| Ερ. Τι είναι τα φωτοβολταϊκά (ΦΒ); |
|
Απ. Τα φωτοβολταϊκά (ΦΒ) στοιχεία ή ηλιακά κύτταρα είναι διατάξεις ημιαγωγών ή οργανικών υλικών, που μετατρέπουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (π.χ. το φως του ήλιου) σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς (DC) τάσεως. Στην κατηγορία των ανόργανων ΦΒ στοιχείων, τα ΦΒ στοιχεία Πυριτίου αποτελούν τα πιο διαδεδομένα διεθνώς. Ένα ΦΒ στοιχείο πυριτίου έχει τη μορφή λεπτού δίσκου, που αποτελείται τυπικά, από δύο αλλεπάλληλα στρώματα. Το ένα τμήμα είναι εμπλουτισμένο με άτομα που διαθέτουν ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο σθένους ανά άτομο, απ ότι το άτομο Πυριτίου (ημιαγωγός πρόσμιξης τύπου n) και το άλλο, με άτομα που διαθέτουν ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο σθένους ανά άτομο (ημιαγωγός πρόσμιξης τύπου p). Η συνολική διάταξη λέγεται επαφή p-n. Στο πρώτο υπερτερούν τα «ελεύθερα» ηλεκτρόνια και στο δεύτερο οι οπές. Στην περιοχή της επαφής των δύο σε επαφή τμημάτων δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο, που παίζει σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση του ΦΒ φαινομένου. Όταν ηλιακό φως προσπίπτει στο ΦΒ στοιχείο, μέρος του απορροφάται στο εσωτερικό του. Κάθε απορροφούμενο φωτόνιο παράγει ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής και κατά συνέπεια, οι «ελεύθεροι» ηλεκτρικοί φορείς της φωτιζόμενης διάταξης αυξάνονται πολλές τάξεις (Φωτοαγωγιμότητα). Όσοι φορείς δημιουργούνται στην περιοχή του ηλεκτρικού πεδίου της επαφής οδηγούνται στις περιοχές που υπερτερούν οι όμοιοί τους φορείς, δημιουργούμενου ηλεκτρικού ρεύματος (φωτόρευμα). Όταν στα άκρα του φωτιζόμενου ΦΒ στοιχείου συνδεθεί ηλεκτρικό φορτίο, διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Συνεπώς, το φωτιζόμενο ΦΒ στοιχείο αποτελεί πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.
|
|
Ερ. Ποια είναι τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ΦΒ στοιχείων;
|
|
Απ. Ανεξάρτητα από το μέγεθος του, ένα ΦΒ στοιχείο πυριτίου, θερμοκρασίας 25ο C, εμφανίζει περίπου, 0,6 Volt, κάτω από συνθήκες ανοιχτού κυκλώματος, δηλαδή, χωρίς να συνδεθεί στα άκρα του, ηλεκτρική αντίσταση. Η τάση αυτή εξαρτάται έντονα από τη θερμοκρασία της κυψελίδας. Το μέγιστο ηλεκτρικό ρεύμα που αποδίδει εξαρτάται από την απόδοση, τη θερμοκρασία και το μέγεθός του. Μάλιστα, αποδεικνύεται ανάλογο με την ένταση της ΗΜ ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια του. Η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς που μπορεί να αποδώσει ένα ΦΒ στοιχείο εξαρτάται από το υλικό, τη θερμοκρασία κυψελίδας και την πυκνότητα ισχύος της ΗΜ ακτινοβολίας (W/m2). Παραδείγματος χάριν, ένα τυπικό ΦΒ στοιχείο κρυσταλλικού Πυριτίου, με έκταση επιφάνειας 10cmx10cm, σε ηλιακό φωτισμό 1000 W/m2 και θερμοκρασία κυψελίδας 25ο C, μπορεί να αποδώσει μέγιστη ισχύ, περίπου 1,5 Watt.
|
|
Ερ. Πώς μπορούμε να αξιοποιήσουμε τα ΦΒ στοιχεία ώστε να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια με μεγαλύτερη ισχύ;
|
|
Απ. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδέονται ηλεκτρικά σε σειρά ή/και παράλληλα για να παράγεται μεγαλύτερη τάση και ένταση ηλεκτρικού ρεύματος, αντίστοιχα. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια αποτελούνται από σύνολο ΦΒ στοιχείων ενθυλακωμένα πίσω από υψηλής διαφάνειας, υαλοπίνακα. Η πίσω επιφάνεια καλύπτεται από υψηλής αντοχής υγρομονωτική ουσία. Το ΦΒ πλαίσιο αποτελεί τη θεμελιώδη δομική μονάδα μιας ολοκληρωμένης φωτοβολταϊκής παραγωγικής μονάδας, που ονομάζεται συστοιχία. Τα ΦΒ πλαίσια μιας συστοιχίας κατανέμονται σε ολοκληρωμένα τμήματα, τα panels, καθένα απ τα οποία συνίσταται από μερικά ΦΒ πλαίσια, ως μια προ-καλωδιωμένη μονάδα έτοιμη προς εγκατάσταση. Ένα σύνολο ΦΒ συστοιχιών αποτελεί το ΦΒ συγκρότημα. Μια ολοκληρωμένη ΦΒ εγκατάσταση χαρακτηρίζεται ως ΦΒ σύστημα ή ΦΒ σταθμός.
