Oι βάσεις στήριξης είναι κατασκευασμένες από ανοδιωμένο αλουμίνιο, εξαιτίας της εγγύτητας στη θάλασσα, αλλά και της «συμβατότητας» με το πλαίσιο των φωτοβολταϊκών πάνελ.
Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά στην υπηρεσία του Τουρισμού
Διαβάστηκε από 6661 αναγνώστες -
Μείωση του κόστους λειτουργίας και αύξηση της ηλεκτρικής αυτονομίας, «υπόσχονται» στις τουριστικές επιχειρήσεις της Ελλάδας, τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Διαβάστε ολόκληρη τη διαδικασία και τα οφέλη της, μέσα από ένα χαρακτηριστικό ελληνικό παράδειγμα.
Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά είναι συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη βοήθεια του ήλιου, χωρίς διασύνδεση με το Δημόσιο Δίκτυο. Τα φωτοβολταϊκά συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια, η οποία είτε απευθείας είτε διαμέσου των συσσωρευτών διοχετεύεται στα ηλεκτρικά φορτία. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε εξοχικές κατοικίες που δεν έχουν δυνατότητα διασύνδεσης με το δημόσιο δίκτυο. Τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί η χρήση τους, είτε σε πολυτελείς κατοικίες για λόγους εξασφάλισης κάποιας αυτονομίας σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, είτε σε επιχειρήσεις στον τομέα του τουρισμού, κυρίως για λόγους αδιάλειπτης παροχής ενέργειας. Στο παρόν άρθρο, θα παρουσιαστούν τα στάδια της μελέτης και της κατασκευής ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος που εγκατέστησε η MP-Energy σε πολυτελές ξενοδοχείο σε νησί της βόρειας Ελλάδας.
Η πρόκληση
Πολυτελές ξενοδοχείο σε νησί της Βορείου Ελλάδος, κατά τη διάρκεια της επέκτασής του, κατασκεύασε μία νέα πτέρυγα με 10 ανεξάρτητες σουίτες. Οι συχνές διακοπές ρεύματος στην περιοχή ώθησαν τον ιδιοκτήτη να σκεφτεί σοβαρά εναλλακτικούς τρόπους ηλεκτροδότησης της νέας μονάδας. Αφού απορρίφθηκε η λύση της ηλεκτρογεννήτριας για λόγους οικολογικούς, αλλά και εξαιτίας του ανεπιθύμητου θορύβου, ζητήθηκε από την MP-Energy να εξετάσει τη δυνατότητα ρευματοδότησης της νέας μονάδας με αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα. Το αυτόνομο φωτοβολταϊκό θα είχε ως σκοπό όχι μόνο την μείωση του κόστους ρεύματος της νέας μονάδας, την αυτονομία της σε περίπτωση διακοπών ρεύματος, την προσέλκυση πελατών με ισχυρή οικολογική συνείδηση, την βελτίωση της βαθμολογίας για την έγκριση της αίτησης για επιδότηση αλλά και τη δυνατότητα πλήρους διακοπής της ηλεκτροδότησης κατά τους χειμερινούς μήνες ολόκληρου του ξενοδοχείου.
