Σχεδιασμός φωτοβολταϊκού και υβριδικού συστήματος — Πλήρης οδηγός

Φ/Β πλαίσια και στοιχειοσειρές

Η σύνδεση ίδιων πλαισίων σε σειρά αυξάνει την τάση, ενώ το ρεύμα παραμένει περίπου όσο ενός πλαισίου. Οι παράλληλες στοιχειοσειρές αυξάνουν το διαθέσιμο ρεύμα. Κάθε MPPT έχει δικά του όρια τάσης/ρεύματος. Πολλαπλοί φυσικοί σύνδεσμοι του ίδιου MPPT δεν αποτελούν ανεξάρτητους ιχνηλάτες. Όταν παράλληλες στοιχειοσειρές μοιράζονται μία είσοδο, σφάλμα σε μία μπορεί να τροφοδοτηθεί αντίστροφα από τις υπόλοιπες. Ο σχεδιαστής εξετάζει το ανάστροφο ρεύμα ως (p − 1) × I_sc, δηλαδή τη συνεισφορά των άλλων στοιχειοσειρών με ρεύμα βραχυκύκλωσης διορθωμένο ως προς τη θερμοκρασία υπό τις δηλωμένες παραδοχές, και τη συγκρίνει με το μέγιστο επιτρεπόμενο ονομαστικό ρεύμα ασφάλειας στοιχειοσειράς του Φ/Β πλαισίου. Δεν αποτελεί πλήρες χειρότερο σενάριο: ενίσχυση ακτινοβολίας, διπλής όψης παραγωγή και πιθανή ανάστροφη τροφοδότηση από αντιστροφέα μπορεί να προσθέσουν ρεύμα. Πάνω από τη μέγιστη τιμή απαιτείται προστασία υπερέντασης στοιχειοσειράς. Αν δεν δοθεί η ονομαστική τιμή, ο έλεγχος εμφανίζεται «ΔΕΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΘΗΚΕ». Η συνολική κατάσταση σχεδίου εμφανίζεται ως ένδειξη: Προσωρινό σημαίνει ότι τα ελέγξιμα όρια ικανοποιούνται, αλλά το αποτέλεσμα εξακολουθεί να εξαρτάται από τα τεχνικά στοιχεία που εισαγάγατε· Μερικός σχεδιασμός σημαίνει ότι δεν κατέστη δυνατή η σύνδεση όλων των δηλωμένων πλαισίων· Δεν αξιολογήθηκε πλήρως σημαίνει ότι κάποιος έλεγχος, π.χ. η περιοχή MPPT σε πλήρες φορτίο, δεν μπορούσε να γίνει λόγω έλλειψης στοιχείων. Καμία από αυτές τις καταστάσεις δεν αποτελεί έγκριση. Οι μόνιμοι περιορισμοί του μηνιαίου μοντέλου βρίσκονται στις αναδιπλούμενες ενότητες «Πεδίο εφαρμογής και παραδοχές» (πώς να διαβάσετε τα αποτελέσματα).

Τα πεδία ελέγχονται κατά την πληκτρολόγηση. Μη αποδεκτές τιμές, όπως Voc = 0, κλίση μεγαλύτερη από 90° ή απώλειες 100%, επισημαίνονται με κόκκινο πεδίο, σύμβολο ⚠ και σχετικό μήνυμα. Ασυμβατότητες μεταξύ διαφορετικών πεδίων, όπως όρια Vmp/Voc ή επιτρεπόμενα εύρη τάσης MPPT και μπαταρίας, εμφανίζονται στα αποτελέσματα.

Καταχώρηση των MPPT. Οι περισσότεροι αντιστροφείς διαθέτουν ίδια MPPT. Εισαγάγετε τα κοινά χαρακτηριστικά μία φορά και τον αριθμό τους (1–12). Αν διαφέρουν τα όρια, επιλέξτε «Τα MPPT δεν είναι ίδια» και δώστε τιμές ανά ιχνηλάτη. Αν απενεργοποιηθεί η επιλογή, τα στοιχεία του πρώτου αντιγράφονται σε όλους.

