Υπολογισμός φωτοβολταϊκών για φόρτιση μπαταριών

[nikosant03]

Καλημέρα

 

Όλα τα site για τον υπολογισμό των φωτοβολταικών σε αυτόνομο σύστημα δίνουν τη πρόχειρη σχέση:

 

Panel= (συνολικές καταναλώσεις/ώρες ηλιοφάνιας)/ισχύς των πάνελ

 

πχ (5000Wh/3h)/200Wp=8,3=8 panel χοντρικά

 

Κατά την άποψη μου ο υπολογισμός αυτός ισχύει μόνο αν χρησιμοποιηθεί mppt ρυθμιστής φόρτισης (οι οποίοι είναι πανάκριβοι). Όταν το panel έχει χαρακτηριστικά πχ Imp=5,42A και Vmp=36V (195W) σημαίνει οτι τα 5,42Α είναι στα 36V ενώ οι μπαταρίες φορτίζουν πχ στα 24V (δεν είναι ακριβώς 24V αλλά 26V-26,5V περίπου). Ας υποθέσουμε οτι είναι 26V και άρα η ισχύς που πηγαίνει στη μπαταρία είναι 26V*5,42A=140,9W δηλ υπάρχει μια "χασούρα" 54W (στη περίπτωση που δεν χρησιμοποιηθεί mppt ρυθμιστής φόρτισης).

 

Θέλω να ακούσω την αποψή σας σε περίπτωση που είμαι κάπου λάθος.

 

Ευχαριστώ

[nikosant03]

Αλήθεια τώρα, κανείς δε ξέρει να πει τη γνώμη τού;;;

[genesis]

nikosant3 (υποθέτω Νίκος! )

Νομίζω ότι είναι λίγο λάθος η προσέγγιση στον τίτλο του θέματος με την έννοια ότι άλλο πράγμα η "φόρτιση των μπαταριών" και άλλο η "κάλυψη των αναγκών του σπιτιού σε ενέργεια".

Ο σχεδιαστής - μελετητής του συστήματος, οφείλει να λάβει υπόψη του και τα δύο, δίνοντας όμως προτεραιότητα στο 2ο αφού για το 1ο υπάρχουν ενδεχομένως και άλλες λύσεις, ανάλογα με τον τρόπο χρήσης του σπιτιού.

 

Οι ρυθμιστές ΜΡΡΤ αναπτύχθηκαν ακριβώς για να ανακτήσουν αυτή την "χασούρα" που αναφέρεις και αν μιλάμε για εγκατεστημένη ισχύ φωτοβολταϊκών πάνω από 1 - 1,5kWp, τό κόστος τους το αποσβένεις από την διαφορά στην επιπλέον απόδοση που σου προσφέρουν.

Θεωρώ αναχρονιστικό να χρησιμοποιούνται σε τέτοιου μεγέθους συστήματα απλοί ρυθμιστές φόρτισης.

 

Μπορείς να υπολογίζεις για κάθε kWp Φ/Β, περίπου 4,5 - 5kWh ενέργειας προς τις μπαταρίες κατά μ.ο., υπό ιδανικές συνθήκες κλίσης / προσανατολισμού, για το 6μηνο Απριλίου - Σεπτεμβρίου, με ρυθμσιτή φόρτισης PWM.

Με ρυθμιστή ΜΡΡΤ μπορείς να υπολογίζεις περίπου 6 - 6,5kWh / kWp εγκατεστημένης ισχύος Φ/Β.

Τα παραπάνω είναι παρατηρήσεις από εγκατεστημένα, εν λειτουργία συστήματα.

 

Αφού έχεις εκτιμήσει την μέση ημερήσια κατανάλωση του σπιτιού, μπορείς τώρα να υπολογίσεις πόση ισχύ Φ/Β χρειάζεσαι (+20% περίπου για τις απώλειες) ώστε να την καλύψεις.

Το αν θα υπερδιαστασιολογήσεις τα Φ/Β και σε ποιό βαθμό προκειμένου να καλύψεις και την περίοδο χαμηλής παραγωγής του χειμώνα, είναι καθαρά θέμα χρήσης του σπιτιού και οικονομικών μεγεθών.

 

Τώρα θα πρέπει να σκεφτούμε και την μπαταρία η οποία ανάλογα με τον τύπο της μπορεί να χρειάζεται περιοδικά και "ειδική μεταχείριση" για λόγους συντήρησης.

Αν υποθέσουμε ότι δεν έχεις υπερδιαστασιολογήσει πολύ τα Φ/Β, ενδεχομένως δεν θα "περισσεύει" αρκετή ενέργεια για να γίνεται η φόρτιση όπως πρέπει.