Οι απαιτήσεις του έργου
Η νέα πτέρυγα αποτελείται από 10 σουίτες με πισίνες, οι οποίες θα λειτουργούν μόνο κατά τους θερινούς μήνες (Μάιο με Σεπτέμβριο). Κάθε σουίτα διαθέτει εκτός από φωτισμό, ψυγείο, τηλεόραση, σεσουάρ, αντλία πισίνας και κεντρικό σύστημα κλιματισμού για όλη τη νέα πτέρυγα. Στον πίνακα 1 φαίνονται οι ηλεκτρικές απαιτήσεις του πελάτη για τη θερινή περίοδο (πίνακας φορτίων για καλοκαίρι):
Επιπλέον, οι απαιτήσεις για τον χειμώνα που το αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα θα αναλαμβάνει εξ ολοκλήρου την ηλεκτροδότηση της ξενοδοχειακής μονάδας είναι: περιμετρικός φωτισμός, σύστημα συναγερμού και κάποιες αντλίες απομάκρυνσης όμβριων υδάτων, οι οποίες λειτουργούν αυτόματα μόνο σε περίπτωση υπερχείλισης κάποιων αγωγών. Στον πίνακα 2 παρουσιάζονται οι απαιτήσεις του πελάτη για την χειμερινή περίοδο (πίνακας φορτίων για τον χειμώνα):
Στόχος της μελέτης ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού είναι η επιλογή των κατάλληλων εκείνων υποσυστημάτων που θα παράγουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια (φωτοβολταϊκά) και θα την αποθηκεύουν για νυχτερινή χρήση (συσσωρευτές), τροφοδοτώντας, ταυτόχρονα, τα ηλεκτρικά φορτία με την κατάλληλη ισχύ (αντιστροφείς). Πριν απΆ αυτό όμως ο μελετητής ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος θα πρέπει να επιλέξει αν το σύστημα θα διασυνδέεται σε συνεχή τάση ή σε εναλλασσόμενη (DC-coupling ή AC-coupling). Τα δύο σχήματα έχουν εκτενώς εξηγηθεί σε προηγούμενο άρθρο μας (Τεύχος 41, 6/2015), απλά αναφέρουμε ότι στην πρώτη περίπτωση (AC coupling) όλη η ενέργεια των φωτοβολταϊκών διοχετεύεται στην μπαταρία και από εκεί, αν απαιτηθεί, μέσω του αντιστροφέα διοχετεύεται περαιτέρω στα φορτία, ενώ στη δεύτερη περίπτωση (DC coupling) υπάρχει δυνατότητα απευθείας τροφοδότησης του φορτίου από τον ήλιο μέσω ενός διασυνδεδεμένου αντιστροφέα. Η πρώτη λύση επιλέγεται συνήθως σε μικρά συστήματα λόγω της απλότητάς της και του χαμηλού κόστους της, ενώ η δεύτερη λύση σε συστήματα μεγαλύτερα, όπως αυτό το οποίο εξετάζουμε. Βασικά πλεονεκτήματα του πρώτου σχήματος AC-coupling είναι οι μειωμένες απώλειες (καθώς αποφεύγεται η μετατροπή από ηλεκτρική ενέργεια σε χημική ενέργεια στις μπαταρίες και ξανά η περαιτέρω μετατροπή σε ηλεκτρική στον αντιστροφέα) αλλά και η αποφυγή γήρανσης των μπαταριών με συνεχείς φορτίσεις και εκφορτίσεις. Αναλυτικότερα, η μελέτη ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού απαιτεί να προσδιοριστούν τα κάτωθι υποσυστήματα-υπομονάδες: 1Το μέγεθος του φωτοβολταϊκού συστήματος που θα παράγει την απαιτούμενη ενέργεια κατά τον χειμώνα και το καλοκαίρι. Είναι πλέον γνωστό πόσες kWh ηλεκτρικής ενέργειας παράγονται ημερησίως ανά kWp φωτοβολταϊκού συστήματος σε κάθε περιοχή της Ελλάδας ανά εποχική περίοδο. Γνωρίζοντας τις συνολικές απώλειες (καλώδια, μετατροπές DC-AC-DC κλπ.) μπορούμε να καθορίσουμε την ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος που θα παράξει την απαιτούμενη ενέργεια βάσει των πινάκων 1 και 2. 