Αποδοση φωτοβολταικων

Τι είναι, πως λειτουργούν και τι είναι η αποδοση φωτοβολταικων πανελ; Το βασικό μέρος ενος φωτοβολταϊκού συστήματος είναι φυσικά τα φωτοβολταϊκά. Αποτελούνται από ένα πλαισιο (πανελ) μέσα στο οποίο βρίσκονται τα φωτοβολταικα στοιχεία (ή κυψέλες). Το χαρακτηριστικό των φωτοβολταικων στοιχείων είναι ότι μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρικό ρεύμα. Από την πίσω πλευρά του φωτοβολταϊκού πάνελ εξέρχονται δύο καλώδια (θετικό + και αρνητικό -) από όπου παίρνουμε το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα φωτοβολταικα πανελ μετατρέπουν μόνο ένα ποσοστό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Το πόσο μεγάλο είναι αυτό το ποσοστό εξαρτάται από τον τύπο των φωτοβολταϊκών στοιχείων.

Τα λεγόμενα μονοκρυσταλλικά στοιχεία έχουν τη μεγαλύτερη απόδοση (τα συνηθισμένα μονοκρυσταλλικά πανελ μετατρέπουν έως και το 15%-17% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό). Τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία έχουν ελαφρώς χαμηλότερη απόδοση (τα συνηθισμένα πολυκρυσταλλικά πάνελ μετατρέπουν το 14%-16% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό), είναι όμως φθηνότερα από τα μονοκρυσταλλικά.

Μια αρκετά συνηθισμένη παρανόηση είναι αυτή που θέλει τα μονοκρυσταλλικά να είναι “καλύτερα” από πολυκρυσταλλικά φωτοβολταικα, αφού έχουν μεγαλύτερη “απόδοση”. Η σύγχιση προκαλείται από την έννοια “απόδοση φωτοβολταικων”. Η έννοια είναι τεχνική και δεν πρέπει να απασχολεί ιδιαίτερα τον τελικό χρήστη ενός μικρού συστήματος. Αφορά μόνο μεγάλα φωτοβολταϊκά πάρκα ή στέγες περιορισμένων τετραγωνικών όπου κάθε εκατοστό μπορεί να έχει σημασία για την τοποθέτηση μερικών ακόμη πάνελ (αφού τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταικα πανελ έχουν κατά λίγα εκατοστά μικρότερες διαστάσεις).

Το αντίθετο μπορεί να συμβαίνει πολλές φορές: Πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πλαίσια που έχουν καλύτερη συμπεριφορά όσον αφορά την φυσιολογική απώλεια ισχύος στη διάρκεια των ετών που παρουσιάζουν όλα τα πάνελ, και πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά που είναι καλύτερα από τα μονοκρυσταλλικά για το κλίμα της Ελλάδας (λόγω καλύτερου συντελεστή θερμοκρασιακής διόρθωσης).

Εξ΄ άλλου, όταν κάποιος αγοράζει φωτοβολταικο πάνελ π.χ. 200 Watt/p, τόσα Watt/p θα παράγει το πάνελ του είτε είναι μονοκρυσταλλικό είτε είναι πολυκρυσταλλικό! Απλά το μονοκρυσταλλικό μπορεί να είναι ακριβότερο, χωρίς (το πιθανότερο) να ενδιαφέρουν τον αγοραστή τα πλεονεκτήματα του μονοκρυσταλλικού. Ίσως μάλιστα να χάνει τα πλεονεκτήματα ενός πολυκρυσταλλικού.

Υπάρχουν και τα λεγόμενα “άμορφου πυρίτιου” που αποτελούνται από μια ενιαία επιφάνεια κι όχι από διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά στοιχεία όπως τα προηγούμενα. Αυτά έχουν χαμηλότερη απόδοση (10%-15% σήμερα) αλλά είναι τα οικονομικότερα. Χρειάζονται απλώς μεγαλύτερη επιφάνεια για να δώσουν την ίδια ισχύ με τα μονοκρυσταλλικά ή τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά.

Διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια για τα φωτοβολταικα πανελ

Ο ήλιος παρέχει πάνω από 1.000 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο. Έτσι, ένα φωτοβολταικό με διαστάσεις ένα μέτρο πλάτος και ένα μέτρο ύψος (δηλαδή ένα τετραγωνικό μέτρο) θα παράγει περίπου 160 Watt την ώρα αν αποτελείται από μονοκρυσταλλικά φωτοβολταικά στοιχεία, περίπου 140 Watt την ώρα αν αποτελείται από πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία και περίπου 80 Watt την ώρα αν είναι για παράδειγμα άμορφου πυριτίου.

