Η ελπίδα να αποκτήσετε ενεργειακή ανεξαρτησία: το να μπορείτε να τροφοδοτείτε το σπίτι σας χωρίς μηνιαία πληρωμή κοινής ωφέλειας και να μην επηρεάζεστε από διακοπές ρεύματος ή διακοπές παροχής υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, γίνεται όλο και πιο συνηθισμένο. Η κινητήρια δύναμη πίσω από αυτήν την προσπάθεια είναι το «εκτός-πλέγματος» ηλιακό σύστημα. Τα συστήματα εκτός δικτύου-δεν εξαρτώνται φυσικά ή με άλλο τρόπο από την εταιρεία ηλεκτρισμού για τη λειτουργία τους, όπως είναι τα συνδεδεμένα με το δίκτυο-συστήματα, αλλά αντιθέτως είναι ένα εντελώς αυτόνομο-σύστημα παραγωγής, αποθήκευσης και διανομής ενέργειας. Ένα σύστημα ηλιακής ενέργειας εκτός δικτύου είναι ένα παράδειγμα συστήματος «κλειστού βρόχου» και θα παρέχει ρεύμα σε μια καμπίνα στο δάσος, σε τροχόσπιτο ή σε τροχόσπιτο ή σε άλλες απομακρυσμένες τοποθεσίες που δεν έχουν πρόσβαση σε δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο μόνος τρόπος για να επιτύχετε πλήρη αποσύνδεση από τον προμηθευτή ενέργειας είναι να έχετε ένα ανεξάρτητο σύστημα ηλιακής ενέργειας στην ιδιοκτησία σας. Η εγκατάσταση μόνο δύο ηλιακών κυψελών στη στέγη σας δεν αρκεί για να γίνει αυτό. πρέπει πρώτα να αποφασίσετε πόση ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείτε και στη συνέχεια να σχεδιάσετε ένα ανεξάρτητο σύστημα ηλιακής ενέργειας που μπορεί να σας παρέχει αυτή την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα ηλιακής ενέργειας πρέπει επίσης να έχει το κατάλληλο μέγεθος για τις συγκεκριμένες ανάγκες κατανάλωσης ενέργειας, καθώς η αγορά πάρα πολλών ή πολύ λίγων ηλιακών ηλεκτρικών συλλεκτών θα έχει ως αποτέλεσμα τη σπατάλη ενέργειας καθώς και τη συχνή εξάντληση της μπαταρίας και σχεδόν καθόλου έσοδα από την εγκατάστασή σας. Αυτό το άρθρο παρέχει μια σύγκριση ορισμένων από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη δημιουργία ενός συστήματος ηλιακής ενέργειας με χαμηλό κόστος λειτουργίας και αξιόπιστη μακροπρόθεσμη-απόδοση.
1. Βασικά Εξαρτήματα: Η Ανατομία του Συστήματος
Προκειμένου να εκτελεστούν οι υπολογισμοί με ακρίβεια, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε, πρώτα, τη λειτουργία καθενός από τα τέσσερα στοιχεία που συνθέτουν ένα σύστημα off-πλέγματος (αυτόνομο-μόνο).
Ηλιακά πάνελ (Φωτοβολταϊκά): Ουσιαστικά όλα τα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από ηλιακούς συλλέκτες και τις διάφορες τεχνολογίες τους. Οι κυψέλες στο ηλιακό πάνελ που μετατρέπουν το φως (ηλιακή ακτινοβολία) σε ηλεκτρική ενέργεια (DC - συνεχές ρεύμα) ονομάζονται φωτοβολταϊκά στοιχεία και η διαδικασία κατά την οποία μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο.
Ελεγκτής φόρτισης DC (Κανονισμός):Η ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος ρέει από τα ηλιακά πάνελ σε αυτή τη συσκευή που χρησιμοποιείται ως πύλη. Η κύρια ευθύνη του ελεγκτή φόρτισης είναι να ρυθμίζει την τάση και την ποσότητα του ρεύματος που προέρχεται από τους ηλιακούς σας συλλέκτες, έτσι ώστε να μην υπερφορτίζετε τις μπαταρίες σας, διασφαλίζοντας έτσι ότι οι μπαταρίες σας δεν έχουν υποστεί ζημιά.
Για συστήματα εκτός δικτύου, η προτιμώμενη επιλογή ελεγκτή θα είναι ένας ελεγκτής Maximum Power Point Tracking (MPPT) έναντι ενός παλαιότερου μοντέλου Pulse Width Modulated (PWM), καθώς οι ελεγκτές MPPT παρακολουθούν το μέγιστο σημείο ισχύος για φωτοβολταϊκά πάνελ, παρέχοντας πολύ μεγαλύτερη απόδοση από τους ελεγκτές PWM ή ιδιαίτερα σε κρύες καιρικές συνθήκες.
