαο κπνξεί λα παξαρζεί κε πνιιέο ηερληθέο.

ηφρνο είλαη ε απνθπγή ηνπ θφζηνπο πνπ ζπλεπάγεηαη ε δηαδηθαζία

θνπήο, φπσο πεξηγξάθεθε παξαπάλσ, θαζψο θαη ε κείσζε ησλ απσιεηψλ

ζε θαζαξφ ππξίηην πνπ ζπλεπάγεηαη. Απφ ηηο πνιπάξηζκεο ηερληθέο

νπζηαζηηθά κφλν δχν θαηέιεμαλ ζε εκπνξηθή ρξεζηκνπνίεζε.

α. Edge defined Film Fed Growth Process (EFG)

Καηά ηε δηαδηθαζία απηή παξάγεηαη ην Ribbon ππξίηην κέζα απφ ην ιησκέλν

πιηθφ κέζσ ελφο θαινππηνχ, ην ζρήκα ηνπ νπνίνπ θαζνξίδεη θαη ηε κνξθή ηεο

ηαηλίαο (ρήκα 3.8). Σα παξαγφκελα ζηνηρεία έρνπλ κηθξφηεξε πνηφηεηα

απφ ηα κνλνθξπζηαιιηθά θαη ε επηθάλεηά ηνπο εκθαλίδεη αλσκαιίεο.

Παξφια απηά ε απφδνζή ηνπο θηάλεη κέρξη ην 14,8% γηα ζηνηρεία πνπ

έρνπλ θηηαρηεί ζε γξακκή παξαγσγήο θαη γηα εκπνξηθνχο ζθνπνχο

ρήκα 3.8 Edge defined Film Fed Growth Process (EFG), a) απιή

δηακφξθσζε ζε δνρείν b) νθηαγσληθή δηακφξθσζε[5].

52

β. String Ribbon Process (STR)

ε απηή ηελ ηερληθή ην ππξίηην εμάγεηαη θαηεπζείαλ απφ ην δνρείν κε ην

ιησκέλν ππξίηην ρσξίο θαινχπη. Ζ δηαδηθαζία είλαη ζρεηηθά απιή, θαζψο

ρξεζηκνπνηνχληαη δχν ισξίδεο πνπ δηαπεξλνχλ ην δνρείν ζηε βάζε ηνπ θαη

θηλνχληαη κε ζηαζεξή ηαρχηεηα αλνδηθά (ρήκα 3.9). ηελ αξρή ηεο δηαδηθαζίαο

ρξεηάδεηαη έλαο ¨ππξήλαο¨, έηζη ψζηε λα γίλεη ε αξρή ηεο ηαηλίαο ππξηηίνπ. Σν

πάρνο ηεο ηαηλίαο εμαξηάηαη θπξίσο απφ ηελ ηαρχηεηα κε ηελ νπνία θηλνχληαη

νη δχν ισξίδεο. Ζ απφδνζή ηνπο κπνξεί λα θηάζεη κέρξη θαη ην 14-15%.

ρήκα 3.9 String Ribbon Process (STR)[5].

3.2.1.4 Κρυςταλλικό Πυρίτιο λεπτού φίλμ (c-SiTFC)

Ζ ηερλνινγία ιεπηνχ θίικ έρεη σο ζθνπφ ηελ κείσζε ηνπ θφζηνπο, κέζσ

ηεο κείσζεο ηνπ απαηηνχκελνπ πιηθνχ γηα ηελ παξαγσγή ησλ ζηνηρείσλ. Ζ

ελαπφζεζε κπνξεί λα γίλεη θαηεπζείαλ ζε γπαιί, θεξακηθφ ή νπνηνδήπνηε

άιιν θαηάιιειν ππφζηξσκα. Δθηφο απφ ην κεησκέλν θφζηνο πιενλεθηνχλ

θαη ζηελ επθνιία κε ηελ νπνία κπνξεί λα γίλεη ζχλδεζή ηνπο ζε ζεηξά,

θηηάρλνληαο έηζη νιφθιεξα πιαίζηα θαηά ηε δηαδηθαζία ελαπφζεζεο.Απφ ηελ

άιιε φκσο ε δηαδηθαζία απηή είλαη απαηηεηηθή θαζψο κεγάιεο πεξηνρέο

πξέπεη λα παξαρζνχλ ρσξίο ειαηηψκαηα.

53

Παξφιν πνπ ην c-SiTFC έρεη πάρνο κεξηθψλ κφλν κm (5 κέρξη 50κm),

έρεη απνδεηρζεί ζεσξεηηθά, αιιά θαη ζηελ πξάμε φηη εκθαλίδεη αμηφινγε

απφδνζε. Σν θιεηδί ζηελ ηερλνινγία είλαη ν έμππλνο νπηηθφο ζρεδηαζκφο, κε

απνηέιεζκα ην θσο κέζσ αλαθιάζεσλ λα δηαγξάθεη ηειηθά δηαδξνκή 30

θνξέο ή θαη πεξηζζφηεξν, κεγαιχηεξε απφ ην πάρνο ηνπ θηικ. Δθηφο απφ

ην πιενλέθηεκα ηεο κεησκέλεο απαίηεζεο ζε ππξίηην, ην c-SiTFC δελ έρεη

ηδηαίηεξεο απαηηήζεηο ζην πιηθφ ηνπ ππνζηξψκαηνο, ην νπνίν κπνξεί λα είλαη

ρακειήο πνηφηεηαο ππξίηην, γπαιί, θεξακηθά ή γξαθίηεο. Τπάξρεη εθηεηακέλε

έξεπλα φζνλ αθνξά ην c-SiTFC πνπ έρεη αλαδείμεη ηελ πςειή απφδνζε πνπ

κπνξεί λα πεηχρεη (κέρξη 21% θάησ απφ ηδαληθέο ζπλζήθεο). Παξφιν πνπ έρεη

εκθαλίζεη ζεκαληηθή αλάπηπμε ηελ ηειεπηαία δεθαεηία ιίγεο εηαηξίεο ην

έρνπλ πεξάζεη ζηε γξακκή παξαγσγήο σο εκπνξηθφ πξντφλ.

3.2.1.5 Ωμορφο πυρίτιο (a-Si)

Σν άκνξθν ππξίηην ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ παξαγσγή θ/β ζηνηρείσλ

ζχκθσλα κε ηελ ηερλνινγία ιεπηνχ θηικ. Ωο πιηθφ εκθαλίδεη κεγάιε αηαμία

ζηε δνκή ηνπ, παξά ηαχηα βξίζθεη εθαξκνγή ζηε θ/β ηερλνινγία κε ηε

κνξθή θξάκαηνο κε πδξνγφλν. Ζ πξνζζήθε πδξνγφλνπ βειηηψλεη ηηο

ειεθηξηθέο ηδηφηεηέο ηνπ θαη πεξηέρεηαη ζε 10-40% αηνκηθή αλαινγία.

Γηαθέξεη νπζηαζηηθά απφ ην κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην θαζψο εκθαλίδεη

ελεξγεηαθφ δηάθελν κε κεηαβιεηή ηηκή πνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ 1,12eV θαη

1,7eV πεξίπνπ. Σν θχξην πιενλέθηεκα ηνπ είλαη φηη έρεη πςειφ επίπεδν

απνξξφθεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη κάιηζηα πεξίπνπ 40 θνξέο

πςειφηεξε απφ απηή ηνπ κνλνθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Ωο πξνο απηή ηελ

ηδηφηεηά ηνπ ην a-Si ζπκπεξηθέξεηαη ζρεδφλ ζαλ εκηαγσγφο άκεζνπ

ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ, γηα απηφ κηα ιεπηή επίζηξσζε είλαη αξθεηή γηα ηελ

θαηαζθεπή θ/β ζηνηρείσλ. Δπηπιένλ ην άκνξθν ππξίηην κπνξεί λα ελαπνηεζεί

ζε πνηθίια, ρακεινχ θφζηνπο ππνζηξψκαηα, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ

ράιπβα, ηνπ γπαιηνχ θαη ηνπ πιαζηηθνχ. Ζ θαηαζθεπαζηηθή δηαδηθαζία

απαηηεί ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο θαη επνκέλσο ιηγφηεξε θαηαλάισζε

ελέξγεηαο. Έηζη ην ζπλνιηθφ θφζηνο ηνπ πιηθνχ θαη ηνπ θφζηνπο θαηαζθεπήο

είλαη ρακειφηεξν αλά κνλάδα επηθάλεηαο ,ζπγθξηλφκελν κε ηα ζηνηρεία

θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Γπν είλαη ηα θπξηφηεξα κεηνλεθηήκαηά ηνπ .Ο ρακειφο

βαζκφο απφδνζεο πνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ 6 - 9 % γηα ζηνηρεία ηνπ εκπνξίνπ θαη

θηάλεη ην 13% γηα ζηνηρεία πνπ έρνπλ θηηαρηεί ζην εξγαζηήξην θαη ε βαζκηαία

κείσζε ηνπ βαζκνχ απφδνζεο. Μέζα ζε κεξηθνχο κήλεο κπνξεί ε απφδνζε

λα κεησζεί απφ 10% έσο θαη 15 %.

54

3.2.2 Αρςενικούχο Γάλλιο (GaAs)

Σν αξζεληθνχρν γάιιην είλαη έλαο εκηαγσγφο κε ελεξγεηαθφ δηάθελν 1,43 eV,

ηηκή ε νπνία είλαη ζηε βέιηηζηε πεξηνρή γηα ηε θσηνβνιηατθή κεηαηξνπή ηεο

ειηαθήο αθηηλνβνιίαο κε ζεσξεηηθή απφδνζε πεξίπνπ 25-30%. Έλα αθφκε

πιενλέθηεκα απνηειεί ην γεγνλφο φηη ην ελεξγεηαθφ δηάθελν είλαη άκεζν.

Δπνκέλσο ην GaAs ζπλδπάδεη θαηαξρήλ ηδαληθά ηηο πξνυπνζέζεηο γηα λα

ρξεζηκνπνηεζεί σο πιηθφ θαηαζθεπήο ειηαθψλ θ/β ζηνηρείσλ. Σν

κεηνλέθηεκά ηνπ είλαη ην πςειφ θφζηνο παξαγσγήο, πεξίπνπ πεληαπιάζην

απφ απηφ ηνπ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Έρεη εθαξκνγή θπξίσο ζε ειηαθά

ζηνηρεία ζπγθεληξσκέλεο αθηηλνβνιίαο, φπνπ ην πςειφ θφζηνο ηνπ

αληηζηαζκίδεηαη απφ ηελ πςειή παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο αλά

κνλάδα επηθάλεηαο. Δπίζεο ην GaΑs ζπλαληάηαη ζπρλά ζε δηαζηεκηθέο

εθαξκνγέο ιφγσ ηεο πςειήο ζεξκηθήο αδξάλεηάο ηνπ θαη ηνπ πςεινχ

βαζκνχ απφδνζεο. πγθεθξηκέλα ε απφδνζε ησλ ζηνηρείσλ GaAs πέθηεη ζην

κηζφ, ζε ζχγθξηζε κε ηελ απφδνζή ηνπο ζε ζπλεζηζκέλε ζεξκνθξαζία ηνπ

πεξηβάιινληνο, φηαλ ζεξκαλζνχλ ζηνπο 200 νC. Ζ αληίζηνηρε κείσζε ζηα

ζηνηρεία ππξηηίνπ παξαηεξείηαη ήδε ζηνπο 120 oC.

3.2.3 Διςεληνιούχοσ Ινδιούχοσ Φαλκόσ (CuInSe2 ή CIS)

Σν εκηαγψγηκν πιηθφ ηνπ δηζειεληνχρνπ ηλδηνχρνπ ραιθνχ είλαη έλα εκηαγψγηκν

πιηθφ, ην νπνίν κπνξεί λα είλαη ηχπνπ-n ή ηχπνπ-p θαη έρεη κηα άκεζε

νπηηθή απνξξφθεζε κε ηνλ πςειφηεξν ζπληειεζηή απνξξφθεζεο πνπ έρεη

κεηξεζεί κέρξη ζήκεξα. Σα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ CIS εμαξηψληαη ζε

κεγάιν βαζκφ απφ ηνλ ιφγν ραιθνχ/ηλδίνπ, ελψ ν θαιφο έιεγρνο ηεο

ζηνηρεηνκεηξίαο ηνπ ζεσξείηαη νπζηψδεο γηα απνδνηηθέο δηαηάμεηο. Δίλαη

δπλαηφλ λα θαηαζθεπαζζνχλ νκνεπαθέο ηχπνπ p-n ησλ CIS αιιά απηέο δελ

ζα είλαη νχηε ζηαζεξέο νχηε απνδνηηθέο θαη νη θαιχηεξεο δηαηάμεηο κέρξη

ζήκεξα είλαη εηεξνελψζεηο κε ζεηνχρν θάδκην (CdS). Σν CdS κπνξεί λα

αλαπηπρζεί κφλν σο πιηθφ ηχπνπ-n γηα απηφ θαη ην CIS πξέπεη λα είλαη ηχπνπ-

p. Σν CIS έρεη ελεξγεηαθφ δηάθελν 1eV θαη παξάγεηαη σο θηνλνεηδήο

πνιπθξπζηαιιηθή κεκβξάλε, ελψ ην CdS έρεη ελεξγεηαθφ δηάθελν 2,4eV θαη

έηζη απηφ ζα απνξξνθά έληνλα φιε ηελ πξνζπίπηνπζα αθηηλνβνιία απφ

ην πξάζηλν κέρξη ην κπιε άθξν θάζκαηνο. Οη βέιηηζηεο δηαηάμεηο

ρξεζηκνπνηνχλ έλα πνιχ ιεπηφ ζηξψκα (0,03κm) ηνπ CdS κε ζηξψκα

παξαζχξνπ ελφο πιηθνχ κε κεγάιν ελεξγεηαθφ δηάθελν θαη πςειή

αγσγηκφηεηα. Σν νμείδην ηνπ ςεπδαξγχξνπ έρεη βξεζεί φηη είλαη έλα θαηάιιειν

πιηθφ γηα ην ζηξψκα ηνπ παξαζχξνπ. Έηζη ε δνκή ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ CIS

είλαη απηή πνπ παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 3.10.

55

Μηα ζεκαληηθή πξνζπάζεηα έρεη αθηεξσζεί ζηελ άλνδν ηεο ηερλνινγίαο

CIS θπξίσο απφ ηε SIEMENS. Έρνπλ θηηαρηεί ζηνηρεία CIS ηνπ εκπνξίνπ, ε

απφδνζε ησλ νπνίσλ πιεζηάδεη ην 10%. Πιενλεθηνχλ ζε ζρέζε κε ηα ζηνηρεία

άκνξθνπ ππξηηίνπ, θαζψο δελ εκθαλίδνπλ βαζκηαία πηψζε ηεο απφδνζεο γηα

κηα πεξίνδν κεξηθψλ εηψλ. Δπίζεο φπσο έρεη αλαθεξζεί θαη παξαπάλσ

πξνζθέξνπλ κεγάιε νηθνλνκία ζε εκηαγψγηκα πιηθά. Απφ ηελ άιιε φκσο

ην CIS είλαη έλα πνιχπινθν πιηθφ πνπ δπζθνιεχεη ηελ θαηαζθεπή ηνπ.

Σέινο πνιχ ζεκαληηθή είλαη ε αζθάιεηα ηνπ πξνζσπηθνχ θαηά ηε

δηάξθεηα ηεο θαηαζθεπήο ηνπ, αθνχ ε παξαγσγή ηνπ πεξηιακβάλεη ην

ζειεληνχρν πδξνγφλν, έλα εμαηξεηηθά ηνμηθφ αέξην

3.2.4 Σελλουριούχο Κάδμιο (CdTe)

Σν ηειινπξηνχρν θάδκην είλαη έλα εκηαγψγηκν πιηθφ πνπ απνηειείηαη απφ θάδκην

θαη ηειινχξην, ην νπνίν έρεη πςειφ επίπεδν απνξξφθεζεο ηεο ειηαθήο

αθηηλνβνιίαο θαη ην ελεξγεηαθφ ηνπ δηάθελν είλαη πνιχ θνληά ζην ηδαληθφ. Αξθεί

έλα φγθνο πάρνπο ελφο κηθξφκεηξνπ γηα λα απνξξνθεζεί ην 90 % ηνπ ειηαθνχ

θάζκαηνο. Ζ δνκή ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ είλαη απηή πνπ παξνπζηάδεηαη ζην

ζρήκα 3.11.

Τπάξρνπλ κεξηθέο ρακεινχ θφζηνπο ηερληθέο, νη νπνίεο κπνξνχλ

λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ απφζεζε ηνπ CdTe θαη φιεο απηέο,

κπνξνχλ, αθνχ ππνζηνχλ κηα επεμεξγαζία κεηά ηελ απφζεζε, λα παξάγνπλ

πιηθφ πςειήο πνηφηεηαο θαη απνδνηηθά ειηαθά ζηνηρεία.

56

Ζ δηαδηθαζία πιεγκαηηθήο εθηχπσζεο ησλ ζηνηρείσλ CdTe πξνζθέξεη

κηα ηερλνινγία κε ρακειφ θφζηνο παξαγσγήο, αιιά απφ ηελ άιιε θαη κηα

εληειψο ρακεινχ ξπζκνχ παξαγσγή. Σν βήκα πνπ πεξηνξίδεη ην ξπζκφ

παξαγσγήο είλαη ε ζεξκνθξαζηαθή επεμεξγαζία ηεο κειάλεο εθηχπσζεο

κεηά ηελ απφζεζε, ε νπνία απαηηεί ζρεηηθά πςειέο ζεξκνθξαζίεο (γχξσλ

ζηνπο 500 νC) γηα πεξηφδνπο κηαο ψξαο ή θαη πεξηζζφηεξν. Με απηή ηελ

ηερλνινγία έρνπλ παξαρζεί βαζηθέο κνλάδεο κε απφδνζε 6% θαη έρνπλ

ειεγρζεί ζε εμσηεξηθέο ζπλζήθεο. Ζ εκπνξηθή ηνπο φκσο δηαζεζηκφηεηα

είλαη πεξηνξηζκέλε.

Μηα αθφκα ηερλνινγία είλαη απηή ηεο ειεθηξνηππίαο. Ζ ηερλνινγία απηή είλαη

ηδηαίηεξα επλντθή γηα ηα ζηνηρεία CdTe, ιφγσ ηεο πνιχ κηθξή ρξήζεο ηνπ

πιηθνχ θαη ηνπ ρακεινχ θφζηνπο. Ζ BP Solar έρεη παξάγεη βαζηθέο κνλάδεο κε

απνδφζεηο πάλσ απφ 10% θαη ζηνηρεία κε απνδφζεηο γχξσ ζην 13%. Οη

έιεγρνη ζηαζεξφηεηαο ζε εμσηεξηθέο ζπλζήθεο έρνπλ επηηεπρζεί κε

ηθαλνπνηεηηθή επηηπρία. Απφ ηελ άιιε φκσο φπσο θαη ζην CIS, ην θάδκην

είλαη έλα ηνμηθφ πιηθφ θαη ζα πξέπεη λα ιακβάλνληαη απμεκέλα κέηξα

πξνζηαζίαο θαηά ηελ παξαγσγή ηνπ.

Σν κεξίδην αγνξάο φισλ ησλ παξαπάλσ πιηθψλ θαηαζθεπήο θ/β ζηνηρείσλ

γηα ην έηνο 2002 θαίλεηαη ζην ρήκα 3.12. Δίλαη μεθάζαξν φηη ην ππξίηην σο

εκηαγψγηκν πιηθφ θαηέρεη ηελ ζπληξηπηηθή πιεηνςεθία ηεο αγνξάο θ/β

ζηνηρείσλ θαη ζπγθεθξηκέλα ηελ πξσηηά θαηέρεη ην πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην

πνπ απνηειεί ην 54% απηήο.

57

3.3 ΣΑ ΗΛΕΚΣΡΙΚΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΩΝ Υ/Β ΣΟΙΦΕΙΩΝ

Σν ηζνδχλακν ειεθηξηθφ θχθισκα ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ θαίλεηαη

ζην ζρήκα 3.13.

Παξαηεξνχκε φηη ην θ/β ζηνηρείν απνηειεί κηα πεγή ξεχκαηνο πνπ ειέγρεηαη

απφ κηα δίνδν. Σν ηζνδχλακν θχθισκα πεξηέρεη αθφκα ηελ αληίζηαζε ζεηξάο

Rs, ε νπνία εκπνδίδεη ηελ θίλεζε ησλ θνξέσλ κέζα ζηνλ εκηαγσγφ θαη ηελ

παξάιιειε αληίζηαζε Rsh, ε νπνία εκθαλίδεηαη ιφγσ δηαξξνψλ ξεχκαηνο

θάλνληαο ησλ αληίζηαζε δηακέζνπ ηεο δηφδνπ κε άπεηξε.

Σν παξαγφκελν θσηφξεπκα απφ ην ζηνηρείν δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

58

φπνπ Ην ην αλάζηξνθν ξεχκα θφξνπ, V ε ηάζε πνπ δεκηνπξγείηαη ζηα άθξα

ηεο δηφδνπ, γ ν ζπληειεζηήο πνηφηεηαο ηεο δηφδνπ (κεηαμχ 1 θαη 2), k ε ζηαζεξά

Boltzmann, T ε απφιπηε ζεξκνθξαζία.

Δλψ κε αλάιπζε ηνπ ηζνδπλάκνπ θπθιψκαηνο, ην ξεχκα πνπ θαηαιήγεη ηειηθά

ζην θνξηίν ππνινγίδεηαη:

φπνπ VL ε ηάζε εμφδνπ ηνπ θ/β ζηνηρείνπ.

Ζ ραξαθηεξηζηηθή ηάζεο-έληαζεο (V-I) ελφο θ/β ζηνηρείνπ έρεη ηε κνξθή ηνπ

ρήκαηνο 3.14.

Απφ ηελ ραξαθηεξηζηηθή θαίλεηαη φηη ζα ππάξρεη θάπνηα ηηκή ηεο αληίζηαζεο

ηνπ θνξηίνπ γηα ηελ νπνία ε ηζρχο πνπ παξάγεηαη απφ ην θ/β ζηνηρείν ζα

είλαη κέγηζηε θαη ζε απηφ αληηζηνηρνχλ νη κέγηζηεο ηηκέο ηάζεο Vm θαη

έληαζεο Im. Καηαιαβαίλνπκε επνκέλσο φηη ε ηζρχο πνπ παξάγεηαη γηα θάζε

δεχγνο ηηκψλ ηάζεο-έληαζεο δελ είλαη πάληα ζηαζεξή αιιά κεδελίδεηαη

φπσο θαίλεηαη εχθνια ζηηο αθξαίεο ζπλζήθεο αλνηρηνθχθισζεο βξαρπθχ-

θισζεο θαη παξνπζηάδεη έλα κέγηζην γηα ζπγθεθξηκέλε ηηκή ηάζεο-έληαζεο

(ρήκα 3.14). Δπηζπκεηφ είλαη ινηπφλ ζε θάζε εγθαηάζηαζε θσηνβνιηατθψλ νη

ζπζηνηρίεο λα ιεηηνπξγνχλ παξάγνληαο ηηο ηηκέο απηέο ηάζεο-έληαζεο πνπ

δίλνπλ θάζε ζηηγκή ηε κέγηζηε ηζρχ. Όηαλ ε θσηνβνιηατθή γελλήηξηα

ηξνθνδνηεί απεπζείαο έλα ζπγθεθξηκέλν θνξηίν θάηη ηέηνην δελ είλαη εθηθηφ

θαζψο ε ηηκή ηνπ θνξηίνπ έρεη ζπγθεθξηκέλε αληίζηαζε. Όηαλ φκσο κεηαμχ

γελλεηξηψλ θαη θαηαλάισζεο παξεκβάιινληαη ειεθηξνληθά γηα ηνλ έιεγρν

ηεο ηζρχνο, γηα ηελ ξχζκηζε θφξηηζεο ζπζζσξεπηψλ, γηα ηελ αλχςσζε ή θαη ηελ

αιιαγή κνξθήο ηεο παξαγφκελεο ηάζεο, ηφηε ππάξρεη ε δπλαηφηεηα λα

ιεηηνπξγνχλ απηέο ζε έλα κέγηζην ζεκείν. Απηφ ην αλαιακβάλνπλ εηδηθνί

αληρλεπηέο ηεο κέγηζηεο ηζρχνο ή maximum power point trackers (MPPT) (βιέπε

θεθάιαην 3.5.4).

59

3.3.1 Απόδοςη φωτοβολταΰκού ςτοιχείου

Ωο απφδνζε ελφο θ/β ζηνηρείνπ εc, νξίδεηαη ην πειίθν ηεο κέγηζηεο

ηζρχνο (Pmax), πνπ απνδίδεη, πξνο ην γηλφκελν ηεο πξνζπίπηνπζαο

έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ηεο επηθάλεηαο Sc ηνπ θ/β ζηνηρείνπ:

Ο ιφγνο ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο (Pmax) πξνο ην γηλφκελν ηεο

βξαρπθπθισκέλεο έληαζεο (Isc) θαη ηεο αλνηρηνθπθισκέλεο ηάζεο (Voc)

ελφο θ/β ζηνηρείνπ, νλνκάδεηαη ζπληειεζηήο πιήξσζεο FF (fill factor):

Δπνκέλσο ε απφδνζε ηνπ θ/β ζηνηρείνπ κπνξεί λα γξαθηεί θαη σο εμήο:

Ωο κέγηζηε ηζρχ ηνπ θ/β ζηνηρείνπ ζεσξνχκε απηήλ πνπ ιακβάλνπκε φηαλ

ε έληαζε ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο είλαη 1000W/m2, ππφ ηηο

αθφινπζεο

ζπλζήθεο:

• Θεξκνθξαζία θ/β ζηνηρείνπ 25 νC.

• Μάδα αέξα 1,5

Ζ ηηκή απηή ηεο έληαζεο ηεο πξνζπίπηνπζαο αθηηλνβνιίαο νλνκάδεηαη

θαη έληαζε αθηηλνβνιίαο ελφο ήιηνπ, δειαδή:

1SUN=1000W/m2=1kW/m2 (3.7)

Αληίζηνηρα ε ηζρχο πνπ παξάγεηαη απφ έλα θ/β πιαίζην φηαλ δέρεηαη

αθηηλνβνιία 1SUN κε ηελ ειάρηζηα απαηηνχκελε επηθάλεηά ηνπ νλνκάδεηαη

Watt αηρκήο (Wp -peak Watt).

60

3.4 ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΗ ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ

Σν βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ζπζηαηηθφ θάζε θ/β εγθαηάζηαζεο είλαη ε

θ/β γελλήηξηα, πνπ απνηειείηαη απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο κε ηα θ/β ειηαθά

ζηνηρεία. Θα κπνξνχζε λα ζεσξεζεί σο κηα «κνλάδα παξαγσγήο ειεθηξηθήο

ελέξγεηαο» θαηά αλαινγία κε ηηο ζπκβαηηθέο κεζφδνπο παξαγσγήο απφ

ζεξκνειεθηξηθά εξγνζηάζηα. Μηα θ/β γελλήηξηα απνηειείηαη απφ θ/β πιαίζηα

πνπ ελψλνληαη θαη ζπγθξνηνχλ ζπζηνηρίεο.

3.4.1 Υωτοβολταΰκό πλαίςιο (module)

Ζ ηάζε θαη ε ηζρχο ελφο θ/β ζηνηρείνπ είλαη πνιχ κηθξή γηα λα αληαπν

θξηζεί ζηελ ηξνθνδφηεζε ησλ ζπλεζηζκέλσλ ειεθηξηθψλ θαηαλαιψζεσλ ή γηα

ηε θφξηηζε ησλ ζπζζσξεπηψλ. Γηα απηφ ην ιφγν ηα θ/β ζηνηρεία ηνπνζεηνχ

ληαη ζε έλα εληαίν πιαίζην κε θνηλή ειεθηξηθή έμνδν. ην πιαίζην απηφ, ηα

ζηνηρεία ζπλδένληαη ζε ζεηξά, ζε νκάδεο θαηάιιεινπ πιήζνπο γηα ηελ

απφθηεζε επηζπκεηήο ηάζεο.

Σα πιαίζηα είλαη πξνθαηαζθεπαζκέλα ζην εξγνζηάζην. Σα ειηαθά

ζηνηρεία ζηεξεψλνληαη κε θνιιεηηθή νπζία ζε έλα αλζεθηηθφ θχιιν απφ

κέηαιιν (ζπλήζσο αινπκίλην) ή απφ εληζρπκέλν πιαζηηθφ, πνπ απνηειεί ηελ

πιάηε ηνπ πιαηζίνπ, ελψ ε εκπξφο φςε ηνπο θαιχπηεηαη απφ έλα πξνζηα

ηεπηηθφ θχιιν γπαιηνχ ή δηαθαλνχο πιαζηηθνχ. Σν εκπξφο θαη πίζσ θχιιν

ζπγθξαηνχληαη κεηαμχ ηνπο, ζηεγαλά θαη κφληκα, κε ηε βνήζεηα κηαο

ηαηλίαο απφ θπζηθφ ή ζπλζεηηθφ ειαζηηθφ θαη ζπζθίγγνληαη κε έλα

πεξηκεηξηθφ κεηαιιηθφ πεξίβιεκα. Γηακνξθψλεηαη έηζη ην θ/β πιαίζην

(module), πνπ είλαη ε δνκηθή κνλάδα πνπ θαηαζθεπάδεηαη βηνκεραληθά θαη

θπθινθνξεί ζην εκπφξην γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί σο ζπιιέθηεο ζηε ζπγθξφηεζε

θ/β γελλεηξηψλ.

Λφγσ ησλ απαηηνχκελσλ πιηθψλ θαη εξγαζηψλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ, ην

θφζηνο πξνθχπηεη ζεκαληηθά κεγαιχηεξν απφ ηα θ/β ζηνηρεία πνπ πεξηέρνπλ.

πλψλπκν ζρεδφλ κε ην θ/β πιαίζην είλαη ην θ/β παλέιν (panel). Όπσο θαη ην

πιαίζην, έρεη ζπλαξκνινγεζεί θαη πξνθαηαζθεπαζηεί ζην εξγνζηάζην θαη είλαη

έηνηκν γηα ηνπνζέηεζε ζε θ/β εγθαηάζηαζε, αιιά κε ηε δηαθνξά φηη έλα

παλέιν κπνξεί λα απνηειείηαη απφ πεξηζζφηεξα ρσξηζηά πιαίζηα (ην έλα

δίπια ζην άιιν) πνπ είλαη ζε θνηλή ζπζθεπαζία θαη θνηλή ειεθηξηθή ζχλδεζε

κεηαμχ ηνπο. Σα ηειεπηαία ρξφληα ζρεδφλ φιεο νη εηαηξίεο πνπ θαηαζθεπάδνπλ

θ/β ζηνηρεία, δελ δηαρσξίδνπλ ηα πιαίζηα απφ ηα παλέια. Σν πξντφλ πνπ

παξάγεηαη νλνκάδεηαη θ/β πιαίζην (module) θαη δηαηίζεηαη ζε πνηθηιία, φζνλ

αθνξά ηελ ηζρχ πνπ παξάγεη, ηελ ηάζε θαη ηειηθά ηηο δηαζηάζεηο ηνπ. Γηα

απηφ ηνλ ιφγν παξαθάησ ζα γίλεηαη αλαθνξά κφλν ζε θ/β

πιαίζηα. [6]

61

3.4.2 Υωτοβολταΰκή ςυςτοιχία (string)

ε κηα θ/β εγθαηάζηαζε πνπ έρεη ζθνπφ ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο

ελέξγεηαο,

δειαδή ιεηηνπξγεί σο ζηαζκφο παξαγσγήο, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ

εθαηνληάδεο ή θαη ρηιηάδεο θ/β πιαίζηα. Όπσο είλαη αλακελφκελν ηα θ/β

πιαίζηα πξέπεη λα νκαδνπνηεζνχλ θαη λα ζπλδεζνχλ θαηάιιεια. Γηα ηελ

αχμεζε ηεο αμηνπηζηίαο ελφο θ/β ζπζηήκαηνο είλαη ζθφπηκν νη ζπλδέζεηο ησλ

θ/β ζηνηρείσλ κέζα ζηα πιαίζηα, αιιά θαη αλάκεζα ζηα πιαίζηα λα κελ είλαη

κφλν ζηε ζεηξά αιιά θαη παξάιιειεο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, αλ έλα θ/β

ζηνηρείν ζθηαζηεί ή αλ πάζεη βιάβε δελ ζα κεδεληζηεί ε ηζρχο πνπ

παξάγεη ην ζχζηεκα.