Voc σε ψυχρό και Vmp σε θερμό πλαίσιο

Σε συνήθη πυριτιούχα πλαίσια η Voc αυξάνεται με τη μείωση θερμοκρασίας κυψέλης (αρνητικός συντελεστής): συγκρίνετε τη μέγιστη Voc, συνήθως στο ψυχρό άκρο, με όλα τα απόλυτα όρια τάσης. Η Vmp συνήθως μειώνεται με τη θερμοκρασία: ελέγξτε την ελάχιστη Vmp, συνήθως στο θερμό άκρο, έναντι της ελάχιστης τάσης MPPT και τη μέγιστη Vmp, συνήθως στο ψυχρό άκρο, έναντι του μέγιστου λειτουργίας. Ο σχεδιαστής εξετάζει ΚΑΙ ΤΙΣ ΔΥΟ θερμοκρασίες για κάθε όριο, ώστε ένας ασυνήθιστος ή εσφαλμένος θετικός συντελεστής Voc να μην κρύβει την πραγματική μέγιστη τάση· τέτοιο πρόσημο επιτρέπεται με προειδοποίηση, επειδή συχνότερα προκύπτει από λάθος καταχώρησης. Αντίστοιχα ελέγχεται η τάση εκκίνησης του αντιστροφέα: η ελάχιστη Voc της στοιχειοσειράς στο εύρος σχεδιασμού, συνήθως στο θερμό άκρο, συγκρίνεται με την τάση εκκίνησης MPPT και όχι μόνο η Voc STC. Αν είναι χαμηλότερη εμφανίζεται «Η ΕΚΚΙΝΗΣΗ στη μέγιστη θερμοκρασία σχεδιασμού ΔΕΝ ΤΕΚΜΗΡΙΩΝΕΤΑΙ», αλλά διατηρείται η διάταξη, επειδή πολλοί αντιστροφείς συνεχίζουν να λειτουργούν κάτω από την τάση εκκίνησής τους και η περιοχή λειτουργίας ελέγχεται χωριστά. Ενεργοποιήστε τον αυστηρό έλεγχο θερμής εκκίνησης για αποκλεισμό αυτών των διατάξεων. Voc STC κάτω από την τάση εκκίνησης αποκλείει πάντοτε τη διάταξη. Ακόμη και η επιτυχής σύγκριση τάσης δεν εγγυάται εκκίνηση: επηρεάζουν ακτινοβολία, πραγματική συμπεριφορά αντιστροφέα και προδιαγραφές κατασκευαστή. Η προαιρετική περιοχή MPPT πλήρους φορτίου ελέγχεται χωριστά.

Προσανατολισμοί και MPPT

Ανατολικές, νότιες και δυτικές συστοιχίες παράγουν διαφορετικά ημερήσια προφίλ. Η ανάμειξη στοιχειοσειρών διαφορετικών προσανατολισμών στον ίδιο MPPT μπορεί να μειώσει την παραγωγή. Ο αρχικός βελτιστοποιητής διατηρεί ομάδες προσανατολισμού/τύπου πλαισίου σε ανεξάρτητους MPPT και σέβεται τον αριθμό φυσικών εισόδων και τα όρια Isc. Η μηνιαία εκτίμηση μετατρέπει την οριζόντια ακτινοβολία στο κεκλιμένο επίπεδο. Σημαντικό είναι το ποσοστό διάχυτης ακτινοβολίας: αυξάνεται συνήθως τον χειμώνα, όταν η κλίση δίνει μικρότερο όφελος έναντι οριζόντιου επιπέδου. Προεπιλογή είναι οι μηνιαίες αναλογίες διάχυτης ακτινοβολίας του πίνακα τοποθεσίας (στο ενσωματωμένο παράδειγμα, ενδεικτικές τιμές). Εναλλακτικά επιλέγεται σταθερό ποσοστό ή η εμπειρική συσχέτιση Page που το εκτιμά από τη διαύγεια κάθε μήνα. Στο προεπιλεγμένο έργο, η Page μειώνει την παραγωγή Ιανουαρίου κατά περίπου 1–2% και αλλάζει το ετήσιο σύνολο κατά λιγότερο από 1%. Αμφότερες είναι στατιστικές προσεγγίσεις, όχι μετρήσεις.

Λόγος DC/AC και περικοπή (clipping)

Συστοιχία 25,38 kWp με αντιστροφέα 20 kW έχει DC/AC = 1,269. Αυτό από μόνο του δεν αποτελεί πρόβλημα ασφαλείας ούτε απόδειξη συμβατότητας. Ο προκαταρκτικός αλγόριθμος κατάταξης χρησιμοποιεί τη δυνητική ενέργεια πριν από την περικοπή (clipping), όχι αποδεδειγμένα βέλτιστη ενέργεια AC. Ακολουθήστε τα όρια DC, τα χαρακτηριστικά AC και τις συνθήκες λειτουργίας κατασκευαστή. Τα μηνιαία αθροίσματα ακτινοβολίας δεν μπορούν να προσδιορίσουν την πραγματική περικοπή (clipping) επειδή δεν είναι γνωστές οι στιγμιαίες αιχμές DC.

