Έρευνα και μάθηση

Η ηλιακή ενέργεια είναι δωρεάν, πάντα διαθέσιμη και μπορεί ο καθένας να την χρησιμοποιήσει εφόσον γνωρίζει το πώς. Παρακάτω δίνονται πληροφορίες οι οποίες έχουν ως στόχο να καταρτίσουν θεωρητικά τον αρχάριο αλλά και ερασιτέχνη παραγωγό ενέργειας. Τα στοιχεία που παρατίθενται στα άρθρα της ιστοσελίδας σκοπό έχουν την ενημέρωση του ερασιτέχνη και όχι του επαγγελματία. Δηλαδή αυτόν που πρόκειται να φτιάξει μια μικρή αυτόνομη εφαρμογή παραγωγής και χρήσης ηλιακής ενέργειας σε μικρή κλίμακα και για να λύσει κάποιο πρόβλημα προσωπικό όπως ο φωτισμός σε ένα απομακρυσμένο σημείο ( στάνες , μαντριά , μελισσοκομεία , εξοχικά κτλ ). Δεν αποτελούν σε καμία περίπτωση τεχνικές που κάποιος μπορεί να συνδυάσει με το δίκτυο του ρεύματος στο σπίτι του, αυτό πρέπει σε κάθε περίπτωση να παραμένει ανέγγιχτο και υπό τον πλήρη έλεγχο της Δημόσιας Εταιρίας Ηλεκτρισμού, γιατί σε διαφορετική περίπτωση μπορεί να προκύψουν μεγάλοι κίνδυνοι. Παρακάτω δίνονται κάποιες περιπτώσεις χρήσης της ηλιακής ενέργειας ( ως ηλεκτρική ενέργεια γιατί υπάρχει η δυνατότητα να την χρησιμοποιήσουμε πιο άμεσα ως θερμική ).

Στην πιο απλή της μορφή η ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα θερμική όπως αναφέρθηκε. Και λέω άμεσα γιατί δεν χρειάζεται κάποιος ειδικός εξοπλισμός μετατροπής. Στο παρών άρθρο μας ενδιαφέρει όμως η μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια. Το μόνο που χρειάζεται κάποιος είναι ένα ηλιακό πάνελ ( solar panel ) και μια συσκευή που να μπορεί να δουλέψει με το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγει το ηλιακό πάνελ. Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από τα ηλιακά πάνελ έχει και αυτό χαρακτηριστικά, δηλαδή τάση ( V ) και ένταση ( A ). Οπότε συνδέοντας με κατάλληλο βύσμα τους ακροδέκτες από το πάνελ με μια συσκευή η οποία για να δουλέψει έχει απαιτήσεις μικρότερες από αυτές που μπορεί να προσφέρει το πάνελ, απλά δουλεύει. Για παράδειγμα ένας ανεμιστήρας που συνδέεται δουλεύει αμέσως. Αν συννεφιάσει όμως ? Τι γίνεται ? Απλά σταματά να δουλεύει ο ανεμιστήρας. Αν έχει απλώς αραιά σύννεφα ίσως δουλεύει με λιγότερες στροφές ή αυξομειώσεις στην έντασή του, ανάλογα με την ηλιακή ενέργεια που δέχεται κάθε στιγμή. Ο ανεμιστήρας όμως έχει την δυνατότητα να λειτουργήσει με αυτές τις αυξομειώσεις, οι πιο πολλές συσκευές όμως χρειάζονται μια σταθερότητα στην παροχή ενέργειας για να δουλέψουν. Γενικώς μέχρι εδώ κρατάμε το ότι ένα πάνελ μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και αυτή τυπικά έχει την τάση > 12V, ενώ η ένταση είναι σχετική και ανάλογη της δύναμης του ηλιακού πάνελ που μετριέται σε Watt. Η επιφάνεια – μέγεθος του πάνελ είναι επίσης ανάλογη και μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι και η δύναμη. Η παραπάνω περίπτωση δίνει ηλεκτρικό ρεύμα με ασταθή και μη προβλεπόμενα χαρακτηριστικά.

