Πως υπολογίζουμε το απαιτούμενο μέγεθος μπαταρίας στα αυτόνομα φωτοβλολταϊκά συστήματα

Πως επιλέγουμε μπαταρία στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα

Η επιλογή της αποθηκευτικής μονάδας (μπαταρίες) όταν σχεδιάζουμε ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα, είναι η πιο σημαντική απόφαση, ανεξάρτητα από το τελικό μέγεθος της μονάδας παραγωγής ή τον σκοπό που το χρειαζόμαστε. Η αναβάθμιση της χωρητικότητας των μπαταριών είναι δύσκολη τόσο από τεχνικής πλευράς όσο και από πλευράς κόστους.Για παράδειγμα αν η παράλληλη σύνδεση (Σύνδεση μπαταριών) των μπαταριών είναι απαραίτητο να γίνει εμπεριέχει κάποιους περιορισμούς. Οι μπαταρίες που θα συνδεθούν πρέπει να είναι ίδιες, αν όμως η πρώτη μπαταρία έχει χρησιμοποιηθεί αρκετά στην υπάρχουσα υλοποίηση τότε θα έχει «χάσει» ένα μέρος από τα ονομαστικά χαρακτηριστικά της, με αποτέλεσμα να μην είναι πλέον ίδια με μια καινούρια μπαταρία με τα ίδια ονομαστικά χαρακτηριστικά.

Άνοιξε τον λογαριασμό σου δωρεάν στην Freedom24 και λάβε μια εντελώς δωρεάν μετοχή αξίας έως και $800

Η χωρητικότητα των μπαταριών – πως μετριέται

Η χωρητικότητα των μπαταριών μετριέται σε αμπερώρια (Ah). Αν δούμε μια μπαταρία στο καρτελάκι της αναφέρεται μία τιμή ακολουθούμενη από το σύμβολο Ah. Τι σημαίνει αυτό πρακτικά ? Μια μπαταρία των 100Ah θεωρητικά μπορεί να παρέχει ρεύμα έντασης 1 αμπέρ (ampere) για 100 ώρες πριν να εκφορτιστεί ολοκληρωτικά. Αυτό όμως ποτέ δεν πρέπει να συμβαίνει, μια μπαταρία δεν πρέπει να εκφορτίζεται 100% γιατί χάνει από την διάρκεια ζωής της. Πρακτικά λοιπόν το 100% δεν μπορεί να είναι χρήσιμο πάντα, κάτω από το 20% δεν πρέπει να πέφτει για κανένα λόγο, ενώ αν η χρήση της (φόρτιση – εκφόρτιση) είναι καθημερινή καλό είναι να μην πέφτει κάτω από το 60% της ικανότητας αποθήκευσης. Στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται οι μπαταρίες βαθιάς εκφόρτισης, οι οποίες είναι ικανές να κάνουν πολλούς κύκλους φόρτισης – εκφόρτισης.

Αντιθέτως οι μπαταρίες που έχουν τα αυτοκίνητά μας δεν είναι αυτού του τύπου, για αυτό αν αυτές εκφορτισθούν πλήρως πολύ δύσκολα φορτίζονται πάλι πλήρως και ακόμη δυσκολότερα διατηρούν την διάρκειά τους. Κατά κάποιο τρόπο αχρηστεύονται αν «ξοδευτούν» πλήρως, για αυτό και τα αυτοκίνητα όσο λειτουργούν τις φορτίζουν μέσω της συσκευής που λέγεται δυναμό (γεννήτρια). Το χαρακτηριστικό αυτών των μπαταριών είναι η δυνατότητα να δώσουν άμεσα ρεύμα μεγάλης έντασης που χρειάζεται για να εκκινήσει ένας κινητήρας. Αν δύο μπαταρίες συνδεθούν σε σειρά, η συνολική χωρητικότητα σε αμπερώρια θα παραμείνει ίδια, όσο δηλαδή η κάθε μία από τις μπαταρίες, η τάση του ρεύματος όμως θα διπλασιαστεί (οι μπαταρίες που συνδέονται μεταξύ τους πρέπει να έχουν ίδια χαρακτηριστικά και να είναι στην ίδια περίπου κατάσταση). Αν συνδεθούν παράλληλα τότε η χωρητικότητα, τα αμπερώρια (Ah) θα διπλασιαστούν και η τάση του ρεύματος θα παραμείνει ίδια όση δηλαδή έχει η κάθε μπαταρία ξεχωριστά.

Παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος των μπαταριών του συστήματος

Ο υπολογισμός του μεγέθους των μπαταριών ενός αυτόνομου συστήματος παραγωγής ενέργειας, είναι μια σημαντική διαδικασία και δεν πρέπει να υποεκτιμάται. Πρέπει να βρεθεί η χρυσή τομή, δηλαδή να μπορεί για παράδειγμα να δώσει ρεύμα σε μια μέρα που δεν θα έχει ήλιο αλλά ταυτόχρονα να μη φορτίζεται αμέσως όταν ο ήλιος θα λάμψει, πράγμα που θα σημαίνει ότι τα πάνελ την υπόλοιπη μέρα δεν θα εκμεταλλεύονται. Κάποια πράγματα λοιπόν θα πρέπει να είναι στο μυαλό μας:

• Πόσες κιλοβατώρες (Kw/h) χρειαζόμαστε κάθε ημέρα. Αυτό είναι λίγο δύσκολο να υπολογιστεί με ακρίβεια αλλά πρέπει να υπολογισθεί όσο το δυνατόν πιο σωστά. Εξάλλου κάποιος ο οποίος ετοιμάζεται να εγκαταστήσει ένα τέτοιο σύστημα γνωρίζει ήδη ότι θα ζει συνέχεια με την κατανάλωση στο μυαλό του. Αυτά τα συστήματα δεν είναι ιδανικά για άτομα που δεν γνωρίζουν τι σημαίνει «κάνω οικονομία στην κατανάλωση» και επίσης δεν μπορούν να προγραμματίσουν τις ενέργειές τους.
• Πόσες ώρες ηλιοφάνειας έχει η περιοχή ενδιαφέροντος. Πόσο αξιόπιστη είναι? Για παράδειγμα οι ώρες τις ημέρας θα εκμεταλλεύονται όλες σχεδόν ή ο καιρός συνήθως είναι ασταθής. Για παράδειγμα τα Γιάννενα και η Κόνιτσα δεν είναι πολύ μακριά, το μικροκλίμα όμως των Ιωαννίνων διαφέρει με αρκετή περισσότερη ομίχλη πολλές μέρες τον χρόνο. Επίσης το σημείο της εγκατάστασης επιτρέπει την εκμετάλλευση πόσων ωρών ηλιοφάνειας? Για παράδειγμα ανάμεσα στην Κόνιτσα και το σημείο ανατολής του ηλίου παρεμβάλλεται ένας ορεινός όγκος ο οποίος «κόβει» κάποιες ώρες από τον πρωινό ήλιο.
• Πόσες μέρες θέλουμε να «αντέχει» το σύστημα χωρίς ηλιοφάνεια. Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση έχει πολλαπλασιαστική δράση στο μέγεθος της μπαταρίας.
• Θα υπάρχει ταυτόχρονα ανεμογεννήτρια στο σύστημά μας? Οι ανεμογεννήτριες συνήθως είναι 24V οπότε θα χρειαστεί κάποια τροποποίηση στην συνδεσμολογία. Πόσο άραγε μπορεί να συνεισφέρει η ανεμογεννήτρια ? Τι είδους άνεμοι επικρατούν στην περιοχή?
• Θα συνδυαστεί το σύστημα με κάποια γεννήτρια DIESEL? Αν ναι, τότε οι απαιτήσεις για αποθηκευτικό χώρο ίσως να είναι μικρότερες.

Επιπλέον στοιχεία και σκέψεις

Επίσης πρέπει να καθοριστεί αν στο σύστημα θα συνδεθούν συσκευές οι οποίες έχουν υψηλές απαιτήσεις σε κατανάλωση ( Watt ). Για παράδειγμα σε ένα σπίτι με αυτόνομο σύστημα, η συσκευή που συνήθως έχει την μεγαλύτερη κατανάλωση είναι το πλυντήριο, το οποίο την ώρα που ζεσταίνει το νερό ίσως έχει κατανάλωση μέχρι και 3 Kw. Μια μπαταρία η οποία δεν είναι καλά φορτισμένη, μπορεί να τροφοδοτεί των φωτισμό για πολλές ώρες, δεν είναι όμως σε θέση να παρέχει την ενέργεια σε μια τόσο ενεργοβόρα συσκευή όπως το πλυντήριο. Η απαίτηση από συσκευή η οποία χρειάζεται ρεύμα πολλών αμπέρ άμεσα για να λειτουργήσει, προκαλεί πτώση της τάσης της μπαταρίας, τουλάχιστον για την ώρα που αυτή λειτουργεί.

