Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά

Ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα, παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με φωτοβολταϊκά πλαίσια, για τις ανάγκες μιας εγκατάστασης (κατοικία, μονή, τηλεπικοινωνίες, άρδευση κ.λ.π.), που δεν είναι συνδεδεμένη στο Δημόσιο Δίκτυο.

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, αποθηκεύεται σε συστοιχία μπαταριών, μέσω ενός ρυθμιστή φόρτισης, ώστε το ηλεκτρικό ρεύμα να είναι διαθέσιμο, κάθε στιγμή της ημέρας ή της νύχτας.

Από τις μπαταρίες, το ηλεκτρικό ρεύμα διοχετεύεται στην κατανάλωση, μέσω ενός αντιστροφέα (inverter), που το μετατρέπει από συνεχές σε εναλλασσόμενο.

Ειδικά για μια απομακρυσμένη κατοικία (ή άλλη εγκατάσταση) με υψηλό κόστος σύνδεσης ή όταν η σύνδεση με το δίκτυο δεν είναι γενικά δυνατή, ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό είναι συνήθως η καλύτερη λύση για την ηλεκτροδότησή της. Επίσης, σε περιπτώσεις εξοχικών κατοικιών, με μικρή σχετικά χρήση, όπου η σύνδεση με το δίκτυο και τα τέλη σε ετήσια βάση, δεν είναι συμφέρουσα.

Το να ζει κανείς χωρίς ΔΕΗ και να παράγει ο ίδιος το ηλεκτρικό ρεύμα που χρειάζεται, εκτός από ενδιαφέρουσα πρόκληση, είναι σε αρκετές περιπτώσεις απλά αναγκαίο. Με τη μείωση του κόστους του εξοπλισμού και τη βελτίωση της τεχνολογίας τα τελευταία χρόνια, ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα είναι πλέον και οικονομικά προσιτό, αλλά και τεχνικά αξιόπιστο.

Αρκεί να μελετηθεί, κατασκευαστεί, λειτουργήσει και συντηρηθεί σωστά. Και σ' αυτό θα σας βοηθήσει ένας υπεύθυνος και εξειδικευμένος προμηθευτής.

Η επιλογή ποιοτικού και επαρκή για τις απαιτήσεις εξοπλισμού, κοστίζει ίσως λίγο περισσότερο, αλλά θα σας γλυτώσει από πολλά προβλήματα, ταλαιπωρία και άδικη σπατάλη των χρημάτων σας. Αντίθετα, εξοπλισμός αμφίβολης ποιότητας είναι πρακτικά βέβαιο ότι δεν θα λειτουργήσει σωστά, θα σας ταλαιπωρήσει και σύντομα θα χρειαστεί να τον αλλάξετε.

    Φωτοβολταϊκά Πλαίσια: Η συνολική ισχύς των φωτοβολταϊκών πλαισίων (kWp), καθορίζει την συνολική ενέργεια που παράγεται από αυτά. Τα φωτοβολταϊκά θα πρέπει να έχουν υπολογιστεί, προκειμένου να καλύπτουν με επάρκεια τις ανάγκες της εγκατάστασης, ειδικά κατά τους χειμερινούς μήνες. Μη επαρκής ισχύς (και συνεπώς παραγόμενη ενέργεια), καταπονεί επίσης περισσότερο τις μπαταρίες και μειώνει τη διάρκεια της ζωής τους.

Τα πλαίσια στρέφονται κατά το δυνατόν προς το Νότο, με κλίση ανάλογη με τη χρήση της εγκατάστασης: μικρή εάν μας ενδιαφέρει μόνο το καλοκαίρι και μεγάλη εάν είναι σημαντικός και ο χειμώνας.

Συστήνουμε ποιοτικά φωτοβολταϊκά πλαίσια, από γνωστό και αξιόπιστο κατασκευαστή, προκειμένου να διασφαλιστεί η αναμενόμενη αντοχή και απόδοση σε βάθος χρόνου, η αντοχή σε δυσμενές περιβάλλον (γειτνίαση με θάλασσα κ.λ.π.), καθώς επίσης και η πραγματική αξία πιστοποιητικών και εγγυήσεων.