Η επόμενη περίπτωση που θα εξετάσουμε συμπεριλαμβάνει και μια μπαταρία, δηλαδή μια αποθήκη για να αποθηκεύεται η ενέργεια όσο υπάρχει προσφορά από τον ήλιο ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί αργότερα ( κατά απαίτηση όπως για παράδειγμα το βράδυ ). Όσο λοιπόν ο ήλιος παρέχει με τις ακτίνες του την ενέργεια το πάνελ την μετατρέπει σε ηλεκτρική και αυτή αποθηκεύεται στην μπαταρία ( δηλαδή φορτίζει την μπαταρία ) . Πως όμως γίνεται αυτό ? Τώρα είναι η κατάλληλη στιγμή να μιλήσουμε για τις μπαταρίες. Γενικώς πρέπει να γνωρίζει κάποιος ότι για να φορτιστεί μια μπαταρία ( οποιαδήποτε επαναφορτιζόμενη μπαταρία σε ηλιακά συστήματα, το αυτοκίνητό μας, στην φωτογραφική μηχανή κτλ. ) είναι απαραίτητο να της εφαρμοστεί τάση μεγαλύτερη από εκείνη που αποδίδει η ίδια. Για παράδειγμα αν η μπαταρία που έχουμε είναι 12V τότε η τάση που πρέπει να εφαρμόσουμε στους ακροδέκτες για να φορτιστεί πρέπει να είναι μεγαλύτερη. Πράγματι, η τάση εξόδου των ηλιακών πάνελ είναι περίπου 15-17V και έτσι είναι εφικτή η φόρτιση. Τα περισσότερα ηλιακά πάνελ είναι εφοδιασμένα με ένα μικρό κύκλωμα ( δίοδος ) το οποίο επιτρέπει την κατεύθυνση του ρεύματος μόνο προς την μπαταρία και όχι από την μπαταρία προς το πάνελ. Μη ξεχνάμε πως πάνελ και μπαταρία αποτελούν πηγές ενέργειας οπότε αν δεν έχει ήλιο η μπαταρία μπορεί και αυτή να στείλει την ενέργειά της προς το πάνελ με ανεπιθύμητες επιπτώσεις, πρώτον καταναλώνεται η ενέργεια που συσσωρεύτηκε και δεύτερον μπορεί να προκαλέσει πρόβλημα στο ίδιο το πάνελ. Η λύση λοιπόν του προβλήματος αυτού επιτυγχάνεται με την δίοδο μιας κατεύθυνσης. Η παραπάνω υλοποίηση λύνει το πρόβλημα της σταθερής παροχής ενέργειας, αφού αν κάποιος πάρει από τους ακροδέκτες της μπαταρίας ρεύμα, αυτό θα έχει σταθερά χαρακτηριστικά, η τάση δηλαδή ανάλογα με το πόσο είναι φορτισμένη η μπαταρία θα είναι πάντα + / – 12V. Έτσι μπορεί να τροφοδοτηθεί μια συσκευή όταν υπάρξει έκτακτη ανάγκη αλλά το αυτόνομο σύστημα μετατροπής της ηλιακής ενέργειας μπορεί να βελτιωθεί, και μάλιστα πολύ!

Η επόμενη προσθήκη που πραγματικά αλλάζει την φιλοσοφία και τον τρόπο χρήσης του είναι ελεγκτής φόρτισης ( charge controller ). Χωρίς την παρουσία της συσκευής αυτής τόσο η μπαταρία και το πάνελ όσο και οι συσκευές που θα συνδέσουμε μπορούν να υποστούν ζημιές. Η λειτουργία του ελεγκτή φόρτισης είναι απλή, παρεμβάλλεται ανάμεσα στην πηγή ( ηλιακό πάνελ – ανεμογεννήτρια ) και την αποθήκη ( μπαταρία ή μπαταρίες ). Στην συνέχεια από ξεχωριστά ελεγχόμενη έξοδο ( πάνω στον ελεγκτή ) μπορούμε να πάρουμε το ρεύμα που θέλουμε και να το διοχετεύσουμε στο δικό μας μικρό δίκτυο όπως θέλουμε. Δηλαδή ελέγχει την ροή του ρεύματος ανάμεσα στα συστατικά του αυτόνομου συστήματός μας και τα προστατεύει, για παράδειγμα αν η μπαταρία έχει πλήρως φορτιστεί δεν συνεχίζει να την τροφοδοτεί με ρεύμα ή αν αυτή κοντεύει να τελειώσει 100% σταματά την χρήση της πριν αυτό συμβεί, γιατί θα πρόκειται για μια πλήρης εκφόρτιση που έχει πολύ αρνητικές συνέπειες στην διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας. Μια ευκολία που συνηθίζεται να παρέχει ακόμη και ένας φτηνός ελεγκτής είναι ο αυτόματος φωτισμός.