Έηζη ηα θ/β πιαίζηα νκαδνπνηνχληαη ζε θ/β ζπζηνηρίεο θαη ηνπνζεηνχληαη

ζε θνηλή βάζε ζηήξημεο, ε νπνία είλαη ζπλήζσο κεηαιιηθή. Ζ ζχλδεζε ησλ

πιαηζίσλ ζηε ζεηξά ή παξάιιεια γίλεηαη έηζη ψζηε λα ε ηάζε εμφδνπ ηεο

γελλήηξηαο λα απνθηήζεη ηελ επηζπκεηή ηηκή.

Ζ ζρέζε ηνπ θ/β πιαηζίνπ κε ηελ θ/β ζπζηνηρία θαη ηελ θ/β γελλήηξηα

θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.15.

ρήκα 3.15 Ζ ζρέζε αλάκεζα ζην θ/β ζηνηρείν, ην θ/β πιαίζην, ηε θ/β

ζπζηνηρία θαη ην θ/β πάξθν. [6]

62

ηαζεξέο ζπζηνηρίεο

Ο απινχζηεξνο ηχπνο κηαο θ/β ζπζηνηρίαο είλαη ν ζηαζεξφο (fixed), ν

νπνίνο έρεη ην πιενλέθηεκα ησλ αθίλεησλ ηκεκάησλ θαη ην κεηνλέθηεκα φηη

δελ εθκεηαιιεχεηαη κε ηνλ κέγηζην βαζκφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Σα πιαίζηα

ηνπνζεηνχληαη κε λφηην πξνζαλαηνιηζκφ (γηα ην Βφξεην εκηζθαίξην) θαη

έρνπλ κηα θιίζε σο πξνο ην νξηδφληην επίπεδν θαηάιιειε ψζηε λα

κεγηζηνπνηείηαη ε πξφζιεςε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, αλάινγα κε ην ρξνληθφ

δηάζηεκα πνπ είλαη επηζπκεηφ (βιέπε θεθάιαην 1). Σν ειαθξφ ηνπο βάξνο

θαη ε απιφηεηά ηνπο, ηηο θαζηζηά ρξήζηκεο γηα κηα πιεζψξα εθαξκνγψλ.

Ωζηφζν, αλ δελ είλαη αξθεηή ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη θαη δελ ππάξρεη

επηπιένλ δηαζέζηκνο ρψξνο, αλαγθαζηηθά πξέπεη λα θαηαθχγεη θάπνηνο ζε

κηα εθ ησλ επνκέλσλ ελαιιαθηηθψλ.

ηξεθόκελεο ζπζηνηρίεο

Γηα λα βειηησζεί ε απφδνζε ζπγθέληξσζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο,

κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζπζηνηρίεο κε θηλεηά πιαίζηα, ηα νπνία ζα

παξαθνινπζνχλ ηελ θίλεζε ηνπ ειίνπ. Γηα λα κεγηζηνπνηεζεί ε

πξνζιακβαλφκελε ειηαθή αθηηλνβνιία απαηηείηαη ε θίλεζε ησλ ζπζηνηρηψλ

ηφζν ζηνλ νξηδφληην άμνλα (άμνλαο αλχςσζεο) φζν θαη ζηνλ πνιηθφ άμνλα

(αδηκνχζηνο άμνλαο). Υσξίδνληαη ζε δχν θαηεγνξίεο αλάινγα κε ην αλ

θηλνχληαη ζε έλαλ άμνλα ή δχν άμνλεο.

α. ηξεθφκελεο ζπζηνηρίεο ελφο άμνλα

ηηο ζηξεθφκελεο ζπζηνηρίεο ελφο άμνλα σο άμνλαο θίλεζήο ηνπο κπνξεί

λα επηιεγεί είηε ν νξηδφληηνο είηε ν πνιηθφο. Ο πνιηθφο άμνλαο πιενλεθηεί φζνλ

αθνξά ηελ ζπγθνκηδή εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο έλαληη ηνπ νξηδφληηνπ

άμνλα θάλεη φκσο ηελ εγθαηάζηαζε πην πεξίπινθε κεραληθά.

β. Πεξηζηξνθηθέο ζπζηνηρίεο δχν αμφλσλ

Απνηεινχλ ηελ πιεηνςεθία ησλ ζηξεθφκελσλ ζπζηνηρηψλ θαη επηηπγράλνπλ

ηελ κέγηζηε δπλαηή ζπγθέληξσζε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Ζ θαζνδήγεζε ησλ

κεραληζκψλ γίλεηαη κε ηελ βνήζεηα ζεξκνυδξαπιηθψλ δηαηάμεσλ,

κηθξνυπνινγηζηψλ γηα ηελ πξφβιεςε ηεο ζέζεο ηνπ ήιηνπ θαη ειηαθψλ

αηζζεηήξσλ, φπσο θσηναληηζηάζεηο θαη θσηνηξαλδίζηνξ.

πζηνηρίεο κε αλαθιαζηήξεο/θάηνπηξα

Έλαο άιινο ζρεδηαζκφο πνπ βνεζά ζηελ αχμεζε ηεο απφδνζεο ελφο

θ/β ζπζηήκαηνο επηηπγράλεηαη κε ηελ ρξήζε αλαθιαζηήξσλ/θαηφπηξσλ.

Καηαζθεπάδνληαη ζε δηάθνξεο κνξθέο (θνίια, παξαβνιηθά, ειιεηπηηθά, ηξηγσ

ληθά, θσληθά, θ.α.) θαη ζθνπφο ηνπο είλαη λα εληζρχνπλ θαη λα εζηηάδνπλ ην

πνζφ ηνπ ειηαθνχ θσηφο πξνο ηα θ/β ζηνηρεία (βιέπε θεθάιαην 3.5)

63

ηξεθόκελεο ζπζηνηρίεο κε θάηνπηξα

Σέινο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηξεθφκελεο ζπζηνηρίεο ηαπηφρξνλα

κε θάηνπηξα γηα αθφκε κεγαιχηεξε πξφζιεςε ειηαθήο αθηηλνβν

ιίαο. Ζ παξαθνινχζεζε ηνπ ήιηνπ επηηπγράλεηαη είηε πεξηζηξέθνληαο ηελ

ζπζηνηρία πξνο ηελ θαηεχζπλζε ησλ ειηαθψλ αθηίλσλ, είηε αλαθιψληαο ηηο

αθηίλεο κε ηελ ρξήζε πεξηζηξνθηθψλ θαηφπηξσλ πξνο ην θ/β πιαίζην. Καη νη

δχν κέζνδνη ρξεζηκνπνηνχλ θηλεηά κέιε, σζηφζν ην πιενλέθηεκα ηεο

ρξήζεο θηλεηψλ θαηφπηξσλ, αληί ησλ θηλεηψλ ζπζηνηρηψλ, είλαη φηη ε

θαηαπφλεζε, ηελ νπνία δέρεηαη ε ζπζηνηρία απνθεχγεηαη. Δπηπιένλ νη

αλαθιαζηήξεο ζα πξέπεη λα πεξηζηξέθνληαη θαηά ην ήκηζπ απφ φηη νη

ζπζηνηρίεο, αθνχ ην θαηλφκελν ηεο αλάθιαζεο δηπιαζηάδεη ηελ θίλεζε ηνπ

θαηφπηξνπ (βιέπε θεθάιαην 3.5).

3.4.3 Βέλτιςτη διάταξη ςταθερών ςυςτοιχιών

ρήκα 3.16 Γηάηαμε θ/β ζπζηνηρηψλ ζε πιαγία θιίζεο θ=tanσ, κε απφιπηα

λφηην πξνζαλαηνιηζκφ.

Καηαξρήλ είλαη πνιχ ζεκαληηθφ ζε κηα θ/β εγθαηάζηαζε, νη θ/β ζπζηνηρίεο

λα κελ ζθηάδνληαη απφ παξαθείκελα εκπφδηα (δέληξα, θηίξηα, βνπλά

θιπ.). ε κηα ηνπνζεζία κε γεσγξαθηθφ πιάηνο θ, ε πξνυπφζεζε αλνηρηνχ

νξίδνληα ζεσξείηαη φηη εμαζθαιίδεηαη φηαλ ε γσλία ηνπ χςνπο (βε) ησλ

γεηηνληθψλ ζπζηνηρηψλ, δέληξσλ, θηηξίσλ ή άιισλ εκπνδίσλ ηθαλνπνηεί κέζα

ζε κία αδηκνχζην γσλία απφ -60ν κέρξη 60ν πξνο ηνλ Νφην, ηε ζρέζε:

64

ην ζρήκα 3.16 θαίλεηαη ε δηάηαμε ησλ θ/β ζπζηνηρηψλ ζε κία πιαγία θιίζεο

θ, κε απφιπηα λφηην πξνζαλαηνιηζκφ. Γηα λα ππνινγηζηεί ε ειάρηζηε

απφζηαζε ε, κεηαμχ δχν ζπζηνηρηψλ πνπ ζα εμαζθαιίδεη φηη δελ ζθηάδεη

αηζζεηά ε κία ζπζηνηρία ηελ επφκελε, ρξεζηκνπνηείηαη ην δηάγξακκα ηνπ

ζρήκαηνο 3.17. Σν δηάγξακκα πξνέξρεηαη απφ ηελ εηαηξία Monegon θαη

είλαη εκπεηξηθφ. πλδέεη ηνλ ιφγν ηεο ειεχζεξεο απφζηαζεο α πξνο ην χςνο

ηνλ ζπζηνηρηψλ π, κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο θ ηνπ ηφπνπ (ρήκα 3.17).

Γηα ηηκέο ηνπ γεσγξαθηθνχ πιάηνο απφ 25ν κέρξη 45ν ε θακπχιε πξνζεγγίδεηαη

ηθαλνπνηεηηθά απφ ηελ καζεκαηηθή ζρέζε:

ρήκα 3.17 Ζ θακπχιε ηνπ ιφγνπ ηεο ειεχζεξεο απφζηαζεο α

αλάκεζα ζηηο γεηηνληθέο ζπζηνηρίεο, πξνο ηελ επηθάιπςε ηνπ χςνπο π,

ζε ζπλάξηεζε κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο θ, ψζηε λα κελ εκπνδίδεηαη

νπζηαζηηθά ε πξφζπησζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Σν δηάγξακκα είλαη

ηεο εηαηξίαο Monegon (1980)

65

Γηα λα βξεζεί ην δεηνχκελν, πνπ είλαη ν ππνινγηζκφο ηεο απφζηαζεο ε, πξέπεη

λα ιπζεί ην παξαθάησ ζχζηεκα εμηζψζεσλ, ην νπνίν πεξηέρεη δηάθνξεο

γεσκεηξηθέο ζρέζεηο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ην ζρήκα 3.16 θαη ηε ηηκή απφ ην

δηάγξακκα Monegon:

Πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ε θιίζε θ κπνξεί λα πάξεη θαη αξλεηηθέο ηηκέο, φηαλ

έρνπκε ππεξχςσζε ηεο λφηηαο πιεπξάο, πνπ ζπλεπάγεηαη θαη αξλεηηθέο

ηηκέο ηεο παξακέηξνπ δ.

Δπηιχνληαο ην παξαπάλσ ζχζηεκα θαηαιήγνπκε ζηε ζρέζε:

Παξαηεξείηαη φηη ε απφζηαζε ε κεηαμχ ησλ ζπζηνηρηψλ είλαη αλάινγε κε ην

χςνο γ ηεο ζπζηνηρίαο.

ρήκα 3.18 Κακπχιε απφζηαζεο ε ζε ζρέζε κε ηελ θιίζε ησλ

ζπζηνηρηψλ, γηα ζπζηνηρίεο κε χςνο 1m θαη κεδεληθή θιίζε εδάθνπο.

66

Παξαηεξείηαη φηη ε απφζηαζε ε απμάλεηαη ηαπηφρξνλα κε ηελ αχμεζε ηεο θιίζεο

κέρξη λα θηάζεη ηε κέγηζηε ηηκή ηεο πνπ είλαη πεξίπνπ 2,5 θνξέο κεγαιχηεξε

απφ ην χςνο ησλ ζπζηνηρηψλ θαη εκθαλίδεηαη ζηηο 70ν πεξίπνπ.

3.4.4 Απόδοςη φωτοβολταΰκού πλαιςίου

Ο ζπληειεζηήο απφδνζεο ελφο θ/β πιαηζίνπ, νξίδεηαη κε παξφκνην ηξφπν

κε απηφλ ηνπ θ/β ζηνηρείνπ. Δθθξάδεη ηνλ ιφγν ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο

ηζρχνο πνπ παξάγεη ην θ/β πιαίζην , πξνο ηελ ηζρχ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο

πνπ δέρεηαη ζηελ επηθάλεηα. Δπεηδή φκσο ε επηθάλεηα ελφο θ/β πιαηζίνπ

δελ είλαη θαιπκκέλε εμνινθιήξνπ απφ θ/β ζηνηρεία ε απφδνζε δηαθέξεη απφ

ηελ απφδνζε ησλ ζηνηρείσλ πνπ απνηειείηαη. Οξίδεηαη ν ζπληειεζηήο

θάιπςεο (ζθ) ελφο θ/β πιαηζίνπ σο ν ιφγνο ηεο ζπλνιηθήο ελεξγνχ

επηθάλεηαο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ, δειαδή ηεο επηθάλεηαο ηνπ εκηαγσγνχ

φπνπ γίλεηαη ε απνξξφθεζε θαη κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, πξνο ηε

ζπλνιηθή επηθάλεηα ηνπ θ/β πιαηζίνπ. ηηο παξαθάησ ζρέζεηο νη δείθηεο πνπ

ρξεζηκνπνηνχληαη παξαπέκπνπλ ζην αλ ην κέγεζνο αθνξά ην πιαίζην

(m→module) ή ην ζηνηρείν (c→cell).

Ο ζπληειεζηήο απφδνζεο ελφο πιαηζίνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Σελ ίδηα ηηκή ζα είρε θαη ν ιφγνο ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Δmax πνπ

παξάγεη ην θ/β πιαίζην επί έλα νξηζκέλν ρξνληθφ δηάζηεκα, πξνο ηελ

πνζφηεηα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη επί ην ίδην ρξνληθφ δηάζηεκα:

Σέινο ελαιιαθηηθά ζα κπνξνχζε θάπνηνο λα ππνινγίζεη ηνλ ζπληειεζηή

απφδνζεο θαηά πξνζέγγηζε απφ ηελ ζρέζε:

Όπνπ Nc ν ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ θ/β ζηνηρείσλ πνπ πεξηέρνληαη ζην

πιαίζην. Ζ ζρέζε 3.14 δελ δίλεη αθξηβή απνηειέζκαηα, θαζψο ζε έλα θ/β

πιαίζην ππάξρνπλ θαη άιιεο απψιεηεο, εθηφο ηνπ ζπληειεζηή θάιπςεο. [6]

67

3.4.5 Επίδραςη τησ θερμοκραςίασ ςτη απόδοςη

Έλαο ζεκαληηθφο παξάγνληαο, ν νπνίνο κπνξεί λα κεηαβάιιεη αμηνζεκείσηα

ηελ απφδνζε ελφο θ/β πιαηζίνπ είλαη ε ζεξκνθξαζία ησλ θ/β ζηνηρείσλ ηνπ.

Έρεη κεηξεζεί φηη θπξίσο ιφγσ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρνληαη, αιιά

θαη ιφγσ ησλ ειεθηξηθψλ απσιεηψλ πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη πάλσ ηνπο, ζηηο

αληηζηάζεηο ζεηξάο, ηα θ/β ζηνηρεία απνθηνχλ θαηά ηελ ιεηηνπξγία ηνπο

ζεξκνθξαζία αξθεηά κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ πεξηβάιινληνο. Αλ Tc είλαη ε

ζεξκνθξαζία ηνπ ζηνηρείνπ κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη εμαξηάηαη απηή

γξακκηθά απφ ηελ ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο Σα θαη ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία

G, σο εμήο:

Όπνπ hw είλαη έλαο ραξαθηεξηζηηθφο ζπληειεζηήο ησλ θ/β πιαηζίσλ, κε

ηηκή ζπλήζσο:

Απηφ ζπλεπάγεηαη φηη έλα θ/β πιαίζην πνπ δέρεηαη ειηαθή αθηηλνβνιία 1kW/m2,

ζα έρεη ζεξκνθξαζία θαηά 30νC κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ

πεξηβάιινληνο. Ζ ζεξκνθξαζία αθφκα επεξεάδεηαη απφ ηελ ηαρχηεηα ηνπ

αλέκνπ θαη γίλεηαη θαιχηεξε απαγσγή ζεξκφηεηαο φζν ε ηαρχηεηα είλαη

κεγαιχηεξε. Ωο γεληθφο θαλφλαο ζηνπο ππνινγηζκνχο θ/β εγθαηαζηάζεσλ,

πνπ επαιεζεχεηαη θαη απφ κεηξήζεηο ζε πξαγκαηηθέο εγθαηαζηάζεηο,

ιακβάλεηαη ζπλήζσο αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ θ/β πιαηζίνπ θαηά 30νC

απφ απηή ηνπ πεξηβάιινληνο.

Σα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ελφο θ/β πιαηζίνπ δίλνληαη ζπλήζσο ζε

ζηάληαξ ζπλζήθεο (STC : Standard Test Conditions, δειαδή ζεξκνθξαζία

25νC, ΑΜ=1,5 θαη ειηαθή αθηηλνβνιία 1kW/m2) (βιέπε Παξάξηεκα B). Αλ

ππνζέζνπκε φηη ε είλαη m,STC ε απφδνζε ηνπ θ/β πιαηζίνπ ζε STC, ηφηε

γηα λα ππνινγηζηεί ε απφδνζε ζε νπνηαδήπνηε άιιε ζεξκνθξαζία

ρξεηάδεηαη έλαο δηνξζσηηθφο ζεξκνθξαζηαθφο ζπληειεζηήο (ζζ), ν νπνίνο

δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Ζ ζρέζε απηή ηζρχεη γηα ηα ζπκβαηηθά ζηνηρεία ππξηηίνπ θαη ππνδειψλεη

κείσζε ηεο απφδνζεο θαηά 0,005 αλά βαζκφ αχμεζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο

πάλσ απφ ηε ζεξκνθξαζία ησλ 25νC. Σειηθά ε απφδνζε ελφο θ/β

πιαηζίνπ ζε νπνηαδήπνηε ζεξκνθξαζία πξνθχπηεη:

68

3.4.6 Επίδραςη τησ ρύπανςησ ςτην απόδοςη

Έλαο άιινο παξάγνληαο πνπ κπνξεί λα κεηψζεη ηελ ειεθηξνπαξαγσγή ησλ θ/β πιαηζίσλ, ηδίσο φηαλ έρνπλ κηθξή θιίζε, είλαη ε ξχπαλζε ηεο επηθάλεηάο ηνπο απφ ηελ επηθάζεζε ζθφλεο, θχιισλ, ρηνληνχ θ.α. Ζ κείσζε είλαη ζεκαληηθφηεξε ζε αζηηθέο πεξηνρέο ιφγσ ηεο αηζάιεο πνπ αησξείηαη ζηελ αηκφζθαηξα θαη πξνζθνιιάηαη ηζρπξά ζηελ γπάιηλε ή πιαζηηθή επηθάλεηα ησλ θ/β πιαηζίσλ, ρσξίο λα κπνξεί ε βξνρή εχθνια λα ηε μεπιχλεη. Δπνκέλσο είλαη ζεκαληηθφ φηαλ ε θ/β γελλήηξηα πξφθεηηαη λα εγθαηαζηαζεί ζε κηα πεξηνρή, πνπ εθηηκάηαη φηη ε ξχπαλζή ηεο ζα είλαη ζεκαληηθή λα πξνβιεθζεί ζηνπο ππνινγηζκνχο ε αληίζηνηρε κείσζε ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ελφο αδηάζηαηνπ ζπληειεζηή θαζαξφηεηαο (ζξ). Ο ζπληειεζηήο απηφο νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο πνπ παξάγεη ην ξππαζκέλν θ/β πιαίζην πξνο ηελ ειεθηξηθή ηζρχ πνπ παξάγεη φηαλ ε επηθάλεηά ηνπ είλαη ηειείσο θαζαξή. Ζ ηηκή ηνπ ζξ είλαη ηφζν κηθξφηεξε απφ ηε κνλάδα, φζν εληνλφηεξε είλαη ε ξχπαλζε ηνπ πεξηβάιινληνο, φζν κηθξφηεξε είλαη ε θιίζε ηνπ θ/β πιαηζίνπ, φζν ζπαληφηεξεο είλαη νη βξνρέο ζηελ πεξηνρή θιπ. Σειηθά ε απφδνζε ελφο θ/β πιαηζίνπ, ιακβάλνληαο ππφςε ηελ ξχπαλζε ηεο επηθάλεηάο ηνπ, πξνθχπηεη:

φπνπ ε m,θ ε απφδνζή ηνπ, φηαλ είλαη θαζαξφ [6]

3.5 ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΙ ΤΓΚΕΝΣΡΩΣΕ

Οη θσηνβνιηατθνί ζπγθεληξσηέο ρξεζηκνπνηνχλ θαθνχο ή θάηνπηξα γηα

λα ζπγθεληξψζνπλ κεγαιχηεξε πνζφηεηα αθηηλνβνιίαο ζην ίδην εκβαδφ

ελφο θ/β πιαηζίνπ. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ κείσζε ηεο απαηηνχκελεο

επηθάλεηαο γηα ηελ παξαγσγή ελφο δεδνκέλνπ πνζνχ ελέξγεηαο. ηφρνο ησλ

ζπγθεληξσηψλ είλαη λα κεησζεί ην θφζηνο ησλ θ/β εγθαηαζηάζεσλ κε ηελ

κείσζε ησλ απαηηνχκελσλ θ/β πιαηζίσλ.

69

3.5.1 Σύποι οπτικών μέςων

Οη ζπγθεληξσηέο κπνξνχλ λα ρσξηζηνχλ ζε δηάθνξεο θαηεγνξίεο αλάινγα κε

ηα νπηηθά κέζα πνπ ρξεζηκνπνηνχλ γηα λα ζπγθεληξψζνπλ ηελ αθηηλνβνιία, ησλ

αξηζκφ ησλ αμφλσλ πεξί ηνπ νπνίνπο θηλνχληαη γηα λα παξαθνινπζνχλ

ηνλ ήιην, ηνπο κεραληζκνχο γηα απηή ηε θίλεζε θ.α..

Οη πεξηζζφηεξνη ζπγθεληξσηέο ρξεζηκνπνηνχλ είηε δηαζιαζηηθνχο θαθνχο

ή αλαθιαζηηθά παξαβνιηθά θάηνπηξα.. Φαθνί κε κέγεζνο δηακέηξνπ κεγαιχηεξν

απφ 5cm είλαη πξαθηηθά νηθνλνκηθά αζχκθνξνη, γηα απηφ ζπλήζσο

ρξεζηκνπνηνχληαη θαθνί Fresnel. Ζ ηερληθή απηή επηηξέπεη ηε δεκηνπξγία

θαθψλ κε κεγάιν άλνηγκα θαη κηθξή εζηηαθή απφζηαζε, απνθεχγνληαο έηζη ην

κεγάιν βάξνο θαη ηνλ φγθν ησλ ζπκβαηηθψλ νπηηθψλ θαθψλ. Έλαο θαθφο

Fresnel έρεη ηε κνξθή ελφο επηπεδφθπξηνπ θαθνχ ν νπνίνπο έρεη εθιεπηπλζεί

ζε αξθεηά ζεκεία (ρήκα 3.19). Οη έδξεο πνπ δεκηνπξγνχληαη κπνξνχλ λα

είλαη επίπεδεο, εάλ είλαη πνιπάξηζκεο θαη αξθεηά κηθξέο ή λα έρνπλ ηελ ίδηα

κνξθή κε ηνλ θπξηφ θαθφ.

ρήκα 3.19 1) Κάζεηε ηνκή ελφο θαθνχ Fresnel,

2) Κάζεηε ηνκή ελφο ζπκβαηηθνχ επηπεδφθπξηνπ θαθνχ.

70

Οη θαθνί Fresnel κπνξεί λα είλαη θαηαζθεπαζκέλνη έηζη ψζηε λα έρνπλ είηε ζεκεηαθή εζηίαζε (ε αθηηλνβνιία ζπγθεληξψλεηαη ζηελ θεληξηθή εζηία ηνπ θαθνχ), φπνπ ζηε πεξίπησζε απηή εκθαλίδνπλ θπθιηθή ζπκκεηξία πεξί ησλ άμνλά ηνπο, ή λα έρνπλ γξακκηθή εζηίαζε, φπνπ ζηε πεξίπησζε απηή νη αθηίλεο ζπλαληψληαη ζε έλαλ εγθάξζην άμνλα. Οη θαθνί κε ζεκεηαθή εζηίαζε ζπλήζσο ζηέιλνπλ ηηο αθηίλεο ζε κηα θ/β θπςέιε, αληίζεηα νη γξακκηθήο εζηίαζεο ρξεζηκνπνηνχλ κηα ζεηξά απφ θ/β θπςέιεο. Έλαο ηδηαίηεξα επηηπρεκέλνο θαθφο κε γξακκηθή εζηίαζε είλαη ν ζνισηφο θαθφο Fresnel (ρήκα 3.20).Σν πιηθφ απφ ην νπνίν είλαη θηηαγκέλνο έλαο θαθφο Fresnel είλαη ζπλήζσο αθξπιηθφ πιαζηηθφ, κε εκπνξηθή νλνκαζία Plexiglas (πνιπκεξέο κεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα, PMMA), ην νπνίν εθηφο απφ ηελ αληνρή ηνπ ζηηο θαηξηθέο ζπλζήθεο, κπνξεί εχθνια λα απνθηήζεη ηελ επηζπκεηή θφξκα κέζα ζε θαηάιιεια θαινχπηα.Παξφια ηα πιενλεθηήκαηα, ππάξρνπλ θάπνηα εξσηήκαηα φζνλ αθνξά ηελ καθξνρξφληα αληνρή ηνπ. Μηα ελαιιαθηηθή ησλ δηαζιαζηηθψλ θαθψλ απνηεινχλ νη αλαθιαζηηθνί θαθνί ή θαζξέθηεο. ε έλα παξαβνιηθφ αλαθιαζηήξα, αλ ε γσλία πξφζπησζεο ζηελ εζσηεξηθή επηθάλεηά ηνπ είλαη ίζε κε ηελ γσλία αλάθιαζεο, ηφηε ζπγθεληξψλνληαη φιεο ηηο αθηίλεο πνπ είλαη παξάιιειεο κε ηνλ άμνλα ηεο παξαβνιήο ζε έλα ζεκείν, ζηελ εζηία ηεο παξαβνιήο. Όπσο θαη νη θαθνί έηζη θαη ηα θάηνπηξα κπνξνχλ είλαη ζεκεηαθήο εζηίαζεο ή γξακκηθήο εζηίαζεο (ρήκα 3.21).

ρήκα 3.20 Φαθνί Fresnel. (a) Φαθφο Fresnel ζεκεηαθήο εζηίαζεο,

φπνπ θαίλεηαη κηα αθηίλα λα πξνζπίπηεη ζηελ θπθιηθή επηθάλεηα ηνπ

ειηαθνχ ζπιιέθηε, (b) Φαθφο Fresnel γξακκηθήο εζηίαζεο, (c) Θνισηφο

θαθφο Fresnel κε γξακκηθή εζηίαζε[4].

71

3.5.2 υντελεςτήσ ςυγκέντρωςησ

Υξεζηκνπνηνχληαη δηάθνξνη νξηζκνί ηνπ ζπληειεζηή ζπγθέληξσζεο. Ο γεσκεηξηθφο ζπληειεζηήο ζπγθέληξσζεο νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο επηθάλεηαο ηνπ θαθνχ πξνο ηελ ελεξγφ επηθάλεηα ηεο θ/β θπςέιεο, ηεο επηθάλεηαο δειαδή ηεο θπςέιεο πνπ αθηηλνβνιείηαη. Έλαο άιινο ηξφπνο γηα λα κεηξεζεί ε ζπγθεληξσηηθή ηθαλφηεηα ελφο θαθνχ είλαη ν ζπληειεζηήο έληαζεο ζπγθέληξσζεο, ν νπνίνο κεηξάηαη ζε ήιηνπο (Suns). Οξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ ζπγθεληξψλεηαη ζηελ επηθάλεηα ηεο θπςέιεο, πξνο ηελ έληαζε ελφο ήιηνπ, δειαδή 1kW/m2. Δίλαη θαλεξφ φηη ζηε ηδαληθή πεξίπησζε πνπ ν θαθφο έρεη 100% βαζκφ απφδνζεο θαη ε άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία έρεη ηελ ηηκή ηνπ 1Sun, ηφηε νη ηηκέο ησλ δχν παξαπάλσ ζπληειεζηψλ ζπκπίπηνπλ. Δλ γέλεη, φκσο επεηδή ε άκεζε ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη ζρεδφλ πάληα κηθξφηεξε απφ 1kW/m2 θαη ν βαζκφο απφδνζεο ζαθψο κηθξφηεξνο απφ 100%, ν γεσκεηξηθφο ζπληειεζηήο ζπγθέληξσζεο, πξνθχπηεη κεγαιχηεξνο απφ ηνλ ζπληειεζηή ηεο έληαζεο ζπγθέληξσζεο.

ρήκα 3.21 Αλαθιαζηηθνί ζπγθεληξσηέο. (a) Αλαθιαζηηθφ παξαβνινεηδέο, φπνπ εζηηάδεη ζε κηα θπςέιε, (b) Παξαβνιηθφ θάηνπηξν γξακκηθήο εζηίαζεο[6].

72

3.5.3 Παρακολούθηςη τησ θέςησ του ήλιου

Σα νπηηθά κέζα ζεκεηαθήο εζηίαζεο, ελ γέλεη απαηηνχλ παξαθνινχζεζε δχν αμφλσλ, έηζη ψζηε πάληα λα ζηνρεχνπλ ηνλ ήιην θαη ε ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ ζπγθεληξψλεηαη λα πξνζπίπηεη ζηνλ ζπιιέθηε. Απφ κεραληθήο πιεπξάο, ε παξαθνινχζεζε δχν αμφλσλ είλαη πην πνιχπινθε απφ απηήλ ηνπ ελφο άμνλα, παξφια απηά ε ζπγθέληξσζε απμάλεηαη θαη ην θφζηνο ησλ ζπιιεθηψλ κεηψλεηαη. Σα αλαθιαζηηθά θάηνπηξα γξακκηθήο εζηίαζεο ρξεηάδνληαη παξαθνινχζεζε κφλν θαηά κήθνο ελφο άμνλα. Όκσο νη γξακκηθνί ζπγθεληξσηέο Fresnel απαηηνχλ παξαθνινχζεζε δχν αμφλσλ, θαζψο εκθαλίδνπλ ζνβαξέο απνθιίζεηο φηαλ ν ήιηνο δελ είλαη θάζεηνο ζηνλ επηκήθε άμνλα. Όζνλ αθνξά ηελ παξαθνινχζεζε δχν αμφλσλ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο ηξεηο δηαηάμεηο. Ζ κνξθή πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.22(a), ρξεζηκνπνηεί έλα θπιηλδξηθφ ζηήξηγκα, πάλσ ζηνλ νπνίν ζπλδέεηαη έλα ζχλνιν θπςειψλ. Ζ παξαθνινχζεζε γίλεηαη ζπλήζσο κε ηε βνήζεηα θηβσηίνπ ηαρπηήησλ, ην νπνίν θηλεί ηηο θπςέιεο θαηά κήθνο ελφο θάζεηνπ άμνλα (θίλεζε πεξί ηνλ αδηκνπζηαθφ άμνλα) θαη θαηά κήθνο ελφο νξηδφληηνπ άμνλα (άμνλαο αλχςσζεο). Σν πιενλέθηεκα ηεο ζπγθεθξηκέλεο δηάηαμεο είλαη ε απιφηεηα ηεο θαηαζθεπήο, ελψ κεηνλεθηεί φζνλ αθνξά ην γεγνλφο φηη νη δπλάκεηο πνπ αζθνχληαη απφ ηνλ αέξα κεηαθξάδνληαη ζε κεγάιε ξνπή ζην θηβψηην. Μηα άιιε πινπνίεζε θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.22(b), ζηελ νπνία ην θνξηίν ηνπ αέξα είλαη ζαθψο κεησκέλν, φκσο απαηηνχληαη πεξηζζφηεξεο ζπλδέζεηο θαη ξνπιεκάλ, θάλνληαο ηελ θαηαζθεπή πην ζχλζεηε. Μηα παξαιιαγή ηεο δηάηαμεο απηήο θαίλεηαη ην ζρήκα 3.22(c). Σέινο ππάξρεη θαη ε δηάηαμε ηνπ ζρήκαηνο 3.22(d), ε νπνία εκθαλίδεη ηα κηθξφηεξα θνξηία αέξα θαη έρεη ηελ πην κηθξή θαη ζπκπαγή θαηαζθεπή, φκσο απφ ηελ άιιε έρεη θαη ηελ πην ζχλζεηε εγθαηάζηαζε.