2Την ισχύ και το πλήθος των αντιστροφέων που θα τροφοδοτήσουν με την κατάλληλη ισχύ τα ηλεκτρικά φορτία. Η ταυτόχρονη απαιτούμενη στιγμιαία ισχύς, όπως αυτή εξάγεται από τους πίνακες 1 και 2, καθορίζει την ισχύ των αντιστροφέων του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί σε κινητήρες όπου η ισχύς εκκίνησης είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική (υπενθυμίζεται ότι συνήθως οι αντιστροφείς των αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων μπορούν για λίγα δευτερόλεπτα να «σηκώσουν» ακόμη και το διπλάσιο της ονομαστικής τους ισχύος). Ο μελετητής σε συνεννόηση και με τον πελάτη θα πρέπει να λάβει υπΆ όψιν του κάποιον συντελεστή ταυτοχρονισμού (δηλ. να λάβει υπΆ όψιν του ότι δεν είναι δυνατόν όλα τα φορτία να λειτουργούν πάντα ταυτόχρονα). 3Το μέγεθος της συστοιχίας συσσωρευτών, που θα καθορίσει την αυτονομία του συνολικού συστήματος. Η τάση και η χωρητικότητα των μπαταριών καθορίζεται ανάλογα με τις ημέρες αυτονομίας που απαιτούνται. Συνήθως στην Ελλάδα επιλέγονται 2 έως 3 ημέρες αυτονομίας ανάλογα με την εφαρμογή. 4Τα μεγέθη των καλωδιώσεων και των ασφαλιστικών διατάξεων. Διακρίνοντας το αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα σε τρία τμήματα: α) ένα τμήμα από τα φωτοβολταϊκά μέχρι τον ρυθμιστή φόρτισης, β) ένα δεύτερο τμήμα από τις μπαταρίες μέχρι τον ρυθμιστή φόρτισης και τον αντιστροφέα και γ) τελευταίο τμήμα από τους αντιστροφείς μέχρι τα φορτία, υπολογίζουμε για κάθε τμήμα - ανάλογα με τις απαιτήσεις πτώσης τάσης που απαιτείται σε κάθε περίπτωση, τις διατομές των καλωδίων και τις ασφαλιστικές διατάξεις που θα χρησιμοποιηθούν (ασφάλειες, διακόπτες κλπ.).
Πως υπολογίζουμε ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό
Για τον αναγνώστη που ενδιαφέρεται να εντρυφήσει λίγο παραπάνω στους υπολογισμούς ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, στην παρούσα ενότητα παρουσιάζεται συνοπτικά η διαδικασία. Αρχικά καταρτίζουμε τον πίνακα φορτίων για κάθε εποχή του έτους για την οποία υπάρχει ενδιαφέρον (Πίνακας 1 και Πίνακας 2). Αφού υπολογίσουμε την ημερήσια ενεργειακή ανάγκη του χρήστη, προχωράμε στον υπολογισμό της ισχύος του φωτοβολταϊκού συστήματος που είναι ικανό να παράξει την προαναφερθείσα ενέργεια κατά τη συγκεκριμένη εποχική περίοδο με τη βοήθεια της παρακάτω εξίσωσης:
Εημ: Ημερήσια Ενέργεια σε kWh/ημέρα (από πίνακα φορτίων) Pstc: Ισχύς προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε πρότυπες συνθήκες (1 kW/m2) Π: Περιθώριο (συνήθως 1.2) Επ: Ημερήσια ενέργεια προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (περίπου 3 kWh/m2/ημέρα για χειμώνα, 7 kWh/m2/ημέρα για καλοκαίρι) σφβ: Συντελεστής απωλειών φωτοβολταϊκού (περίπου 0.77*σθ – συντελεστή θερμοκρασίας σθ=1- { (θa+30) } -25*0,004 με θa μέση μηνιαία θερμοκρασία αέρα/συνήθως σθ=0,9) σμ: Συντελεστής απωλειών μεταφοράς (συνήθως 0,9) N: Αριθμός ημερών αυτονομίας (συνήθως 2-4 μέρες)
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο, βρίσκουμε την απαιτούμενη χωρητικότητα της συστοιχίας συσσωρευτών:
N: Αριθμός ημερών αυτονομίας (συνήθως 2-4) p: Ποσοστό φορτίων που τροφοδοτούνται από το συσσωρευτή (0-1, συνήθως 0.6) m: Περιθώριο (συνήθως 1.2) Εημ: Ημερήσια Ενέργεια σε kWh (από πίνακα φορτίων) σγ: Συντελεστής απωλειών γήρανσης (συνήθως 0.8) σμ: Συντελεστής απωλειών μεταφοράς (συνήθως 0,9) βεκ: Βάθος εκφόρτισης (από πίνακα 4) V: Τάση (από πίνακα 3)