Ένα φωτοβολταϊκό με ονομαστική μέγιστη ισχύ 100 Wp βγάζει έξοδο περίπου 20 Volt και 5 Ampere (20X5=100). Μπορούμε να συνδέσουμε όσα φωτοβολταικα πανελ θέλουμε σε σειρά ή και παράλληλα, για να πετύχουμε το συνδυασμό τάσης ρεύματος (volt), έντασης ρεύματος (ampere) και φυσικά την συνολική ισχύ (watt) που θέλουμε να έχει το σύστημά μας.

Παράδειγμα: Συνδεδεμένα φωτοβολταικα πανελ

Αν έχουμε 10 φωτοβολταϊκά πάνελ ισχύος 100Wp το κάθε ένα, συνδεδεμένα σε σειρά θα έχουν συνολική τάση περίπου 200V και ένταση 5Α. Συνδεδεμένα παράλληλα θα έχουν συνολική τάση περίπου 20V και ένταση 50Α. Και στις δύο περιπτώσεις, η συνολική ισχύς θα είναι 1.000 Watt/p. Δηλαδή, με 5 ώρες έντονης ηλιοφάνειας την ημέρα, θα αποδίδουν 5.000 Watt/ώρες κάθε μέρα, ή αλλιώς 5KWh.

Φωτοβολταικα συνδεδεμένα σε σειρά εννοούμε όταν τα έχουμε συνδέσει μεταξύ τους, ενώνοντας το θετικό καλώδιο εξόδου του ενός πάνελ με το αρνητικό του άλλου, δηλαδή εναλλάξ το + με το – κ.ο.κ.

Συνδεδεμένα παράλληλα είναι όταν συνδέουμε το θετικό καλώδιο εξόδου του ενός πάνελ με το θετικό του επόμενου και το αρνητικό καλώδιο εξόδου με το αρνητικό του επόμενου. Σε σειρά αθροίζεται μόνο η τάση (τα volt), ενώ παράλληλα αθροίζεται μόνο η ένταση (τα ampere).

Τα φωτοβολταικα πανελ τα συνδέουμε συνήθως σε σειρά για μεγαλύτερη τάση (volt) όταν πρόκειται να συνδεδεθούν με το δίκτυο της ΔΕΗ. Αν προορίζονται για αυτόνομο σύστημα με συσσωρευτές (μπαταρίες), τότε η απαιτούμενη τάση εξαρτάται από αυτή των συσσωρευτών.

• Αν η τάση των συσσωρευτών είναι 12V, τότε συνδέουμε τα φωτοβολταικά παράλληλα (η τάση μένει σταθερή και πολλαπλασιάζουμε τα Ampere).
• Αν η τάση των συσσωρευτών είναι 24V, τότε συνδέουμε τα φωτοβολταικά σε σειρά ανά δύο (η τάση διπλασιάζεται και γίνεται κατάλληλη για συστοιχία μπαταρίών 24V ενώ τα Ampere παραμένουν σταθερά). Στη συνέχεια, αν έχουμε περισσότερα φωτοβολταικα πάνελ, συνδέουμε τα ζευγάρια των φωτοβολταικων παράλληλα μεταξύ τους για να αυξήσουμε τα Ampere.

Σε κάθε μια από τις παραπάνω περιπτώσεις, η συνολική ισχύς των πάνελ δεν αλλάζει αφού η ισχύς σε Watt υπολογίζεται πάντα ως το γινόμενο των Volt X Ampere. Το ίδιο ισχύει και για τις μπαταρίες, είτε είναι σε συστοιχία 12V είτε σε συστοιχία 24V. Πάντα όμως πρέπει να ταιριάζει η (ονομαστική) τάση πάνελ συσσωρευτών (εκτός αν χρησιμοποιούμε ρυθμιστή φόρτισης τύπου MPPT).

Ηλιοφάνεια στην Ελλάδα

Ένα φωτοβολταικο σύστημα ονομαστικής ισχύος 1 KWp (για παράδειγμα 10 φωτοβολταικα πανελ των 100Wp το κάθε ένα) αποδίδει στην Ελλάδα από περίπου 1.150 KWh (βόρεια Ελλάδα) έως 1.450 KWh (νότια Ελλάδα) το έτος. Στην Αττική, τις Κυκλάδες και τα Δωδεκάνησα κυμαίνεται γύρω στις 1.300-1350 KWh. Για να βρούμε τη μέση ημερήσια παραγωγή ενός φωτοβολταϊκού πάνελ, συνηθίζουμε να πολλαπλασιάζουμε την ονομαστική του ισχύ επί 5.

Έτσι, ένα φωτοβολταικο πανελ ονομαστικής ισχύος 100Wp, κατ’ εκτίμηση παράγει ημερησίως 500Wh (0,5 KWh) κατά μέσο όρο. Είναι προφανές ότι το καλοκαίρι η μέση παραγωγή θα είναι μεγαλύτερη από τη μέση παραγωγή το χειμώνα (τον Ιούλιο ή τον Αύγουστο είναι σχεδόν διπλάσια σε σχέση με τον Δεκέμβριο ή τον Ιανουάριο).