73

ρήκα 3.22 Γηάθνξεο παξαιιαγέο παξαθνινχζεζεο ζε δχν άμνλεο[6].

74

ηελ παξαθνινχζεζε ελφο άμνλα, σο άμνλαο θίλεζεο κπνξεί λα επηιεγεί είηε

ν νξηδφληηνο είηε ν πνιηθφο, φπσο θαίλεηαη θαη ζην ζρήκα 3.23. Ο νξηδφληηνο

άμνλαο επηηξέπεη ηελ επηινγή κεγαιχηεξεο επηθάλεηαο αλά ζπζθεπή

παξαθνινχζεζεο ζε ζχγθξηζε κε ηνλ πνιηθφ θαη ζπλήζσο ρξεζηκνπνηνχληαη

αλαθιαζηηθά θάηνπηξα. Ο πνιηθφο άμνλαο, απφ ηελ άιιε πιενλεθηεί φζνλ

αθνξά ηελ ζπγθνκηδή εηήζηαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο έλαληη ηνπ νξηδφληηνπ

άμνλα θάλεη φκσο ηελ εγθαηάζηαζε πην πεξίπινθε κεραληθά. Παξφια απηά ε

πην ζπλεζηζκέλε επηινγή είλαη απηή ηνπ νξηδφληην άμνλα, θπξίσο ιφγσ ηεο

απιφηεηαο ηεο θαηαζθεπήο.

.

ρήκα 3.23 Παξαθνινχζεζε ελφο άμνλα. (a) Οξηδφληηνο άμνλαο παξαθνινχζεζεο κε αλαθιαζηηθφ θάηνπηξν. (b) Πνιηθφο άμνλαο παξαθνινχζεζεο κε αλαθιαζηηθφ θάηνπηξν[6].

75

3.5.4 Οπτική των ςυγκεντωτών

Σν δεηνχκελν ζηελ πεξίπησζε ησλ ζπγθεληξσηψλ θ/β θπςειψλ είλαη

ε ζπγθέληξσζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο φζν απνδνηηθφηεξα γίλεηαη ζηελ

επηθάλεηα ησλ θπςειψλ, ε νπνία είλαη κηθξφηεξε απφ ηελ αξρηθή επηθάλεηα

ησλ ζπγθεληξσηψλ.

3.5.4.1 Βαςικέσ έννοιεσ

χκθσλα κε ην βαζηθφηεξν ζεψξεκα ηεο νπηηθήο ησλ ζπγθεηξσηψλ ππάξρεη ζπζρέηηζε αλάκεζα ζηε κέγηζηε γσλία πνπ κπνξεί λα ιάβεη ην θσο έλαο ζπγθεληξσηήο θαη ηε κέγηζηε δπλαηή ζπγθέληξσζή ηνπ. Απφ ην ζρήκα 3.24 θαίλεηαη φηη νη αθηίλεο πνπ πξνζπίπηνπλ ζηνλ ζπγθεληξσηή ππφ γσλία κηθξφηεξε ή ίζε απφ ηελ ζmax,in, ζην άλνηγκα εηζφδνπ Αconc, κεηαδίδνληαη ζην άλνηγκα εμφδνπ Αrec ππφ γσλία κηθξφηεξε ή ίζε ηεο ζmax,out. Γηα ελφο άμνλα ή δχν δηαζηάζεσλ ζπγθεληξσηέο, ηζρχεη ,ε παξαθάησ ζρέζε:

Αληίζηνηρα γηα δχν αμφλσλ ή ηξηψλ δηαζηάζεσλ ζπγθεληξσηέο ηζρχεη:

Δάλ ν ζπιιέθηεο βξίζθεηαη ζε θάπνην δηειεθηξηθφ κέζν κε δείθηε δηάζιαζεο n ηφηε νη παξαπάλσ ζρέζεηο ηξνπνπνηνχληαη ζηηο εμήο:

γηα δχν θαη ηξηψλ δηαζηάζεσλ ζπγθεληξσηέο αληίζηνηρα. Έλαο ζπγθεληξσηήο, ν νπνίνο κπνξεί λα επηηχρεη ην παξαπάλσ κέγηζην, νλνκάδεηαη ηδαληθφο ζπγθεληξσηήο. Δίλαη εχθνιν λα παξαηεξήζεη θαλείο φηη γηα λα απμεζεί ε ζπγθέληξσζε πξέπεη ε γσλία ζmax,out λα είλαη φζν ην δπλαηφλ κεγαιχηεξε. Ζ κέγηζηε ηηκή πνπ κπνξεί λα ιάβεη είλαη 90ν, αιιά αθφκα θαη γσλίεο κηθξφηεξεο απφ ηελ ηηκή απηή, κπνξνχλ λα απνδεηρζνχλ κε πξαθηηθέο, θαζψο νη γσλίεο απηέο επλννχλ ηελ πηζαλφηεηα αλάθιαζεο, κε απνηέιεζκα ηελ κείσζε ηεο ζπγθεληξσηηθήο ηθαλφηεηαο. Οη παξαπάλσ εμηζψζεηο ζπρλά αλαθέξνληαη γηα ζmax,out=90ν:

76

ρήκα 3.24 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ελφο ζπγθεληξσηή ζηε γεληθήπεξίπησζε[6]. Δάλ θάπνηνο ζρεδηάζεη έλαλ ζπγθεληξσηή κε κέγηζηε γσλία εηζφδνπ, ηελ κηζή απφ ηελ γσλία πνπ θαίλεηαη ν θπθιηθφο δίζθνο ηνπ ήιηνπ απφ ηελ γε, πεξίπνπ 1/4 ηεο κνίξαο, ηφηε ζα κπνξνχζε λα πεηχρεη κέγηζηε ζπγθέληξσζε πεξίπνπ 200 ζηε πεξίπησζε ησλ δχν δηαζηάζεσλ θαη 40.000 γηα ηηο ηξεηο δηαζηάζεηο. Έλαο ηέηνηνο ζπγθεληξσηήο ζα δερφηαλ αθηίλεο κφλν θαηεπζείαλ απφ ηνλ ήιην θαη ζα απέξξηπηε ηηο αθηίλεο απφ ηηο άιιεο πεξηνρέο ηνπ νπξαλνχ, νη νπνίεο ζαλ απνηέιεζκα δελ ζα έθηαλαλ ζηνλ ζπιιέθηε.

77

3.5.4.2 Ο παραβολικόσ ςυγκεντρωτήσ

ην ζρήκα 3.25 θαίλεηαη ε θάζεηε ηνκή ελφο βαζηθνχ αλαθιαζηηθνχ παξαβνιηθνχ ζπγθεληξσηή. Ζ εμίζσζε ηεο παξαβνιήο δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

φπνπ F είλαη ε εζηηαθή απφζηαζε ηεο παξαβνιήο. Απνδεηθλχεηαη φηη φιεο νη αθηίλεο πνπ πξνζπίπηνπλ παξάιιεια κε ηνλ άμνλα ηεο παξαβνιήο (δειαδή ρσξίο x ζπληζηψζα) πεξλάλε απφ ηελ εζηία. Αλ D είλαη ε δηάκεηξνο ηεο παξαβνιήο ηφηε ε παξαπάλσ εμίζσζε κπνξεί λα γξαθεί ζε θαλνληθνπνηεκέλε κνξθή:

φπνπ f = F D θαιείηαη f-αξηζκφο ηεο παξαβνιήο. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη φηαλ f=1/4 ηφηε γηα x=D/2, δειαδή ζηα άθξα ηεο παξαβνιήο πξνθχπηεη y = D/4=F . Δπνκέλσο γηα κηα f=1/4 παξαβνιή ηα δχν αθξαία ζεκεία βξίζθνληαη ζην ίδην χςνο κε ηελ εζηία. Άιιε κηα ρξήζηκε ζρέζε πνπ ζπλδέεη ηελ εζηηαθή απφζηαζε F κε ηελ παξαβνιηθή επηθάλεηα r θαη ηελ γσλία πξφζπησζεο ζηνλ ζπιιέθηε ζr είλαη:

Καη

ρήκα 3.25 Κάζεηε ηνκή ελφο παξαβνιηθνχ αλαθιαζηηθνχ ζπγθεληξσηή[6].

78

Έζησ ηψξα φηη κηα αθηίλα θηάλεη ππφ κηα κηθξή γσλία ζin (ρήκα 3.25). Ζ αθηίλα απηή ζα ζπλαληήζεη ηνλ ζπιιέθηε ζε κηα απφζηαζε s απφ ηελ εζηία, ε νπνία δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Σα παξαπάλσ δείρλνπλ φηη ε απφζηαζε s απμάλεηαη φζν θαλείο θαηεπζχλεηαη πξνο ηα άθξα ηεο παξαβνιήο, θαζψο απμάλεηαη θαη ε γσλία ζr. Πξνθαλψο ε κέγηζηε ηηκή πξνθχπηεη γηα x= D/2 . Ζ απφζηαζε S πνπ απαηηείηαη γηα έλαλ ζπιιέθηε λα παγηδεχζεη φιεο ηηο πξνζπίπηνπζεο αθηίλεο κέρξη ηελ γσλία ± ζ είλαη S=2s θαη άξα πξνθχπηεη:

Γηα έλα δηδηάζηαην παξαβνιηθφ θάηνπηξν, ε ζπγθέληξσζε είλαη C = D /S θαη άξα:

Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ε κέγηζηε ζπγθέληξσζε γηα κηα παξαβνιή ζπκβαίλεη γηα ζε κηα γσλία 45ν κεηαμχ ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ην άθξν ηεο παξαβνιήο κε ηελ εζηία θαη ηνλ νξηδφληην άμνλα, γεγνλφο πνπ αληηζηνηρεί ζε κηα f= 0,6 παξαβνιή θαη είλαη:

Όηαλ ην ζmax,in είλαη 1/4 ηεο κνίξαο, φπσο ζπκβαίλεη κε ηνλ ήιην, ε

παξαπάλσεμίζσζε καο δίλεη κηα κέγηζηε ηηκή ζπγθέληξσζεο 100. Απφ απηφ κπνξεί λα θαηαιάβεη θαλείο φηη ν παξαβνιηθφο ζπγθεληξσηήο δελ είλαη ηδαληθφο, αιιά γηα ηελ παξαπάλσ πεξίπησζε εκθαλίδεη ην κηζφ ηεο κέγηζηεο δπλαηήο ζπγθέληξσζεο. Γηα ην ιφγν απηφ ν παξαβνιηθφο ζπγθεληξσηήο ρξεζηκνπνηείηαη ζε ζπλδπαζκφ κε δεπηεξεχνληεο ζπγθεληξσηέο γηα λα επηηεπρζεί ε ηδαληθή ηηκή ηεο ζπγθέληξσζεο. Αλ ρξεζηκνπνηνχζακε έλαλ ηδαληθφ δεπηεξεχνληα ζπγθεληξσηή, ν νπνίνο ζα κεηέηξεπε ηε γσλία ζmaxr ζηε γσληα ζmaxout ηφηε ζα είρε κηα ζπγθέληξσζε:

79

Ζ ηηκή απηή δηαθέξεη απφ ηε κέγηζηε γσλία εμφδνπ ηνπ ηδαληθνχ ζπγθεληξσηή θαηά ην ζπλεκίηνλν ηεο γσλία πνπ ζρεκαηίδεηαη κεηαμχ ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ην άθξν ηεο παξαβνιήο κε ηελ εζηία θαη ηνλ νξηδφληην άμνλα θαη πιεζηάδεη ην ηδαληθφ γηα κηθξέο ηηκέο ηεο γσλίαο απηήο. ηελ πξάμε κηθξέο ηηκέο ηεο παξαπάλσ γσλίαο νδεγνχλ ζε κε πξαθηηθφ ζρήκα ηνπ ζπγθε ληξσηή θαη ν ζπκβηβαζκφο είλαη απαξαίηεηνο. Γηα έλαλ ηξηζδηάζηαην ζπγθεληξσηή κε ζρήκα παξαβνινεηδνχο εθ πεξηζηξνθήο, ε ζπγθέληξσζε πξνθχπηεη αλ πςψζνπκε ζην ηεηξάγσλν ηελ πξνεγνχκελε ζρέζε:

Απηφ δίλεη ηηκή ζπληειεζηή ζπγθέληξσζεο 10.000 γηα έλα ηέιεην παξαβνινεηδέο κε f = 0,6 ηε πξάμε θαηαζθεπαζηηθά ειαηηψκαηα ζηελ αλαθιαζηηθή επηθάλεηα κεηψλνπλ ηελ απφδνζε. Απηφ κπνξεί λα γίλεη θαηαλνεηφ, αλ αλαινγηζηνχκε φηη έλα ιάζνο ζηε θιίζε θαηά κηα γσλία ζs , ζα πξνθαιέζεη απφθιηζε ηεο

αλαθιψκελεο αθηίλαο απφ ηελ επηζπκεηή θαηεχζπλζε θαηά 2ζ, ε νπνία ζα πξνζηεζεί ζηελ γσλία άθημεο ζsmax,in. Έλα πςειήο πνηφηεηαο παξαβνινεηδέο γηα ειηαθή ζπγθέληξσζε κπνξεί λα έρεη ζs=18o, κε απνηέιεζκα λα δηπιαζηαζηεί ε γσλία ηνπ θσηφο απφ ηνλ

ήιην απφ 1/4νζε 1/2ν. Απηφ έρεη ζαλ απνηέιεζκα λα κεησζεί ε ζπγθέληξσζε θαηά ην έλα ηέηαξην, δειαδή 2.500 γηα έλαλ ηξηζδηάζηαην ζπγθεληξσηή θαη θαηά ην ήκηζπ, δειαδή 50 γηα έλαλ δηζδηάζηαην.

3.5.4.3 Ο ςύνθετοσ παραβολικόσ ςυγκεντρωτήσ

Όπσο είδακε ν παξαβνιηθφο ζπγθεληξσηήο δελ είλαη έλαο ηδαληθφο ζπγθεληξσηήο. Μηα πξψηε πξαγκαηνπνίεζε ελφο ηδαληθνχ ζπγθεληξσηή ήηαλ ν ζχλζεηνο παξαβνιηθφο ζπγθεληξσηήο (compound parabolic concentrator, CPC). Όπσο θαίλεηαη απφ ην ζρήκα 3.26, απηφο νπζηαζηηθά απνηειείηαη απφ δχν παξαβνιηθέο επηθάλεηεο, ησλ νπνίσλ φκσο ν άμνλαο εκθαλίδεη θιίζε ± ζ

max,in θαη εζηηάδνπλ ηηο αθηίλεο ζηα αληίζεηα άθξα ηνπ ζπιιέθηε. Οη

παξαβνιέο έρνπλ πξνεθηαζεί πξνο ηα πάλσ κέρξη λα δεκηνπξγεζεί κηα θάζεηε επηθάλεηα θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν λα επηηεπρζεί φζν ην δπλαηφλ κεγαιχηεξν άλνηγκα. Όηαλ νη αθηίλεο πξνζπίπηνπλ ππφ ηε κέγηζηε γσλία είλαη εκθαλέο φηη φιε ε αθηηλνβνιία αλαθιάηαη ζε κία παξαβνιηθή επηθάλεηα θαη θαηαιήγεη ζηα άθξα ηνπ ζπιιέθηε. Καζψο φκσο απνκαθξπλφκαζηε απφ ηε κέγηζηε γσλία, παξαηεξνχκε φηη νη αθηίλεο θαηεπζχλνληαη πξνο ηα θάησ θαη

80

ζπλερίδνπλ λα πξνζπίπηνπλ ζηνλ ζπιιέθηε. Απφ ηε γεσκεηξία ησλ παξαβνιηθψλ επηθαλεηψλ πξνθχπηεη φηη

επνκέλσο ν ζπγθεθξηκέλνο ζπγθεληξσηήο είλαη ηδαληθφο. Έλαο ηξηζδηάζηαηνο CPC ζπγθεληξσηήο κπνξεί λα θαηαζθεπαζηεί αλ πεξηζηξαθεί ν ζπγθεληξσηήο ηνπ παξαπάλσ ζρήκαηνο πεξί ηνλ θεληξηθφ άμνλα. Παξφιν πνπ ν ζπληειεζηήο ζπγθέληξσζεο ελφο CPC πιεζηάδεη ην ηδαληθφ, δελ είλαη απζηεξά ηδαληθφο. Κάπνηεο αθηίλεο, θπξίσο απηέο πνπ πξνζπίπηνπλ ζηα άθξα, απνξξίπηνληαη. Αθφκα έλα κεηνλέθηεκα είλαη ην ζρήκα ηνπο, ην νπνίν είλαη καθξφζηελν κε απνηέιεζκα λα κελ επλνεί πςειέο ζπγθεληξψζεηο ζηε πξάμε. Οη CPC ζπγθεληξσηέο ζπρλά ρξεζηκνπνηνχληαη σο δεπηεξεχνληεο ζπγθεληξσηέο ζηελ εζηία ησλ πξσηεπφλησλ, εηδηθά ζε ζπζηήκαηα θαθψλ Fresnel, επεηδή έρνπλ κηα αξθεηά κεγάιε γσλία ππνδνρήο θαη ε ηειηθή θαηαζθεπή πνπ πξνθχπηεη είλαη ζπκπαγήο. Σσήμα 3.26 Γεωμεηπία ενόρ ζύνθεηος παπαβολικού ζςγκενηπωηή

81

3.5.4.4 Διαθλαςτικοί φακοί

Οη δηαζιαζηηθνί θαθνί είλαη κηα ζπλεζηζκέλε ελαιιαθηηθή ιχζε ησλ αλαθιαζηηθψλ θαθψλ. Έλαο ηέηνηνο θαθφο θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.27. ην ζρήκα απηφ θαίλεηαη έλαο επηπεδφθπξηνο θαθφο, κε ηελ επίπεδε επηθάλεηά ηνπ ζηξακκέλε πξνο ηα πάλσ. Ζ αλάιπζε βαζίδεηαη ζηελ αξρή ηνπ Fermat, ε νπνία αλαθέξεη φηη φιεο νη αθηίλεο πνπ θηάλνπλ ζηελ εζηία, δηαηξέρνπλ ην ίδην νπηηθφ κνλνπάηη. Απηφ ζεκαίλεη φηη αθηίλεο πνπ θεχγνπλ απφ ελ πεγή ηελ ίδηα ρξνληθή ζηηγκή ζα θηάζνπλ ηαπηφρξνλα ζηελ εζηία, αλεμαξηήησο απφ ην ζεκείν ηνπ θαθνχ πνπ ζα πξνζπέζνπλ. Αλ εμηζψζνπκε ην νπηηθφ κνλνπάηη δχν αθηηλψλ πνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.27, ζα έρνπκε:

Απηή είλαη ε εμίζσζε κηαο ππεξβνιήο. Έλαο ηέηνηνο θαθφο θαιείηαη αζθαηξηθφο γηα λα δηαθνξνπνηεζεί απφ ηνλ ζπλεζηζκέλν ζθαηξηθφ θαθφ, ν νπνίνο είλαη κηα πξνζέγγηζε ηεο παξαπάλσ εμίζσζεο γηα κεγάιν F θαη κηθξφ x. Σν πάρνο ελφο θαθνχ κπνξεί λα ζπζρεηηζηεί κε ηνλ f-αξηζκφ αλ ηεζεί x= D/ 2 , γηα ηα άθξα ηνπ θαθνχ:

ρήκα 3.27 Γεσκεηξία ελφο δηαζιαζηηθνχ θαθνχ[4].

82

Έλα ζνβαξφ κεηνλέθηεκα ελφο ηέηνηνπ θαθνχ είλαη ην γεγνλφο φηη γίλεηαη αξθεηά παρχο γηα κηθξέο ηηκέο ηνπ f-αξηζκνχ. Δάλ γηα παξάδεηγκα έρνπκε F /D = 1 θαη n =1,5 , ηφηε πξνθχπηεη t D =0,24. Άξα αλ έλαο θαθφο έρεη

δηάκεηξν 10cm, ηφηε ην πάρνο ηνπ θαθνχ ζα είλαη 2,4cm, κε απνηέιεζκα κηα βαξηά θαη κε πξαθηηθή θαηαζθεπή. Δίλαη αληηιεπηφ επνκέλσο φηη απηνχ ηνπ είδνπο νη θαθνί πξνζθέξνπλ κηα θαιή ιχζε γηα θαθνχο κε κηθξή δηάκεηξν, αιιά γηα κεγαιχηεξνπο θαθνχο ηε ιχζε δίλνπλ νη θαθνί Fresnel. Σν ζρήκα ησλ θαθψλ Fresnel, πξνθχπηεη αλ ζηνλ επηπεδφθπξην θαθφ ηνπ πξνεγνχκελνπ ζρήκαηνο ππάξμνπλ ζεκεία πνπ ην πάρνο είλαη πνιχ κηθξφ, φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 3.28. Σν κεηνλέθηεκα ησλ θαθψλ Fresnel κε ηε κνξθή ηνπ παξαπάλσ ζρήκαηνο είλαη ην γεγνλφο φηη εκθαλίδνπλ ρακειή απφδνζε, εμαηηίαο ηεο δπζθνιίαο λα ιεηαλζνχλ νη πιεπξέο κεηαμχ ησλ θάζεησλ επηθαλεηψλ ησλ θαθψλ. Αλ φκσο νη πιεπξέο απηέο θαηαζθεπαζηνχλ κηθξέο ζε ζρέζε κε ην κέγεζνο ηεο θπςέιεο, ηφηε νη απψιεηεο ζηε ζπγθέληξσζε είλαη κηθξφηεξεο.

ρήκα 3.28 Κάζεηε ηνκή ελφο θαθνχ Fresnel[4].

83

Οη θαθνί Fresnel δελ κεηαδίδνπλ φιε ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ πξνζπίπηεη ζηελ εζηία. Οη απψιεηεο πξνέξρνληαη απφ δηάθνξεο αηηίεο. Πξψηνλ, απψιεηεο ιφγν αλάθιαζεο, νη νπνίεο αλέξρνληαη ζην 8%. Απηφ κπνξεί λα αληηκεησπηζηεί ελ κέξεη κε ηελ ρξήζε αληηαλαθιαζηηθνχ επηζηξψκαηνο ζηελ επηθάλεηα ησλ θαθψλ. Γεχηεξνλ νη θάζεηεο επηθάλεηεο δελ είλαη ηειείσο θάζεηεο, θαζψο ζε απηή ηε πεξίπησζε δελ ζα κπνξνχζε λα βγεη ν θαθφο απφ ην θαινχπη, απφ ην νπνίν θαηαζθεπάδνληαη. Ζ απφθιηζε απηή είλαη πεξίπνπ 2ν θαη ην απνηέιεζκα είλαη νη αθηίλεο πνπ πξνζπίπηνπλ ζε απηέο ηηο επηθάλεηεο λα απνθιίλνπλ απφ ηελ εζηία. Σέινο νη θνξπθέο θαη νη πιεπξέο δελ είλαη ηέιεηεο. χγρξνλνη θαθνί Fresnel έρνπλ κηα ηππηθή ηηκή απφδνζεο 85%.

85

4.1 ΑΤΣΟΝΟΜΟ ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΗΜΑ(STAND ALONE)

Έλα θ/β ζχζηεκα, ην νπνίν παξάγεη ειεθηξηθή ελέξγεηα γηα λα εμππεξεηήζεη ηε δήηεζε θάπνησλ θνξηίσλ, απνηειείηαη απφ πνιιά επηκέξνπο ζπζηαηηθά. ην θεθάιαην απηφ γίλεηαη κηα επηζθφπεζε ησλ ζπζηαηηθψλ απηψλ πνπ ζπλζέηνπλ έλα πιήξεο θ/β ζχζηεκα.

Οη απηφλνκεο ειεθηξηθέο εγθαηαζηάζεηο απνηεινχλ ίζσο ηηο πιεξέζηεξεο εθαξκνγέο ηεο θσηνβνιηατθήο ηερλνινγίαο. Δίλαη εγθαηαζηάζεηο πνπ ιεηηνπξγνχλ απηνδχλακα γηα ηελ ηξνθνδφηεζε θαζνξηζκέλσλ θαηαλαιψζεσλ, ρσξίο λα ζπλδένληαη κε κεγάια θεληξηθά ειεθηξηθά δίθηπα δηαλνκήο, απφ ηα νπνία ζα κπνξνχζαλ λα αληινχλ ζπκπιεξσκαηηθή ελέξγεηα ή λα ζηέιλνπλ ηελ πεξίζζεηα ηεο παξαγφκελεο. Απνηεινχλ ηελ ηδαληθφηεξε ιχζε γηα πεξηνρέο πνπ βξίζθνληαη καθξηά απφ ην θεληξηθφ δίθηπν θαη ζηηο νπνίεο ε δηαζχλδεζή ηνπο κε απηφ ζα απαηηνχζε ηεξάζηηα νηθνλνκηθά θεθάιαηα. Δηδηθφηεξα γηα ηνλ ειιαδηθφ ρψξν, ν νπνίνο έρεη πνιπάξηζκα κηθξά λεζηά θαη κηθξνχο νηθηζκνχο, ηα απηφλνκα θ/β ζπζηήκαηα έρνπλ βξεη πνιιέο εθαξκνγέο, ελψ ππάξρνπλ αθφκα πνιιέο δπλαηφηεηεο αλάπηπμεο. ην ζρήκα 4.1 θαίλεηαη έλα απινπνηεκέλν δηάγξακκα ελφο ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο. Απνηειείηαη θαηαξρήλ απφ ηε θ/β γελλήηξηα, ε νπνία είλαη θαη ην βαζηθφηεξν ζπζηαηηθφ ηνπ ζπζηήκαηνο, αθνχ εθεί γίλεηαη ε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή. Έπεηηα πεξηιακβάλεη ζπζζσξεπηέο γηα ηελ απνζήθεπζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ζε πεξηφδνπο πνπ ε παξαγφκελε ελέξγεηα εκθαλίδεη πεξίζζεηα θαη γηα ηελ ρξεζηκνπνίεζή ηεο, φηαλ ε παξαγσγή είλαη αλεπαξθήο. Όπσο είλαη θαηαλνεηφ ε ρσξεηηθφηεηα ησλ κπαηαξηψλ είλαη δεδνκέλε θαη ππάξρεη ην ελδερφκελε λα κελ θαιχ πηνπλ ηηο αλάγθεο ηνπ θνξηίνπ ζε παξαηεηακέλεο πεξηφδνπο ζπλλεθηάο

86

ή θάπνηαο βιάβεο ηνπ ζπζηήκαηνο. Απφ ηελ άιιε ε επηινγή ζπζζσ ξεπηψλ πνιχ κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο θξίλεηαη νηθνλνκηθά αζχκθνξε. Ζ ηδαληθφηεξε ιχζε είλαη κηα βνεζεηηθή γελλήηξηα (ζπλήζσο ληεδεινγελλήηξηα), ε νπνία ηίζεηαη ζε ιεηηνπξγία φηαλ είλαη αλαγθαίν. πρλά ηα ζπζηήκαηα απηά θαινχληαη πβξηδηθά θ/β ζπζηήκαηα θαη κπνξεί λα πεξηέρνπλ θαη άιιεο ελαιιαθηηθέο βνεζεηηθέο πεγέο ελέξγεηαο (π.ρ. αλεκνγελλήηξηα). Σα πβξηδηθά κπνξνχλ επίζεο λα απνηειέζνπλ κηα ινγηθή πξνζέγγηζε ζε θαηαζηάζεηο φπνπ νη πεξηζηαζηαθέο αηρκέο δήηεζεο είλαη ζεκαληηθά πςειφηεξεο απφ ηε δήηεζε θνξηίνπ βάζεο. Σέινο αλαπφζπαζηα ζπζηαηηθά ελφο απηφλνκνπ ζπζηήκαηνο είλαη νη δηαηάμεηο γηα ηελ κεηαηξνπή ηεο παξαγφκελεο ελέξγεηα απφ ηα θ/β ζηνηρεία ζε κνξθή θαηάιιειε γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ησλ θνξηίσλ, νη νπνίεο πεξηέρνπλ έλαλ DC/DC κεηαηξνπέα ζε ζπλδπαζκφ κε έλαλ αληρλεπηή κέγηζηεο ηζρχνο(ΜΡΡΣ) θαη έλαλ DC/AC αληηζηξνθέα.

4.2 ΔΙΑΤΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΥΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟ ΤΣΗΜΑ (GRID

CONNECTED)

Μηα δηαθνξεηηθή πξνζέγγηζε ηεο θσηνβνιηατθήο ηερλνινγίαο είλαη ε εθαξκνγή ησλ δηαζπλδεδεκέλσλ θ/β ζπζηεκάησλ, ζηα νπνία ε ειεθηξηθή ελέξγεηα ηξνθνδνηείηαη ζην δίθηπν. Τπάξρνπλ δχν δηαθνξεηηθέο πινπνηήζεηο, αλάινγα κε ην αλ ηξνθνδνηείηαη θάπνην θνξηίν απεπζείαο απφ ην ζχζηεκα ή φρη (ρήκα 4.2). ε έλα δηαζπλδεδεκέλν ζχζηεκα ην δίθηπν ελεξγεί φπσο κηα κπαηαξία κε απεξηφξηζηε ηθαλφηεηα απνζήθεπζεο. Δπνκέλσο, ε ζπλνιηθή απνδνηηθφηεηα ελφο δηαζπλδε-δεκέλνπ θ/β ζπζηήκαηνο, ζα είλαη θαιχηεξε απφ ηελ απνδνηηθφηεηα ελφο απηφλνκνπ ζπζηήκαηνο, αθνχ ην δίθηπν έρεη πξαθηηθά απεξηφξηζηε ηθαλφηεηα απνζήθεπζεο θαη επνκέλσο ε παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα κπνξεί

87

πάληνηε λα απνζεθεχεηαη. Αληηζέησο ζηηο απηφλνκεο εθαξκνγέο νη ζπζζσξεπηέο ζα είλαη ελίνηε πιήξσο θνξηηζκέλεο, φπνηε ε παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα ζα πξέπεη κε θάπνην ηξφπν λα απνβάιιεηαη.

4.3 ΜΕΣΑΣΡΟΠΕΑ ΤΝΕΦΟΤ ΣΑΗ (DC/DCCONVERTER) ε έλα θ/β ζχζηεκα ε παξαγφκελε ηάζε απφ ηα θ/β ζηνηρεία δελ έρεη ζηαζεξή ηηκή, αιιά κεηαβάιιεηαη γχξσ απφ κηα κέζε ηηκή. Γηα λα ζηαζεξνπνηεζεί ε ηάζε εμφδνπ ηεο θ/β γελλήηξηαο θαη λα θαηαζηεί θαηάιιειε γηα ηελ είζνδφ ηεο ζηνλ αληηζηξνθέα ρξεζηκνπνηνχληαη κεηαηξνπείο ζπλερνχο ξεχκαηνο. Οη κεηαηξνπείο κπνξνχλ λα ρσξηζηνχλ ζε θαηεγνξίεο αλάινγα κε ην αλ ε ηάζε εμφδνπ πνπ βγάδνπλ είλαη κεγαιχηεξε ή κηθξφηεξε απφ ηελ ηάζε εηζφδνπ θαη αθφκα αλάινγα κε ηελ πεξηνρή ιεηηνπξγίαο. Ζ αλάιπζε πνπ αθνινπζεί αθνξά ηε κφληκε θαηάζηαζε ησλ κεηαηξνπέσλ θαη ηα ζηνηρεία ζεσξνχληαη ηδαληθά.