Η πτώση της τάσης πρακτικά σημαίνει πως ο ελεγκτής φόρτισης (ή όποια άλλη συσκευή έχει τον έλεγχο) θα θεωρήσει άμεσα την μπαταρία πεσμένη, ακόμη και αν αυτό δεν είναι εντελώς ακριβές. Οπότε αν σε μια εγκατάσταση πρόκειται να συνδεθούν συσκευές με μεγάλες απαιτήσεις σε κατανάλωση, ο μεγάλος αποθηκευτικός χώρος δίνει πλεονεκτήματα. Όχι μόνο μπορεί να αποθηκευτεί περισσότερη ενέργεια αλλά η τάση δεν θα πέσει τόσο πολύ όταν η ενεργοβόρα συσκευή λειτουργήσει. Αυτό σημαίνει ότι η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερο ποσοστό σε σχέση με μια μικρότερη μονάδα αποθήκευσης. Με άλλα λόγια, η ίδια συσκευή θα ταλαιπωρήσει πιο πολύ μια μικρή μπαταρία παρά μια μεγάλη, παρόλο που και οι δύο τυπικά θα έχουν την δυνατότητα να εξυπηρετήσουν αυτή την συσκευή.

Είναι ζήτημα βαθμού απόδοσης. Ο μεγαλύτερος αποθηκευτικός χώρος έχει άλλο ένα πλεονέκτημα. Οι μπαταρίες όπως αναφέρθηκε στην αρχή του άρθρου, έχουν μεν σχεδιαστεί ώστε να αντέχουν στην πλήρη εκφόρτιση (deep cycle – βαθιάς εκφόρτισης αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί χωρίς αντάλλαγμα και αυτό δεν είναι άλλο από τον χρόνο ζωής της μπαταρίας. Πρόκειται για μια σχέση αναλογική, όσο πιο βαθιά εκφορτίζεται μια μπαταρία, τόσο πιο σύντομη θα είναι η ζωή της! Έτσι λοιπόν πρακτικά, μια συστοιχία μπαταριών η οποία έχει μεγάλη αποθηκευτική ικανότητα, είναι πιο δύσκολο και σπάνιο να εκφορτίζεται σε σχέση με μια μικρή μπαταρία. Στην δεύτερη περίπτωση το προσδόκιμο ζωής είναι μικρότερο. Θα μπορούσε να πει κανείς λοιπόν πως όσον αφορά τις μπαταρίες (αποθηκευτικό χώρο) όσο περισσότερες τόσο καλύτερα, αυτό είναι αλήθεια αλλά όχι ρεαλιστική προσέγγιση, καθώς συνήθως το υποσύστημα αποθήκευσης είναι το πιο ακριβό κομμάτι. Το γεγονός αυτό λοιπόν αναγκάζει τον επίδοξο εγκαταστάτη να κάνει καλούς υπολογισμούς για τις μπαταρίες που θα χρειαστεί, αφού… δεν μπορεί να πάρει όσες θα ήθελε!

Τέλος πρέπει να υπολογίσει κάποιος και το γεγονός ότι εφόσον οι συσκευές που θα χρησιμοποιήσει κάποιος είναι στην τάση των 220V, όπως όλες όσες έχουμε στα σπίτια μας, τότε θα πρέπει να υπολογίσει και σε ένα ποσοστό απώλειας ενέργειας κατά την μετατροπή, για αυτό είναι σημαντικό να επιλέγουμε συσκευές που δουλεύουν στα Volt που θα είναι το σύστημα των μπαταριών μας, δηλαδή 12V κατά πάσα πιθανότητα. Η μετατροπή θα πρέπει να γίνεται για τις υπόλοιπες συσκευές. Για παράδειγμα όλο το δίκτυο του φωτισμού μπορεί να φύγει απευθείας από τις μπαταρίες στα 12V , αφού λαμπτήρες σε αυτή την τάση πλέον είναι πολλοί διαθέσιμοι.