Τρόπος σύνδεσης και επιλογής μπαταρίας

Μπαταρία συζευγμένη στην πλευρά DC μοιράζεται τη διαδρομή μετατροπής DC/υβριδικού αντιστροφέα. Μπαταρία συζευγμένη στην πλευρά AC διαθέτει δικό της αντιστροφέα μπαταρίας. Η αντιστοίχιση τάσης και ισχύος δεν επαρκεί: ο κατασκευαστής πρέπει να υποστηρίζει το μοντέλο, την επικοινωνία ελέγχου και την επιτρεπτή διάταξη μονάδων/πύργων. Σε μονάδες εν σειρά η περιοχή τάσης μεταβάλλεται με τον αριθμό μονάδων ανά πύργο, ενώ πύργοι με ενσωματωμένη μονάδα ισχύος μπορεί να έχουν σταθερή εξωτερική περιοχή τάσης κατά τον κατασκευαστή. Παράλληλοι πύργοι απαιτούν συνήθως ομοιόμορφη, εγκεκριμένη διάταξη· το εργαλείο προεπιλέγει ίδιο αριθμό μονάδων ανά πύργο. Η ωφέλιμη ενέργεια εξαρτάται από όρια SoC και αποδόσεις.

Οι μπαταρίες είναι προαιρετικές. Τα στοιχεία και τα αποτελέσματα της μπαταρίας εμφανίζονται μόνο αν ενεργοποιήσετε την επιλογή «Συμπερίληψη μπαταριών». Διαφορετικά, ο υπολογισμός αφορά τις Φ/Β στοιχειοσειρές, την εκτιμώμενη παραγωγή και την απλοποιημένη οικονομική αποτίμησή της.

Περιορισμοί μηνιαίας εκτίμησης ενέργειας

Χωρίς χρονοσειρά καιρού, χρησιμοποιήστε τεκμηριωμένη μηνιαία οριζόντια ακτινοβολία και σαφή προσεγγιστική μεταφορά σε κλίση/αζιμούθιο. Αυτό μπορεί να δώσει εκτίμηση ετήσιας και μηνιαίας Φ/Β παραγωγής, όχι χρονικά ακριβή αυτοκατανάλωση, κύκλους φόρτισης, περιορισμό ισχύος από το δίκτυο (curtailment) ή πραγματική εξοικονόμηση μπαταρίας. Κάθε σενάριο εξοικονόμησης πρέπει να δηλώνει υποτιθέμενο ποσοστό άμεσης χρήσης, κύκλους ανά ημέρα, διαθέσιμες ώρες φόρτισης/εκφόρτισης και όρια ισχύος μπαταρίας. Σενάριο χωρίς όφελος δεν πρέπει αυτομάτως να συστήνει αποθήκευση.

Τα ηλιακά δεδομένα είναι προαιρετικά. Οι ηλεκτρικοί έλεγχοι κάθε στοιχειοσειράς βασίζονται μόνο στις θερμοκρασίες σχεδιασμού κυψελών και όχι στα ηλιακά δεδομένα. Για την παραγωγή, το KiloVolt χρησιμοποιεί ενσωματωμένο γενικό ενδεικτικό κλίμα από απλές παραδοχές, όχι μετρήσεις ούτε πραγματική συγκεκριμένη θέση, και το δηλώνει δίπλα στο αποτέλεσμα. Για άλλη θέση ή ακριβέστερη εκτίμηση, εισαγάγετε τις δικές σας μηνιαίες τιμές ακτινοβολίας και θερμοκρασίας. Στην αυτόματη λειτουργία τα ηλιακά δεδομένα βοηθούν μόνο στην κατάταξη ήδη ηλεκτρικά εφικτών διατάξεων.

Πώς εκτιμάται η ενέργεια. Η μηνιαία οριζόντια ακτινοβολία μετατρέπεται σε ακτινοβολία κεκλιμένου επιπέδου με ανισοτροπικό μοντέλο ουρανού Hay-Davies και όρο ορίζοντα Reindl. Η θερμοκρασία πλαισίου εκτιμάται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά την ημέρα και την ακτινοβολία· ο θερμοκρασιακός συντελεστής του πλαισίου που εισαγάγατε καθορίζει στη συνέχεια την ισχύ που χάνεται σε αυτή τη θερμοκρασία. Τα αποτελέσματα παρουσιάζουν απώλειες θερμοκρασίας και χαμηλής ακτινοβολίας, οπτικές (γωνία πρόσπτωσης, χωρίς τη φασματική συνιστώσα), σκίασης, ρύπανσης, καλωδίων DC, λοιπές απώλειες συστήματος (ασυμφωνία, καλώδια AC, διαθεσιμότητα) και αντιστροφέα. Οι προεπιλογές δίνουν περίπου 14% απώλειες συστήματος και επιπλέον περίπου 2% οπτικές. Εμφανίζονται επίσης ακτινοβολία στο επίπεδο της συστοιχίας και λόγος απόδοσης PR. Το μοντέλο συγκρίθηκε με ανεξάρτητο εργαλείο προσομοίωσης ηλιακού πόρου σε ελληνικές τοποθεσίες (γενικό κρυσταλλικό πυρίτιο, −0,40%/°C): στη θέση βαθμονόμησης, η ετήσια παραγωγή διαφέρει περίπου κατά 1% και κάθε μήνας έως περίπου 6%. Σε δεύτερη θέση, μη χρησιμοποιημένη για βαθμονόμηση, οι ετήσιες αποκλίσεις ήταν +0,1% (30° νότος) και +2,5% (20° ανατολή), με μηνιαίες έως περίπου 4%, η ανατολική περίπτωση ήταν η ασθενέστερη. Σύγχρονο πλαίσιο με −0,26%/°C αποδίδει περίπου 3% περισσότερο, κάτι αναμενόμενο φυσικά. Δύο ελληνικές θέσεις δεν καλύπτουν κάθε κλίμα: ψυχρότερες, νεφελώδεις ή εκτός Ελλάδας θέσεις δεν έχουν ελεγχθεί. Και το συγκρινόμενο εργαλείο είναι μοντέλο, όχι μέτρηση.