Σν θχθισκα ελφο κεηαηξνπέα ππνβηβαζκνχ θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.3(a). Όηαλ ν δηαθφπηεο είλαη θιεηζηφο, ε δίνδνο πνιψλεηαη αλάζηξνθα θαη ε είζνδνο παξέρεη ελέξγεηα ηφζν ζην θνξηίν φζν θαη ζην πελίν (ρήκα 4.3(b)). Όηαλ ν δηαθφπηεο αλνίμεη, ην ξεχκα ηνπ πελίνπ ξέεη κέζσ ηεο δηφδνπ πξνο ην θνξηίν, κεηαθέξνληαο έηζη κέξνο ηεο απνζεθεπκέλεο ηνπ ελέξγεηαο πξνο απηφ (ρήκα 4.3(c)). Ο κεηαηξνπέαο απηφο δέρεηαη ζηελ είζνδφ ηνπ κηα

88

ζπλερή ηάζε Vin θαη δίλεη ζηελ έμνδφ ηνπ ζπλερή ηάζε κηθξφηεξεο ηηκήο Vo

. Ζ κέζε ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

φπνπ ην D δείρλεη ηε ζρεηηθή δηάξθεηα αγσγήο ηνπ δηαθφπηε θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

φπνπ ton ε δηάξθεηα θαηά ηελ νπνία άγεη ν δηαθφπηεο γηα κηα πεξίνδν, toff ε δηάξθεηα θαηά ηελ νπνία δελ άγεη θαη T ε πεξίνδνο. Ζ κέζε ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ V πξνθχπηεη ίζε κε ηελ ηάζε ζηα άθξα ηεο δηφδνπ Va , θαζψο ε

κέζε ηηκή ηεο ηάζεο ηνπ πελίνπ γηα ρξφλν κηαο πεξηφδνπ είλαη κεδέλ. Σν ξεχκα εμφδνπ κπνξεί λα είλαη είηε ζπλερέο είηε δηαθνπηφκελν, γεγνλφο πνπ εμαξηάηαη απφ ην θνξηίν θαη ηε ρξνληθή δηάξθεηα t on .

Οη θπκαηνκνξθέο γηα ηελ θαηάζηαζε ζπλερνχο ξεχκαηνο εμφδνπ (Continuous Conduction Mode - CCM) θαίλνληαη ζην ζρήκα 4.3(d), ελψ ε θαηάζηαζε δηαθνπηφκελνπ ξεχκαηνο εμφδνπ θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.4 (Discontinuous Conduction Mode - DCM). Όπσο κπνξνχκε λα παξαηεξήζνπκε απφ ηε γξαθηθή παξάζηαζε ηνπ ζρήκαηνο 4.4(b), ππάξρεη κηα θξίζηκε κέζε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ, θάησ απφ ηελ νπνία ην ξεχκα γίλεηαη αζπλερέο. Ζ κέζε ηηκή απηή δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Σέινο επεηδή ηφζε ε ηάζε φζν θαη ην ξεχκα είλαη ζεηηθά θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα, γηα απηφ θαη νλνκάδεηαη κεηαηξνπέαο πξψηνπ ηεηαξηεκνξίνπ.

Έιεγρνο κε ηελ ηερληθή PWM Ζ κέζε ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ κπνξεί λα ξπζκηζηεί κε ηε κέζνδν ηεο δηακφξθσζεο πιάηνπο (PWM). Όπσο θαίλεηαη θαη απφ ηε ζρέζε 4.1, ε ηάζε απηή εμαξηάηαη απφ ην ρξφλν ηνλ νπνίν άγεη ν δηαθφπηεο ζε ρξφλν κηαο πεξηφδνπ. χκθσλα κε ηελ ηερληθή ηεο PWM, ε κέζε ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ ειέγρεηαη ξπζκίδνληαο ηε ζρεηηθή δηάξθεηα αγσγήο ηνπ δηαθνπηηθνχ ζηνηρείνπ. Ζ πεξίνδνο θαζψο θαη ε ζπρλφηεηα κεηάβαζεο ηνπ

89

δηαθφπηε είλαη ζηαζεξά, ελψ απηφ πνπ κεηαβάιιεηαη είλαη ε ζρεηηθή δηάξθεηα αγσγήο απηνχ, δειαδή ν ιφγνο D. Ζ ζρεηηθή δηάξθεηα αγσγήο κπνξεί λα εθθξαζηεί ζπλαξηήζεη ησλ δχν απηψλ ηάζεσλ σο εμήο:

Με απηφλ ηνλ ηξφπν ην ζήκα ειέγρνπ πνπ κπνξεί λα θπκαίλεηαη απφ 0 κέρξη Vc θαη λα ειέγρεη γξακκηθά θαη δπλακηθά ηνλ ιφγν D.

Σν θχθισκα ελφο κεηαηξνπέα αλχςσζεο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.6. Όηαλ ν δηαθφπηεο είλαη θιεηζηφο ην ξεχκα ζην πελίν απμάλεηαη θαη απνζεθεχεηαη ελέξγεηα ζε απηφ, ελψ ε δίνδνο είλαη ζε θαηάζηαζε απνθνπήο, κε απνηέιεζκα λα κελ ππάξρεη ζχλδεζε κεηαμχ εηζφδνπ θαη εμφδνπ (ρήκα 4.7(a)). Όηαλ ν δηαθφπηεο αλνίμεη, ξεχκα πεξλάεη απφ ηε δίνδν θαη θηάλεη ζηελ έμνδν, κε απνηέιεζκα ε έμνδνο λα δέρεηαη ελέξγεηα ηφζν απφ ηελ πεγή φζν θαη απφ ην πελίν (ρήκα 4.7(b)).

90

Ο κεηαηξνπέαο απηφο δέρεηαη ζηελ είζνδφ ηνπ κηα ζπλερή ηάζε Vin θαη

δίλεηζηελ έμνδφ ηνπ ζπλερή ηάζε κεγαιχηεξεο ηηκήο Vo. Ζ κέζε ηηκή ηεο

ηάζεο εμφδνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Καη ζε απηή ηε πεξίπησζε ην ξεχκα εμφδνπ κπνξεί λα είλαη είηε ζπλερέο είηε δηαθνπηφκελν. Οη θπκαηνκνξθέο γηα ηελ θαηάζηαζε ζπλερνχο ξεχκαηνο εμφδνπ (CCM) θαίλνληαη ζην ζρήκα 4.7(c), ελψ ε θαηάζηαζε δηαθνπηφκελνπ ξεχκαηνο εμφδνπ ζην ζρήκα 4.8 (DCM). Ζ θξίζηκε κέζε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ, δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Σέινο επεηδή ηφζε ε ηάζε φζν θαη ην ξεχκα είλαη ζεηηθά θαηά ηε ιεηηνπξγία ηνπ κεηαηξνπέα είλαη θαη απηφο ν κεηαηξνπέαο πξψηνπ ηεηαξηεκνξίνπ. Μεηαηξνπέαο Αλχςσζεο-Τπνβηβαζκνχ (Buck-Boost Converter)

91

Σν θχθισκα ελφο κεηαηξνπέα αλχςσζεο-ππνβηβαζκνχ θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.9. Όηαλ ν δηαθφπηεο είλαη θιεηζηφο, ην ξεχκα ζην πελίν απμάλεηαη θαη απνζεθεχεηαη ελέξγεηα ζε απηφ ελψ ε δίνδνο πνιψλεηαη αλάζηξνθα (ρήκα 4.10(a)). Όηαλ ν δηαθφπηεο αλνίμεη, ην ξεχκα ηνπ πελίνπ ξέεη κέζσ ηεο δηφδνπ πξνο ην θνξηίν, κεηαθέξνληαο έηζη κέξνο ηεο απνζεθεπκέλεο ηνπ ελέξγεηαο πξνο απηφ (ρήκα 4.10 (b)). Ζ ζρέζε πνπ ζπλδέεη ηελ κέζε ηηκήο ηεο ηάζεο εηζφδνπ κε ηελ ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ πξνθχπηεη:

φπνπ παξαηεξνχκαη φηη ε ηάζε εμφδνπ κπνξεί λα είλαη είηε κεγαιχηεξε είηε κηθξφηεξε απφ ηελ ηάζε εηζφδνπ αλάινγα κε ηελ ηηκή ηνπ ζπληειεζηή D. Οη θπκαηνκνξθέο γηα ηελ θαηάζηαζε ζπλερνχο ξεχκαηνο εμφδνπ (CCM) θαίλνληαη ζην ζρήκα 4.10(c), ελψ ε θαηάζηαζε δηαθνπηφκελνπ ξεχκαηνο εμφδνπ ζην ζρήκα 4.11 (DCM). Ζ θξίζηκε κέζε ηηκή ηνπ ξεχκαηνο ηνπ πελίνπ είλαη ίδηα κε ηελ πεξίπησζε ηνπ κεηαηξνπέα αλχςσζεο θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

92

Μεηαηξνπέαο πιήξνπο γέθπξαο Ο κεηαηξνπέαο πιήξνπο γέθπξαο θαίλεηαη ζην ρήκα 4.12 ρξεζηκνπνηεί ζπλνιηθά ηέζζεξηο δηαθφπηεο θαη ηέζζεξηο δηφδνπο ηνπνζεηεκέλεο αληηπαξάιιεια. Κάζε ζθέινο απνηειείηαη απφ δχν δεχγε δηαθνπηψλ - δηφδσλ θαη ιεηηνπξγεί θαηά ηέηνην ηξφπν ψζηε πνηέ ηελ ίδηα ζηηγκή νη δηαθφπηεο ηνπ λα κελ είλαη ηαπηφρξνλα αλνηρηνί ή θιεηζηνί. Έηζη γηα θάζε ζθέινο θάζε ζηηγκή ν έλαο δηαθφπηεο είλαη αλνηρηφο ελψ ν άιινο θιεηζηφο. ηνλ κεηαηξνπέα απηφλ ε ηάζε εηζφδνπ έρεη θαζνξηζκέλε ηηκή Vin ελψ ε ηάζε εμφδνπ Vo, κπνξεί λα αιιάδεη ηφζν πιάηνο φζν θαη πνιηθφηεηα. Γηα ηνλ έιεγρν ηεο ηάζεο εμφδνπ, ρξεζηκνπνηείηαη ε ηερληθή ηεο δηακφξθσζεο εχξνπο παικψλ, φπνπ ε ηάζε ειέγρνπ Vc ζπγθξίλεηαη απηή ηε θνξά κε κία ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή.

93

Αληίζεηα απφ ηα παξαπάλσ είδε κεηαηξνπέσλ, ν κεηαηξνπέαο κε πιήξε γέθπξα έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα κεηαθέξεη ελέξγεηα ακθίδξνκα, θαζψο έρεη ηελ δπλαηφηεηα λα αληηζηξέθεη ηελ πνιηθφηεηα ηφζν ζηελ ηάζε εμφδνπ Vo, φζν

θαη ζην ξεχκα εμφδνπIo. Γηα απηφ θαη νλνκάδεηαη κεηαηξνπέαο ηεζζάξσλ

ηεηαξηεκνξίσλ.

4.4 ΑΝΙΦΝΕΤΣΕ ΗΜΕΙΟΤ ΜΕΓΙΣΗ ΙΦΤΟ - MAXIMUM

POWER POINT TRACKERS (MPPT)

Ζ ηερλνινγία ηεο αλίρλεπζεο ηεο κέγηζηεο ηζρχνο, άξρηζε λα ρξεζηκνπνηείηαη ζρεηηθά πξφζθαηα ζηηο εθαξκνγέο ησλ θσηνβνιηατθψλ θαη απνηειεί πιένλ ραξαθηεξηζηηθφ θάζε θαινχ αληηζηξνθέα γηα ζχλδεζε κε ην δίθηπν ή θνξηηζηή ζπζζσξεπηψλ. ήκεξα ρξεζηκνπνηνχληαη πνιπάξηζκεο ηερληθέο θαη αιγφξηζκνη γηα ηελ εχξεζε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο. Όιεο απηέο νη ηερληθέο κπνξνχλ λα νκαδνπνηεζνχλ ζε δπν κεγάιεο θαηεγνξίεο. Έκκεζνη αληρλεπηέο ΜΡΡ

Απηνί νη αληρλεπηέο πξνζεγγίδνπλ ην ζεκείν κέγηζηεο ιεηηνπξγίαο κε βάζε

απιέο ππνζέζεηο θαη έκκεζεο κεηξήζεηο. χκθσλα κε κία κέζνδν ε ηάζε

ιεηηνπξγίαο ξπζκίδεηαη αλάινγα κε ηελ επνρή ηνπ ρξφλνπ. Μεγαιχηεξεο ηηκέο

ηάζεο ζην ζεκείν κέγηζηεο ιεηηνπξγίαο αλακέλνληαη ηνλ ρεηκψλα, φπνπ νη

ζεξκνθξαζίεο είλαη ρακειέο, ελψ ην θαινθαίξη νη ηηκέο ηεο ηάζεο είλαη ζαθψο

κηθξφηεξεο. Μηα άιιε κέζνδνο ξπζκίδεη ηελ ηάζε αλάινγα κε ηελ

ζεξκνθξαζία πνπ αλαπηχζζεη ην πιαίζην. Σέινο κηα ηξίηε θάλεη ρξήζε ηνπ

γεγνλφηνο φηη ζηα πεξηζζφηεξα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία ν ιφγνο ηάζεο ζηε

κέγηζηε ηζρχ πξνο ηελ ηάζε αλνηρηνθχθισζεο είλαη ζηαζεξφο,

δειαδή:

94

Έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ην νπνίν παξακέλεη αλνηρηνθπθισκέλν ηνπνζεηείηαη δίπια απφ ηηο θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο γηα λα κεηξάηαη ζπλερψο ε ηάζε αλνηρηνθχθισζεο απηνχ. Ζ ηάζε ηφηε ησλ παξαγσγηθψλ θ/β ζηνηρείσλ ξπζκίδεηαη θάζε ζηηγκή ζην ζεκείν K V⋅ oc , πνπ εμαζθαιίδεη

ηε κέγηζηε ηζρχ. Άκεζνη αληρλεπηέο ΜΡΡ Ζ ιεηηνπξγία ηνπο βαζίδεηαη ζηε ζπλερή παξαθνινχζεζε ησλ ηηκψλ ηεο ηάζεο θαη έληαζεο εμφδνπ ησλ θσηνβνιηατθψλ γελλεηξηψλ, πξνθαιψληαο αλά ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα κηα δηαηαξαρή ηεο ηάζεο εμφδνπ απηήο. Αλ δηαπηζησζεί φηη κε ηελ αλχςσζε ηεο ηάζεο, απμάλεηαη ε ηζρχο πνπ παξέρεη ε γελλήηξηα ηφηε απμάλνπλ ηελ ηάζε πξνο ηα πάλσ ψζπνπ λα έξζεη κηα ηζνξξνπία. Απηφ είλαη θαη ην ζεκείν κέγηζηεο ιεηηνπξγίαο. Όπσο πξναλαθέξζεθε ζηελ εμέηαζε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ, ε έληαζε πνπ παξάγεηαη απφ έλα θ/β ζηνηρείν, δελ είλαη ζηαζεξή αιιά κεηαβάιιεηαη αληίζηξνθα απ‟ φηη κεηαβάιιεηαη ε ηάζε. Γηα θάπνην ζπγθεθξηκέλν δεχγνο ηάζεο -έληαζεο, ην ζηνηρείν δίλεη ηε κέγηζηε ηζρχ ηνπ. Ωζηφζν επεηδή θάζε ζηηγκή ε ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ πξνζπίπηεη ζην ζηνηρείν δελ είλαη ζηαζεξή, νκνίσο ζηαζεξή δελ είλαη θαη ε ηάζε εμφδνπ ηνπ. Δίλαη ινηπφλ επηζπκεηφ γηα θάζε ζηηγκή ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν λα κελ παξάγεη ηελ ηάζε θαη ηελ έληαζε φπσο απηά θαζνξίδνληαη απφ ηελ αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο πνπ ππάξρεη ζηα άθξα ηνπ, αιιά λα δίλεη ζηελ έμνδν απηφ ην δεχγνο ηάζεο - έληαζεο πνπ κεγηζηνπνηεί ηελ ηζρχ ηνπ. ην ζρήκα 4.13 θαίλνληαη νη ραξαθηεξηζηηθέο ηάζεο- έληαζεο θαη ηζρχνο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ.

95

Γηα λα επηηεπρζεί ε ιεηηνπξγία ζην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο ρξεζηκνπνηείηαη έλα θχθισκα DC/DC αληηζηξνθέα, αλχςσζεο-ππνβηβαζκνχ ηάζεο, ζηα άθξα ηεο ειεθηξνληθήο ζπζθεπήο ζηελ νπνία εηζέξρεηαη ε ηζρχο ηνπ θσηνβνιηατθνχ. Έλα απιντθφ ζρεδηάγξακκα dc/dc converter πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ εληνπηζκφ ηεο κέγηζηεο ηζρχο εμφδνπ ηεο θ/β γελλήηξηαο θαίλεηαη παξαθάησ.

Αλά πάζα ζηηγκή ε ηζρχο πνπ παξάγεηαη απφ έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν

είλαη: P= V ⋅I (4.10) Δάλ ιφγσ κεηαβνιήο ζηελ εηζεξρφκελε ειηαθή αθηηλνβνιία ή κεηαβνιή ηνπ θνξηίνπ, αιιάμεη ε παξαγφκελε ηζρχο, κεηαηνπηζηεί δειαδή ζε δηαθνξεηηθφ ζεκείν ιεηηνπξγίαο πάλσ ζηε θακπχιε V-I, ηφηε ζα ππάξμεη κεηαβνιή ηεο ηάζεο θαη κεηαβνιή ηεο έληαζεο θαηά dV θαη dΗ αληίζηνηρα. Ζ ηζρχο ζην θαηλνχξγην ζεκείν ιεηηνπξγίαο ζα είλαη ηψξα.

φπνπ αγλνήζεθαλ νη φξνη δεχηεξεο ηάμεο. πλεπψο ε κεηαβνιή ζηελ ηζρχ πξνθχπηεη:

ην ζεκείν ηεο κέγηζηεο ηζρχνο ε θιίζε ηεο θακπχιεο ηζρχνο ηνπ θ/β ζηνηρείνπ κεδελίδεηαη, φπσο θαίλεηαη θαη απφ ην ρήκα 4.13. Γειαδή ηζρχεη:

φπνπ ν πξψηνο φξνο εθθξάδεη ηελ δπλακηθή αληίζηαζε ηεο πεγήο (Εd) ελψ ν δεχηεξνο ηελ ζηαηηθή αληίζηαζε (Zs). Με βάζε απηή ηελ εμίζσζε ππάξρνπλ δπν δηαθνξεηηθνί ηξφπνη γηα ηελ εχξεζε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο:

96

• Μία δηαηαξαρή ξεχκαηνο εηζάγεηαη πεξηνδηθά ζηελ θσηνβνιηατθή πεγή ελψ κεηξνχληαη ε δπλακηθή αληίζηαζε απηήο Zd θαη ε ζηαηηθή αληίζηαζε Zs. Ζ ηάζε ιεηηνπξγίαο απμάλεηαη ή κεηψλεηαη κέρξη λα ηθαλνπνηεζεί ε εμίζσζε ηνπ ζεκείνπ κέγηζηεο ηζρχνο, δειαδή:

• χκθσλα κε κηα δεχηεξε κέζνδν ειέγρνπ, ε ηάζε απμάλεηαη φζν ηζρχεη ε ζπλζήθε:

πνπ ζπλεπάγεηαη θαη ηαπηφρξνλε αχμεζε ηεο ηζρχνο. ε αληίζεηε πεξίπησζε ε ηάζε κεηψλεηαη, ελψ φηαλ ν ξπζκφο κεηαβνιήο είλαη πνιχ θνληά ζην κεδέλ ε ηάζε ζηαζεξνπνηείηαη. Σν ινγηθφ θχθισκα ειέγρνπ κεηξά ηελ ηάζε θαη ηελ έληαζε εμφδνπ ησλ θσηνβνιηατθψλ γελλεηξηψλ, ε νπνία βέβαηα εμαξηάηαη θάζε ζηηγκή απφ ηελ αθηηλνβνιία πνπ πξνζπίπηεη, ηε ζεξκνθξαζία ηεο γελλήηξηαο θαη θπζηθά απφ ηελ αληίζηαζε πνπ ζπλαληά ε γελλήηξηα ζηα άθξα ηεο. Δθαξκφδνληαο κία απφ ηηο παξαπάλσ κεζφδνπο, ζηέιλεη ζήκα ζηνλ DC/DC κεηαηξνπέα λα αλπςψζεη ή λα κεηψζεη ηελ ηάζε κέρξη λα εληνπηζηεί ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Αλάινγα κε ηελ πεξίπησζε ινηπφλ ην ζπγθεθξηκέλν θχθισκα ιεηηνπξγεί είηε σο κεηαηξνπέαο αλχςσζεο είηε σο κεηαηξνπέαο ππνβηβαζκνχ ηάζεο.

97

Δλαιιαθηηθέο κνξθέο αλίρλεπζεο ηεο κέγηζηεο ηζρχνο ρξεζηκνπνηνχλ θπθιψκαηα κε κλήκε ψζηε λα ζπγθξίλνπλ ηηο ηξέρνπζεο κεηξνχκελεο ηηκέο ηζρχνο, ηάζεο, έληαζεο κε πξνεγνχκελεο νπφηε πξνζαξκφδνπλ αλάινγα ηε ζηάζκε ηεο ηάζεο πνπ ζα απνξξνθήζεη ν αληηζηξνθέαο. Σν δηάγξακκα ξνήο ελφο απινχ αιγνξίζκνπ πνπ ζπγθξίλεη δχν δηαδνρηθέο κεηξήζεηο ηεο ηζρχνο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.15. χκθσλα κε απηφ εηζάγεηαη κηα πεξηνδηθή δηαηαξαρή ηεο ηάζεο θαη ειέγρεηαη αλ απηή πξνθαιεί αχμεζε ή κείσζε ηεο παξαγφκελεο ηζρχνο. Αλ ην απνηέιεζκα είλαη ε αχμεζε ηεο ηζρχνο ηφηε εηζάγεηαη εθ λένπ ε ίδηα δηαηαξαρή (αλ εηζήρζεθε αχμεζε ηεο ηάζεο ηφηε εηζάγεηαη θαη πάιη αχμεζε θαη ην αληίζηνηρν αλ είρε εηζαρζεί κείσζε) ελψ αλ ην απνηέιεζκα είλαη ε κείσζε ηεο ηζρχνο ηφηε εηζάγεηαη ε αληίζεηε δηαηαξαρή (αλ εηζήρζεθε αχμεζε ηεο ηάζεο ηφηε εηζάγεηαη κείσζε θαη ην αληίζηνηρν αλ είρε εηζαρζεί κείσζε ηεο ηάζεο). Ο παξαπάλσ αιγφξηζκνο ρξεζηκνπνηεί δχν ζεκεία ηεο θακπχιεο ηζρχνο θαη ηαιαληεχεηαη γχξσ απφ ην ζεκείν κέγηζηεο ηζρχνο. Σν θχξην κεηνλέθηεκά ηνπ είλαη φηη εκθαλίδεη απψιεηεο ηζρχνο ηδίσο ζηε πεξίπησζε πνπ ε

98

ειηαθή αθηηλνβνιία αιιάδεη απφηνκα. Μηα θαιχηεξε πινπνίεζε κπνξεί λα πξνζθέξεη έλαο αιγφξηζκνο πνπ εθκεηαιιεχεηαη ηξία ζεκεία ηεο θακπχιεο ηζρχνο.

4.5 ΑΝΣΙΣΡΟΥΕΑ (DC/AC INVERTER)

Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί ε ηάζε πνπ παξάγεηαη απφ ηε θ/β γελλήηξηα είλαη αθαηάιιειε γηα ηελ άκεζε ζχλδεζε ηνπ θ/β ζηαζκνχ ζην δίθηπν δηαλνκήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Ο ξφινο ηνπ αληηζηξνθέα είλαη ε κεηαηξνπή ηεο ζπλερνχο ηάζεο πνπ παξάγεηαη απφ ηα θ/β ζηνηρεία ζε ελαιιαζζφκελε, θαηάιιειεο ηηκήο θαη ζπρλφηεηαο γηα δηαζχλδεζε ζην δίθηπν. Οη αληηζηξνθείο DC/AC κπνξεί λα είλαη είηε κνλνθαζηθνί είηε ηξηθαζηθνί. Όηαλ ε είζνδνο είλαη κηα πεγή ηάζεο, απηνί νλνκάδνληαη αληηζηξνθείο πεγήο ηάζεο (VSI) ελψ φηαλ σο είζνδνο ιακβάλεηαη κηα πεγή έληαζεο νλνκάδνληαη αληηζηξνθείο πεγήο έληαζεο (CSI). Ο ραξαθηεξηζκφο ηνπ αληηζηξνθέα δελ έρεη λα θάλεη απαξαίηεηα κε ηελ ελεξγεηαθή πεγή ηνπ ζπζηήκαηνο, αιιά κε ηελ ηνπνινγία. Έηζη είλαη δπλαηφλ λα αιιάμεη ε κνξθή ηεο πεγήο ρξεζηκνπνηψληαο παζεηηθά ζηνηρεία. Οη αληηζηξνθείο πεγήο ηάζεο έρνπλ κηα ρσξεηηθφηεηα παξάιιεια ζπλδεδεκέλε κε ηελ πεγή, ελψ νη αληηζηξνθείο πεγήο έληαζεο έλα πελίν ζε ζεηξά κε ηελ πεγή.

4.5.1 Μονοφαςικόσ αντιςτροφέασ

Οη κνλνθαζηθνί αληηζηξνθείο ρσξίδνληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο, αλάινγα κε ηελ ηνπνινγία ηνπο ζε αληηζηξνθείο εκηγέθπξαο θαη πιήξνπο γέθπξαο. Οη πξψηνη πζηεξνχλ ζαθψο γηα απηφ θαη ζε εθαξκνγέο ΑΠΔ ρξεζηκνπνηνχληαη νη αληηζηξνθείο πιήξνπο γέθπξαο (ρήκα 4.16). Γηάθνξεο ηερληθέο ειέγρνπ, πινπνηνχλ δηαθνξεηηθέο θπκαηνκνξθέο εμφδνπ ηεο ελαιιαζζφκελεο ηάζεο, ζηελ εξγαζία φκσο απηή ζα εζηηάζνπκε ην ελδηαθέξνλ ζηνπο κνλνθαζηθνχο αληηζηξνθείο κε έιεγρν SPWM. Γηακόξθσζε κε ηελ ηερληθή SPWM Με ηελ ηερληθή απηή επηηπγράλεηαη ε παξαγσγή κηαο εκηηνλνεηδνχο θπκαηνκνξθήο έμνδνο, ε νπνία κπνξεί λα ειεγρζεί ηφζν θαηά πιάηνο φζν θαη θαηά ζπρλφηεηα, θαζψο θαη λα κεησζεί ε επίδξαζε ησλ αξκνληθψλ ζηελ έμνδν. Δίλαη ε κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη πεξηζζφηεξν ζηα ζπζηήκαηα ζχλδεζεο πεγψλ ΑΠΔ θαη δηθηχνπ ρακειήο ηάζεο.

99

Πην ζπγθεθξηκέλα ζχκθσλα κε ηελ ηερληθή SPWM, δεκηνπξγνχληαη δχν θπκαηνκνξθέο. Μηα ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή πιάηνπο vΓ , ε νπνία έρεη ην ξφιν ηνπ θνξέα θαη κηα θπκαηνκνξθή αλαθνξάο πιάηνπο v C , ε νπνία έρεη

εκηηνλνεηδή κνξθή. Οη θπκαηνκνξθέο απηέο, νη νπνίεο δεκηνπξγνχληαη ζην θχθισκα ειέγρνπ, είλαη ζπγρξνληζκέλεο θαη παξάγνληαη απφ γελλήηξηεο θπκαηνκνξθψλ. Σα δχν απηά ζήκαηα ζπγθξίλνληαη θαη θαζνξίδνπλ πνηνη δηαθφπηεο ζα άγνπλ θαη γηα πνην ρξνληθφ δηάζηεκα. Ζ ζπρλφηεηα fΓ ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο νλνκάδεηαη θέξνπζα ζπρλφηεηα (ή ζπρλφηεηα κεηάβαζεο), θαη είλαη απηή πνπ θαζνξίδεη ηελ ζπρλφηεηα κε ηελ νπνία αιιάδνπλ θαηάζηαζε νη δηαθφπηεο ηνπ αληηζηξνθέα. Σν ζήκα αλαθνξάο v C ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε

δηακφξθσζε ηεο ζρεηηθήο δηάξθεηαο αγσγήο ησλδηαθνπηψλ θαη έρεη ζπρλφηεηα fC.

Απηή νλνκάδεηαη ζπρλφηεηα δηακφξθσζεο θαη είλαη ε επηζπκεηή ζεκειηψδεο ζπρλφηεηα ηεο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα. Ζ παξαγφκελε απηή ηάζε, δελ είλαη ηέιεηα εκηηνλνεηδήο, αιιά πεξηέρεη θαη αξκνληθέο ζπληζηψζεο ηεο ζπρλφηεηαο δηακφξθσζεο fc Οξίδεηαη ν ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο ζπρλφηεηαο m σο ν ιφγνο ηεο θέξνπζαο ζπρλφηεηαο πξνο ηε ζπρλφηεηα δηακφξθσζεο:

Οκνίσο νξίδεηαη θαη ν ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο πιάηνπο σο ν ιφγνο ηνπ πιάηνπο ηνπ ζήκαηνο ειέγρνπ πξνο ην πιάηνο ηεο ηξηγσληθήο θπκαηνκνξθήο:

100

ηνλ αληηζηξνθέα πιήξνπο γέθπξαο ηνπ ζρήκαηνο 4.16 δελ πξέπεη λα είλαη ηαπηφρξνλα θιεηζηνί νη δηαθφπηεο ηνπ ίδηνπ θιάδνπ, γηαηί ηφηε πξνθχπηεη βξαρπθχθισκα ζηε πιεπξά DC. Γειαδή πξέπεη λα απνθεπρζεί ε θαηάζηαζε ζηελ νπνία νη S1 + θαη S 1− είλαη θιεηζηνί ηαπηφρξνλα θαη αληίζηνηρα ε θαηάζηαζε ζηελ

νπνία νη S2+ θαη S2− είλαη θιεηζηνί. Τπάξρνπλ ηέζζεξηο δπλαηνί

ζπλδπαζκνί γηα ηνποδηαθφπηεο, νη νπνίνη πεξηγξάθνληαη ζηνλ πίλαθα 4.1. Ζ δηακφξθσζε κπνξεί λα γίλεη είηε κε δηπνιηθή ηάζε εμφδνπ είηε κε κνλνπνιηθή.