Μια καλή ιδέα είναι η φόρτιση για λόγους συντήρησης, να γίνεται με βάση καποιο χρονοδιάγραμμα και ελεγχόμενα από πηγή ενέργειας ελεγχόμενη από εμάς, π.χ. γεννήτρια, η οποία είναι - πάντα κατά την γνώμη μου - απολύτως απαραίτητο να υπάρχει ως εφεδρεία.

 

Αν το σπίτι είναι εξοχική κατοικία οπότε για μεγάλα χρονικά διαστήματα θα υπάρχει ανεκμετάλλευτη ενέργεια, ένας καλός ρυθμιστής ΜΡΡΤ σαν αυτόν, μπορεί βάσει προγράμματος να αναλάβει την σωστή συντήρηση της μπαταρίας όταν θα λείπουν οι ιδιοκτήτες.

 

Επειδή όλα αυτά αποδεικνύονται τελικά στην πράξη και έχεις να κάνεις με τον αστάθμητο παράγοντα της "μέσης ημερήσιας κατανάλωσης" όπου δεν είναι απίθανο να "πέσει έξω" ο μελετητής, τα πρώτα δεδομένα λειτουργίας θα σε βοηθήσουν να καταλάβεις αν το σύστημα χρειάζεται ενίσχυση και που ακριβώς.

Κώστας

Edited Νοέμβριος 15 , 2011 by genesis

[AlexisPap]

Κατ' αρχάς οι ΜΡΡΤ φορτιστές δεν είναι πανάκριβοι, είναι πάμφθηνοι, βρίσκεις μοντέλα με κόστος 2€/Α.

 

Έπειτα, τα βήματα χοντρικά είναι:

 

- Επιλέγεις χοντρικά την ισχύ των πάνελ με βάση την μέση κατανάλωση και κάποιον συντελεστή επιβάρυνσης (πχ απώλειες φόρτισης).

- Επιλέγεις την χωρητικότητα των συσσωρευτών με βάση την αυτονομία.

- Επιλέγεις την τάση των Φ/Β με βάση την μέση τάση φόρτισης όταν όλο το ρεύμα απορροφάται από τους συσσωρευτές, ούτως ώστε να είσαι στο ΜΡΡ για την μέγιστη ισχύ.

(προφανώς θα υποθέσεις έναν βαθμό φόρτισης βάσει της αυτονομίας και μία θερμοκρασία φόρτισης).

Αν και ιδεατά σε συμφέρει να εξασφαλίσεις σε αυτό το στάδιο την απόλυτη ισορροπία, δεν υπάρχουν τόσες επιλογές στην αγορά...

- Επιλέγεις την τελική ισχύ των πάνελ, ώστε με την τάση λειτουργίας να αποδίδουν το απαιτούμενο ρεύμα.

 

Η ΜΡΡΤ λειτουργία του φορτιστή δεν θα κάνει θαύματα. Θα έρθει να βελτιώσει την ήδη καλή επιλογή που έχεις κάνει, κρατώντας τα πάνελ στο ΜΡΡ, όταν η τάση στο κύκλωμα είναι πεσμένη (πχ αυξημένη ζήτηση ή τελείως αφόρτιστοι συσσωρευτές).

Στα ακριβά μοντέλα οι κατασκευαστές δίνουν στοιχεία για το τι μπορείς να περιμένεις από τον ΜΡΡΤ φορτιστή.

 

 

Υ.Γ: Για περισσότερες λεπτομέρειες, καμπύλες φόρτισης, βαθμούς απόδοσης, απώλειες αγωγών, μέσες ετήσιες και μέσες εποχικές τιμές κλπ, προφανώς χρειάζεται μελέτη και σοβαρές γνώσεις ηλεκτρολογίας...

[nikosant03]

Genesis και Αλέξη ευχαριστώ για τις απαντήσεις σας!! Είναι όμως ένα κομμάτι το οποίο ακόμα με μπερδεύει αρκετά.

 

Ας υποθέσουμε ένα σπίτι με ημέρησια κατανάλωση 1,7Kwh + 20% =2,125Kwh (τα νούμερα τυχαία απλά για το παράδειγμα). Με τη λογική οτι ο υπολογισμός των πλαισίων γίνεται με βάση την ημερήσια κατανάλωση τότε χρειάζονται 2125Wh / 3h = 708W panels, ήτοι, 4*170Wp.

