ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΣΕ ΑΚΡΑΙΕΣ ΚΑΙΡΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ

Κατά την κατασκευή μιας διασυνδεδεμένης φωτοβολταικής  συστοιχίας το πρώτο πράγμα που κάνουμε είναι η επιλογή των φωτοβολταικών πάνελ  και του inverter σύμφωνα με τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά τάσεων και ρευμάτων της φωτοβολταικής συστοιχίας.

Θα πρέπει δηλαδή  να συνδέσω τόσα panel σε σειρά έτσι ώστε η τάση της φωτοβολταικής συστοιχίας  Vmpp να είναι στην περιοχή τάσης λειτουργίας του inverter και η τάση ανοικτού κυκλώματος Voc να είναι μικρότερη από τη max DC voltage εισόδου του inverter (μέγιστη τάση εισόδου για να μην κόψει ο inverter)

Επίσης θα πρέπει να συνδέσω τόσα panel παράλληλα ώστε το max ρεύμα εισόδου του inverter πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα βραχυκύκλωσης  Ιsc  της ΦΒ γεννήτριας

Στο παρακάτω  σχήμα βλέπουμε το datasheet ενός φωτοβολταικού πλαισίου στο οποίο μας δίνεται:

Vmpp:  μέγιστη τάση του πλαισίου

Voc: τάση ανοικτού κυκλώματος

Impp: ρεύμα πλαισίου
Ιsc: ρεύμα βραχυκύκλωσης

Τα παραπάνω χαρακτηριστικά δίνονται σε πρότυπες συνθήκες λειτουργίας (STC) που είναι:

Όταν το πλαίσιο δέχεται ακτινοβολία πυκνότητας ισχύος E=1 kW\m2 , μάζα αέρα  ΑΜ1,5 και η θερμοκρασία του είναι 25oC

Η  μάζα αέρα δείχνει πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η διαδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα σε σύγκριση με την κατακόρυφη διαδρομή της.

Κατά την λειτουργία του όμως σε πραγματικές συνθήκες η θερμοκρασία του πλαισίου είναι διαφορετική από τους 25oC και η πυκνότητα ισχύος της ΗΜ ακτινοβολίας από 0 ως 1200 W\m2.

Έχουμε κάνει λοιπόν τους υπολογισμούς μας και έχουμε συνδέσει σε σειρά και παράλληλα πάνελ συνθέτοντας τη φωτοβολταική συστοιχία σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των τάσεων και ρευμάτων που πήραμε από το datasheet των πάνελ που επιλέξαμε:

Τι θα γίνει όμως αν:

1.       Μια ηλιόλουστη μέρα το χειμώνα (θερμοκρασία -10oC) ο inverter τεθεί εκτός λειτουργίας. Όταν μπει ξανά σε λειτουργία η τάση ανοικτού κυκλώματος Voc(-10οC)  της συστοιχίας θα είναι πολύ υψηλή.

Αυτό γίνεται επειδή το χειμώνα (-10οC) όταν ο inverter βγει εκτός λειτουργίας τα πάνελ θα αποκτήσουν θερμοκρασία περιβάλλοντος -10οC και τάση ανοικτού κυκλώματος Voc(-10oC) μεγαλύτερη από τη μέγιστη τάση τους ανοικτού κυκλώματος Voc(STC)

2.       Σε πλήρη ηλιοφάνεια το καλοκαίρι με θερμοκρασίες πάνω από 40οC τα πάνελ έχουν θερμοκρασία που μπορεί να φτάσει και τους 70οC και η τάση τους  Vmpp(70oC) είναι μικρότερη από την ονομαστική Vmpp (STC).

Αν λοιπόν η τάση του συστήματος πέσει κάτω από την ελάχιστη τάση εισόδου του inverter δεν θα μπορεί αυτός να δεχτεί τη μέγιστη δυνατή ισχύ σε αυτές τις συνθήκες και θα κλείσει.

Επίσης το ρεύμα βραχυκύκλωσης της συστοιχίας Ιsc(70oC) θα αυξηθεί και μπορεί να γίνει μεγαλύτερο από το Imax του inverter

Από τα παραπάνω καταλαβαίνουμε ότι θα πρέπει να υπολογίσουμε

Voc(-10oC), Vmpp(70oC), Isc(70^oC)

Το ρεύμα Isc(70^oC) δίνεται από τους παρακάτω  τύπους:

Όταν το ΔΙ δίνεται σε %/οC  τότε Isc(70^oC)=(1+45oC*ΔΙ/100)*Ιsc(STC)

Όταν το ΔΙ δίνεται σε mA/οC  ή Α/οC τότε Isc(70^oC)=Ιsc(STC)+45oC*ΔI όπου ΔΙ σε Α/οC

ΔI= είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας ρεύματος βραχυκύκλωσης ( Ιsc Current temperature coefficient ) και δίνεται στα χαρακτηριστικά του πάνελ

Η τάση  Vmpp(70^oC) δίνεται από τους παρακάτω  τύπους:

Όταν το ΔV δίνεται σε %/οC  τότε Vmpp(70^oC)=(1+45oC*ΔV/100)*Vmpp(STC)

Όταν το ΔV  δίνεται σε mV/οC  ή V/oC τότε Vmpp(70^oC)=Vmpp(STC)+45oC*ΔV όπου ΔV σε V/οC

ΔV  είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας τάσης ανοικτού κυκλώματος (Voc Voltage temperature coefficient και δίνεται στα χαρακτηριστικά του  πάνελ

Η τάση Voc(-10oC) δίνεται από τους παρακάτω  τύπους:

Όταν το ΔV δίνεται σε %/οC  τότε Voc(-10^oC)=(1-35oC*ΔV/100)*Voc(STC)

Όταν το ΔV  δίνεται σε mV/οC  ή V/oC τότε Voc(-10^oC)=Voc(STC)-35oC*ΔV  όπου ΔV σε V/οC

Στο συγκεκριμένο φωτοβολταικό πάνελ που επιλέξαμε θα έχουμε:

ΔV=(-8,21*10^-2)V/^OC =-0,0821 είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας τάσης ανοικτού κυκλώματος

Voc(-10^oC)=Voc(STC)-35^oC*ΔV=21,9-(35*(-0,0821))=24,77V

Vmpp(70^oC)=Vmpp(STC)+45^oC*ΔV=17,6+(45*(-0,0821))=13,91V

ΔI=(3,18*10^-3)A/^OC =0,00318 είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας ρεύματος βραχυκύκλωσης

Isc(70^oC)=Isc(STC)+45^oC*ΔI=8,02+(45*0,00318)=8,16A

Από τα παραπάνω βλέπουμε ότι στις ακραίες καιρικές συνθήκες των -10οC και 70οC :

Η τάση ανοικτού κυκλώματος αυξάνεται  αισθητά από τα 21,9V στα 24,77V.

H τάση μέγιστης ισχύος μειώνεται αισθητά από τα 17,6V στα 13,91V.

Το ρεύμα βραχυκύκλωσης αυξάνεται ελαφρά από τα 8,02Α στα 8,16Α.

Αν λοιπόν δεν λάβουμε υπόψη μας στους υπολογισμούς κατά τη συνδεσμολογία των πάνελ σε σειρά και παράλληλα αυτές τις συνθήκες, μπορεί να οδηγηθούμε σε ανεπιθύμητα προβλήματα.

Άρθρο του καθηγητή της 1ης ΕΠΑΣ ΟΑΕΔ ΘΕΣ/ΝΙΚΗΣ Τάσου Αντωνάκη-Ηλεκτρολόγου Μηχανικού ΤΕ.

Δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα Εγκαταστάτης