Τράπεζα μπαταριών (Αποθήκευση):Η τράπεζα μπαταριών θεωρείται η καρδιά ενός ηλιακού συστήματος εκτός δικτύου. Δεδομένου ότι το 100% της ηλιακής φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας δεν συμβαίνει τη νύχτα, επομένως είναι απαραίτητο να υπάρχει κάτι στο οποίο να αποθηκεύεται όλη η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται κατά τις ώρες αιχμής παραγωγής ενέργειας για χρήση τη νύχτα καθώς και τις συννεφιασμένες/βροχερές μέρες.
Αν και οι πλημμυρισμένες μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι φθηνότερες σε-προκαταβολικό κόστος. Οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LiFePO4) γίνονται ένας νέος βιομηχανικός τύπος μπαταριών για νέες εγκαταστάσεις λόγω της πολύ μεγαλύτερης διάρκειας ζωής, του μεγαλύτερου βάθους εκφόρτισης και της λειτουργίας-που δεν απαιτούν συντήρηση.
Αντιστροφέας:Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στις μπαταρίες σας είναι χαμηλή τάση DC. Ωστόσο, οι περισσότερες οικιακές συσκευές χρησιμοποιούν τάση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) για να λειτουργήσουν. Για να μετατρέψετε τη χαμηλή τάση DC από τις μπαταρίες σας σε χρησιμοποιήσιμη τάση AC (συνήθως είτε 120 βολτ είτε 240 βολτ) για τις άλλες συσκευές σας (φώτα, ψυγεία κ.λπ.), θα χρειαστεί να αγοράσετε έναν μετατροπέα.
Για να χειριστείτε ευαίσθητο εξοπλισμό, θα χρειαστείτε έναν μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κύματος, καθώς παρέχει ομαλή έξοδο ημιτονοειδούς κύματος (ιδανικό για τη σωστή λειτουργία του ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού).
2. Το κρίσιμο πρώτο βήμα: Η ανάλυση φορτίου
Δεν μπορείτε να επιλέξετε κανένα εξάρτημα μέχρι να μάθετε πόση ισχύ πραγματικά χρησιμοποιείτε. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανάλυση φορτίου ή ενεργειακός έλεγχος.
Για να προσδιορίσετε πόσα watt καταναλώνουν το γραφείο ή το σπίτι σας σε καθημερινή βάση (για να εκτελέσετε αυτόν τον υπολογισμό), πρέπει να γνωρίζετε αρκετές πληροφορίες για οποιαδήποτε συσκευή χρησιμοποιείτε. Συγκεκριμένα, πρέπει να γνωρίζετε πόση ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνει κάθε συσκευή σας ανά-βάτ, πόσο χρόνο λειτουργούν οι συσκευές κάθε μέρα και πόσα Watt καταναλώνονται ανά ώρα από τις συσκευές σας. Ένας άλλος λόγος για τον οποίο τα συστήματα εκτός{3}}πλέγματος αποτυγχάνουν να ανταποκριθούν στις προσδοκίες των χρηστών είναι ότι λίγα συστήματα έχουν διαμορφωθεί σωστά με βάση τη μέγιστη χρήση.
3. Προσδιορισμός μεγέθους της τράπεζας μπαταριών: Ο παράγοντας αυτονομίας
Με γνωστή την καθημερινή σας κατανάλωση, μπορείτε να διαστασιολογήσετε την τράπεζα μπαταριών. Το βασικό ερώτημα εδώ είναι οι «Ημέρες Αυτονομίας». Αυτό αναφέρεται σε πόσες ημέρες θέλετε το σύστημά σας να λειτουργεί χωρίς καμία είσοδο από τον ήλιο (δηλ. κατά τη διάρκεια μιας χιονοθύελλας ή εκτεταμένης συννεφιασμένης περιόδου).
Οι περισσότεροι σχεδιαστές συστημάτων εκτός δικτύου προτείνουν τουλάχιστον 2-3 ημέρες αυτονομία για τα συστήματα εκτός δικτύου. Επιπλέον, είναι σημαντικό να αποφύγετε την υπερβολική αποφόρτιση των μπαταριών για να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής τους. Με τις μπαταρίες λιθίου, μπορεί να είναι αποδεκτή η χρήση 80-90%, αλλά αυτό θα πρέπει να ληφθεί υπόψη στον υπολογισμό της χωρητικότητάς σας.
4. Προσαρμογή μεγέθους της ηλιακής συστοιχίας: Επαναφόρτιση της τράπεζας
Η ηλιακή συστοιχία πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή ώστε να επαναφορτίζει τη συστοιχία μπαταριών ενώ ταυτόχρονα τροφοδοτεί τα καθημερινά σας φορτία. Η κύρια μεταβλητή εδώ είναι το Peak Sun Hours. Αυτό δεν είναι το ίδιο με τις συνολικές ώρες φωτός της ημέρας. είναι ο αριθμός των ωρών την ημέρα κατά τις οποίες η ένταση του ηλιακού φωτός είναι κατά μέσο όρο 1.000 watt ανά τετραγωνικό μέτρο.