 

Ένα τέτοιο panel που βρήκα έχει χαρακτηριστικά, Vmp=35,8 και Imp=5,15. Αν το σύστημα των μπαταριών είναι 24V και ΔΕΝ χρησιμοποιηθει mppt ρυθμιστής αλλά PWM τότε δε θα αξιοποιηθούν τα 170Wp του κάθε πλαισίου αλλά πολύ λιγότερα ετσι δεν είναι;;

 

Τα 170Wp προκύπτουν 35,8*5,15 αλλά η μπαταρία λειτουργεί στα 24V οπότε απορροφά λιγότερη ισχύ. Χάνεται λοιπόν πολύ ισχύς. Πως είναι δυνατόν λοιπόν να υπολογίζονται τα panel με βάσει τι καταναλώσεις αφού χάνεται τόση ισχύ; (Εκείνη η προσαύξηση του 20% καλύπτει αυτή τη διαφορά).

 

Τα έχω συγχίσει νομίζω λίγο μέσα στο μυαλό μου.

[genesis]

Η προσαύξηση 20% αφορά στις απώλειες του συστήματος μετά τα Φ/Β και τον ρυθμιστή, δηλαδή στις απώλειες του inverter και των μπαταριών.

 

Ένα τέτοιο panel που βρήκα έχει χαρακτηριστικά, Vmp=35,8 και Imp=5,15. Αν το σύστημα των μπαταριών είναι 24V και ΔΕΝ χρησιμοποιηθει mppt ρυθμιστής αλλά PWM τότε δε θα αξιοποιηθούν τα 170Wp του κάθε πλαισίου αλλά πολύ λιγότερα ετσι δεν είναι;;

 

Σωστά! Η μέγιστη πραγματική ισχύ που θα αποδίδει το πάνελ θα είναι περίπου 25 - 30% μικρότερη λόγω της διαφοράς που έχει η Vmp με την παργματική τάση της μπαταρίας.

 

Αν διαβάσεις προσεκτικά αυτά που έχω γράψει στο προηγούμενο post, γράφω ότι με ΜΡΡΤ ρυθμιστή υπολογίζεις παραγωγή 6 - 6,5kWh / ημέρα ενώ με PWM ρυθμιστή υπολογίζεις περίπου 4,5 - 5kWh / ημέρα.

 

Στο παράδειγμά σου.

Χρειαζόμαστε καθημερινά 1,7kWh + 20% = 2,125kWh

Απλή μέθοδος των τριών τώρα...

Για ρυθμιστή PWM. Οι 4,5kWh χρειάζονται 1000Wp για να παραχθούν, οι 2,125kWh πόσα?.......= 472,2Wp....~(π.χ 3 x 170Wp)

Το ίδιο για ρυθμιστή ΜΡΡΤ. Οι 6kWh χρειάζονται 1000Wp για να παραχθούν, οι 2,125kWh πόσα?........=354,1Wp....~(π.χ. 2 x 180Wp).

[AlexisPap]

Να σχολιάσω απλώς ότι στα παραδείγματα αυτά χρησιμοποιούμε αφενός μέγιστες τιμές ισχύος και αφετέρου θεωρούμε ότι το σύστημα μπορεί πάντα να απορροφά την MPP ισχύ των Φ/Β...

 

Στην πράξη:

- οι μέγιστες τιμές εμφανίζονται σε περιορισμένα διαστήματα

- το σύστημα δεν μπορεί να απορροφά πάντα όλη την ισχύ, αυτό θα σήμαινε ότι η παρεχόμενη ισχύς είναι πάντα μικρότερη από την απαιτούμενη, δηλαδή το σύστημα είναι υποδιαστασιολογημένο (εκτός αν υπάρχει βοηθητική πηγή).

 

Άρα όλος αυτός ο συλλογισμός -που σαφώς στην βάση του είναι σωστός, υπερεκτιμά -ενδεχομένως- τον ρόλο του MPPT φορτιστή.

 

Εν τέλη, επειδή αναφερόμαστε σε ένα πολύ μικρό σύστημα, έχει μεγάλη σημασία να δούμε αν υπάρχει βοηθητική πηγή, ποιες οι πιθανές στατιστικές αποκλίσεις στα μεγέθη και ποιες είναι οι απαιτήσεις αυτονομίας. Το όφελος του MPPT είναι αναμφισβήτητο, αλλά δεν νομίζω ότι μπορεί να έχει ουσιαστικό αντίκτυπο στην επιλογή της ισχύος των πάνελ για ένα τόσο μικρό σύστημα.