    Ρυθμιστής φόρτισης: Συνδέεται μεταξύ φωτοβολταϊκών και μπαταριών, ρυθμίζοντας τη διαδικασία φόρτισης (ανάλογα με τη θερμοκρασία των μπαταριών) και προστατεύοντας τις μπαταρίες από υπερφόρτωση ή ανεπιθύμητη εκφόρτιση. Είναι κρίσιμο στοιχείο του συστήματος, αφού συνδέεται άμεσα με την ασφάλεια του εξοπλισμού και της εγκατάστασης.

Συστήνουμε ρυθμιστές φόρτισης με ανίχνευση σημείου μέγιστης ισχύος (MPPT), που είναι πιο ευέλικτοι και αποτελεσματικοί (10-30% μεγαλύτερη απόδοση συστήματος), ενώ βοηθούν σημαντικά στην "υγεία" και διάρκεια ζωής των μπαταριών.

Το μέγεθος του ρυθμιστή φόρτισης (τύπου MPPT) καθορίζεται από το ρεύμα (σε Ampere) και την τάση των φωτοβολταϊκών (σε Volt) που μπορεί να δεχτεί (π.χ. MPPT 150V/60A). Η συνολκή ισχύς των φωτοβολταϊκών που μπορεί να δεχτεί ένας ρυθμιστής φόρτισης (σε Watt), είναι ανάλογη και με την Τάση της συστοιχίας των μπαταριών (συνήθως 12V, 24V ή 48V): όσο μεγαλύτερη η Τάση της συστοιχίας μπαταριών, τόσο μεγαλύτερος και ο αριθμός των φωτοβολταϊκών πλαισίων που μπορεί να δεχτεί ο ρυθμιστής. Αυξάνοντας δηλαδή την Τάση της συστοιχίας μπαταριών, μειώνεται το μέγεθος του ρυθμιστή που απαιτείται για ένα συγκεκριμένο σύστημα.

Γενικά, η χρήση λίγο μεγαλύτερου ρυθμιστή από αυτόν που απαιτείται, αυξάνει ελαφρά το κόστος, αλλά το σύστημα αποκτάει δυνατότητα επέκτασης στο μέλλον.

    Μπαταρίες: Στα αυτόνομα φωτοβολταϊκά, πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικές μπαταρίες, βαθειάς εκφόρτισης, με μεγάλη διάρκεια ζωής.

Ο τύπος των μπαταριών (και συνεπώς η αναμενόμενη διάρκεια ζωής τους) πρέπει να επιλέγεται ανάλογα με το είδος της εφαρμογής (εξοχική ή μόνιμη κατοικία κ.λ.π.) και η χωρητικότητά τους να υπολογίζεται με βάση τις ρεαλιστικές καταναλώσεις, την επιθυμητή αυτονομία (ημέρες χωρίς ηλιοφάνεια) και φυσικά τις απώλειες του συστήματος. Όσο μεγαλύτερη πάντως η χωρητικότητα των μπαταριών, τόσο λιγότερο επιβαρύνονται γενικά και τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της ζωής τους.
Η χωρητικότητα κάθε μπαταρίας μετριέται σε Ah (Αμπερώρια = Ρεύμα x Χρόνος) και αξιολογείται σε συνδυασμό με την συνολική τάση της συστοιχίας (Volt): από το γινόμενο της χωρητικότητας κάθε μπαταρίας (Ah) επί τη συνολική τάση της συστοιχίας (Volt), προκύπτει η "απόλυτη" τιμή της χωρητικότητας του συστήματος (kWh).
Προσοχή όμως, η χωρητικότητα δύο μπαταριών, συγκρίνεται πάντα για τον ίδιο ρυθμό εκφόρτισης (C10, C20, C100, C120 κ.λ.π.).