Όσον αφορά στην επιλογή των αντιστροφέων, αυτοί επιλέγονται εξετάζοντας την μέγιστη ταυτόχρονη ισχύ των φορτίων από τον πίνακα φορτίων. Τέλος, γνωρίζοντας την ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος, την τάση και τη χωρητικότητα της μπαταρίας, επιλέγουμε τα επιμέρους στοιχεία κάθε υποσυστήματος (ισχύ φωτοβολταϊκού πλαισίου, τάση και χωρητικότητα κάθε συσσωρευτή). Επίσης, υπολογίζουμε τις διατομές των καλωδίων, θέτοντας κάποια όρια στην πτώση τάσης κάθε υποσυστήματος (συνήθως για το τμήμα από τα φωτοβολταϊκά μέχρι τον ρυθμιστή φόρτισης απαιτούμε πτώση τάσης κάτω από 2%, για το τμήμα από τις μπαταρίες μέχρι τον ρυθμιστή φόρτισης και τον αντιστροφέα υπολογίζουμε πτώση τάσης κάτω από 1% και για το τμήμα από τον αντιστροφέα μέχρι το φορτίο πτώση τάσης κάτω από 3%). Στην περίπτωση του ξενοδοχείου που παρουσιάζουμε, εξετάζοντας τα φορτία κατά την περίοδο του χειμώνα και του καλοκαιριού (Πίνακες 1 και 2) και χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που παρουσιάστηκε στην ενότητα των υπολογισμών η ισχύς των φωτοβολταϊκών πλαισίων πρέπει να είναι περίπου 20kWp και η χωρητικότητα της συστοιχίας συσσωρευτών στα 48V για 2 μέρες αυτονομία το χειμώνα περίπου 3000Ah. Αντίστοιχα η ισχύ των αντιστροφέων θα πρέπει να ξεπερνά τα 18KW τριφασικά.
Η επιλογή των υλικών
Από την μελέτη και τους υπολογισμούς που έγιναν, λαμβάνοντας υπΆ όψιν τον προϋπολογισμό του έργου και την ποιότητα-αξιοπιστία των επιμέρους υλικών επιλέχθηκαν τα παρακάτω υποσυστήματα (με το ενδεικτικό τους κόστος):
Το προτεινόμενο φωτοβολταϊκό σύστημα μπορεί να παράγει σε μία ηλιόλουστη μέρα από 60 kWh κατά τη διάρκεια του χειμώνα έως 100 - 120 kWh ημερησίως το καλοκαίρι. Η ικανότητα αποθήκευσης είναι περίπου 150 kWh, από τις οποίες οι μισές είναι διαθέσιμες για 50% εκφόρτιση. Τέλος, η ισχύς ταυτόχρονης λειτουργίας είναι περίπου 18.000 Watts (περίπου 3 x 6 kW) κατά τις νυχτερινές ώρες με την ισχύ του φωτοβολταϊκού συστήματος να προστίθεται ανάλογα με την ώρα της ημέρας και την εποχή (π.χ. όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δίνει 15 kwp η συνολική ισχύς που μπορεί να καλυφθεί από μπαταρίες και φωτοβολταϊκά πλαίσια είναι 3 x 11 kW = 33 kW). Συνολικά, το εν λόγω σύστημα δύναται να παράγει περίπου 30.000 kWh ετησίως, οι οποίες μειώνουν -πέραν των άλλων πλεονεκτημάτων- σημαντικά το κόστος λειτουργίας της νέα μονάδας του ξενοδοχείακού συγκροτήματος. Το φωτοβολταϊκό σύστημα έχει ως δευτερεύουσα πηγή εισόδου το Δημόσιο Δίκτυο, το οποίο μπορεί αυτόματα να συνδέεται και να αποσυνδέεται, ανάλογα με τις συνθήκες τάσης και ισχύος. Αναλυτικότερα, αν κατά τις νυχτερινές ώρες η τάση της συστοιχίας συσσωρευτών πέσει κάτω από κάποιο προκαθορισμένο όριο, αναλαμβάνει το Δίκτυο τα ηλεκτρικά φορτία, καθώς και την ομαλή φόρτιση των μπαταριών. Επίσης, αν κάποια στιγμή ζητηθεί περισσότερη ισχύς απΆ αυτή που μπορούν να αποδώσουν οι αντιστροφείς, πάλι το σύστημα συνεπικουρείται από το Δίκτυο. Προφανώς το ρόλο του Δικτύου θα μπορούσε να παίξει και μία ηλεκτρογεννήτρια ελλείψει του πρώτου.