Μηδενική έγχυση και οικονομικά

Σε σύστημα μηδενικής έγχυσης, όταν τα φορτία και η μπαταρία δεν μπορούν να απορροφήσουν την πλεονάζουσα παραγωγή, ο έλεγχος μπορεί να περιορίσει την ισχύ των Φ/Β. Αυτός ο περιορισμός λόγω μηδενικής έγχυσης διαφέρει από την περικοπή (clipping) του αντιστροφέα. Για ρεαλιστική οικονομική εκτίμηση χρειάζονται στοιχεία αυτοκατανάλωσης, πιθανής αποζημίωσης έγχυσης και χρονικής μεταβολής φορτίων και παραγωγής· το απλό μηνιαίο μοντέλο δεν επαρκεί για ακριβή βελτιστοποίηση.

Εκτίμηση αξίας. Καταχωρίστε την τιμή ενέργειας σε €/kWh για να δείτε μια απλή θεωρητική αποτίμηση της ετήσιας παραγωγής: εκτιμώμενες kWh επί την τιμή ενέργειας, καθώς και την αντίστοιχη αξία ανά kWp. Αυτό δεν ισοδυναμεί με πραγματική ετήσια εξοικονόμηση. Δεν μοντελοποιούνται τα τιμολόγια, η αυτοκατανάλωση, η έγχυση, η υποβάθμιση των πλαισίων, οι μεταβολές τιμών, τα κόστη ή η απόσβεση. Το σενάριο εξοικονόμησης με μπαταρία είναι ξεχωριστό, εμφανίζεται μόνο με την επιλογή «Συμπερίληψη μπαταριών», στηρίζεται στις δικές σας παραδοχές και δεν είναι ωριαία προσομοίωση.

Ασφάλεια και θέση σε λειτουργία

Πριν χρησιμοποιήσετε τα αποτελέσματα σε πραγματικό έργο, ελέγξτε τη συμβατότητα των συνδέσμων DC, την προστασία των καλωδίων, τους διακόπτες απομόνωσης DC, τις απαιτήσεις απαγωγών υπερτάσεων (SPD), τη γείωση και τις ισοδυναμικές συνδέσεις. Επαληθεύστε επίσης τους εφαρμοστέους εθνικούς κανόνες σύνδεσης στο δίκτυο, τη συμμόρφωση του αντιστροφέα με τον κώδικα δικτύου και την τεκμηριωμένη πιστοποίηση μπαταρίας/αντιστροφέα.

Βασικές τεχνικές εξισώσεις

Τάση ανοικτού κυκλώματος διορθωμένη ως προς τη θερμοκρασία

Εφαρμόζεται μόνο με τις παραπάνω τεκμηριωμένες παραδοχές.

Ονομαστική ισχύς συστοιχίας

Εφαρμόζεται μόνο με τις παραπάνω τεκμηριωμένες παραδοχές.

Προκαταρκτική μηνιαία εκτίμηση παραγωγής

Εδώ P_STC είναι σε kWp, η μηνιαία ακτινοβολία στο επίπεδο της συστοιχίας H_POA είναι σε kWh/m² και G_STC = 1 kW/m² η ακτινοβολία αναφοράς. Ο λόγος τους αντιστοιχεί σε ισοδύναμες ώρες πλήρους ηλιοφάνειας και, πολλαπλασιαζόμενος με την ονομαστική ισχύ σε kW και τον αδιάστατο μηνιαίο λόγο απόδοσης PR, δίνει kWh. Είναι μόνο στατιστική εκτίμηση.