diag

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά

Επειδή είναι πολύ συχνό να χρησιμοποιείται σε εφαρμογές φωτισμού ασφαλείας ή φωτισμού αξιοθέατων δίνει την δυνατότητα να παρέχει ρεύμα αυτόματα όταν νυχτώνει και να κλείνει την παροχή πάλι αυτόματα όταν ξημερώσει. Επίσης μπορεί να κλείνει για παράδειγμα μετά από 4 ή 5 ώρες για οικονομία στην μπαταρία… με την λογική αν νυχτώσει στις 8 να μείνει μέχρι τις 12, μετά κοιμόμαστε και δεν βλέπουμε τα αξιοθέατα… ή μήπως όχι ? Έτσι λοιπόν ο ελεγκτής φόρτισης είναι μια πολύ χρήσιμη συσκευή η οποία πέραν της απλής της λειτουργίας μπορεί να περιέχει και μια μικρή μονάδα αυτοματοποίησης η οποία ειδικά για εφαρμογές φωτισμού μας λύνει τα χέρια! Είναι η συσκευή που έχει 3 υποδοχές οι οποίες συνήθως έχουν σύμβολα για να καταλαβαίνουμε τι θα συνδέσουμε σε ποια. Δύο καλώδια από το πάνελ καταλήγουν εκεί ( + / – ). Δύο καλώδια από την μπαταρία καταλήγουν εκεί ( + / – ). Τέλος δύο καλώδια ( + / – ) φεύγουν από την συσκευή για να δημιουργήσουν το δίκτυό παροχής ενέργειας που θέλουμε! Α, μη ξεχάσω πως αυτή η συσκευή έχει λαμπάκια που μας δείχνουν σε τι κατάσταση φόρτισης βρίσκεται η μπαταρία μας αλλά και κάτι πολύ σημαντικό, ίσως το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό από όλα, κλείνει «τον γενικό» , δηλαδή την παροχή ρεύματος όταν διαπιστώσει κάποιο βραχυκύκλωμα. Η τάση των συστημάτων αυτών παρόλο που είναι μικρή ( 12V ) μπορεί να προκαλέσει σπινθήρες αν υπάρξει ανεξέλεγκτο βραχυκύκλωμα. Ο ελεγκτής λοιπόν κλείνει την παροχή ρεύματος μέχρι εμείς να δούμε το αντίστοιχο λαμπάκι να αναβοσβήνει και χειροκίνητα να το επαναφέρουμε αφού έχουμε διορθώσει το πρόβλημα. Πολύ σημαντικό!!! Ο ελεγκτής φόρτισης λοιπόν είναι απαραίτητο συστατικό οποιοιδήποτε αυτόνομου συστήματος παραγωγής και χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Το αυτόνομο σύστημα μας είναι έτοιμο! Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την αποθηκευμένη ενέργεια όπως και όταν θέλουμε. Με έναν περιορισμό όμως! Δεν ξεχνάμε ότι η παροχή της τάσης είναι 12VDC ( συνεχές ρεύμα ) και οι συσκευές που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πρέπει να είναι αυτής της τάσης. Αυτό το βλέπουμε στα αυτοκόλλητα πάνω στις συσκευές. Για παράδειγμα για τον φωτισμό μας πρέπει να προμηθευτούμε λάμπες 12V. Υπάρχουν βέβαια και αυτό δεν είναι πρόβλημα. Πολλές άλλες συσκευές, ειδικά αυτές που προορίζονται για χρήση στο αυτοκίνητο δουλεύουν στα 12V. Υπάρχουν όμως πολλές άλλες συσκευές οι οποίες λειτουργούν σε μικρότερες τάσεις ( router , laptop , κινητές συσκευές , GPS ) και πολλά περισσότερα που λειτουργούν στα 220V , την τάση δηλαδή που έχουμε στις πρίζες στο σπίτι μας. Υπάρχει και για αυτό το πρόβλημα λύση και ονομάζεται μετατροπέας τάσης ( power inverter ). Έτσι λοιπόν μπορεί ένας τέτοιος μετατροπέας παρεμβάλλεται στην γραμμή παροχής μετά τον ελεγκτή φόρτισης και μας δίνει τάση 220V για να λειτουργήσουν όλες οι κοινές συσκευές μας. Όμως πρέπει να έχουμε στο μυαλό μας μερικά πράγματα, πολύ σημαντικά. Η μετατροπή της τάσης έχει απώλειες, δηλαδή καλό είναι εφόσον έχουμε την δυνατότητα να λειτουργεί το σύστημα όσο πιο πολύ στην τάση των 12V και μόνο αν είναι απαραίτητο να γίνει μετατροπή. Για παράδειγμα βάζουμε λάμπες 12V και όχι 220V γιατί ένα μέρος της κατανάλωσης θα πάει στην μετατροπή. Επίσης πρέπει να προσέξουμε τι συσκευές θα βάλουμε. Οι μετατροπείς αναγράφουν κάποια ονομαστικά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα αν η δύναμη που μπορεί να δώσει είναι 300W πρέπει οι συσκευές που θα συνδέσουμε να είναι μέχρι το πολύ αυτό το νούμερο. Η τάση λειτουργίας και η ισχύς αναγράφεται πάνω στα αυτοκόλλητα. Δεν μπορείτε να βάλετε ότι θέλετε μόνο και μόνο επειδή είναι 220V η τάση. Στον μετατροπέα των 300W δεν βάζουμε ηλεκτρικό θερμοσίφωνα 4000W.

Στις παραπάνω παραγράφους αναλύθηκε η θεωρία και τα συστατικά μέρη που βρίσκονται πίσω από ένα μικρό – ερασιτεχνικό αυτόνομο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και συγκεκριμένα από τον ήλιο. Δεν είναι οδηγός εγκατάστασης και πρέπει κάποιος να κατανοήσει καλά τα συστατικά μέρη του. Επίσης δεν αναλύθηκε ο τρόπος επιλογής εξοπλισμού ανάλογα με τις απαιτήσεις. Αυτό θα γίνει σε ξεχωριστό άρθρο.

(Visited 840 times, 1 visits today)

Leave a Reply

Your email address will not be published.