|
|
Ερ. Πόσο αξιόπιστα είναι τα φωτοβολταϊκά πλαίσια και ποια είναι η διάρκεια ζωής τους;
|
|
Απ. Φωτοβολταϊκά πλαίσια που ανταποκρίνονται στο πρότυπο ΙΕΕΕ 1262 ή άλλο ισοδύναμο, είναι εξαιρετικής ποιότητας και αξιόπιστα προϊόντα με διάρκεια ζωής 20 έως 30 έτη. Μερικοί από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές προσφέρουν εγγυήσεις πλαισίων για είκοσι ή και περισσότερα χρόνια όσον αφορά την παραγωγή ισχύος η οποία θα διατηρείται μέσα σε συγκεκριμένα ποσοστά της αρχικά προσφερόμενης ισχύος.
|
|
Ερ. Πόσο κοστίζουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια και πως καθορίζεται η τιμή τους;
|
|
Απ. Το κόστος των ΦΒ πλαισίων καθορίζεται, κατά κύριο λόγο, από το κόστος παραγωγής πρώτης ύλης καθώς και το κόστος μεταλλικού πλαισίου και ενθυλάκωσης. Εξαρτάται όμως, ως ένα ορισμένο βαθμό και από την ποιότητα κατασκευής του προϊόντος και την ποσότητα που αγοράζεται. Η τιμή των ΦΒ πλαισίων προσδιορίζεται ως κόστος αγοράς ΦΒ πλαισίων ανά 1 Watt ισχύος αιχμής (Wp). Οι τυπικές τιμές για φωτοβολταϊκά πλαίσια ποικίλλουν μεταξύ 3 και 10 ανά Wp, ανάλογα με το μέγεθος και την ποσότητα των πλαισίων που αγοράζονται. Παραδείγματος χάριν, ένα ΦΒ πλαίσιο 75 Watt (ισχύς αιχμής) που κοστίζει 375, κοστολογείται 5/Wp.
|
|
Ερ. Ποιες είναι οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές για φωτοβολταϊκά συστήματα;
|
|
Απ. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία αναπτύχθηκαν προς το τέλος της δεκαετίας του '50 για να παρέχουν ισχύ σε τεχνητούς δορυφόρους περί τη Γη. Όσο η τεχνολογία βελτιωνόταν και το κόστος παραγωγής έγινε λογικότερο, τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιήθηκαν και σε επίγειες εφαρμογές για να τροφοδοτηθούν διάφορες μακρινές εγκαταστάσεις εκτός δικτύου, όπως σήματα σιδηροδρόμων, τηλεπικοινωνιακοί αναμεταδότες, φωτισμός και συστήματα καθοδικής προστασίας. Στη δεκαετία του '80, τα φωτοβολταϊκά έγιναν δημοφιλής πηγή ενέργειας για ηλεκτρονικές συσκευές πολύ ευρείας κατανάλωσης, όπως υπολογιστές, ρολόγια, ραδιόφωνα και άλλες εφαρμογές φόρτισης μικρών μπαταριών. Δεδομένου ότι τα κατασκευαστικά επίπεδα για τα φωτοβολταϊκά συνέχισαν να αυξάνονται καθ' όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του '80, τα ΦΒ συστήματα χρησιμοποιήθηκαν επίσης σε ποικίλες εφαρμογές εκτός δικτύου, συμπεριλαμβανομένων αντλιών νερού, αγροτικών κατοικιών και συστημάτων ασφάλειας μεταφορών. Σήμερα, μια σημαντική διεθνής αγορά φωτοβολταϊκών παρέχει ισχύ σε μεγάλο αριθμό ανθρώπων σε όλο τον κόσμο που ζουν χωρίς ηλεκτρισμό συμβατικών συστημάτων, σε εφαρμογές όπως εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης, κοινοτικά κέντρα, συστήματα διανομής και καθαρισμού νερού και αγροτικές κατοικίες. Στα κράτη με υψηλή βιομηχανική ανάπτυξη, τα ενωμένα στο δίκτυο ΦΒ συστήματα επεκτείνονται σε εφαρμογές οικιακής, εμπορικής φύσεως καθώς και υποστήριξης του κεντρικού (εθνικού) δικτύου.