101

Α. Γηακόξθσζε κε δηπνιηθή ηάζε εμόδνπ Καηά ηελ πεξίπησζε ειέγρνπ απηή, ηα δεπγάξηα ησλ δηαθνπηψλ S,S θαη S1+2−1 −S2+ αιιάδνπλ θαηαζηάζεηο καδί. Γειαδή είλαη πηζαλέο κφλν νη

θαηαζηάζεηο 1 θαη 2 ηνπ πίλαθα 4.1 θαη ηα πξνεγνχκελα δεπγάξηα ζα έρνπλ ηνπο ίδηνπο παικνχο έλαπζεο(ρήκα 4.17). Σα δχν δεχγε δηαθνπηψλ απηά ειέγρνληαη κε βάζε ηε ζχγθξηζε ησλ θπκαηνκνξθψλ v θαη vΓ , θαη αλεμάξηεηα απφ ηε θνξά ηνπ ξεχκαηνο εμφδνπ io πξνθχπηεη ηάζε εμφδνπ: vo=vi φηαλ vC>vΓ θαη νη δηαθφπηεο S1+ , S2 − άγνπλ,

vo= −v i φηαλ vC <vΓ θαη νη δηαθφπηεο S1− , S2

ηε γξακκηθή πεξηνρή ηεο δηακφξθσζεο (ma<1 ),ε θπκαηνκνξθή

εμφδνπ πνπ πξνθχπηεη είλαη εκηηνλνεηδνχο κνξθήο, ε νπνία πεξηέρεη κηα ζεκειηψδε ζπληζηψζα κε πιάηνο v 1 , πνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

Όηαλ ν ζπληειεζηήο m a είλαη κεγαιχηεξνο ηεο κνλάδαο

έρνπκε ππεξδηακφξθσζε, κε απνηέιεζκα ε ηάζε εμφδνπ vo λα πεξηέρεη

πεξηζζφηεξεο αξκνληθέο ζηηο πιεπξηθέο δψλεο ζε ζχγθξηζε κε ηε γξακκηθή πεξηνρή. Γηα κεγάιεο ηηκέο ηνπ ιφγνπ ma , ε θπκαηνκνξθή εμφδνπ

ηνπ αληηζηξνθέα εθθπιίδεηαη ζε ηεηξαγσληθή. Σφηε ε ηάζε εμφδνπ ιακβάλεη ηηκέο:

Β. Γηακόξθσζε κε κνλνπνιηθή ηάζε εμόδνπ ε αληίζεζε κε ηελ δηακφξθσζε κε δηπνιηθή ηάζε εμφδνπ, ε κνλνπνιηθή ρξεζηκνπνηεί θαη ηηο ηέζζεξηο δηαθνπηηθέο θαηαζηάζεηο ηνπ πίλαθα 4.1. Με απηφ ηνλ ηξφπν ε ελαιιαζζφκελε ηάζε εμφδνπ κπνξεί λα πάξεη ηηο ηξεηο ηηκέο πνπ θαίλνληαη ζηνλ ίδην πίλαθα, δειαδή v ,− v , 0. πγθεθξηκέλα ρξεζηκνπνηείηαη εθηφο απφ ην ζήκα αλαθνξάο v θαη άιιν έλα κε αληίζεην πξφζεκν −v (ρήκα 4.18).

102

ηνλ θιάδν 1 ηνπ κνλνθαζηθνχ αληηζηξνθέα πιήξνπο γέθπξαο ηνπ

ζρήκαηνο 4.16 ζπγθξίλεηαη ην ζήκα αλαθνξάο v C κε ην vΓ , ελψ ζηνλ

θιάδν 2 γίλεηαη ζχγθξηζε κεηαμχ ηνπ −v C θαη ηνπ vΓ . Έηζη γηα ην ζθέινο 1

πξνθχπηεη: vaN =vi φηαλ vC>vΓ θαη ν δηαθφπηεο S 1+ άγεη, vaN=0

φηαλ vC<vΓ θαη ν δηαθφπηεο S1 - άγεη,

103

ελψ γηα ην ζθέινο 2:

vbN = v i φηαλ −vC > vΓ θαη ν δηαθφπηεο S2

+ άγεη,

vbN = 0 φηαλ −vC < vΓ θαη ν δηαθφπηεο S2

− άγεη.

Παξφκνηα ζπκπεξάζκαηα κε ηελ πεξίπησζε ηεο δηπνιηθήο

δηακφξθσζεο κπνξνχλ λα εμαρζνχλ θαη ζε απηή ηελ πεξίπησζε φζνλ

αθνξά ην πιάηνο ηεο ζεκειηψδνπο αξκνληθήο ηεο ηάζεο εμφδνπ θαη φζνλ

αθνξά ηε ιεηηνπξγία γηα κηθξέο θαη κεγάιεο ηηκέο ηεο παξακέηξνπ m f θαη γηα

ηελ πεξίπησζε ηεο ππεξδηακφξθσζεο Όκσο επεηδή νη ηάζεηο v θαη v αλ θαη

έρνπλ ην ίδην πιάηνο, εκθαλίδνπλ δηαθνξά θάζεο 180ν, ε ηάζε εμφδνπ δελ ζα

πεξηέρεη άξηηεο αξκνληθέο.

Έηζη αλ επηιεγεί ην m f λα είλαη πεξηηηφ, ηφηε νη αξκνληθέο ζηελ έμνδν ηνπ

αληηζηξνθέα εκθαλίδνληαη ζε θαλνληθνπνηεκέλεο πεξηηηέο ζπρλφηεηεο fh

γχξσ απφ ην δηπιάζην ηεο θαλνληθνπνηεκέλεο ζπρλφηεηαο m fθαη

ησλ πνιιαπιαζίσλ ηεο (ρήκα 4.18e).

πγθεθξηκέλα έρνπκε:

Όπνπ k = 1,3,5,... Σν γεγνλφο απηφ πξνζδίδεη έλα πιενλέθηεκα ζηε ηερληθή ηεο δηακφξθσζε κε κνλνπνιηθή ηάζε εμφδνπ, έλαληη ηεο δηακφξθσζεο κε δηπνιηθή ηάζε, θαζψο νη αξκνληθέο ζηελ έμνδν εκθαλίδνληαη ζε κεγαιχηεξεο ζπρλφηεηεο, γεγνλφο πνπ ζπλεπάγεηαη κηθξφηεξν θαη θζελφηεξν θίιηξν.

4.5.2 Σριφαςικόσ αντιςτροφέασ

Οη ηξηθαζηθνί αληηζηξνθείο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε εθαξκνγέο κέζεο θαη

πςειήο ηζρχνο. θνπφο ηνπο είλαη λα παξέρνπλ κηα ηξηθαζηθή πεγή ηάζεο ή

έληαζεο, φπνπ ην πιάηνο, ε θάζε θαη ε ζπρλφηεηα λα είλαη αλά πάζα ζηηγκή

ειεγρφκελα. Ζ ηνπνινγία ελφο ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα ειεγρφκελνπ απφ πεγή

ηάζεο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.19, ελψ νη επηηξεπφκελνη ζπλδπαζκνί ησλ

θαηαζηάζεσλ ησλ δηαθνπηψλ δίλνληαη ζηνλ πίλαθα 4.2.

104

ρήκα 4.19 Σνπνινγία ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα ειεγρφκελνπ απφ πεγή

ηάζεο.

Παξαηεξνχκαη φηη ππάξρνπλ νθηψ επηηξεπφκελεο δηαθνπηηθέο θαηαζηάζεηο.

Όπσο θαη ζηνλ κνλνθαζηθφ αληηζηξνθέα, έηζη θαη εδψ, δελ γίλεηαη νη

δηαθφπηεο ηνπ ίδηνπ θιάδνπ λα είλαη ηαπηφρξνλα θιεηζηνί, θαζψο ηφηε

δεκηνπξγείηαη βξαρπθχθισκα ζηε πιεπξά DC. Αθφκα ζε πεξίπησζε πνπ νη

δηαθφπηεο απηνί είλαη ηαπηφρξνλα αλνηρηνί ηφηε θαηαιήγνπκε ζε απξνζδηφ

ξηζηεο θαηαζηάζεηο, γηα απηφ θαη νη θαηαζηάζεηο απηέο είλαη κε επηηξεπφ

κελεο. Σέινο ππάξρνπλ δχν θαηαζηάζεηο, πνπ ε ηάζε ζηε πιεπξά AC

κεδελίδεηαη.

Γηακόξθσζε κε ηελ ηερληθή SPWM

Ζ ηερληθή απηή είλαη κηα επέθηαζε απηήο πνπ παξνπζηάζηεθε ζηνπο κνλνθα

ζηθνχο αληηζηξνθείο. Γηα ηνλ ηξηθαζηθφ αληηζηξνθέα ρξεζηκνπνηνχληαη ηξεηο

εκηηνλνεηδείο θπκαηνκνξθέο αλαθνξάο κε δηαθνξά θάζεο 120ν θαη κηα

ηξηγσληθή θπκαηνκνξθή θνξέα. Σν πιάηνο ηεο θπκαηνκνξθήο αλαθνξάο

είλαη κεηαβιεηφ ζε ζρέζε κε ην πιάηνο ηεο θπκαηνκνξθήο ηνπ θνξέα, ην

νπνίν παξακέλεη ζηαζεξφ. ην ζρήκα 4.20 παξνπζηάδνληαη νη θπκαηνκνξθέο

ελφο ηδαληθνχ ηξηθαζηθνχ αληηζηξνθέα. Ο ζπληειεζηήο δηακφξθσζεο

ζπρλφηεηαο επηιέγεηαη λα είλαη πεξηηηφ πνιιαπιάζην ηνπ 3. Απηφ έρεη σο

απνηέιεζκα νη θαζηθέο ηάζεηο λα κελ έρνπλ άξηηεο αξκνληθέο θαη επηπιένλ νη

αξκνληθέο ζε ζπρλφηεηεο πνιιαπιάζηεο ηνπ 3, θάζε θάζεο, λα είλαη ίδηεο

ηφζν ζε πιάηνο φζν θαη ζε θάζε. Άξα, επηπιένλ νη θαζηθέο ηάζεηο δελ

πεξηέρνπλ αξκνληθέο ζε ζπρλφηεηεο πνιιαπιάζηεο ηνπ 3. Σφηε νη αξκνληθέο

105

ζηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα εκθαλίδνληαη ζε θαλνληθνπνηεκέλεο

ζπρλφηεηεο fh γχξσ απφ ηελ θαλνληθνπνηεκέλε ζπρλφηεηα m θαη ηα

πνιιαπιάζηά ηεο (ρήκα 4.18e). πγθεθξηκέλα:

h = l ⋅m f ± k l = 1,2,3,... (4.21)

Όπνπ l = 1,3,5... γηα k = 2,4,6... θαη l = 2,4,6...

γηα k = 1,5,7... , έηζη ψζηε ην h λα κελ είλαη πνιιαπιάζην

ηνπ 3. Γειαδή νη αξκνληθέο ζα εκθαληζηνχλ ζε ζπρλφηεηεο:

ρήκα 4.20

106

Σξηθαζηθφο αληηζηξνθέαο VSI, δηακφξθσζε SPWM a) ήκα θνξέα θαη

ζήκα αλαθνξάο, b), c) Καηαζηάζεηο δηαθνπηψλ S1, S3, d) Δλαιιαζζφκελε

ηάζε εμφδνπ, e) Καηαλνκή ζπρλνηήησλ ηάζεο εμφδνπ, f) Ρεχκα εμφδνπ g)

πλερέο ξεχκα, h) Καηαλνκή ζπρλνηήησλ ζπλερνχο ξεχκαηνο, i) Ρεχκα

δηαθφπηε S1, j) Ρεχκα δηφδνπ D 1

ηε γξακκηθή πεξηνρή δηακφξθσζεο ( ma < 1 ), ην πιάηνο ηεο βαζηθήο

αξκνληθήο ζπληζηψζαο ηεο πνιηθήο ηάζεο εμφδνπ ηνπ αληηζηξνθέα είλαη:

Όπνπ ην άλσ φξην πεξηγξάθεη ηελ πεξίπησζε ηνπ εθθπιιηζκνχ.

4.5.3 Ηλεκτρική απομόνωςη των μετατροπέων ιςχύοσ

Πην πάλσ πεξηγξάθεθαλ νη βαζηθέο ζεσξεηηθέο ηνπνινγίεο κε ηηο νπνίεο

γίλεηαη ε κεηαηξνπή κηαο ζπλερνχο ηάζεο εηζφδνπ ζε εκηηνληθή ηάζε εμφδνπ,

ειεγρφκελε θαηά πιάηνο θαη ζπρλφηεηα. Γηάθνξεο εθαξκνγέο απαηηνχλ είηε

ηελ χπαξμε κφλν κηαο γέθπξαο DC/AC, γηα ηελ κεηαηξνπή ηεο

εηζεξρφκελεο ηάζεο θαηεπζείαλ ζε ελαιιαζζφκελε, είηε ηελ κεηαηξνπή ηεο

(κε ζηαζεξήο) DC εηζεξρφκελεο ηάζεο ζε κηα ζηάζκε ζηαζεξήο ηηκήο

θαη ζηε ζπλέρεηα ηελ κεηαηξνπή απηήο ζε ελαιιαζζφκελε. Έλαο

αληηζηξνθέαο σζηφζν δελ πεξηιακβάλεη κφλν ηηο δηαηάμεηο πνπ επηηπγράλνπλ

απηή ηε κεηαηξνπή, αιιά θαη ζεηξά άιισλ πνπ αθνξνχλ ηνλ έιεγρν, ηελ

πξνζηαζία θαη ηελ βειηίσζε ηεο πνηφηεηαο ηεο παξαγφκελεο ηάζεο.

Αζθάιεηεο, απηφκαηνη δηαθφπηεο, θαη θπθιψκαηα εληνπηζκνχ ππεξηάζεσλ

απνηεινχλ δηαηάμεηο πξνζηαζίαο ηνπ αληηζηξνθέα. Φίιηξα πελίσλ θαη

ππθλσηψλ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ εμνκάιπλζε ησλ ξεπκάησλ εηζφδνπ θαη

εμφδνπ. Πνιχ ζεκαληηθή είλαη θαη ε παξεκβνιή ελφο κεηαζρεκαηηζηή, έηζη

ψζηε λα ππάξρεη πιήξεο ειεθηξηθή απνκφλσζε ηεο πιεπξάο εηζφδνπ απφ

ηελ έμνδν. Έλαο κεηαζρεκαηηζηήο απνκφλσζεο ρακειήο ζπρλφηεηαο

κπνξεί λα ηνπνζεηείηαη θαηεπζείαλ ζην ζηάδην εμφδνπ, νπφηε ε

παξαγφκελε εκηηνληθή θπκαηνκνξθή νδεγείηαη κέζσ απηνχ ζην θχθισκα

ηεο ελαιιαζζφκελεο ηάζεο (π.ρ. ειεθηξηθφ δίθηπν πφιεο). Μεγάιε

ζπδήηεζε δηεμάγεηαη ζρεηηθά κε ην αλ είλαη απαξαίηεηε ε χπαξμε ελφο

κεηαζρεκαηηζηή απνκφλσζεο, ζε αληηζηξνθείο πνπ ζπλδένληαη κε ην

θεληξηθφ δίθηπν. Καλνληζκνί κεξηθψλ ρσξψλ θαζηζηνχλ ππνρξεσηηθή ηελ

107

χπαξμε απηνχ ζηνπο αληηζηξνθείο πνπ ζπλδένληαη ζην δίθηπν ηνπο. Δίλαη πνιχ

πηζαλφ φηαλ δελ ππάξρεη κεηαζρεκαηηζηήο απνκφλσζεο, είηε ζε θαλνληθή

ιεηηνπξγία, είηε πνιχ πεξηζζφηεξν ζε πεξηπηψζεηο ζθάικαηνο, ν

αληηζηξνθέαο λα εηζάγεη κηα DC ζπληζηψζα ξεχκαηνο ζηελ εκηηνληθή

θπκαηνκνξθή εμφδνπ ηνπ, θάηη εληειψο αλεπηζχκεην γηα ην ειεθηξηθφ

δίθηπν θαη ηηο ζπζθεπέο πνπ βξίζθνληαη θνληά, πξνθαιψληαο ππεξζέ

ξκαλζε ζηα ηπιίγκαηα θηλεηήξσλ θαη κεηαζρεκαηηζηψλ ή παξεκβνιέο ζε

άιιεο ζπζθεπέο. Ζ παξεκβνιή απηνχ ηνπ κεηαζρεκαηηζηή ιεηηνπξγεί σο έλα

αδηαπέξαζην θίιηξν ηπρφλ DC ξεπκάησλ. Ζ χπαξμε κεηαζρεκαηηζηή ρακειήο

ζπρλφηεηαο, επηηξέπεη απφδνζε ηνπ αληηζηξνθέα κέρξη 92%. Μηα δηαθνξεηηθή

ηνπνινγία πνπ επηηξέπεη ηελ γαιβαληθή απνκφλσζε ηεο DC απφ ηελ AC

πιεπξά, είλαη ε ηνπνζέηεζε κεηαζρεκαηηζηή πςειήο ζπρλφηεηαο πξηλ ηε

γέθπξα παξαγσγήο ηεο εκηηνλνεηδνχο ηάζεο. Καηά ηε δηάηαμε απηή, ε

εηζεξρφκελε DC ηάζε εηζέξρεηαη ζε κηα δηάηαμε DC/DC κεηαηξνπέα ε νπνία

θαη ιεηηνπξγεί κε πςειή δηαθνπηηθή ζπρλφηεηα. Ζ ζπλερήο ηάζε εηζφδνπ

κεηαηξέπεηαη κε γέθπξα δηαθνπηψλ ζε ηάζε πςειήο ζπρλφηεηαο θαη έπεηηα

αλνξζψλεηαη ψζηε λα κεηαηξαπεί ζε DC ηάζε ειεγρφκελνπ πιάηνπο. ην

ελδηάκεζν ζηάδην ηνπ κεηαηξνπέα απηνχ, είλαη δπλαηφλ λα παξεκβιεζεί

ν πςίζπρλνο κεηαζρεκαηηζηήο. Έηζη πάιη επηηπγράλεηαη απνκφλσζε

ηεο εηζφδνπ απφ ηελ έμνδν ηνπ αληηζηξνθέα, ε νπνία σζηφζν πάιη είλαη

πηζαλφ λα κελ απνθιείεη ηελ ελδερφκελε έγρπζε DC ξεχκαηνο, από ηο

μεηέπειηα ζηάδιο ηηρ PWM γέθςπαρ DC/AC, ζην ειεθηξηθφ δίθηπν. Ωζηφζν κε ηελ

ηνπνινγία απηή επηηπγράλνληαη απνδφζεηο ιίγν κεγαιχηεξεο (ηεο ηάμεο ηνπ

94%), θαζψο ν κεηαζρεκαηηζηήο πςειήο ζπρλφηεηαο, ιφγσ ηεο ηζρπξήο

καγλεηηθήο ηνπ ζχδεπμεο, έρεη κηθξφηεξεο απψιεηεο απ‟ φηη έλαο πνπ

ιεηηνπξγεί ζηα 50Hz. Παξάιιεια κεηψλνληαη ν φγθνο, ην βάξνο θαη ην θφζηνο

ηνπ κεηαζρεκαηηζηή ελ ζπγθξίζεη κε απηά ελφο ρακειήο ζπρλφηεηαο.

4.6 ΤΩΡΕΤΣΕ

Οη ζπζζσξεπηέο παίδνπλ πνιχ ζεκαληηθφ ξφιν ζηα απηφλνκα θσηνβνιηατθά

ζπζηήκαηα, φπνπ απνηεινχλ θαη έλα αξθεηά κεγάιν θνκκάηη ηεο

νηθνλνκηθήο επηβάξπλζεο. ηα δηαζπλδεδεκέλα ζπζηήκαηα δελ ππάξρεη ιφγνο

ρξεζηκνπνίεζεο ζπζζσξεπηψλ, εθηφο θαη αλ ην δηαζπλδεδεκέλν ζχζηεκα

ηξνθνδνηεί άκεζα θάπνηα θνξηία (ηα θνξηία δειαδή απηά ηξνθνδνηνχληαη

θαηεπζείαλ απφ ην θ/β ζχζηεκα θαη φρη κέζσ ηνπ θεληξηθνχ δηθηχνπ) θαη ηα

νπνία ζεσξνχληαη φηη δελ πξέπεη ζε θακία πεξίπησζε λα κείλνπλ εθηφο

ιεηηνπξγίαο ζε κηα ελδερφκελε βιάβε. Σα απηφλνκα θ/β ζπζηήκαηα

επνκέλσο ρξεηάδεηαη λα απνζεθεχνπλ κηα πνζφηεηα απφ ηελ

πεξίζζεηα ηεο ειεθηξηθήο ηνπο παξαγσγήο, ψζηε λα ρξεζηκνπνηεζεί

φηαλ ε δήηεζε είλαη κεγαιχηεξε απφ ηελ παξαγσγή ηεο θ/β γελλήηξηαο.

Ζ πνζφηεηα ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ πξέπεη λα πξνλνείηαη λα

108

απνζεθεχεηαη, εμαξηάηαη απφ ηηο ηνπηθέο ζπλζήθεο θαη απαηηήζεηο θαη θπξίσο

απφ ην κέγηζην πιήζνο ησλ πηζαλψλ ζπλερφκελσλ εκεξψλ ζπλλεθηάο,

ηηο αηρκέο ηεο θαηαλάισζεο θαη ηνλ βαζκφ αμηνπηζηίαο πνπ ζα πξέπεη λα

παξνπζηάδεη ην ζχζηεκα, ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ χπαξμε ή φρη βνεζεηηθψλ

ελεξγεηαθψλ πεγψλ.

Φφξηηζε – Δθθφξηηζε

Τπάξρνπλ δηαθφξσλ ηχπσλ ειεθηξηθνί ζπζζσξεπηέο, αλάινγα κε ην πιηθφ

ησλ ειεθηξνδίσλ ηνπο. Έρεη φκσο δηαπηζησζεί φηη νηθνλνκηθφηεξνη γηα

ρξεζηκνπνίεζε ζε θ/β ζπζηήκαηα είλαη νη ζπζζσξεπηέο κνιχβδνπ. Σα

ειεθηξφδηά ηνπο είλαη πιάθεο απφ θξάκαηα κνιχβδνπ βπζηζκέλεο ζε δηάιπκα

ζεηηθνχ νμένο. Ζ ιεηηνπξγία ηνπο ζηεξίδεηαη ζε κηα αληηζηξεπηή ειεθηξνρεκηθή

δηαδηθαζία, πνπ πεξηγξάθεηαη απφ ηελ ακθίδξνκε αληίδξαζε.

πγθεθξηκέλα νη ζπζζσξεπηέο απνηεινχληαη απφ θπςειίδεο, δειαδή

δεχγε κνλσκέλσλ κεηαμχ ηνπο πιαθψλ βπζηζκέλσλ ζην ίδην δηάιπκα ζεηηθνχ

νμένο. Οη πιάθεο ηνπ αθφξηηζηνπ ζπζζσξεπηή θαιχπηνληαη απφ ζεηηθφ

κφιπβδν ( PbSO4 ).Καηά ην ζηάδην ηεο θφξηηζεο, δηαζπάηαη ν

ζεηηθφο κφιπβδνο θαη ζρεκαηίδεηαη νμείδην ηνπ κνιχβδνπ ( PbO2 ) ζηηο

πιάθεο ησλ ζεηηθψλ ειεθηξνδίσλ θαη κεηαιιηθφο ( Pb ) ζηηο πιάθεο ησλ

αξλεηηθψλ. Αληίζηξνθα θαηά ηελ εθθφξηηζε ηνπ ζπζζσξεπηή θαη ηελ

ηξνθνδφηεζε ησλ ειεθηξηθψλ θαηαλαιψζεσλ, ν κφιπβδνο νμεηδψλεηαη ζηηο

πιάθεο ησλ αξλεηηθψλ ειεθηξνδίσλ πξνο ηφληα Pb2 + θαη δίλεη ειεθηξφληα

ζην εμσηεξηθφ θχθισκα:

Σα πξντφληα ησλ δχν αληηδξάζεσλ, δειαδή ηα ηφληα Pb2 + ελψλνληαη κε

ζεηηθά ηφληα ( SO2 4 − ) απφ ην δηάιπκα θαη μαλαζρεκαηίδνπλ ηνλ ζεηηθφ

κφιπβδν πάλσ ζηηο πιάθεο ησλ θπςειίδσλ. Έηζη θαηαλαιψλεηαη ζεηηθφ νμχ θαη

αξαηψλεηαη ην δηάιπκα ζηηο θπςειίδεο. Με ηελ θφξηηζε φκσο πνπ αθνινπζεί,

ηα ζεηηθά ηφληα επηζηξέθνπλ ζην δηάιπκα, φπσο δείρλεη ε ακθίδξνκε

αληίδξαζε θαη ε πεξηεθηηθφηεηά ηνπ απνθαζίζηαηαη ζηελ θαλνληθή ηηκή.

109

ρήκα 4.21 Λεηηνπξγία ζπζζσξεπηή κνιχβδνπ-νμένο.

ρήκα 4.22 Σππηθέο ραξαθηεξηζηηθέο ηάζεο θαη εηδηθνχ βάξνπο ζηε

ζπλερφκελε θφξηηζε θαη εθθφξηηζε.

110

Υαξαθηεξηζηηθέο αλνηρηνχ θπθιψκαηνο

Απφ ηηο παξαπάλσ αληηδξάζεηο πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη ζηνλ ζπζζσξεπηή,

ε κέγηζηε ηάζε αλνηρηνχ θπθιψκαηνο πνπ κπνξεί λα αλαπηπρζεί ζε κηα

θπςέιε κνιχβδνπ είλαη 2,041V.

ρήκα 4.23 Δηδηθφ βάξνο ηνπ ειεθηξνιχηε ελφο ζπζζσξεπηή

κνιχβδνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηε ηάζε αλνηρηνθχθισζεο.

ρήκα 4.24 Δηδηθφ βάξνο ηνπ ειεθηξνιχηε ελφο ζπζζσξεπηή

κνιχβδνπ ζε θαηάζηαζε αλνηρηνχ θπθιψκαηνο, ζε ζρέζε κε ην

ζεξκνθξαζηαθφ ζπληειεζηή.

111

Μηα πνιχ ζεκαληηθή παξάκεηξνο γηα ηελ ιεηηνπξγία κηαο κπαηαξίαο είλαη ην

εηδηθφ βάξνο ηνπ ειεθηξνιχηε. Υξεζηκνπνηείηαη σο έλαο δείθηεο ηεο

θαηάζηαζεο θφξηηζεο, ζηελ νπνία βξίζθεηαη κηα θπςειίδα ή κηα

κπαηαξία. Ζ ηάζε αλνηρηνθπθιψκαηνο γηα έλα ζπζζσξεπηή είλαη κηα

ζπλάξηεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο ζπγθέληξσζεο ηνπ ειεθηξνιχηε, φπσο

θαίλεηαη θαη ζηελ παξαθάησ εμίζσζε:

Όπνπ R ε εζσηεξηθή αληίζηαζε ηνπ ζπζζσξεπηή, T ε ζεξκνθξαζία θαη F

ε ζηαζεξά ηνπ Faraday (96,487 Coulomb). ην ζρήκα 4.23 θαίλεηαη ην δηάγξα

κκα ηεο ηάζεο αλνηρηνθχθισζεο ζε ζρέζε κε ηελ ζπγθέληξσζε ηνπ

ειεθηξνιχηε ζε ζεξκνθξαζία 25 oC, ην νπνίν εκθαλίδεη κηα γξακκηθή

ζπκπεξηθνξά γηα ηηκέο ηνπ εηδηθνχ βάξνπο κεγαιχηεξεο απφ 1,10, ελψ γηα

κηθξφηεξεο ηηκέο εκθαλίδεη έληνλε απφθιηζε απφ ηε γξακκηθφηεηα. Δλψ

ε επίδξαζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ζηε ζπγθέληξσζε ηνπ ειεθηξνιχηε

παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα 4.24.

Απηφ-εθθφξηηζε

Αθφκα θαη αλ έλαο θνξηηζκέλνο ζπζζσξεπηήο παξακείλεη κε ζπλδεδεκέλνο

κε θάπνην εμσηεξηθφ θνξηίν γηα έλα ρξνληθφ δηάζηεκα, εκθαλίδεη κείσζε ηεο

ζηάζκεο θφξηηζήο ηνπ. Ο ξπζκφο απηφο ηεο απηφ-εθθφξηηζεο ζε κηα θπςειίδα

κνιχβδνπ είλαη αξθεηά κεγάινο, αιιά κπνξεί λα κεησζεί αξθεηά κε

θαηάιιειεο ζρεδηαζηηθέο παξεκβάζεηο.

Ο κφιπβδνο θαη ην δηνμείδην ηνπ κνιχβδνπ είλαη ζεξκνδπλακηθά αζηαζή

θαη αληηδξνχλ κε ηνλ ειεθηξνιχηε. ην ζεηηθφ ειεθηξφδην παξάγεηαη νμπγφλν

θαη ζην αξλεηηθφ πδξνγφλν, κε ξπζκφ πνπ εμαξηάηαη απφ ηε

ζεξκνθξαζία θαη ηε ζπγθέληξσζε, ζχκθσλα κε ηα παξαθάησ:

Ζ πξψηε αληίδξαζε ζπκβαίλεη ζην ζεηηθφ ειεθηξφδην θαη ν κεραληζκφο απηφ-

εθθφξηηζεο είλαη ελ γέλεη κηθξφο (κηθξφηεξνο απφ 0,5% ηελ εκέξα ζηνπο

25νC). Αληίζεηα ε δεχηεξε αληίδξαζε ζην αξλεηηθφ ειεθηξφδην έρεη ηαρχηεξν

ξπζκφ, εηδηθά ζε θπςειίδεο κε θαηαιπηηθά κεηαιιηθά ηφληα. Γηα έλαλ θαηλνχξγην

ζπζζσξεπηή κε κείγκα κνιχβδνπ-αληηκνλίνπ νη απψιεηεο θφξηηζεο αλέξρνληαη

πεξίπνπ ζην 1% ηελ εκέξα, αιιά νη απψιεηεο απηέο απμάλνληαη θαηά έλα

παξάγνληα πνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ ηνπ 2 θαη ηνπ 5 θαζψο ν ζπζζσ

ξεπηήο παιηψλεη. πζζσξεπηέο ρσξίο αληηκφλην εκθαλίδνπλ κηθξφηεξεο

112

απψιεηεο 0,5% ηελ εκέξα, ρσξίο λα απμάλεηαη ν ξπζκφο απηφο κε ηελ πάξνδν

ηνπ ρξφλνπ (ρήκα 4.25α). Δπεηδή φκσο ην αληηκφλην εκθαλίδεη θαη ζεηηθά

απνηειέζκαηα, ε πιήξεο απνπζία ηνπ δελ είλαη επηζπκεηή θαη γηα απηφ έλαο

ρξήζηκνο ζπκβηβαζκφο πξνθχπηεη αλ ρξεζηκνπνηεζνχλ κείγκαηα κε ρακειή

πεξηεθηηθφηεηα αληηκνλίνπ.

Ο ξπζκφο απηφ-εθθφξηηζεο εμαξηάηαη αθφκα απφ ηελ ζεξκνθξαζία

φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.25β. Παξαηεξείηαη απφηνκε αχμεζε ησλ

απσιεηψλ γηα ζεξκνθξαζίεο κεγαιχηεξεο ησλ 30 oC θαη γηα απηφ

ζπλίζηαηαη ε δηαηή ξεζε ησλ ζπζζσξεπηψλ ζε κέξε κε ζεξκνθξαζία

κηθξφηεξε απφ απηή, φρη φκσο κηθξφηεξε ησλ 5 oC, θαζψο κεηά δεκηνπξγνχληαη

πξνβιήκαηα θαηά ηελ θαλνληθή ιεηηνπξγία ηνπο.

ρήκα 4.25 Φαηλφκελν απηφ-εθθφξηηζεο (a) Δλαπνκέλνπζα ελέξγεηα

ζε ζπλάξηεζε κε ηνλ ρξφλν ζε ζεξκνθξαζία 25 oC θαη γηα 3 δηαθνξεηηθά

κείγκαηα ζπζζσξεπηψλ κνιχβδνπ, (b) Απψιεηεο εηδηθνχ βάξνπο αλά κέξα

ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ζεξκνθξαζία.