Η κατασκευή του συστήματος
Η εγκατάσταση του φωτοβολταϊκού συστήματος έγινε από το εξειδικευμένο ιδιόκτητο συνεργείο της MP-Energy και διήρκεσε λιγότερο από 5 ημέρες, με ελάχιστες δομικές και αισθητικές παρεμβάσεις στο κτίριο. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στη στήριξη των βάσεων επί του δώματος, όπου χρησιμοποιήθηκε χημικό αγκύριο δύο συστατικών και ανοξείδωτα μηχανολογικά μέρη σΆ όλες τις συνδέσεις. Επίσης, οι βάσεις στήριξης επιλέχθηκε να είναι κατασκευασμένες από ανοδιωμένο αλουμίνιο αφΆ ενός μεν εξαιτίας της εγγύτητας στη θάλασσα αλλά αφετέρου δε για λόγους «συμβατότητας» με το πλαίσιο των φωτοβολταϊκών πάνελ. Επιπλέον, το ηλεκτρολογικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν ειδικού τύπου, κατάλληλο για την συγκεκριμένη εφαρμογή (ειδικό καλώδιο solar για φωτοβολταϊκά με διπλή μόνωση, άκαυστα καλώδια μπαταριών, σωληνώσεις βαρέως τύπου, ασφάλειες και διακοπτικό υλικό για DC εφαρμογές, κοκ.).
Συμπέρασμα
Η πρόοδος της Επιστήμης και της Τεχνολογίας επιτρέπει πλέον την αξιόπιστη και οικονομική τροφοδότηση καταναλώσεων κάθε μεγέθους. Οι τουριστικές επιχειρήσεις της χώρας μας μπορούν να επωφεληθούν των αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων, μειώνοντας τα κόστη λειτουργίας τους αλλά και αυξάνοντας τα επίπεδα ηλεκτρικής αυτονομίας τους. Σε κάθε περίπτωση ο ενδιαφερόμενος θα πρέπει να απευθυνθεί σε εξειδικευμένη τεχνική εταιρεία με εγνωσμένη εμπειρία σε αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα μεγάλου μεγέθους, ώστε να εκπονηθεί αναλυτική μελέτη και να εγκατασταθούν ποιοτικά υποσυστήματα που εγγυώνται την ασφαλή και αξιόπιστη ηλεκτροδότηση των καταναλώσεων. Η MP-Energy είναι μία έμπειρη εταιρεία εγκαταστάσεων αυτόνομων φωτοβολταϊκών κάθε μεγέθους. Η αγάπη μας για τα φωτοβολταϊκά και η διαρκής παρουσία μας στον τομέα τις τελευταίες δεκαετίες εγγυώνται ένα αξιόπιστο και λειτουργικό αποτέλεσμα.
Μιχάλης Ν. Πέτσιος, Δρ ΕΜΠ
Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός ΕΜΠ
www.mp-energy.gr
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΗ
Δομικά υλικά από τον ειδικό ή από ένα γνωστό;
Διαλέξτε την ηλεκτρική συσκευή που πραγματικά χρειάζεστε
Εύκολα roof gardens και για προστασία από την βροχή!
Μηχανικός αερισμός: Για να ανασαίνει το σπίτι!