|
|
Ερ. Ποια είναι τα οφέλη από την αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών συστημάτων;
|
|
Απ. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χαρακτηρίζονται από μοναδικά πλεονεκτήματα και προσφέρουν πολλά οφέλη σε σχέση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορούν να σχεδιαστούν για ποικίλες εφαρμογές και λειτουργικές απαιτήσεις, είναι εύκολα επεκτάσιμα και μπορούν να μεταφερθούν. Η ενεργειακή ανεξαρτησία και η περιβαλλοντική συμβατότητα είναι επίσης δύο ελκυστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ΦΒ συστημάτων. Τα ΦΒ συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε για συγκεντρωμένη είτε για διανεμημένη ηλεκτρική παραγωγή. Το καύσιμο (φως του ήλιου) είναι δωρεάν και δεν δημιουργείται θόρυβος ή ρύπανση κατά τη λειτουργία τους. Γενικά, τα ΦΒ συστήματα που σχεδιάζονται καλά και εγκαθίστανται κατάλληλα απαιτούν ελάχιστη συντήρηση, έχουν μακροχρόνια διάρκεια ζωής υπηρεσιών και είναι πολύ αξιόπιστα.
|
|
Ερ. Ποια είναι τα σημαντικότερα τμήματα ενός φωτοβολταϊκού συστήματος;
|
|
Απ. Σε οποιοδήποτε ΦΒ σύστημα, εκτός από τις συστοιχίες φωτοβολταϊκών πλαισίων, απαιτούνται και διάφορα άλλα υποσυστήματα που σκοπό έχουν να διευθύνουν, ελέγξουν, μετατρέψουν, διανείμουν, και αποθηκεύσουν την ενέργεια που παράγεται. Τα συγκεκριμένα συστατικά που απαιτούνται εξαρτώνται από τις πρακτικές και λειτουργικές απαιτήσεις του συστήματος, και μπορεί να είναι ένας μετατροπέας DC-AC ή inverter, μια συστοιχία μπαταριών με ελεγκτή φόρτισης-εκφόρτισης, βοηθητικές πηγές ενέργειας και μερικές φορές καθορισμένο ηλεκτρικό φορτίο απόρριψης της επιπλέον παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μια διάταξη ισορροπίας συστημάτων (balance of system hardware:BOS), καλωδιώσεις, απολήξεις, προστασία υπέρτασης, συσκευή αποσύνδεσης και άλλο εξοπλισμό επεξεργασίας ισχύος.
|
|
Ερ. Πώς θα έπρεπε να προσανατολιστεί μια ΦΒ συστοιχία για μέγιστη ενεργειακή παραγωγή;
|
|
Απ. Κατά γενικό κανόνα, η μέγιστη ετήσια ενεργειακή παραγωγή από στατική ΦΒ συστοιχία επιτυγχάνεται όταν η συστοιχία προσανατολίζεται στο Νότο (στο βόρειο ημισφαίριο) με γωνία κλίσης, ίση, περίπου με το 90% του τοπικού γεωγραφικού πλάτους. Οι μηχανικές συστοιχίες που παρακολουθούν την κίνηση του ήλιου μπορούν να παράγουν από 15 έως 40% περισσότερη ενέργεια από αντίστοιχες στατικές συστοιχίες. Εντούτοις, η επιπλέον δαπάνη των ηλεκτρομηχανικών μερών, η πολυπλοκότητα και η απαίτηση αυξημένης προστασίας των συσκευών αυτών από τη δράση ισχυρών ανέμων, τις καθιστούν μη ελκυστικές σε εφαρμογές μικρής ισχύος ή σε συστήματα ενσωματωμένα σε κτίρια.
|
|
Ερ. Ποια είναι τα προτεινόμενα όρια προσανατολισμού και γωνιών κλίσης των ΦΒ συστοιχιών;
|
|
Απ. Σε πολλές περιπτώσεις, ο διαθέσιμος ασκίαστος χώρος στέγης περιορίζει τις πιθανές θέσεις για την εγκατάσταση της ΦΒ συστοιχίας. Τα προτεινόμενα όρια προσανατολισμού ποικίλλουν από το νοτιοδυτικό στο νοτιοανατολικό σημείο (αζιμουθιακές γωνίες 45° ανατολικά και δυτικά του νότου) και γωνίες κλίσης στην περιοχή: γεωγραφικό πλάτος +- 15ο από το γεωγραφικό πλάτος.