Υσξεηηθόηεηα ζπζζσξεπηώλ

Ζ ρσξεηηθφηεηα ελφο ζπζζσξεπηή κεηξάηαη ζπλήζσο ζε ακπεξψξηα (Ah), πνπ

είλαη ζε ηδαληθέο ζπλζήθεο ην γηλφκελν ηεο κέζεο έληαζεο ηνπ ξεχκαηνο, πνπ δίλεη ν

ζπζζσξεπηήο, αλεμάξηεηα απφ ηελ ηάζε ηνπ, επί ην πιήζνο ησλ σξψλ κέρξη λα

113

εθθνξηηζηεί, μεθηλψληαο απφ πιήξε θφξηηζε. Αληίζεηα ε πνζφηεηα

ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, πνπ κπνξεί λα απνζεθεχζεη έλαο ζπζζσξεπηήο

εμαξηάηαη απφ ηελ ηάζε ηνπ. Οη θαηαζθεπαζηέο ζπλήζσο αλαθέξνπλ ηελ

ρσξεηηθφηεηα ζε ακπεξψξηα (Ah) γηαέλαλ ζπγθεθξηκέλν ξπζκφ εθθφξηηζεο. Γηα

παξάδεηγκα αλ ε ρσξεηηθφηεηα κηαο κπαηαξίαο δίλεηαη 200 Ah γηα ρξφλν

εθθφξηηζεο 10 σξψλ, απηφ ζεκαίλεη φηη ε κπαηαξία γηα απηφ ην ρξνληθφ

δηάζηεκα ζα δίλεη 20Α ξεχκαηνο ππφ ηδαληθέο ζπλζήθεο (25 oC).

ρήκα 4.26 Φαηλφκελν Peukert.

Υσξεηηθφηεηα ελφο ζπζζσξεπηή ηνπ ξεχκαηνοεθθφξηηζεο γηα

δηαθνξεηηθέο ηηκέο ηηο ζηαζεξάο n.Απφ ηα παξαπάλσ γίλεηαη

αληηιεπηφ φηη ε ρσξεηηθφηεηα κηαο κπαηαξίαο εμαξηάηαη απφ ηνλ ξπζκφ

εθθφξηηζήο ηεο. Δμήγεζε γηα απηή ηε ζρέζε ρσξεηηθφηεηαο- ξπζκνχ εθθφξηηζεο

δίλεη ην θαηλφκελν Peukert. χκθσλα κε ην θαηλφκελν Peukert, ν ρξφλνο

γηα ηελ εθθφξηηζε ελφο ζπζζσξεπηή κεηαβά ιιεηαη αληηζηξφθσο αλάινγα κε

ην ξεχκα ,απηή ε εθθφξηηζε.Ζ εκπεηξηθή ζρέζε :

φπνπ I ην ξεχκα εθθφξηηζεο ζε Ampere, t ν ρξφλνο εθθφξηηζεο ζε sec, θαη

Κ, n ζηαζεξέο πνπ εμαξηψληαη απφ ην είδνο ηνπ ζπζζσξεπηή. Δπεηδή ε

ζηαζεξά Κ θάζε ζπζζσξεπηή εμαξηάηαη απφ ηε ζεξκνθξαζία θαη ηε

ζπγθέληξσζε ηνπ εηζάγνληαο δηφξζσζε ζεξκνθξα ζίαο ζα έρνπκε:

φπνπ Κ0, α ζηαζεξέο θαη Σ ε ζεξκνθξαζία. ηελ εμίζσζε Peukert κπνξεί

επηπξφζζεηα λα εηζαρζεί θαη έλαο παξάγνληαο ψζη ε λα ιεθζε ί ππ‟ φςηλ θ αη

ην ησλ ειεθη ξνδίσλ, νπ φηε γίλεηαη :

114

φπνπ d ην πάρνο ησλ πιαθψλ ηνπ ζπζζσξεπηή. Απφ ηε ζρέζε απηή είλαη

θαλεξή ε αιιειεπίδξαζε κεηαμχ ξεχκαηνο εθθφξηηζεο, ρξφλνπ εθθφξηηζεο θαη

ζεξκνθξαζίαο. Γη‟ απηφ ην ιφγν ε ρσξεηηθφηεηα ελφο ζπζζσξεπηή αλαθέξεηαη

πάληα ζπλαξηήζεη ησλ σξψλ πνπ δηαξθεί απηή ή ηνπ ξεχκαηνο εθθφ

ξηηζεο, κεηξεκέλεο ζε κηα ζεξκνθξαζία αλαθνξάο, ζπλήζσο ηνπο 25 νC.

Ζ απνζεθεπκέλε ελέξγεηα ζηνλ ζπζζσξεπηή κπνξεί λα

ππνινγηζηεί πνιιαπιαζηάδνληαο ηελ ρσξεηηθφηεηά ηνπ ζε Ah επί ηελ

νλνκαζηηθή ηάζε απηνχ. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ε νλνκαζηηθή απηή

ρσξεηηθφηεηα δελ είλαη πνηέ θαη ε πξαγκαηηθή. Λφγσ ηεο εζσηεξηθήο

αληίζηαζεο ησλ ζπζζσξεπηψλ, ζπλήζσο έλα 80% απηήο ηεο ελέξγεηαο

κπνξεί λα εμαρζεί απφ έλα ζπζζσξεπηή. Απηφ πξέπεη λα ιακβάλεηαη ππ‟

φςε θαηά ηε ζρεδίαζε ελφο απηφλνκνπ ζπζηήκαηνο.

Αθφκα απφ ηελ εμίζσζε Peukert θαίλεηαη φηη ρσξεηηθφηεηα απμάλεη κε ηελ

ζεξκνθξαζία ηνπ ζπζζσξεπηή. πγρξφλσο φκσο επηηαρχλνληαη νη

κεραληζκνί δηάβξσζεο θαη κεηψλεηαη ε δηάξθεηα δσήο ηνπ (ρήκα 4.27).

ρήκα 4.27 Γηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα ζε ζρέζε κε ηε ζεξκνθξαζία γηα

δηάθνξεο ηηκέο ξεχκαηνο.

Γηάξθεηα δσήο

Οη ζεκαληηθφηεξνη παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ αξλεηηθά ηε δηάξθεηα δσήο

ελφο ζπζζσξεπηή είλαη:

• Ζ ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο. Όζν κεγαιχηεξε είλαη ε ζεξκνθξαζία

ηνπ πεξηβάιινληνο ηφζν κεηψλεηαη ε δηάξθεηα δσήο ηνπ ζπζζσξεπηή.

• Σν βάζνο εθθφξηηζεο (ρήκα 4.28). Ζ εθθφξηηζε ησλ ζπζζσξεπηψλ πέξα

απφ ηελ επηηξεπφκελε απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή ηηκή ηνπ, κεηψλεη δξαζηηθά

ηφζν ηε δηάξθεηα δσήο φζν θαη ηε ρσξεηηθφηεηα. Αλ ην βάζνο εθθφξηηζεο

ππεξβεί ην 80% ηφηε ν ζπζζσξεπηήο απνθιίλεη απφ ηελ νλνκαζηηθή

δηάξθεηα δσήο ηνπ. • Σν πνζνζηφ ππεξθφξηηζεο. Αληίζηνηρα απνηειέζκαηα

έρεη ε θφξηηζε ηνπ ζπζζσξεπηή πάλσ απφ ηα επηηξεπηά φξηα.

115

• Ζ ηάζε θαη ην ξεχκα θφξηηζεο. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο θφξηηζεο έλα αξρηθφ

ξεχκα κεγάιεο ηηκήο κπνξεί λα έρεη αξλεηηθέο ζπλέπεηεο. Σν ίδην ζπκβαίλεη θαη

κε κηα πηζαλή ππέξηαζε.

ρήκα 4.28 Γηάξθεηα δσήο σο πνζνζηφ ηεο νλνκαζηηθήο, ζε ζπλάξηεζε

κε ην βάζνο εθθφξηηζεο.

Γηαζηαζηνιόγεζε ζπζζσξεπηή

Έλαο ζπζζσξεπηήο νλνκαζηηθήο ρσξεηηθφηεηαο CN , έρεη αμηνπνηήζηκε

(ελεξγφ)ρσξεηηθφηεηα C :

C = β ⋅CN (4.33)

φπνπ β ην βάζνο εθθφξηηζεο. Ζ κέγηζηε ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ κπνξεί

λα απνζεθεπηεί θαη λα αλαθηεζεί, ζε ηδαληθέο ζπλζήθεο είλαη:

E = C ⋅V = β⋅CN⋅V (4.34)

Ωο ζπληειεζηήο απφδνζεο a , ελφο ζπζζσξεπηή νξίδεηαη ν ιφγνο ηεο

κέγηζηεο ελέξγεηαο πνπ κπνξεί λα αλαθηεζεί πξνο ηελ ελέξγεηα πνπ έρεη

απνξξνθεζεί απφ ηελ εμσηεξηθή πεγή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο, ζε θάζε

θχθιν θφξηηζεο-εθθφξηηζεο.

116

Δπνκέλσο ε ελέξγεηα πνπ δεηείηαη απφ ηνλ ζπζζσξεπηή αληηζηνηρεί ζε

ελέξγεηα θφξηηζεο Eθ , πνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:

ιφγν ηεο ζρέζεο απηήο θαη ηεο 4.34 ε νλνκαζηηθή ρσξεηηθφηεηα πξνθχπηεη :

Αλ είλαη γλσζηή ε κέζε ηζρχο ηεο θαηαλάισζεο πνπ απαηηείηαη γηα δηάζηεκα

κ εκεξψλ, ηφηε κπνξεί λα ππνινγηζηεί ε ελεξγφο ρσξεηηθφηεηα ηνπ

ζπζζσξεπηή:

4.7 ΤΝΔΕΗ ΜΕ ΣΟ ΔΙΚΣΤΟ

Ζ ιεηηνπξγία ελφο ειεθηξηθνχ δηθηχνπ ειέγρεηαη απφ ζπζθεπέο πξνζηαζίαο

θαη ξχζκηζεο ηεο ηάζεο, πνπ έρνπλ ζθνπφ ηελ παξνρή πξνο ηνπο

θαηαλαισηέο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απνδεθηήο πνηφηεηαο, ειαρηζηνπνηψληαο

ηνλ αξηζκφ ησλ ζθαικάησλ θαη πξνζθέξνληαο πςειφ επίπεδν αζθάιεηαο.

Ζ ζχλδεζε ζην δίθηπν κνλάδσλ παξαγσγήο πξέπεη λα ζπκβαδίδεη κε απηέο

ηηο γεληθέο αξρέο, ψζηε αθελφο κελ λα κελ πξνθαινχληαη ελνριήζεηο ζηνπο

ινηπνχο θαηαλαισηέο θαη αθεηέξνπ λα ππάξρεη ζπκβαηφηεηα κεηαμχ ηνπ

δηθηχνπ δηαλνκήο θαη ησλ εγθαηαζηάζεσλ ησλ παξαγσγψλ. Ο ηξφπνο

ζχλδεζεο κηαο δεδνκέλεο εγθαηάζηαζεο παξαγσγήο δελ πξνθχπηεη

κνλνζήκαληα απφ ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηεο. Γειαδή ζηαζκνί παξαγσγήο ίδηαο

ηζρχνο κπνξεί λα ζπλδένληαη ζην δίθηπν θαηά ηειείσο δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο,

αλάινγα κε ηα εηδηθά ηερληθά ηνπο ραξαθηεξηζηηθά, ηελ θαηά πεξίπησζε

πθηζηάκελε θαηάζηαζε δηθηχσλ θαη ηελ πξνβιεπφκελε αλάπηπμή ηνπο.

Παξ‟ φια απηά ππάξρνπλ νη αθφινπζνη δχν πεξηνξηζκνί σο πξνο ην επίπεδν

ηάζεο ζην νπνίν κπνξεί λα ζπλδεζεί κηα εγθαηάζηαζε παξαγσγήο, νη νπνίνη

εθαξκφδνληαη θαηά ηελ εμέηαζε, αζρέησο ησλ ινηπψλ ηερληθψλ θξηηεξίσλ:

• Δγθαηαζηάζεηο ζπκθσλεκέλεο ηζρχνο κεγαιχηεξεο ησλ 100 kW δελ

κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζην δίθηπν ΥΣ.

• Δγθαηαζηάζεηο ζπκθσλεκέλεο ηζρχνο κεγαιχηεξεο ησλ 20 MW δελ

κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ ζην δίθηπν MΣ.

117

Γεληθά ε επηινγή ηνπ ηξφπνπ ζχλδεζεο απνηειεί αληηθείκελν

ηερληθννηθνλνκηθήο εμέηαζεο, ιακβάλνληαο ππφςε ην θφζηνο θεθαιαίνπ

ησλ έξγσλ ελίζρπζεο θαη επέθηαζεο ηνπ δηθηχνπ θαη αθεηέξνπ ηηο

απψιεηεο ελέξγεηαο θάζε ηξφπνπ δηαζχλδεζεο θαζ‟ φιε ηε δηάξθεηα

δσήο ηεο εγθαηάζηαζεο, αιιά θαη άιινπο παξάγνληεο (ρξφλνο θαη

δπλαηφηεηα θαηαζθεπήο ησλ έξγσλ, ρξεκαηνδφηεζή ηνπο θιπ.).

ύλδεζε ζην δίθηπν ΥΣ

Ζ ζχλδεζε παξαγσγψλ ζην δίθηπν ΥΣ επηηξέπεηαη γηα εγθαηαζηάζεηο

ζπλνιηθήο ηζρχνο κέρξη 100 kW. Αλάινγα κε ηελ ηζρχ ησλ γελλεηξηψλ πνπ ζα

ζπλδε ζνχλ ζην δίθηπν ΥΣ, εμεηάδεηαη αλ είλαη δπλαηή ε ζχλδεζε ρσξίο

επαχμεζε ηεο παξνρήο ηνπ παξαγσγνχ. Αλ απαηηείηαη επαχμεζε ηεο

παξνρήο, γίλεηαη κειέηε επάξθεηαο ηνπ δηθηχνπ.

ρήκα 4.29 Σππηθή δηάηαμε ζχλδεζεο παξαγσγνχ ζην δίθηπν ΥΣ[18].

ην ρήκα 4.29 θαίλεηαη κηα ηππηθή δηάηαμε ζχλδεζεο παξαγσγνχ ζην

δίθηπν ΥΣ. Βαζηθή απαίηεζε γηα ιφγνπο αζθάιεηαο είλαη ε χπαξμε κέζσλ

δηαθνπήο (κε ηθαλφηεηα δηαθνπήο ξεχκαηνο θνξηίνπ) θαη νξαηήο απφδεπμεο,

πξνζηηψλ αλά πάζα ζηηγκή ζην πξνζσπηθφ ηεο ΓΔΖ, ψζηε λα

εμαζθαιίδεηαη ε απνκφλσζε ηνπ παξαγσγνχ απφ ην δίθηπν φηαλ απηφ

απαηηείηαη απφ ηε ΓΔΖ. Ζ απαίηεζε νξαηήο απφδεπμεο ηθαλνπνηείηαη ηφζν

απφ ην θηβψηην ζχλδεζεο (1), φζν θαη απφ ηηο αζθάιεηεο ηεο παξνρήο (2).

Γηα εγθαηαζηά ζεηο κηθξήο ηζρχνο ηα κέζα απηά κπνξνχλ ζε έθηαθηεο

πεξηπηψζεηο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θαη γηα ηε δηαθνπή ηεο εγθαηάζηαζεο. ε

εγθαηαζηάζεηο κεγαιχηεξεο ηζρχνο είλαη αλαγθαία ε χπαξμε δηαθφπηε θνξηίνπ

ή ηζρχνο. Σν κέζν δηαθνπήο (3) είλαη ν απηφκαηνο δηαθφπηεο ηεο δηαζχλδεζεο

(ΑΓΓ). Μπνξεί λα ηνπνζεηεζεί ελαιιαθηηθά ζε δχν ζέζεηο, φπσο θαίλεηαη ζην

ρήκα 2.1, αλάινγα κε ηελ επηζπκία ηνπ παξαγσγνχ. Δάλ επηιεγεί ε ζέζε (3α),

ηφηε είλαη εθηθηή ε απνκνλσκέλε ιεηηνπξγία ηεο ζπλνιηθήο εγθαηάζηαζεο

(εγθαηάζηαζε παξαγσγήο θαη θνξηία). Ο παξαγσγφο ζα πξέπεη λα

118

παξέρεη πξφζβαζε ζηνλ ΑΓΓ θαη ζην ζρεηηθφ ζχζηεκα πξνζηαζίαο ζην

αξκφδην πξνζσπηθφ ηεο ΓΔΖ. Δίλαη γεληθά απνδεθηφ, αιιά απαηηεί

πξνεγνχκελε ζπκθσλία κε ηε ΓΔΖ, νη ιεηηνπξγίεο ηνπ ΑΓΓ λα

πξαγκαηνπνηνχληαη απφ ηνλ δηαθφπηε θαη ην ζχζηεκα πξνζηαζίαο ησλ

γελλεηξηψλ, φηαλ δελ πξνβιέπεηαη ε απνκνλσκέλε ιεηηνπξγία ησλ

εγθαηαζηάζεσλ. Σν είδνο θαη ν αξηζκφο ησλ απαηηνχκελσλ κεηξεηηθψλ

δηαηάμεσλ θαη ζπζθεπψλ ξχζκηζεο θαζνξίδνληαη ζχκθσλα κε ηνπο φξνπο ηεο

ζχκβαζεο ΓΔΖ-Παξαγσγνχ. ε θάζε πεξίπησζε, πάλησο, ρξεζηκνπνηνχληαη

κεηξεηηθέο δηαηάμεηο ρσξίο δπλαηφηεηα αληίζεηεο πεξηζηξνθήο θαη πξαγκαην

πνηείηαη αλεμάξηεηε κέηξεζε ηεο παξαγφκελεο θαη θαηαλαιηζθφκελεο

ελέξγεηαο ζηηο εγθαηαζηάζεηο ηνπ παξαγσγνχ. Δάλ ε παξνρή είλαη ηξηθαζηθή,

ν κεηξεηήο ηεο παξερφκελεο ζην δίθηπν ελέξγεηαο πξέπεη λα είλαη ηξηθαζηθφο,

αθφκε θαη γηα κνλνθαζηθέο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο.

πλζήθεο δεύμεο

Γηα εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο κε αληηζηξνθείο Ρ/ΔΡ, ε δεχμε πξέπεη λα

γίλεηαη κε ηελ πιεπξά ΔΡ ηνπ κεηαηξνπέα ρσξίο ηάζε.

Πξνζηαζία απόδεπμεο

Ζ εγθαηάζηαζε παξαγσγήο πξέπεη λα δηαζέηεη πξνζηαζία

έλαληη βξαρπθπθιψκαηνο, έλαληη ππεξθφξηηζεο θαη έλαληη άκεζεο θαη

έκκεζεο επαθήο. Δπηπιένλ, γηα ηελ πξνζηαζία ηεο ίδηαο ηεο

εγθαηάζηαζεο, αιιά θαη ησλ άιισλ εγθαηαζηάζεσλ ηνπ δηθηχνπ, απαηηείηαη ε

χπαξμε ζπζηήκαηνο πξνζηαζίαο απφδεπμεο ην νπνίν επελεξγεί ζηνλ ΑΓΓ θαη

εμαζθαιίδεη ηελ απνζχλδεζε ηεο εγθαηάζηαζεο απφ ην δίθηπν φηαλ

εκθαληζηνχλ απνθιίζεηο ηάζεο ή/θαη ζπρλφηεηαο άλσ ησλ πξνβιεπφκελσλ

νξίσλ. ε εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο κε αληηζηξνθείο Ρ/ΔΡ ε επηηήξεζε

ζπρλφηεηαο κπνξεί λα απνπζηάδεη, εάλ ν αληηζηξνθέαο δελ δηαζέηεη ηε

δπλαηφηεηα απηή. Αληίζεηα, ε επηηήξεζε ηεο ηάζεο (πξνζηαζίεο ππφηαζεο

θαη ππέξηαζεο) είλαη πάληνηε αλαγθαία, ε δε ζπληζηψκελε ξχζκηζε γηα ηελ

πξνζηαζία ππέξηαζεο είλαη 1,10·Un.

Δπηπηώζεηο ζηελ ηάζε ηνπ δηθηύνπ

Ζ ζχλδεζε εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ζε θάπνην ζεκείν ηνπ δηθηχνπ ΥΣ

είλαη δπλαηή, ππφ ηελ πξνυπφζεζε φηη ε ιεηηνπξγία ηνπο δελ πξνθαιεί

ππέξβαζε ηεο επηηξεπφκελεο ζηάζκεο δηαηαξαρψλ γηα δεκφζηα δίθηπα ΥΣ θαη

άξα δελ παξελνριεί άιιεο εγθαηαζηάζεηο θαη ζπζθεπέο ηνπ δηθηχνπ. Γηαηα

ξαρέο νη νπνίεο εμεηάδνληαη είλαη νη πξνθαινχκελεο κεηαβνιέο ηεο ηάζεο ζην

ζεκείν θνηλήο ζχλδεζεο, ην flicker θαη ε αξκνληθή παξακφξθσζε ηεο

ηάζεο εμαηηίαο ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ εγθαηαζηάζεσλ. Ζ ιεηηνπξγία κηαο

εγθαηάζηαζεο παξαγσγήο είλαη απνδεθηή φηαλ

δελ γίλεηαη ππέξβαζε ησλ νξίσλ πνπ θαζνξίδνληαη απφ ηα ζεζπηζκέλα

πξφηππα.

120

5.1 Εισαγωγή (PLC) Οη πξψηνη απηνκαηηζκνί ήηαλ θαζαξά κεραληθνί, φινη νη έιεγρνη δειαδή θαζνξηδφηαλ απφ ηε θίλεζε γξαλαδηψλ θαη κνριψλ. Αξγφηεξα έγηλε ην κεγάιν άικα κε ηε ρξήζε ηνπ ειεθηξηζκνχ. Σν θχξην εμάξηεκα ζην θιαζζηθφ απηνκαηηζκφ είλαη ν ειεθηξνλφκνο. Ζ επαλάζηαζε ηεο πιεξνθνξηθήο μεθηλά ην 1975 κε ηε θαηαζθεπή ηνπ πξψηνπ κηθξνυπνινγηζηή. Ζ βηνκεραλία κέρξη θαη ηε δεθαεηία ηνπ '80 ρξεζηκνπνηνχζε ειάρηζηα ηα ειεθηξνληθά. Σν 90% θαη πιένλ ησλ απηνκαηηζκψλ θαηαιάκβαλαλ νη απηνκαηηζκνί κε ειεθηξνλφκνπο. ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ '80 νη εηαηξίεο εκθαλίδνπλ ζηνπο ηερληθνχο ηεο βηνκεραλίαο έλα λέν πξντφλ πνπ ην νλφκαζαλ PLC ρσξίο λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηε πιήξε νλνκαζία ηνπ (Programmable Logic Controller) γηα λα κε ηξνκάμνπλ ην ηερληθφ θαηεζηεκέλν ηεο βηνκεραλίαο. Σν PLC δελ είλαη ηίπνηα άιιν παξά έλαο κηθξνυπνινγηζηήο, θαηάιιεια πξνζαξκνζκέλνο ψζηε λα ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ιεηηνπξγία ησλ απηνκαηηζκψλ. Σν PLC δειαδή δεκηνπξγήζεθε γηα λα αληηθαηαζηήζεη ηνλ θιαζηθφ πίλαθα απηνκαηηζκνχ κε ηνπο ειεθηξνλφκνπο. Γειαδή έγηλε κηα κεγάιε αιιαγή πεξάζακε θαηεπζείαλ απφ ηνπο ειεθηξνλφκνπο ζηνπο ππνινγηζηέο παξαθάκπηνληαο ηα ειεθηξνληθά. Γηα λα κπνξνχλ φκσο νη ηερληθνί λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ην λέν πξντφλ θαη λα κελ “ηξνκάμνπλ” απφ έλλνηεο φπσο ππνινγηζηήο , πξνγξακκαηηζκφο, γιψζζεο πξνγξακκαηηζκνχ θιπ, νη εηαηξίεο δελ αλέθεξαλ ηίπνηε απφ ηα παξαπάλσ. Απιά ηνπο είπαλ αληί λα ζρεδηάζεηε ην ειεθηξνινγηθφ ζρέδην ζα ην θάλεηε κε ην ηξφπν πνπ ζα ζαο πνχκε. Οπζηαζηηθά ηνπο κάζαηλαλ πξνγξακκαηηζκφ. Οη πξψηεο γιψζζεο πξνγξακκαηηζκνχ δελ έθαλαλ ηίπνηε άιιν απφ ην λα αληηγξάθνπλ ην ειεθηξνινγηθφ ζρέδην ζε κηα εηδηθή ζπζθεπή πξνγξακκαηηζκνχ. ήκεξα ηα PLC έρνπλ εμειηρζεί πάξα πνιχ.Τπάξρνπλ δε ζηελ αγνξά εθαηνληάδεο κνληέια απφ πιήζνο δηαθνξεηηθψλ εηαηξηψλ. Σα PLC πξνγξακκαηίδνληαη ζε ηξείο γιώζζεο * Γιψζζα LADDER πνπ είλαη ε πξψηε γιψζζα πνπ αλαπηχρζεθε θαη επηηξέπεη ηε κεηαθνξά ηνπ ειεθηξνινγηθνχ ζρεδίνπ κέζσ ηεο ζπζθεπήο πξνγξακκαηηζκνχ. * Γιψζζα STL ( Γιψζζα ινγηθψλ εληνιψλ) Πεξηέρεη εληνιέο πξνγξάκκαηνο πνπ αληηζηνηρνχλ ζηηο ινγηθέο πχιεο (AND, OR, NOT θιπ) ήκεξα έρεη εκπινπηηζηεί κε ζηνηρεία ηεο γιψζζαο assembly θαη απαηηεί απφ ηνλ ειεθηξνιφγν λα έρεη έζησ ζηνηρεηψδεηο γλψζεηο πξνγξακκαηηζκνχ. * Γιψζζα ινγηθψλ γξαθηθψλ (FBD) ή ινγηθνχ δηαγξάκκαηνο. Δίλαη θαη απηή γξαθηθή αιιά αληί ηνπ ειεθηξνινγηθνχ ζρεδίνπ ρξεζηκνπνηείηαη ην αληίζηνηρν ινγηθφ θχθισκα. ήκεξα ηα PLC ζπλδένληαη κε θαηάιιειν θαιψδην κε ηνλ ππνινγηζηή , ηνλ νπνίν ρξεζηκνπνηνχκε γηα λα θάλνπκε ηνλ πξνγξακκαηηζκφ ζε κηα απφ ηηο παξαπάλσ γιψζζεο θπξίσο LADDER ή ζε γιψζζα ινγηθψλ γξαθηθψλ, λα δνθηκάζνπκε ην πξφγξακκα, λα θάλνπκε δειαδή πξνζoκνίσζε θαη θαηφπηλ ην κεηαθέξνπκε ζην PLC.

121

5.2 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ ΣΟΤ PLC

Έλα PLC απνηειείηαη απφ ηα παξαθάησ κέξε: 1. Σελ κνλάδα εηζφδσλ, 2. Σελ κνλάδα εμφδσλ , 3. Σελ Κεληξηθή Μνλάδα Δπεμεξγαζίαο(ΚΜΔ)-Central Processing

Unit(CPU), 4. Μλήκεο, 5. Σξνθνδνηηθφ, 6. Πιαίζηα ηνπνζέηεζεο-επέθηαζεο 7. Θχξα επηθνηλσλίαο, &Γηάθνξεο άιιεο βνεζεηηθέο κνλάδεο.

Δδψ κπνξνχκε λα δηαθξίλνπκε θαη θάπνηα επηπιένλ ζηνηρεία πέξαλ ησλ πξναλαθεξζέλησλ φπσο ηελ νζφλε ηα θνπκπηά πινήγεζεο ηνπ PLC θαζψο θαη ηα θνπκπηά Escape & OK. Παξαηεξνχκε ηηο εηζφδνπο(επάλσ) θαη ηηο εμφδνπο(θάησ).Ζ θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο βξίζθεηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ PLC. [7]

Εικόνα 5.1

1. ΜΟΝΑΓΑ ΔΙΟΓΩΝ: Υσξίδνληαη ζε 2 θαηεγνξίεο

ΦΖΦΗΑΚΔ(ON-OFF) ζηηο νπνίεο ε είζνδνο κπνξεί λα αλαγλσξίζεη

κφλν δχν ηηκέο ηάζεο(ρακειή-πςειή), ή δχν θαηαζηάζεηο 0-1.Απηή ε

ηάζε δεκηνπξγείηαη απφ ην ηξνθνδνηηθφ ηνπ PLC ή απφ ην δηθφ καο

ηξνθνδνηηθφ

ΑΝΑΛΟΓΗΚΔ ζηηο νπνίεο ην ζήκα εηζφδνπ κπνξεί λα είλαη έλα

αλαινγηθφ ζήκα ζπλήζσο ηάζεο 0-10Volt ή έληαζεο ξεχκαηνο 0-20mA

ή 4-20mA.

Μηα κνλάδα εηζφδνπ κπνξεί λα πεξηιακβάλεη 4, 6, 8, 12, 24,

32...ςεθηαθέο εηζφδνπο, αλάινγα κε ηνλ ηχπν ηνπ PLC. Ο αξηζκφο ησλ

αλαινγηθψλ εηζφδσλ πνπ κπνξεί λα δηαζέηεη ην PLC δίλεηαη απφ ηελ εηαηξία

θαηαζθεπήο(δηαθέξεη απφ εηαηξία ζε εηαηξία θαη απφ κνληέιν ηεο ίδηαο

εηαηξίαο. [8]

122

2. ΜΟΝΑΓΑ ΔΞΟΓΩΝ(Γηάθξηζε ζε ςεθηαθέο θαη αλαινγηθέο):

Οη ηηκέο ηάζεο ςεθηαθψλ εμφδσλ είλαη 24V(D.C.), 115V(A.C.), 230V(A.C.) .

Σα ζήκαηα πνπ παίξλνπκε απφ κηα κνλάδα αλαινγηθψλ εμφδσλ είλαη

ζπλήζσο ηάζεο 0-10V ή έληαζεο ξεχκαηνο 0-20mA ή 4-20mA. Μηα κνλάδα

εμφδνπ κπνξεί λα πεξηιακβάλεη 4, 6, 8, 12, 24, 32...αλαινγηθέο εμφδνπο.

Σνλ κέγηζην αξηζκφ εηζφδσλ-εμφδσλ ελφο PLC ηνλ θαζνξίδεη ν

θαηαζθεπαζηήο θαη εμαξηάηαη απφ ηηο δπλαηφηεηεο ηεο Κεληξηθήο Μνλάδαο

Δπεμεξγαζίαο(ΚΜΔ). [8]

3. ΚΔΝΣΡΙΚΗ ΜΟΝΑΓΑ ΔΠΔΞΔΡΓΑΙΑ(ΚΜΔ)-CENTRAL PROCESSING

UNIT(CPU):

Δδψ γίλεηαη ε επεμεξγαζία ηνπ πξνγξάκκαηνο θαη ε εθηέιεζε ησλ εληνιψλ

κε βάζε ηα ζήκαηα εηζφδσλ-εμφδσλ. Αλάινγα κε ηα ζήκαηα πνπ παίξλεη θαη

αλάινγα κε ηα θαηαρσξεκέλα ζηε κλήκε, βγάδεη δηάθνξα ζήκαηα εμφδνπ. [8]

4. ΜΝΗΜΔ:

Οη κλήκεο ελφο PLC ρσξίδνληαη ζε 3 θαηεγνξίεο

Μλήκε πξνγξάκκαηνο(ηχπνπ RAM-Radom Access Memory-κλήκε ηπραίαο πξνζπέιαζεο): Δδψ απνζεθεχεηαη ην πξφγξακκα πνπ θάλνπκε. Ζ κλήκε απηή επηηξέπεη γξήγνξεο αιιαγέο ζην πξφγξακκα. πλδέεηαη κε κπαηαξία(δηάξθεηαο πεξίπνπ 1 ρξφλνπ), ψζηε, φηαλ ην PLC απνζπλδεζεί απφ ηελ ηξνθνδνζία λα δηαηεξείηαη ην πεξηερφκελν ηεο.

Μλήκε πζηήκαηνο(ηχπνπ ROM-Read Only Memory-κλήκε κφλν

αλάγλσζεο, ή PROM-programmable ROM-πξνγξακκαηηδφκελε ROM):

Δίλαη κλήκε ζηελ νπνία απνζεθεχεηαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή, ην

ινγηζκηθφ ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ PLC(ιεηηνπξγηθά πξνγξάκκαηα). ηελ

κλήκε απηή νχηε απνζεθεχνληαη, νχηε ζβήλνληαη δεδνκέλα.