[miltos]

Στην πράξη:

- οι μέγιστες τιμές εμφανίζονται σε περιορισμένα διαστήματα

 

Η ισχύς της ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια των πλαισίων, δεν επηρεάζει τόσο πολύ την τάση MPP. Ο πιο σημαντικός παράγοντας είναι η θερμοκρασία.

[AlexisPap]

Απλά θέλω να καταλήξω ότι το πραγματικό θέμα της συζήτησης δεν είναι το -σίγουρο, αλλά πόσο;- όφελος από το MPPT, αλλά το αν έχει νόημα ένα τόσο μικρό σύστημα να σχεδιαστεί για αυτονομία την χειμερινή περίοδο (και τι αυτονομία, 24h, 72h; )...

 

- Αν αποφασίσει κανείς πλήρη χειμερινή αυτονομία, το MPPT είναι απλώς το κερασάκι στην τούρτα που μπορεί να στείλει την αυτονομία από τις 68h στις 72h (η αυτονομία δεν εξαρτάται μόνο από τους συσσωρευτές, αλλά και από το αν μπορείς να τους φορτίσεις).

 

- Αν αποφασίσει κανείς περιορισμένη αυτονομία και βοηθητική πηγή ενέργειας (Η/Ζ), το MPPT έχει περισσότερο νόημα υπό την έννοια ότι έχει άμεσο αντίκρυσμα σε καύσιμο.

 

Η πρώτη από την δεύτερη επιλογή έχουν διαφορά (για την ημερήσια κατανάλωση που συζητάμε) πολλά k€... Άρα ποιο το νόημα να συζητάμε για την επιρροή του MPPT στην επιλογή των πλαισίων;

[genesis]

Δεν νομίζω ότι έχει νόημα σε αυτό το θέμα να επεκταθούμε θεωρητικά στο τι επηρεάζει την απόδοση των Φ/Β.

Οι αποδόσεις που αναφέρω παραπάνω είναι παρατηρημένες σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας και αφού τα Φ/Β έχουν υποστεί κάθε δυνατό επηρεασμό.

 

Πρέπει να δούμε το ζευγάρι "Φ/Β συστοιχία - ρυθμιστής" ως σύστημα. Το σύστημα αυτό είναι μια πηγή ενέργειας και δεν μας ενδιαφέρει από τι αποτελείται σε 1η φάση.

Αν καταλήξουμε όμως κατά τον σχεδιασμό ότι θέλουμε από αυτήν την πηγή π.χ. 10kWh / ημέρα, τότε θα μπορούσαμε να υλοποιήσουμε το σύστημά μας είτε α) με PWM ρυθμιστή και 2kWp φωτοβολταϊκών, είτε, β) με ΜΡΡΤ ρυθμιστή και 1,6kWp φωτοβολταϊκών ("καλοκαιρινές" αποδόσεις).

Το ζήτημα της επιλογής είναι τεχνικοοικονομικό.....ο ΜΡΡΤ ρυθμιστής απλώς "βοηθάει" το Φ/β να αναπτύξει την μέγιστη ισχύ του υπό τις εκάστοτε συνθήκες.

Απλώς,.....ο "εγωισμός" του σχεδιαστή τέτοιων συστημάτων δεν μου επιτρέπει να ξεκινώ ένα νέο σύστημα με ρυθμιστή PWM γνωρίζοντας ότι τα Φ/Β θα δίνουν ανά πάσα στιγμή 20 - 30% λιγότερο από αυτό που μπορούν.....είναι θέμα αρχής!!

 

Έχεις δίκιο AlexisPap. Το σύστημα πρέπει να είναι ελαφρά υποδιαστασιολογημένο ώστε να εκμεταλλευόμαστε πλήρως την ενέργεια των Φ/Β (ότι ρυθμιστή και αν έχουν). Νομίζω ότι το ιδανικό σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης καλύπτει τις αναγκές σε ενέργεια κατά 90 - 95% και το υπόλοιπο το αναλαμβάνει η γεννήτρια η οποία επίσης χρησιμοποιείται περιστασιακά για λόγους συντήρησης των συσσωρευτών.

 

Δυστυχώς, δεν είναι τόσο απλό, αν σκεφτούμε τους δεκάδες αστάθμητους και συνεχώς μεταβλητούς παράγοντες που βρίσκονται και από τις δύο πλευρές της εξίσωσης.....από την πλευρά της παραγωγής και από την πλευρά της κατανάλωσης....

Τελικά, ο παράγοντας που προσδίδει την απαιτούμενη σταθερότητα και ισορροπία σε ένα τέτοιο σύστημα είναι αυτό που προσπαθούμε να αποφύγουμε....η γεννήτρια!