|
|
Ερ. Ποιες είναι οι συνέπειες της σκίασης των ΦΒ συστοιχιών;
|
|
Απ. Η σκίαση ενός ΦΒ στοιχείου, από ένα σύνολο ομοίων ΦΒ στοιχείων συνδεδεμένων σε σειρά, που τροφοδοτούν ένα φορτίο, έχει ως αποτέλεσμα το μηδενισμό του ρεύματος στο κύκλωμα. Τα ΦΒ στοιχεία σ ένα τυπικό ΦΒ πλαίσιο συνδέονται σε σειρά. Προκειμένου να μη μηδενίζεται το ρεύμα τους κατά τη λειτουργία τους, αν ένα εξ αυτών σκιαστεί, ενσωματώνονται σ αυτά δίοδοι παράκαμψης, ώστε σε μια τέτοια περίπτωση, το ΦΒ πλαίσιο να συνεχίσει να αποδίδει, έστω και μειωμένη ηλεκτρική ισχύ. Κατ επέκταση, η σκίαση ΦΒ πλαισίων μιας συστοιχίας, περιορίζει την απόδοση της και πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπ όψη η επίπτωσή της, κατά το στάδιο της μελέτης εγκατάστασης, με επισκόπηση του περιβάλλοντα χώρου. Κατά γενικό κανόνα, οι ΦΒ συστοιχίες πρέπει να εγκαθίστανται σε τέτοιες θέσεις ώστε να μην εμφανίζεται καμία σκίαση από τα κοντινά δέντρα, τα κτήρια, τα ηλεκτροφόρα καλώδια και τους στύλους ή άλλα αντικείμενα από τις 9:00 π.μ. μέχρι τις 3:00 μ.μ. οποιαδήποτε στιγμή του έτους.
|
|
Ερ. Ποιες είναι οι τυπικές απαιτήσεις συντήρησης για τα ΦΒ συστήματα;
|
|
Απ. Οι απαιτήσεις συντήρησης εξαρτώνται από τη σχεδίαση του συστήματος και τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται. Μερικά συστήματα μπορεί να απαιτούν μηδαμινή συντήρηση και ετήσιες επιθεωρήσεις, ενώ άλλα, ιδιαίτερα εκείνα που χρησιμοποιούν μπαταρίες μπορεί να απαιτούν συντήρηση κάθε 4 ή 6 μήνες, καθώς επίσης και περιοδική αντικατάσταση των μπαταριών. Παραδείγματα τυπικών περιπτώσεων συντήρησης που μπορεί να απαιτηθεί από τα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι:
Επιθεώρηση καλωδιώσεων και απολήξεων καλωδίωσης σε σχέση με σταθερότητα και διάβρωση Επιθεώρηση για να εξασφαλίζεται το ότι η καλωδίωση είναι τακτοποιημένη και προστατευμένη Επιθεώρηση της ΦΒ συστοιχίας για καθαρότητα, ζημιές και δομική ακεραιότητα Επιθεώρηση της μόνωσης από τον καιρό και το περιβάλλον Αντικατάσταση και συντήρηση των μπαταριών, συμπεριλαμβανομένου καθαρισμού, προσθήκης ηλεκτρολύτη και εξίσωσης φόρτισης, όπου είναι εφαρμόσιμη. |
|
Ερ. Ποια είναι τα κοινά προβλήματα που σχετίζονται με την εγκατάσταση ΦΒ συστημάτων και προκύπτουν συνήθως κατά τις επιθεωρήσεις;
|
|
Απ. Αν και τα περισσότερα ΦΒ συστήματα που εγκαθίστανται από ειδικά εκπαιδευμένο προσωπικό είναι γενικά ασφαλή και αξιόπιστα, η κατοχή ηλιακών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας που εγκαθίστανται από τα ανεκπαίδευτα πρόσωπα μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα. Μερικά κοινά προβλήματα που συνδέονται με το σχέδιο, την εγκατάσταση και τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι:
Η εκτενής σκίαση της ΦΒ συστοιχίας Η επισφαλής δομική σύνδεση των ΦΒ συστοιχιών στις στέγες και άλλες δομές Η ανεπαρκής καιρική και περιβαλλοντική προστασία των συστημάτων Οι επισφαλείς μέθοδοι καλωδίωσης Η ακατάλληλη εγκατάσταση, ανάρμοστη χρήση και συντήρηση για τις μπαταρίες Η ανεπαρκής διατομή αγωγών και τύπος μόνωσης Χρήση μη καταχωρημένου εξοπλισμού ή ανάρμοστη εφαρμογή του απαριθμημένου εξοπλισμού Η έλλειψη ή η ανάρμοστη τοποθέτηση της προστασίας υπερέντασης και αποσύνδεσης των συσκευών Η χρήση μη καταχωρημένου εξοπλισμού ή η ανάρμοστη εφαρμογή καταχωρημένου εξοπλισμού Η έλλειψη ή η ακατάλληλη τοποθέτηση της προστασίας από μεγάλα ρεύματα και των συσκευών αποσύνδεσης |