Πξναηξεηηθή κλήκε (FEPROM-Flash Erasable PROM), πνπ κπνξεί λα

ζβεζηεί ειεθηξνληθά: ε απηή κπνξεί λα απνζεθεπηεί ην πξφγξακκα

αθνχ πάξεη ηελ ηειηθή ηνπ κνξθή αδεηάδνληαο έηζη ηελ κλήκε RAM.

123

5. ΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΟ: Γηα ηελ δεκηνπξγία ησλ απαξαίηεησλ ηάζεσλ, γηα ηελ

ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξηθψλ θπθισκάησλ ηνπ PLC, θαη ησλ εηζφδσλ θαη ησλ

εμφδσλ.[8]

6. ΠΛΑΙΙΑ ΣΟΠΟΘΔΣΗΗ ΚΑΙ ΔΠΔΚΣΑΗ: Δίλαη εηδηθέο βάζεηο-ξάγεο

πάλσ ζηηο νπνίεο κπαίλνπλ νη βαζκίδεο γηα ηνλ ζρεκαηηζκφ ελφο

PLC(modular).[8]

7. ΘΤΡΑ ΔΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ: Ζ αληαιιαγή πιεξνθνξηψλ κεηαμχ ρξήζηε θαη

ζπζθεπήο κπνξεί λα γίλεη είηε παξάιιεια, είηε ζεηξηαθά. Ο πξνγξακκαηηζκφο

ελφο PLC γίλεηαη κε εηδηθή θνξεηή ζπζθεπή, ή κε Ζ/Τ.[8]

8.ΒΟΗΘΗΣΙΚΔ ΜΟΝΑΓΔ: ΓΔΝ είλαη απαξαίηεηεο γηα ηελ ιεηηνπξγία

ελφο PLC.

Οη βνεζεηηθέο κνλάδεο ρσξίδνληαη σο εμήο:

Α. ΜΟΝΑΓΑ ΠΡΟΟΜΟΗΧΖ: Δίλαη κηα ζεηξά απφ δηαθφπηεο κε ηνπο

νπνίνπο κπνξνχκε λα θάλνπκε εξγαζηεξηαθφ έιεγρν ηνπ απηνκαηηζκνχ.

Β. MODEM: Δίλαη κηα ζπζθεπή κε ηελ νπνία κπνξνχκε λα δηαβηβάζνπκε

πιεξνθνξίεο θαη λα δψζνπκε εληνιέο κέζσ γξακκήο ηειεθψλνπ.

Γ. ΟΘΟΝΔ: Γηα έγρξσκεο απεηθνλίζεηο δηαγξακκάησλ πςειήο αθξίβεηαο.

Γ. ΔΚΣΤΠΧΣΔ ΟΛΧΝ ΣΧΝ ΣΤΠΧΝ [8]

Ζ φιε ιεηηνπξγία ηνπ PLC βαζίδεηαη ζηνλ πξνγξακκαηηζκφ ηνπ ν νπνίνο ζε

θάπνηα κνληέια γίλεηαη απ΄ επζείαο επάλσ ζην PLC. Σηο πεξηζζφηεξεο θνξέο

φκσο ν πξνγξακκαηηζκφο γίλεηαη απφ Ζ/Τ.

5.3 ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ PLC ΕΝΑΝΣΙ ΚΛΑΙΚΟΤ ΑΤΣΟΜΑΣΙΜΟΤ

Δίλαη ζπζθεπέο γεληθέο ρξήζεο (δελ είλαη θαηαζθεπαζκέλα γηα έλα ζπγθεθξηκέλν είδνο εθαξκνγήο).

Γελ ελδηαθέξεη ν ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ επαθψλ, ρξνληθψλ, απαξηζκεηψλ (δελ είλαη θπζηθά ζηνηρεία, αιιά ζηνηρεία κλήκεο)

Ζ ιεηηνπξγία ηνπ απηνκαηηζκνχ κπνξεί λα αιιάμεη ζε νπνηνδήπνηε ζηάδην ζειήζνπκε

Δχθνινο νπηηθφο έιεγρνο ηεο ιεηηνπξγίαο ή κε ζηνηρείσλ ηεο εγθαηάζηαζεο κε ηελ βνήζεηα ησλ LED πνπ ππάξρνπλ ζε φιεο ηηο θάξηεο.

124

Με ηελ βνήζεηα ηεο πξνγξακκαηίζηξηαο κπνξνχκε λα παξαθνινπζήζνπκε ηελ ξνή ηεο εθηέιεζεο ηνπ πξνγξάκκαηνο θαη κέζσ δηαγλσζηηθψλ λα εληνπίζνπκε ηπρφλ βιάβεο.

Κάζε αιιαγή ζην πξφγξακκα ηνπ ρξήζηε απνζεθεχεηαη ζηελ κλήκε ηνπ PLC, έηζη ν ηερληθφο δελ βξίζθεηαη πξν απξφνπηνπ λα δηαβάδεη έλα ζρέδην θαη άιιν λα βξίζθεηαη πξαγκαηηθά ζηελ εγθαηάζηαζε.

Σα PLC θαηαιακβάλνπλ πνιχ κηθξφ ρψξν απ‟ φηη έλα αληίζηνηρνο πίλαθαο απηνκαηηζκνχ.

Μπνξνχλ λα ηνπνζεηεζνχλ θαη κέζα ζε πεδίν ηζρχνο ρσξίο πξφβιεκα εθ‟ φζνλ ηεξήζνπκε ηηο νδεγίεο ηνπ θαηαζθεπαζηή.

Έρνπκε ηελ δπλαηφηεηα λα ζπλδέζνπκε επάλσ ηνπο νζφλεο, εθηππσηέο, πιεθηξνιφγηα θαη ΖΜΗ ζπζηήκαηα.

Οη γιψζζεο πξνγξακκαηηζκνχ θαιχπηνπλ φιν ην θάζκα ησλ αλζξψπσλ πνπ θαινχληαη λα αζρνιεζνχλ κε ηελ ηερλνινγία απηή.

Δίλαη επεθηάζηκα.

Έρνπλ κεγάιεο δπλαηφηεηεο δηθηχσζεο κε πξφηππα βηνκεραληθά δίθηπα.

Μαο δίλνπλ δπλαηφηεηα αληηγξαθήο εθαξκνγψλ.

Απαηηνχλ ειάρηζηε ζπληήξεζε.

5.4 Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΟΤ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟΤ Πξνγξακκαηηζκφο ελφο PLC ζεκαίλεη λα δεκηνπξγήζνπκε κία ζεηξά απφ

εληνιέο νη νπνίεο λα ιχλνπλ έλα ζπγθεθξηκέλν αιγφξηζκν πνπ αληηζηνηρεί ζε

κηα ιεηηνπξγία ελφο ζπζηήκαηνο απηνκαηηζκνχ. Ζ δηαδηθαζία πνπ

αθνινπζνχκε γηα λα γξάςνπκε απηέο ηηο εληνιέο, απνηειεί ην πξφγξακκα.

5.4.1 Προγραμματιςμόσ PLC

Κάζε PLC έρεη κηα ζπγθεθξηκέλε γιψζζα κεραλήο , ζχκθσλα κε ηελ

αξρηηεθηνληθή ηνπ hardware. Δίλαη δπλαηφλ, ζεσξεηηθά, λα πξνγξακκαηίζνπκε

έλα PLC γξάθνληαο εληνιέο ζε γιψζζα κεραλήο . Κάηη ηέηνην φκσο ζα έθαλε ηα

PLC λα πξνγξακκαηίδνληαη κε επίπνλν ηξφπν θαη κφλν απφ αλζξψπνπο κε

βαζηά γλψζε ζηελ δνκή θαη ηελ ιεηηνπξγία ησλ δηάθνξσλ επεμεξγαζηψλ.

Γηα ηνλ ζθνπφ απηφ, νη θαηαζθεπαζηέο απηψλ ησλ ειεγθηψλ πξφηεηλαλ

δηάθνξεο γιψζζεο πξνγξακκαηηζκνχ, πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ απφ

αλζξψπνπο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηνλ έιεγρν ζπζηεκάησλ .

125

5.4.2 Επιλογή γλώςςασ προγραμματιςμού

Ζ επηινγή γιψζζαο πξνγξακκαηηζκνχ εμαξηάηαη απφ ηελ εκπεηξία θαη ηε

γλψζε ηνπ ρξήζηε ζε ςεθηαθά ειεθηξνληθά, ζε ππνινγηζηέο, ζε ζπζηήκαηα

απηνκαηηζκνχ πνπ ιεηηνπξγνχλ κε θιαζηθφ ηξφπν θαη θπζηθά εμαξηάηαη απφ ηελ

θχζε ηνπ πξνβιήκαηνο πνπ έρνπκε λα αληηκεησπίζνπκε

Σν κεγάιν πξφβιεκα κε ηηο γιψζζεο πξνγξακκαηηζκνχ (Γ.Π.) είλαη φηη ε θάζε

θαηαζθεπαζηηθή εηαηξία πάξα ην γεγνλφο φηη ρξεζηκνπνηεί κία ή δχν ή θαη

πεξηζζφηεξεο απφ ηηο γλσζηέο Γ.Π., ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ππάξρνπλ απφ

κηθξέο κέρξη ηεξάζηηεο δηαθνξέο απφ εηαηξία ζε εηαηξία, κε απνηέιεζκα ν

ρξήζηεο λα αληηκεησπίδεη πξφβιεκα φηαλ ζέιεη λα θάλεη ρξήζε ελφο PLC

δηαθνξεηηθήο εηαηξίαο.

Σελ ιχζε ζε απηφ ην πξφβιεκα ήξζε λα αληηκεησπίζεη ζηηο αξρέο ηηο δεθαεηίαο

ηνπ 1990 ην πξφηππν ΗEC 1131-3 πνπ θαζνξίδεη ηφζν ηνλ αξηζκφ θαη ηελ

νλνκαζία ησλ γισζζψλ πξνγξακκαηηζκνχ, φζν θαη ηα εζσηεξηθά ηνπο ζηνηρεία

(ζχκβνια, εληνιέο, θηι.)

5.4.3 Γλώςςεσ προγραμματιςμού PLC

Σα PLC πξνγξακκαηίδνληαη ζε ηξεηο γιώζζεο:

Γιώζζα LADDER πνπ είλαη ε πξψηε γιψζζα πνπ αλαπηχρζεθε θαη

επηηξέπεη ηε κεηαθνξά ηνπ ειεθηξνινγηθνχ ζρεδίνπ κέζν ηεο

ζπζθεπήο πξνγξακκαηηζκνχ.

Γιώζζα STL (Γιώζζα Λνγηθώλ Δληνιώλ) πεξηέρεη εληνιέο

πξνγξάκκαηνο πνπ αληηζηνηρνχλ ζηηο ινγηθέο πχιεο (AND, OR, NOT

θιπ). ήκεξα έρεη εκπινπηηζηεί κε ζηνηρεία ηεο γιψζζαο assembly θαη

απαηηεί απφ ηνλ ειεθηξνιφγν λα έρεη έζησ ζηνηρεηψδεηο γλψζεηο

πξνγξακκαηηζκνχ.

Γιώζζα Λνγηθώλ Γξαθηθώλ (FBD) ή ινγηθνύ δηαγξάκκαηνο. Δίλαη

θαη απηή γξαθηθή αιιά αληί ηνπ ειεθηξνινγηθνχ ζρεδίνπ

ρξεζηκνπνηείηαη ην αληίζηνηρν ινγηθφ θχθισκα.

126

5.5 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ PLC ΜΕ SOFTWARE

Ο πξνγξακκαηηζκφο ησλ PLC γίλεηαη κε ηελ βνήζεηα εηδηθήο ζπζθεπήο

ε νπνία δηαζέηεη νζφλε απεηθφληζεο θαη πιεθηξνιφγην γηα ηελ θαηαρψξεζε

ησλ εληνιψλ. Οη πεξηζζφηεξεο πιένλ, ζχγρξνλεο δηαηάμεηο PLC πνπ

θπθινθνξνχλ ζηελ αγνξά έρνπλ ηελ δπλαηφηεηα ζχλδεζεο κε Ζ/Τ, κε ηελ

βνήζεηα ηνπ νπνίνπ είλαη δπλαηή ε επηθνηλσλία κε ηελ ζπζθεπή θαη ν

πξνγξακκαηηζκφο ηεο, κέζσ γξαθηθνχ θηιηθνχ πξνο ηνλ ρξήζηε

πεξηβάιινληνο.

Εικόνα 5.2

Υεηξνθίλεηνο πξνγξακκαηηζκφο PLC κε εηδηθή ζπζθεπή πξνγξακκαηηζκνχ

Όπσο αλαθέξεηαη πην πάλσ ηα PLC κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ κε Ζ/Τ γηα

ην πξνγξακκαηηζκφ ηνπο. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηε ρξήζε θαηάιιεινπ

πξνγξάκκαηνο θαη κε ηελ ζσζηή ζχλδεζε ηνπ ππνινγηζηή κε ην PLC. Με

απηφλ ηνλ ηξφπν κπνξνχκε λα κεηαθέξνπκε ην πξφγξακκα απφ ηνλ Ζ/Τ ζην

PLC ή θαη ην αληίζηξνθν. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη ε ππνδνρή δηαζχλδεζεο δελ

ρξεζηκνπνηείηαη κφλν γηα ηελ ζχλδεζε κε Ζ/Τ.

127

5.6 ΚΡΗΣΙΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗ PLC

Γηα ηελ επηινγή ηνπ θαηαιιειφηεξνπ PLC έρνπκε λα επηιέμνπκε 1 απφ κηα

ζεηξά δηαθνξεηηθψλ κνληέισλ θαη θαηαζθεπαζηψλ αλάινγα κε ηηο αλάγθεο

καο, κε ηηο απαηηήζεηο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ηηο δπλαηφηεηεο ηνπο.

Δπίζεο ζεκαληηθφο είλαη ν παξάγνληαο ηφζν ηεο εθαξκνδφκελεο ηάζεσο

ηξνθνδνζίαο θαη ιεηηνπξγίαο ζε ζπλδπαζκφ πάληα θαη κε ηα νηθνλνκηθά

θξηηήξηα ηνπ PLC π.ρ. γηα λα δνπιέςεη έλα PLC ζηα 24V DC, είηε ζε

νπνηαδήπνηε ηάζε AC πιελ ησλ 230V, ζα πξέπεη λα ιεθζεί ππ‟ φςε θαη ε

αγνξά ηνπ θαηάιιεινπ ηξνθνδνηηθνχ γηα ην PLC φπσο θαη ν ζπκβηβαζκφο

φισλ ησλ εμαξηεκάησλ ηνπ ζπζηήκαηνο-θπθιψκαηνο ζηελ αλάινγε

ηππνπνηεκέλε θάζε θνξά ηάζε. Σέινο ζα ζέινπκε λα ππάξρεη επθνιία γηα

κειινληηθή επέθηαζε (π.ρ. Δπέθηαζε εηζφδσλ-εμφδσλ)ή αιιαγή ζηνλ

πξνγξακκαηηζκφ ηνπ PLC.

128

6.1 ΑΝΑΥΟΡΑ ΣΟ PLC SIEMENS LOGO 230RC Σα κνληέια ηνπ LOGO! Βαζηθέο ζπζθεπέο Γηαηίζεληαη νη παξαθάησ βαζηθέο ζπζθεπέο LOGO!

6.2 Ο ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΙΜΟ ΣΟΤ LOGO (ΕΠΑΥΕ)

εκείσζε

Σν LOGO! αλαγλσξίδεη, δειαδή δηαβάδεη θαη ελεξγνπνηεί ηηο εηζφδνπο θαη ηηο εμφδνπο φισλ ησλ κνλάδσλ επέθηαζεο αλεμάξηεηα απφ ηνλ ηχπν ηνπο. Σν LOGO! κπνξεί λα επεμεξγαζηεί ζπγθεθξηκέλν αξηζκφ εηζφδσλ, εμφδσλ θαη βνεζεηηθψλ bit κλήκεο: Η1 έσο Η24, ΑΗ1 έσο ΑΗ8, Q1 έσο Q16, AQ1 θαη AQ2, Μ1 έσο Μ27 θαη ΑΜ1 έσο ΑΜ6. Γηα ηηο εηζφδνπο Η1, Η2, Η7 θαη Η8 ζηα LOGO! 12/24 θαη LOGO! 24 ηζρχεη ην εμήο: αλ ζην πξφγξακκα ρξεζηκνπνηεζεί ν ζπκβνιηζκφο Ηx νη είζνδνη ζεσξνχληαη ςεθηαθέο. Αλ ρξεζηκνπνηεζεί ν ζπκβνιηζκφο ΑΗx, νη είζνδνη ζεσξνχληαη αλαινγηθέο. Δίζνδνη ΑΗx κπνξεί λα είλαη κφλν απηέο ζηηο νπνίεο πξάγκαηη κπνξνχκε λα ζπλδέζνπκε αλαινγηθφ ζήκα.

6.3 ΦΨΡΟ ΣΗ ΜΝΗΜΗ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΟ

Γηαζέζηκε κλήκε ζην LOGO! Ζ δηαζέζηκε κλήκε ηνπ LOGO! είλαη: Bytes Blocks REM 3800 200 250 Σν LOGO! ειέγρεη ζπλερψο ηελ θαηαλάισζε ηεο κλήκεο θαη εκθαλίδεη κφλν εθείλεο ηηο ιεηηνπξγίεο γηα ηηο νπνίεο ππάξρεη δηαζέζηκε κλήκε.

Καηαλάισζε κλήκεο

129

ηνλ πίλαθα θαίλεηαη πφζεο ζέζεηο κλήκεο θαηαλαιψλεη θάζε εηδηθή ιεηηνπξγία:

130

6.4 ΠΙΝΑΚΑ ΕΙΔΙΚΨΝ ΛΕΙΣΟΤΡΓΕΙΨΝ – SF

132

7.1 ΠΕΡΙΓΡΑΥΗ ΤΛΙΚΨΝ & ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΨΝ ΣΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ

Ζ θαηαζθεπή απνηειείηαη απφ δπν βαζηθά κέξε: 1ν ην θσηνβνιηαηθν

ζύζηεκα & 20 ην ζύζηεκα ζπλαγεξκνύ κε ρξήζε PLC.

7.2.1 ΑΝΑΛΤΗ ΥΨΣΟΒΟΛΣΑΙΚΨΝ ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΨΝ ΣΗ

ΚΑΣΑΚΕΤΗ

7.2.1.1 Υωτοβολταικά πάνελ

ηελ θαηαζθεπή καο ρξεζηκνπνηήζακε δπν θσηνβνιηαηθα πάλει άκνξθνπ

ππξηηίνπ ηεο εηαηξίαο solarrex (type MSX5) κε ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά:

Πξφθεηηαη γηα θσηνβνιηαηθα ηα νπνία

απνδίδνπλ ηζρχ 5W θαη 0,31(Α)ζηνπο 250C

γηα ηελ κεγίζηε απφδνζε ηνπο .

Με βάζε ην ηερληθφ ζρέδην γηα λα

επηηχρνπκε ηελ κεγίζηε απφδνζε πξέπεη ην

πάλει καο λα έρεη θιήζε 150 απφ ηηο

αθηίλεο ηνπ ειίνπ. (Γηα πεξηζζφηεξεο

εηδηθέο πιεξνθνξίεο βιέπε ζει.43)

Εικόνα 7.1

133

7.2.1.2 Ρυθμιςτήσ φόρτιςησ

Ο ξπζκηζηήο θφξηηζεο είλαη ηεο εηαηξίαο Conergyn SCC 10 Vision κε ηα

παξαθάησ ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά :

Ο ξπζκηζηήο θφξηηζεο πξννξίδεηαη γηα ηελ

πξνζηαζία ηνπ ζπζζσξεπηή (κπαηαξία) απφ

ππεξθφξηηζε κέζν ηεο ειηαθήο γελλήηξηαο

θαη απφ νιηθή απνθφξηηζε κέζσ ηνπ

θαηαλαισηή

Ζ θφξηηζε πξαγκαηνπνηείηε κέζσ κηαο

δπλαηφηεηαο θφξηηζεο πνιιαπιψλ

επίπεδσλ , ε νπνία πξνζθέξεη επίζεο

αληηζηάζκηζε ζεξκφηεηαο , γηα ηελ επίηεπμε

ηεο βέιηηζηεο θφξηηζεο ηνπ ζπζζσξεπηή.

Εικόνα 7.2

7.2.1.3 Αντιςτροφέασ (inverter)

Ο αληηζηξφθεαο inverter είλαη ηεο εηαηξίαο GENIOUS POWER (type G-12-

030) θαη έρεη ηα παξαθάησ ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά:

Σα inverter είλαη ζπζθεπέο πνπ παίξλνπλ ηάζε εηζφδνπ 11V-14.5V DC θαη βγάδνπλ ηάζε εμφδνπ 230V AC. Αλάινγα κε ηα θνξηία πνπ έρνπκε επηιέγνπκε θαη ηα Watt ηνπ inverter. Έρνπλ πξνζηαζία ππεξθφξηηζεο, βξαρπθπθιψκαηνο, ρακειήο ηάζεο θαζψο θαη ζπλαγεξκφ ρακειήο κπαηαξίαο θαη θιεηζίκαηνο

Εικόνα 7.3

134

7.2.1.4 υςςωρευτήσ (μπαταρία)

Ο ζπζζσξεπηήο έρεη ηα παξαθάησ ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά:

Ο ζπζζσξεπηήο είλαη κηα ρεκηθή πεγή ξεχκαηνο, ηθαλή λα απνζεθεχζεη ειεθηξηθή ελέξγεηα θαη φηαλ ρξεηαζηεί, λα ηελ απνδψζεη ζε εμσηεξηθφ θχθισκα. Ζ κπαηαξία καο είλαη θιεηζηνχ ηχπνπ AGM ρσξίο ζπληήξεζε θαη απνδίδεη 12 V 7Ah

Εικόνα 7.4

7.2.1.5 Πολυόργανο μέτρηςησ

Σν πνιπφξγαλν κέηξεζεο έρεη ηα παξαθάησ ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά:

Σάζε ηξνθνδνζίαο 230 V

Πεξηνρή κέηξεζεο Ηζρχνο 1.5

- 3000 w

Έρεη ηελ ηθαλφηεηα λα

κεηξήζεη ηάζε-έληαζε-ηζρχ-

ζπρλφηεηα θαη cosθ

Εικόνα 7.5

135

7.2.2 ΑΝΑΛΤΗ ΕΞΑΡΣΗΜΑΣΨΝ ΣΟΤ ΤΝΑΓΕΡΜΟΤ

7.2.2.1 Προγραμματιζόμενοσ λογικόσ ελεκτήσ (PLC)

Σν PLC SIEMENS LOGO 230RC

ρξεζηκνπνηείηαη θαηά θφξνλ γηα

εθπαηδεπηηθνχο ζθνπνχο, γη‟απηφ

θαη ην ρξεζηκνπνηήζακε θαη ζηελ

δηθηά καο θαηαζθεπή. Γηα

πεξηζζφηεξεο πιεξνθνξίεο

ζρεηηθά κε ην LOGO 230RC( βιέπε

ζει 125) .

Εικόνα 7.6

7.2.2.2 Μαγνητικέσ παγίδεσ

Ζ ρξήζε ηνπο είλαη λα παγηδεχνπλ πφξηεο - παξάζπξα - ρξεκαηνθηβψηηα -

ζπξηάξηα θ.η.ι. θαη κε ην άλνηγκα ηνπο ελεξγνπνηνχλ ην ζπλαγεξκφ .

Μηα καγλεηηθή παγίδα απνηειείηαη απφ ην καγλεηάθη θαη απφ κηα επαθή ζε θαηάζηαζε εξεκίαο αλνηρηή (καγλεηηζκέλε) .

Εικόνα 7.7

136

7.2.2.3 Ανιχνευτήσ θραύςησ κρυςτάλλων

Αληρλεπηέο ζξαχζεο θξπζηάιισλ

ηνπνζεηνχληαη ζηηο εμσηεξηθά πεξηκεηξηθά

γπάιηλεο επηθάλεηεο ηνπ ζπηηηνχ ή ηνπ

γξαθείνπ (παξάζπξα, κπαιθνλφπνξηεο,

πφξηεο κε κεγάιε επηθάλεηα γπαιηνχ).Όηαλ

πξνζπαζήζεη θάπνηνο λα παξαβίαζε ην

θηήξην ζηέιλεη ζήκα ζηελ θεληξηθή κνλάδα

ηνπ ζπλαγεξκνχ θαη ηνλ ελεξγνπνηεί.

Εικόνα 7.8

7.2.2.4 ειρήνα

Ζ εηξήλα είλαη κία απιή κεραλή ή φξγαλν

παξαγσγήο νμχ θαη έληνλνπ ήρνπ. Ο ήρνο ησλ

απιψλ ζεηξήλσλ είλαη επαλαιακβαλφκελνο ελφο

ηφλνπ ή δίηνλνο ή θαη ηξίηνλνο, θαη ν ζθνπφο ηνπ

είλαη λα πξνθαιέζνπλ παληθφ ζηνπο δηαξξήθηεο ε

αθφκε θαη λα πξνεηδνπνηήζεη γηα ηελ απνθχγεη

κηαο θαθφβνπιεο ελεξγείαο.

Εικόνα 7.9

7.2.2.5 Ανιχνευτήσ κίνηςησ μικροκυμάτων

Πξφθεηηαη γηα αληρλεπηέο νη νπνίνη ρξεζηκνπνηνχλ κηθξνθχκαηα. Ζ αξρή

ιεηηνπξγίαο ηνπ είλαη ε ίδηα κε απηήλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ νη λπρηεξίδεο γηα ηελ

απνθπγή εκπνδίσλ. πγθεθξηκέλα ζηέιλεηαη έλα ζήκα ζηελ πεξηνρή φπνπ

είλαη γπξηζκέλνο ν αληρλεπηήο θαη ην ίδην ζήκα επηζηξέθεη.

137

Αλ ε “εηθφλα” ηνπ αξρηθνχ ζήκαηνο δελ

γπξίζεη νινθιεξσκέλε ηφηε απηφ ζεκαίλεη φηη

θάπνπ ζην ελδηάκεζν ππάξρεη εκπφδην πνπ

δελ ππήξρε πξηλ, νπφηε κε απηφλ ηνλ ηξφπν

αληρλεχεηαη ε θίλεζε θάπνηνπ μέλνπ ζψκαηνο.

Οη αληρλεπηέο απηνί θπθινθνξνχλ ζην εκπφ

ξην ζε πνηθηιία κεγεζψλ θαη δπλαηνηήησλ

πξάγκα ην νπνίν ζεκαίλεη θαη επξχ θάζκα

ηηκψλ. Δπίζεο ππάξρεη πνηθηιία ζηηο ηάζεηο

ιεηηνπξγίαο θαη ζηηο ηάζεηο εμφδνπ φπσο θαη

ζην είδνο ηεο ηάζεο(DC-AC) θαζψο θαη ζηνλ

ρξφλν απφθξηζεο. ηελ δηπιαλή εηθφλα

θαίλεηαη έλαο αληρλεπηήο κηθξνθπκάησλ.

Εικόνα 7.10

7.2.2.6 Ανιχνευτέσ κίνηςησ υπέρυθρησ ακτινοβολίασ

Οη αληρλεπηέο απηνί εκθαληζηαθά δελ

δηαθέξνπλ απφ ηνπο αληρλεπηέο κηθξν-

θπκάησλ. Ζ θχξηα δηαθνξά ηνπο

βξίζθεηαη ζηελ αξρή ιεηηνπξγίαο. Οη

αληρλεπηέο απηνί θαηαγξάθνπλ θίλεζε κε

ηελ δηαθνξά ζεξκνθξαζίαο κεηαμχ 2

αληηθεηκέλσλ. Σελ αξρή απηή ηελ

πηνζέηεζαλ απφ ηα θίδηα κε ηελ νπνία

ηερληθή μερσξίδνπλ ηελ ηξνθή ηνπο εηδηθά

φηαλ απηή θηλείηαη. πγθεθξηκέλα νη

αληρλεπηέο απηνί „„απνζε-θεχνπλ‟‟ ζην

θάζκα ηνπο θαη ζηελ πεξηνρή.

Εικόνα 7.11

138

7.2.3 ΕΠΙΠΡΟΘΕΣΑ ΤΛΙΚΑ ΣΟ ΤΣΗΜΑ ΣΟΤ ΤΝΑΓΕΡΜΟΤ

7.2.3.1 Μονάδα GSM (MODEM)

Υξεζηκεχεη γηα απνζηνιή SMS θαη θιήζε ζε

πεξίπησζε ζπλαγεξκνχ κέζσ δηθηχνπ

θηλεηήο ηειεθσλίαο.

Γελ ρξεζηκνπνηείηαη κφλν γηα

πξνεηδνπνίεζε, αιιά θαη γηα έιεγρν απφ

απφζηαζε θαη έρεη επξχ πεδίν εθαξκνγψλ.

Γελ απαηηεί κπαηαξίεο – ιακβάλεη ξεχκα απφ

ηελ θεληξηθή κνλάδα

Εικόνα 7.12

7.2.3.2 Ειδικοί πινάκεσ ςυναγερμού

Πξφθεηηαη γηα πίλαθεο νη νπνίνη

ειέγρνπλ ην φιν ζχζηεκα. Απφ εδψ

κπνξεί επίζεο λα γίλεη ρεηξνθίλεηνο

πξνγξακκαηη-ζκφο. ην ζπγθεθξηκέλν

θχθισκα ηνπ ζπλαγεξκνχ πνπ ζα

εθαξκνζηεί, ηελ δνπιεηά ηνπ πίλαθα ζα

ηελ θάλεη ην PLC αιιά ζα δέρεηαη

εληνιέο απφ εηδηθφ πίλαθα κε ελζσ-

καησκέλν θαξηναλαγλψζηε.

Εικόνα 7.13

139

7.2.3.2 Καρτοαναγνώςτεσ

Ο θαξηναλαγλώζηεο είλαη κηα ζπζθεπή πνπ

δηαβάδεη-απνθσδηθνπνηεί ηηο εληνιέο πνπ

παίξλεη απφ εηδηθή ειεθηξνληθή θάξηα.

Τπάξρνπλ πνιινί θαη δηάθνξνη ηχπνη αλάινγα

κε ηελ εξγαζία πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη. Κπξίσο

ηνπο ζπλαληάκε ζήκεξα ζηα κεραλήκαηα

απηφκαηεο αλάιεςεο ΑΣΜ θαη γεληθά ζε

ηξάπεδεο γηα ηηο δηάθνξεο ζπλαιιαγέο, ζε

μελνδνρεία γηα ην άλνηγκα θαη ην θιείζηκν ηεο

πφξηαο θηι.. Γηα ηνλ ζπλαγεξκφ πνπ ζέινπκε

λα θάλνπκε απνηειεί θιεηδί γηα ηελ

απελεξγνπνίεζε ηνπ ζπλαγεξκνχ φηαλ απηφο

ελεξγνπνηεζεί.