Μια τοποθεσία στην Αριζόνα μπορεί να έχει 6 ώρες αιχμής ήλιου, ενώ μια τοποθεσία στο Σιάτλ μπορεί να έχει μόνο 3. Για να προσδιορίσετε το μέγεθος της ηλιακής συστοιχίας σας, διαιρέστε την ημερήσια κατανάλωση με τις ώρες αιχμής του ήλιου της τοποθεσίας σας.
5. Ο μετατροπέας και η τάση συστήματος
Θα χρειαστεί επίσης να επιλέξετε έναν μετατροπέα που να μπορεί να χειριστεί το "κύμα" ισχύος ή το μέγιστο φορτίο. Παρόλο που η κανονική σας χρήση μπορεί να είναι χαμηλή, μια αντλία νερού ή ένας κινητήρας ψυγείου μπορεί να χρησιμοποιήσει 3 έως 5 φορές την κανονική άντληση όταν είναι αρχικά ενεργοποιημένη. Ένας μετατροπέας που δεν μπορεί να υποστηρίξει αυτό το κύμα θα σβήσει.
Πρέπει να προσδιοριστεί η τάση συστήματος 12V, 24V ή 48V. Τα μικρότερα συστήματα (π.χ. φορτηγά ή μικρές καμπίνες) τείνουν να χρησιμοποιούν 12V, επομένως τα συστήματα 24V ή 48V απαιτούνται γενικά στα σπίτια λόγω της αυξημένης απόστασης μεταξύ των μπαταριών και των συσκευών. Τα συστήματα υψηλότερης τάσης είναι πλεονεκτήματα επειδή απαιτείται λιγότερο ακριβή και λεπτότερη χάλκινη καλωδίωση και η απώλεια ισχύος είναι μικρότερη σε απόσταση.
6. Τοποθεσία, αποτελεσματικότητα και προσαρμοστικότητα
Τέλος, οι τεχνικές προδιαγραφές δεν είναι οι μόνοι παράγοντες. Η φυσική θέση των πάνελ σας είναι ζωτικής σημασίας. Στο βόρειο ημισφαίριο, τα πάνελ θα πρέπει ιδανικά να βλέπουν νότια με γωνία κλίσης ίση με το γεωγραφικό πλάτος σας για να μεγιστοποιήσετε την έκθεση.
Επιπλέον, πρόσφατη ακαδημαϊκή έρευνα υπογραμμίζει την ανάγκη για "παράγοντες προσαρμοστικότητας" στο σχεδιασμό εκτός πλέγματος, ιδιαίτερα σε αναπτυσσόμενες περιοχές. Παράγοντες όπως η ικανότητα του χρήστη να πληρώσει για τη συντήρηση, η δομική ακεραιότητα της οροφής, ακόμη και η δυνατότητα μετεγκατάστασης του συστήματος είναι ζωτικής σημασίας ζητήματα που συχνά παραβλέπονται στα τυπικά πλαίσια διαστασιολόγησης.
Σύναψη
Λάβετε υπόψη τις συνολικές ενεργειακές απαιτήσεις και τον αριθμό των ηλιακών συλλεκτών που μπορείτε να φιλοξενήσετε στη διαθέσιμη οροφή ή στο έδαφος. Το μόνο άλλο θέμα είναι η επιλογή μεταξύ των πάνελ Mono και Poly. Είναι ένας μακρύς και ελικοειδής δρόμος γεμάτος επιστήμες και μαθηματικά. Ωστόσο, η ηλιακή περιπέτεια εκτός δικτύου κορυφώνεται στην αυτάρκεια – μια βαθιά ανταμοιβή. Εκτός από το σημαντικό κατώφλι γνώσης για την ακριβή πρόβλεψη των φορτίων του συστήματος και την ελαχιστοποίηση των απωλειών ισχύος, η δυνατότητα να διαστασιολογηθούν οι μπαταρίες αποθήκευσης για την επίτευξη μιας αυτόνομης κατάστασης είναι απαραίτητη. Η ικανότητα αντιστοίχισης ηλιακών συστοιχιών με τις τοπικές ηλιόλουστες ώρες και η επιλογή κατάλληλων μετατροπέων είναι επίσης προϋπόθεση για την κατασκευή συστημάτων που παράγουν καθαρή ενέργεια και λειτουργούν σε ήσυχη μοναξιά για τα επόμενα χρόνια. Είτε πρόκειται για σύστημα DIY είτε για επαγγελματικό σύστημα, η γνώση αυτών των αρχών θα κάνει τον ήλιο να λειτουργήσει για εσάς.