Εικόνα 7.14

7.2.3.4 Ανιχνευτήσ καπνού & ανιχνευτήσ αερίου

Ανιχνεφςιμα αζρια: LPG, φυςικό αζριο και αζριο

άνθρακα

Σροφοδοςία: 100 VAC - 240 VAC ~ 50/60 Hz

Κατανάλωςη ιςχφοσ: < 4 W

Επίπεδο ςυναγερμοφ:

LPG: 0,1% - 0,5%

Φυςικό αζριο: 0,1% - 0,3%

Αζριο άνθρακα: 0,1% - 0,5%

Ζνταςη ήχου ςυναγερμοφ: > 85 dB

Διακφμανςη θερμοκραςίασ: -10°C ~ 50°C

χετική υγραςία: < 97% RH

Εικόνα 7.15

140

7.3 ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΙΚΑ ΤΛΙΚΑ ΣΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ

7.3.1 Επιτηρητήσ τάςησ

Ο επηηεξεηήο ηάζεο ρξεζηκνπνηείηε

γηα λα αληηιακβάλεηαη ηελ ελαιιαγή

ζηελ ηηκή ηεο ηάζεο θαη λα θάλεη ηελ

αλάινγε κεηαγσγή (απφ

θσηνβνιηατθφ ζε ΓΔΖ ) & (απφ ΓΔΖ

ζε θσηνβνιηαΨθφ)

Εικόνα 7.16

141

7.3.2 Ρελέ ιςχύοσ Υξεζηκνπνηνχκε 8-πνδν ξειέ γηα λα πξαγκαηνπνηήζνπκε ηελ κεηαγσγή (απφ Φ/Β ζε ΓΔΖ & απφ ΓΔΖ ζε Φ/Β) κέζσ ησλ επαθψλ ηνπ, παίξλνληαο εληνιή απφ ηνλ επηηεξεηή ηάζεο . Απνηειείηε απφ ηελ βάζε θαη απφ ην ξειέ

Εικόνα 7.17 α Εικόνα 7.17 β

142

7.3.3 Μεταςχηματιςτήσ

Ο κεηαζρεκαηηζηήο ρξεζηκνπνηείηε γηα λα ηξνθνδνηήζνπκε ην ζχζηεκα

ζπλαγεξκνχ κε dc ηάζε 12 volt

Εικόνα 7.18

7.3.4 Πλακέτα ανιχνευτή κρούςησ

Μεηαηξέπεη ην ζήκα πνπ

αληηιακβάλεηαη ν αληρλεπηήο θξνχζεο, ζε

ςεθηαθφ, δίλνληαο ηελ αλάινγε εληνιή

γηα λα ελεξγήζεη ην PLC

Εικόνα 7.19

143

7.3 Εςωτερική ηλεκτρική εγκατάςταςη τησ καταςκευήσ

Βαζηθέο απαηηήζεηο κηαο Δ.Η.Δ. είλαη:

Αζθάιεηα

Λεηηνπξγηθφηεηα

Καιαηζζεζία

Οηθνλνκία

7.4.1 Μονοφαςικόσ πίνακασ φωτιςμού

Σα θχξηα κέξε απφ ηα νπνία απνηειείηαη ζπλήζσο έλαο κνλνθαζηθφο

πίλαθαο θσηηζκνχ είλαη:

Γεληθφο δηαθφπηεο κνλνπνιηθφο, νλνκαζηηθήο έληαζεο 40 Α

Έλα δηπνιηθφ ξειέ πξνζηαζίαο (αληηιεθηξνπιημηαθφο δηαθφπηεο ή ξειέ

δηαξξνήο)

Μία γεληθή αζθάιεηα, κνλνπνιηθή ζπληηθηηθή κε κήηξα θαη θπζίγγην 35

Α ή απηφκαηε αζθάιεηα ηχπνπ C πνπ είλαη βξαδείαο ηήμεο 32 Α

Δλδεηθηηθέο ιπρλίεο

Γηπνιηθή ξαγνδηαθφπηεο απφ 25Α έσο 40 Α (γηα ειεθηξηθή θνπδίλα,

ζεξκνζίθσλα, πιπληήξηα)

Απηφκαηεο κνλνπνιηθέο αζθάιεηεο .

Πίλαθαο ηεο θαηαζθεπήο καο:

- Γεληθφο δηαθφπηεο: 40 Α

- Γεληθή αζθάιεηα: 32 Α (απηφκαηε)

- 2 δηπνιηθή αζθαιεηνδηαθφπηεο: 25 Α (Κνπδίλα-

Θεξκνζίθσλαο)

- 1 απηφκαηε αζθάιεηα 16 Α

- 1 απηφκαηε αζθάιεηα 10 Α

εκείσζε : (ηελ θαηαζθεπή καο ιφγν ρψξνπ θαη νηθνλνκίαο δελ

ηεξήζεθαλ νη πξνβιεπφκελε θαλνληζκνί ησλ Δ.Ζ.Δ.)

144

7.4.2 Τπολογιςμόσ διατομήσ αγωγών& αςφαλειών

Οη ειάρηζηεο δηαηνκέο γηα ζπλεζηζκέλεο ειεθηξηθέο θαηαλαιψζεηο είλαη :

1,5 mm2γηα θπθιψκαηα θσηηζκνχ.

2,5 mm2 γηα θπθιψκαηα πξηδψλ .

2,5 mm2 γηα κνλνθαζηθά πιπληήξηα.

4 mm2 γηα ειεθηξηθφ ζεξκνζίθσλα.

6 mm2 γηα ειεθηξηθή θνπδίλα .

10 mm2 γηα ηελ γξακκή παξνρήο δηακεξίζκαηνο.

2,5 mm2 γηα ην ιεβεηνζηάζην .

2,5 mm2 γηα θπθιψκαηα θίλεζεο .

Οη ειάρηζηεο νλνκαζηηθέο ηηκέο αζθαιεηώλ γηα ζπλεζηζκέλεο ειεθηξηθέο

θαηαλαιψζεηο ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο δηαηνκέο είλαη:

Γηα δηαηνκή 1,5 mm2, ηνπνζεηείηαη απηφκαηε αζθάιεηα 10 Α

Γηα δηαηνκή 2,5 mm2, ηνπνζεηείηαη απηφκαηε αζθάιεηα 16 Α

Γηα δηαηνκή 4 mm2, ηνπνζεηείηαη απηφκαηε αζθάιεηα 20 Α



εκείσζε : (ηελ θαηαζθεπή καο ιφγν νηθνλνκίαο δελ ηεξήζεθαλ

νη πξνβιεπφκελε θαλνληζκνί ησλ Δ.Ζ.Δ. Υξεζηκνπνηήζακε

κνλφθισλν αγσγφ ηχπνπ (Ζ07V-U (NYA)) 1 X 1 mm2 )

(Ζιεθηξνινγηθφ ζρέδην πίλαθα ηεο θαηαζθεπήο)

145

7.4.3 Ντουί & Λαμπτήρεσ καθρέπτου χρωματιςτέσ (Ε14)

Οη ιακπηήξεο θαζξέπηνπ (Δ14) κε

ζθιεξφ γπαιί, επξείαο ή ζηελήο δέζκεο

εμαζθαιίδνπλ 20% ιηγφηεξε θαηαλάισζε

ξεχκαηνο απφ ηνπο ζπλεζηζκέλνπο

ιακπηήξεο θαζξέπηνπ. Έρνπλ κέζν ρξφλν

δσήο 2000 ψξεο. Δηδηθή γηα εζσηεξηθνχο

& εμσηεξηθνχο ρψξνπο , βηηξίλεο ,

εζηηαηφξηα , μελνδνρεία & ζπίηηα .

Εικόνα 7.20

Νηνπί Δ14 βηδσηφ πιαζηηθφ. Σν ληνπί ηεο εηθφλαο είλαη

βάζε γηα ηελ ιάκπα φπνπ κπνξεί λα ηνπνζεηεζεί ζε

δηάθνξα ζεκεία ηνίρν, μχιν, πιαζηηθφ … θηι .

Εικόνα7.21

7.5 Ανάλυςη μακέτασ (αςί)

Εικόνα 7.22

146

Οη δηαζηάζεηο ηεο καθέηαο θαίλνληαη ζηελ παξαπάλσ εηθφλα.

Υξεζηκνπνηήζακε μχιν πιαθάδ ην νπνίν βάθηεθε κε ιαδνκπνγηά θαη γηα

ηδάκηα-πφξηεο ρξεζηκνπνηήζακε plexy-glass θπαλνχ ρξψκαηνο.

Γηα ηηο πφξηεο ρξεζηκνπνηήζακε κεληεζέδεο θαη γηα ηελ ζηεξέσζε ηνπ

ζπηηηνχ & ηνπ θαηαζηήκαηνο ρξεζηκνπνηήζακε γσλίεο ζηεξέσζεο θαη

μπιφβηδεο 3mmΥ8mm.

Δπίζεο ρξεζηκνπνηήζακε ριννηάπεηα γηα ιφγνπο θαιαηζζεζίαο.

147

8.1 ΕΚΠΟΝΗΗ ΦΕΔΙΨΝ & ΕΠΕΞΗΓΗΗ

8.1.1 Ανάλυςη Λογικών Πυλών χεδίου AND , OR , NOT & EXOR

Oη πχιεο μερσξίδνπλ αλάινγα κε ηελ νλνκαζία ηνπο. Έλα νινθιεξσκέλν

θχθισκα δελ έρεη κφλν κηα πχιε κέζα ηνπ, αιιά παξαπάλσ απφ

δχν(ζπλήζσο 4). Παξαθάησ ζα δνχκε ηνπο ζπκβνιηζκνχο ησλ ινγηθψλ

ππιψλ AND, OR, NOT & EXOR θαηά ην πξφηππν DIN(γηαηί είλαη απηφ πνπ

ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε ζηνλ πξνγξακκαηηζκφ ηνπ PLC), ζα δνχκε ηηο ινγηθέο

εμηζψζεηο ηνπο θαη ηνπο πίλαθεο αιεζείαο ηνπο θαη ζα δψζνπκε κηα πην απιή

εμήγεζε γηα ην πφηε ππάξρεη αληαπφθξηζε ζηελ έμνδν ηνπο ζε ζπλδπαζκφ κε

ηα ζήκαηα ησλ εζφδσλ ηνπο.

Ζ ινγηθή εμίζσζε κηαο πχιεο καο δείρλεη ηελ ινγηθή πνπ αθνινπζεί κηα πχιε

γηα λα δψζεη απνηέιεζκα ζηελ έμνδν ηεο, ελψ, ν πίλαθαο αιεζείαο κηαο

πχιεο καο δείρλεη ηηο ινγηθέο θαηαζηάζεηο ηεο εηζφδνπ(ινγηθφ 1 ή ινγηθφ 0)

θαη ηεο εμφδνπ, είηε ε έμνδνο έρεη θαηάζηαζε ινγηθφ 1, είηε έρεη ινγηθφ 0.

Ο πίλαθαο αιεζείαο απεηθνλίδεη ηελ ιεηηνπξγία ελφο ινγηθνχ θπθιψκαηνο.

ηνλ πίλαθα αιεζείαο δίλνληαη νη ηηκέο ησλ εμφδσλ ζε φινπο ηνπο δπλαηνχο

ζπλδπαζκνχο ησλ εηζφδσλ. Πξφθεηηαη γηα κηα πάξα πνιχ ρξήζηκε απεηθφληζε

ησλ ινγηθψλ θπθισκάησλ, ε νπνία καο βνεζάεη λα θαηαιάβνπκε ηελ

ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο ρσξίο λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηηο ινγηθέο

καζεκαηηθέο παξαζηάζεηο.

8.1.1.1 Λογική πύλη AND

χκθσλα κε ηελ ινγηθή ηεο πχιεο AND ζα ππάξρεη απνηέιεζκα ζηελ έμνδν

ηεο φηαλ θαη κφλν ππάξρεη θαηάζηαζε ινγηθφ 1 θαη ζηηο δχν εηζφδνπο ηεο.

Αθφκε θαη κία απφ ηηο δχν εηζφδνπο δελ έρεη ινγηθφ 1, ε θαηάζηαζε ηεο

εμφδνπ ζα είλαη ην ινγηθφ κεδέλ, δειαδή δελ έρνπκε απνηέιεζκα ζηελ έμνδν.

148

8.1.1.2 Λογική πύλη OR

Ζ ινγηθή ηεο πχιεο OR καο ιέεη φπσο βιέπνπκε παξαπάλσ φηη ζηελ έμνδν

ζα ππάξρεη απνηέιεζκα(ινγηθφ 1) φηαλ έρνπκε ζήκα ζε κηα ηνπιάρηζηνλ

είζνδν ή θαη ζηηο δχν εηζφδνπο.

8.1.1.3 Λογική ύλη ΝOΣ

Ζ πχιε NOT(άξλεζε), έρεη κφλν κηα είζνδν θαη κηα έμνδν. Σν απνηέιεζκα

ηεο εμφδνπ είλαη πάληα ην αληίζεην ηεο εηζφδνπ. Σν θπθιάθη ζην κέξνο ηεο

εμφδνπ δειψλεη ηελ άξλεζε.

149

8.1.1.4 Λογική Πύλη EXOR

Ζ πχιε EXOR (απνθιεηζηηθή OR) έρεη απνηέιεζκα ζηελ έμνδν ηεο φηαλ

κφλν ε κηα απφ ηεο δχν εηζφδνπο ηεο έρεη θαηάζηαζε ινγηθφ 1. Ζ έμνδνο δελ

έρεη απνηέιεζκα φηαλ θαη νη δχν είζνδνη έρνπλ ηελ ίδηα θαηάζηαζε, είηε απηή

είλαη ινγηθφ 1, είηε είλαη ινγηθφ 0.

8.1.2 Ειδικέσ λειτουργίεσ προγράμματοσ

ηελ παξαθάησ εηθφλα βιέπνπκε ηηο εηδηθέο ιεηηνπξγίεο πνπ ζα

ρξεζηκνπνηεζνχλ κε ην ινγηζκηθφ LOGO Soft Comfort V6.1 γηα

πξνγξακκαηηζκφ ηνπ PLC.

ηελ παξαπάλσ εηθφλα είδακε ηελ κνξθή πνπ ζα έρνπλ νη εηδηθέο

ιεηηνπξγίεο πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζην πξφγξακκα ηνπ ζπλαγεξκνχ γηα ην

PLC. Δηδηθέο ιεηηνπξγίεο ραξαθηεξίδνληαη εθείλεο θαηά ηηο νπνίεο, ε

θαηάζηαζε ησλ εμφδσλ επηβάιιεη ηελ ξχζκηζε κηαο παξακέηξνπ απφ ηνλ

πξνγξακκαηηζηή π.ρ. γηα ηελ ελεξγνπνίεζε ηεο εμφδνπ ελφο ρξνληθνχ

θαζπζηέξεζεο έιμεο ρξεηάδεηαη λα δνζεί απφ ηνλ ρξήζηε έλαο ρξφλνο

150

έλαπζεο. Γηα λα γίλεη φκσο πην θαηαλνεηή ε ρξεζηκφηεηα ηνπο ζα ηηο δνχκε

παξαθάησ θαη ζα δψζνπκε κηα εμήγεζε γηα ην ηη θάλνπλ νη είζνδνη θαη νη

έμνδνη ηνπο.

1. Φεθηαθή είζνδνο: πιιέγεη πιεξνθνξίεο απφ ηα δηάθνξα εμαξηήκαηα θαη έρεη δχν θαηαζηάζεηο. Απηέο είλαη ην ινγηθφ 1 θαη ην ινγηθφ 0. Βάζε απηνχ κπνξνχκε λα πνχκε φηη ιεηηνπξγνχλ ζαλ δίνδνη. Γειαδή έρνπλ θαηάζηαζε 1 φηαλ ε ηηκή ηεο ηάζεο θαη ηνπ ξεχκαηνο είλαη πάλσ απφ θάπνην φξην, αξθεί λα κελ μεπεξλάεη θάπνηα κέγηζηε ηηκή δηφηη ππάξρεη πεξίπησζε λα θαεί.

2. Φεθηαθή έμνδνο: Δίλαη ηα απνηειέζκαηα ησλ δηαθφξσλ ιεηηνπξγηψλ ηνπ θπθιψκαηνο πξνγξακκαηηζκνχ. Έρνπλ επίζεο δχν ινγηθέο θαηαζηάζεηο 0 ή 1 θαη ζπλήζσο ηξνθνδνηνχλ ηα πελία ειεθηξνλφκσλ νη νπνίνη κε ηελ ζεηξά ηνπο ηξνθνδνηνχλ γξακκέο ηζρχνο πνπ δελ κπνξνχλ λα ηξνθνδνηεζνχλ απφ ηηο ςεθηαθέο εμφδνπο ηνπ PLC.

3. Δβδνκαδηαίνο ρξνλνδηαθφπηεο: Υξεζηκνπνηείηαη ζε πεξηπηψζεηο πνπ ζέινπκε λα έρνπκε έλα ζχζηεκα ελεξγνπνηεκέλν ή απελεξγνπνηεκέλν γηα ζπγθεθξηκέλεο ψξεο ηεο εκέξαο θαη γηα ζπγθεθξηκέλεο εκέξεο ηεο εβδνκάδαο. Γελ έρεη εηζφδνπο παξά κφλν κηα έμνδν θαη ηξεηο παξακέηξνπο(Νν1-Νν2-Νν3) απφ ηηο νπνίεο κπνξεί λα ξπζκηζηεί γηα ηξεηο δηαθνξεηηθέο πεξηφδνπο ην απνηέιεζκα ηεο εμφδνπ ηνπ. Γηα παξάδεηγκα κπνξεί λα ζέινπκε ηελ ελεξγνπνίεζε ελφο ζπζηήκαηνο ζε δηαθνξεηηθέο ψξεο απφ Γεπηέξα σο Παξαζθεπή , θαη ηελ ζπλερή ελεξγνπνίεζε ην ζαββαηνθχξηαθν.

4. Υξνληθφ θαζπζηέξεζεο έιμεο: Δίλαη ρξνλνδηαθφπηεο κε κηα είζνδν(Trg) θαη κηα έμνδν. Λεηηνπξγεί φπσο κηα επαθή ρξνλνδηαθφπηε ε νπνία θαζπζηεξεί λα θιείζεη γηα θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα απφ ηελ ζηηγκή πνπ ζα ελεξγνπνηεζεί ν ρξνλνδηαθφπηεο, γη‟ απηφ ιφγσ ηεο θαζπζηέξεζεο νλνκάδεηαη θαη ρξνληθφ θαζπζηέξεζεο έιμεο. Καηαξράο λα ζεκεησζεί φηη ηνλ ρξφλν θαζπζηέξεζεο ηνλ θαζνξίδεη ν ρξήζηεο ζην πξφγξακκα ηνπ PLC. Απφ ηελ ζηηγκή ινηπφλ πνπ ε είζνδνο Trg δερζεί ζήκα ινγηθφ 1 θαη αθνχ πεξάζεη ν πξνθαζνξηζκέλνο απφ ηνλ ρξήζηε ρξφλνο, έρνπκε απνηέιεζκα ζηελ έμνδν ηνπ ρξνληθνχ. Μεηά ηελ ελεξγνπνίεζε ηνπ ρξνληθφ επαλέξρεηαη ζηελ αξρηθή ηνπ θαηάζηαζε κφιηο ε είζνδνο ηνπ βξεζεί ζε ινγηθή θαηάζηαζε 0.

5. Αζχγρξνλε παικνγελλήηξηα: Παικνγελλήηξηα ζηελ νπνία ν ρξφλνο γηα ην άλακκα είλαη αλεμάξηεηνο απφ ηνλ ρξφλν ζβεζίκαηνο ηεο, δειαδή, ππάξρνπλ δχν παξάκεηξνη, κηα γηα ην άλακκα θαη κηα γηα ην ζβήζηκν πνπ ξπζκίδνληαη απφ ηνλ ρξήζηε. Γηα ηνλ ιφγν απηφ νλνκάδεηαη αζχγρξνλε. Ζ ζπγθεθξηκέλε δελ έρεη ελζσκαησκέλε απηνζπγθξάηεζε πξάγκα ην νπνίν ζεκαίλεη φηη ζα ιεηηνπξγεί κφλν φηαλ ζα δέρεηαη ζηαζεξφ ζήκα ζε κηα απφ ηηο δχν εηζφδνπο ηεο. Ζ παικνγελλήηξηα κε απηνζπγθξάηεζε ιεηηνπξγεί κε ηνλ ίδην ηξφπν κε ηελ δηαθνξά φηη έρεη θαη παξακέηξνπο γηα ελεξγνπνίεζε θαη απελεξγνπνίεζε(Set-Reset). Όηαλ δέρεηαη ζήκα ζηελ είζνδν En ιεηηνπξγεί θαλνληθά γηα ηνπο ρξφλνπο πνπ έρεη θαζνξηζηεί απφ ηνλ ρξήζηε. Ζ είζνδνο Inv(Invert-αλαζηνξθή), αληηζηξέθεη ην ζήκα πνπ ζα έδηλε ζε θαλνληθέο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο, δειαδή, καο δίλεη ην αληίζεην απνηέιεζκα απφ ηελ En.

6. Δληνιή απηνζπγθξάηεζεο RS: ηηο πεξηζζφηεξεο ιεηηνπξγίεο ηνπ πξνγξάκκαηνο ην απνηέιεζκα ηεο εμφδνπ δίλεηαη απφ ην απνηέιεζκα

151

ησλ ελεξγνπνηεκέλσλ εηζφδσλ π.ρ. έλα ρξνληθφ ιεηηνπξγεί φηαλ δερηεί ζήκα ζηελ είζνδν ηνπ θαη κφλν δειαδή, αλ γηα θάπνην ιφγν δηαθνπεί ε ηξνθνδνζία ηεο εηζφδνπ ην ρξνληθφ ζα ζηακαηήζεη λα έρεη απνηέιεζκα ζηελ έμνδν ηνπ αθφκα θαη αλ πεξάζεη ν ρξφλνο ελεξγνπνίεζεο ηνπ. ηελ πεξίπησζε φκσο πνπ ζα ζέιακε λα εμαθνινπζεί λα θξαηάεη ε είζνδνο ην ζήκα ηεο κέρξη ηελ απελεξγνπνίεζε ηνπ απφ εκάο ζα έπξεπε λα ην ζπλδέζνπκε ζηελ έμνδν κηαο εληνιήο απηνζπγθξάηεζεο RS. Ζ απηνζπγθξάηεζε έρεη δχν εηζφδνπο S-R(Set-Reset) θαη κηα έμνδν. Μφιηο δερηεί ζήκα ζηελ είζνδν S αθφκε θαη ζηηγκηαία, ε έμνδνο ηεο ελεξγνπνηείηαη αθφκε θαη αλ ζβήζεη ε είζνδνο S. Ο κφλνο ηξφπνο λα ζβήζεη είλαη λα δνζεί παικφο, έζησ θαη ζηηγκηαίνο ζηε είζνδν R.

8.2.1 χέδιο & ανάλυςη φωτιςμού & ςυναγερμού καταςτήματοσ

Σχέδιο 8.1

Μέζσ ηνπ παξαπάλσ ζρεδίνπ ειέγρεηαη ν θσηηζκφο ηεο βηηξίλαο ελφο

θαηαζηήκαηνο απηφκαηα θαη ελεξγνπνηείηαη ν ζπλαγεξκφο ζε πεξίπησζε

παξαβίαζεο ηνπ θαηαζηήκαηνο ή ηεο νηθίαο.

Διέγρνληαη κέζσ απηνχ ηνπ απηνκαηηζκνχ ηέζζεξηο δηαθνξεηηθέο νκάδεο

θψησλ.

152

Ζ 1ε νκάδα θψησλ ρξεζηκεχεη γηα ηνλ εκεξήζην θσηηζκφ.

Ζ 2ε νκάδα θψησλ γηα ην επηπξφζζεην βξαδηλφ θσηηζκφ.

Ζ 3ε νκάδα θψησλ γηα ηνλ ειάρηζην λπρηεξηλφ θσηηζκφ.

Ζ 4ε νκάδα θψησλ ειέγρεη ηνλ θσηηζκφ δέζκεο κε ζπνηάθηα γηα ηδηαίηεξν

θσηηζκφ αληηθεηκέλσλ.

Ζ βηηξίλα ζα θσηίδεηαη απφ Γεπηέξα έσο Παξαζθεπή απφ ηηο 10 ην βξάδπ.

Σν άββαην απφ ηηο 8:00 ην πξσί κέρξη ηα κεζάλπθηα θαη ηελ Κπξηαθή απφ ηηο

12:00 ην κεζεκέξη έσο ηηο 8:00 ην βξάδπ.

ε απηά ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα ν θσηηζκφο ηεο 1εο νκάδαο ζα είλαη

ελεξγνπνηεκέλνο. Ζ 1ε νκάδα θψησλ ειέγρεηαη απφ ηελ έμνδν Q1 ηνπ PLC.

Σηο βξαδηλέο ψξεο ζα ιεηηνπξγεί ε 2ε νκάδα θψησλ εθφζνλ φκσο ν

θσηνδηαθφπηεο (Photo-sensitive switch – NO contact) έρεη ελεξγνπνηεζεί. Σα

θψηα απηά ζα αλάβνπλ εθφζνλ αλάβνπλ ηα θψηα ηεο 1εο νκάδαο. O

θσηνδηαθφπηεο είλαη ζπλδεδεκέλνο ζηελ είζνδν I1. Ζ 2ε νκάδα θψησλ

ειέγρεηαη απφ ηελ έμνδν Q2 ηνπ PLC

Ζ 3ε νκάδα θψησλ ζα ελεξγνπνηείηαη εθηφο ησλ ρξνληθψλ δηαζηεκάησλ πνπ

πξναλαθέξζεθαλ. Γειαδή φηαλ ν θσηηζκφο ηεο 1ε νκάδαο είλαη ζβεζηφο.

Δθφζνλ φκσο ν θσηνδηαθφπηεο είλαη ελεξγνπνηεκέλνο (δειαδή κφλν ηηο

λπρηεξηλέο ψξεο). Ζ 3ε νκάδα θψησλ ειέγρεηαη απφ ηελ έμνδν Q3 ηνπ PLC.

Ζ 4ε νκάδα θψησλ ειέγρεηαη απφ ηνλ αληρλεπηή θίλεζεο (Motion detector –

NO contact). Ζ δηάξθεηα ελεξγνπνίεζεο είλαη γηα 1 ιεπηφ εθφζνλ δελ

αληρλεχεηαη πιένλ θίλεζε. Με ηνλ θσηηζκφ απηφ επηδηψθεηαη ε θαιχηεξε

παξνπζίαζε ζπγθεθξηκέλσλ αληηθεηκέλσλ ηεο βηηξίλαο ηα νπνία ζα δέρνληαη

ησλ θσηηζκφ απφ ζπνηάθηα. Ο θσηηζκφο απηφο ζα κπνξεί λα ελεξγνπνηείηαη

νπνηαδήπνηε ψξα ηελ εκέξα ή ηελ λχρηα. O αληρλεπηήο θίλεζεο είλαη

ζπλδεδεκέλνο ζηελ είζνδν I4. Ζ 4ε νκάδα θψησλ ειέγρεηαη απφ ηελ έμνδν Q4

ηνπ PLC.

Όια ηα θψηα φισλ ησλ νκάδσλ ζα αλαβνζβήλνπλ ζπλερψο φηαλ

ελεξγνπνηεζεί ν αληρλεπηήο θξνχζεο. Απηφ ζα ζπκβαίλεη ζηελ πεξίπησζε πνπ

έρνπκε παξαβίαζε ηνπ θαηαζηήκαηνο ή ηεο νηθίαο κε θάπνην αληηθείκελν. Σν

αλαβφζβεκα απηφ ζα ζπλνδεχεηαη θαη απφ ηνλ ήρν κηαο ζεηξήλαο. O

αληρλεπηήο θίλεζεο είλαη ζπλδεδεκέλνο ζηελ είζνδν I5. Ζ ζεηξήλα ζα

ζπλδέεηαη ζηελ έμνδν Q5 ηνπ PLC. Ζ θαηάζηαζε απηή ζπλαγεξκνχ ζα

ηεξκαηίδεηαη κφλν φηαλ θάπνηνο θαηεβάζεη ην δηαθφπηε πνπ είλαη ζπλδεδεκέλν

ζηελ είζνδν I6.

153

Τπάξρεη έλαο δηαθφπηεο δνθηκήο (test switch) κέζσ ηνπ νπνίνπ ειέγρεηαη ε

θαιή ιεηηνπξγία φισλ ησλ θψησλ. Ο δηαθφπηεο απηφ είλαη ζπλδεδεκέλνο ζηελ

είζνδν I3 ηνπ PLC.

8.2.2 Ηλεκτρολογικό ςχέδιο καταςκευήσ

ην παξαπάλσ ζρέδην βιέπνπκε ηελ ειεθηξνινγηθή εγθαηάζηαζε ηεο

θαηαζθεπήο φπνπ κε ηελ ζπλδεζκνινγία απηή επηηπγράλεηε ε ελαιιαγή απφ

(Γ.Δ.Ζ ζε Φσηνβνιηατθφ) & απφ (Φσηνβνιηατθφ ζε Γ.Δ.Ζ.) κέζσ ηνπ

επηηεξεηή ηάζεο ζε ζπλεξγαζία κε ην ξειέ. Αλάινγα κε ην πνηα πεγή

ελέξγεηαο ηξνθνδνηεί ην θχθισκα αλάβεη ε αλάινγε ιπρλία έλδεημεο.

(πξάζηλε ιπρλία γηα θσηνβνιηατθφ) & (θφθθηλε ιπρλία γηα Γ.Δ.Ζ).

Σν PLC ηξνθνδνηείηε απφ ηελ έμνδν ηνπ ξειέ (11-21) φπνπ πεξλάεη απφ

έλαλ δηαθφπηε & κηα αζθάιεηα γηα ηνλ έιεγρν & ηελ πξνζηαζία ηνπ PLC.

Δπίζεο ζπλδένπκε θαη κηα ελδεηθηηθή ιπρλία γηα λα γλσξίδνπκε ηελ θαηάζηαζε

ηνπ PLC (ON ή OFF).

Γηα ηελ Δ.Ζ.Δ. ηεο θαηαζθεπήο βιέπε ζειίδα 143

154

8.3 Υωτογραφίεσ τησ καταςκευήσ

157

ΕΠΙΛΟΓΟ

Φίιεο θαη θίινη , δπζηπρψο ζηελ Διιάδα ,ρξφληα ηψξα ,απηνί πνπ παίξλνπλ ηηο απνθάζεηο πξνζπαζνχλ μαλά θαη μαλά ...λα αλαθαιχςνπλ ηνλ ηξνρφ!!ηα ζέκαηα πεξηβάιινληνο θαη Α.Π.Δ. είκαζηε επηεηθψο ηνπιάρηζηνλ κηα 10εηία πίζσ απφ ηελ ππφινηπε Δπξψπε ,ζπλεπψο δελ ρξεηάδεηαη πιένλ λα αλαθαιχπηνπκε θαη λα εθεπξίζθνπκε, αιιά λα εθκεηαιιεπφκαζηε ηελ εκπεηξία ησλ άιισλ θαη λα ηελ εθαξκφδνπκε θαηά ηνλ θαιχηεξν ηξφπν. Αξθεί απηνί πνπ απνθαζίδνπλ γηα εκάο, λα ζέινπλ θαη λα γλσξίδνπλ πνπ ζα βξνπλ ηηο πεγέο ηεο γλψζεο. Διπίδσ ν ιακπξφο ήιηνο ηεο παηξίδαο καο ,πνπ ηφζν θαηξφ θαίλεηαη φηη ηνπο ζάκπσλε θαη δελ έβιεπαλ ηνπο θσηίζεη(ην ίδην θαη ν Θεφο)γηα λα ηνλ μαλά-αλαθαιχςνπλ ! ! !

158

ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ [1] Ήπηεο θαη αλαλεψζηκεο πεγέο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Κάπνο, Μηιηηάδεο Μ. [2] Ζιεθηξηζκφο απφ Ζιηαθή Δλέξγεηα, Thomas Markvart, Δπηκέιεηα Παλαγηψηεο θνχηδνο, Δθδφζεηο ΗΧΝ

[3] Γεσγξαθηθφ κήθνο Frances Foster Books

[4] Ζιηνζεξκηθέο εγθαηάζηαζεο ηακάηεο Γ.Πεξδίνο

[5] ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΦΑΗΝΟΜΔΝΟ Φξαγθηαδάθεο, Ησάλλεο Δ.

[6] Φσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα Φξαγθηαδάθεο Ησάλλεο Δ.

[7] Κνηδακπάζεο Μηράιεο, Γηαηάμεηο εθαξκνγέο-Πξνγξακκαηηδφκελνη Λνγηθνί

Διεγθηέο(PLC), 1994

[8] Ρνχκπεο ηαχξνο, Απηνκαηηζκφο κε πξνγξακκαηηδφκελνπο ειεγθηέο(PLC

Simatic S5-115U), ΖΜΔΝ ΑΔ, 1992

[9] www.iqsolarpower.com

[10] www.1-solar.gr

[11] www.selasenergy.gr

[12] www.conergy.gr

http://www.pediabooks.gr/contr/37819

http://www.books.gr/ViewAuthor.aspx?AuthorId=2119638

http://www.iqsolarpower.com/

http://www.1-solar.gr/

http://www.selasenergy.gr/

PLC. - TEI EMTdigilib.teiemt.gr/Jspui/Bitstream/123456789/1418/1/012010263.Pdfην πέκπην...

Documents

Transcript of PLC. - TEI EMTdigilib.teiemt.gr/Jspui/Bitstream/123456789/1418/1/012010263.Pdfην πέκπην...