Δείκτης της ποιότητας των μπαταριών είναι ο αριθμός των εκφορτίσεων που αντέχουν στη διάρκεια της ζωής τους (κύκλοι φόρτισης), συγκρινόμενες πάντα για το ίδιο βάθος εκφόρτισης (π.χ. DoD=50%)

    Αντιστροφέας (inverter): Συνδέεται μεταξύ των μπαταριών και της κατανάλωσης, μετατρέποντας το ρεύμα από συνεχές σε εναλλασσόμενο. Η ισχύς του inverter, καθορίζει τη συνολική ισχύ των φορτίων που μπορούν να λειτουργήσουν ταυτόχρονα. Όσο δηλαδή μεγαλύτερος ο inverter, τόσες περισσότερες (απαιτητικές) ηλεκτρικές συσκευές, θα μπορούν να λειτουργήσουν ταυτόχρονα. Μια κάποια επιλογή τέτοιων φορτίων κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του συστήματος, μπορεί δηλαδή να μειώσει σημαντικά το συνολικό του κόστος.

Σε κάποιες περιπτώσεις, το σύστημα μπορεί να περιλαμβάνει και δεύτερο αντιστροφέα, ο οποίος συνδεέται απευθείας μεταξύ των φωτοβολταϊκών και της κατανάλωσης, χωρίς δηλαδή μεσολάβηση των μπαταριών. Με τον τρόπο αυτό, αυξάνεται η απόδοση του συστήματος (αφού δεν μεσολαβούν οι απώλειες των μπαταριών) και "ανακουφίζονται" οι μπαταρίες.

Τέλος, συχνά συστήνουμε τη χρήση αντιστροφέα με δυνατότητα απευθείας σύνδεσης εφεδρικής γεννήτριας. Η ύπαρξη εφεδρικής γεννήτριας, διασφαλίζει την ηλεκτροδότηση σε κάθε περίπτωση, χωρίς ανάγκη υπερδιαστασιολόγησης των μπαταριών (μείωση κόστους συστήματος).

Το κεφάλαιο αυτό απευθύνεται σε όποιον θέλει να εμβαθύνει λίγο περισσότερο στο θέμα των μπαταριών και να μάθει πώς περίπου λειτουργούν, τι τύποι υπάρχουν και πώς επιλέγονται, τι επηρεάζει τη διάρκεια ζωής, τη χωρητικότητά τους κ.λ.π. Η γνώση αυτή, θα βοηθήσει στην κατανόηση του σωστού τρόπου λειτουργίας και της συντήρησης που χρειάζονται, ώστε να εξαντλήσουν με ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής που περιμένουμε από αυτές.

Οι μπαταρίες είναι βασικό μέρος ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, αφού η παραγωγή ενέργειας δεν ταυτίζεται με την κατανάλωση. Είναι συνεπώς αναγκαίο, η πλεονάζουσα ενέργεια να μπορεί να αποθηκευτεί. Μοναδική ίσως εξαίρεση είναι τα συστήματα άρδευσης, όπου οι αντλίες λειτουργούν μόνο με ηλιοφάνεια.

Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά συστήματα, πρέπει να αντέχουν σε βαθειές εκφορτίσεις και μάλιστα συστηματικά. Αντίθετα, οι μπαταρίες εκκίνησης (οχημάτων) δεν είναι κατασκευασμένες γι αυτόν τον σκοπό και εάν χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές φωτοβολταϊκών, θα αχρηστευθούν γρήγορα.

Στα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούνται συνήθως μπαταρίες μολύβδου-οξέος, βαθιάς εκφόρτισης, οι οποίες προσφέρουν γενικά και την καλύτερη σχέση απόδοσης προς τιμή. Άλλοι πιο εξελιγμένοι τύποι, όπως Νικελίου-Καδμίου ή Ιόντων Λιθίου, έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, σε βαθύτερες εκφορτίσεις, αλλά είναι ακόμη ακριβοί και δεν χρησιμοποιούνται τόσο συχνά.

Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος αποτελούνται από ξεχωριστές κυψέλες, κάθε μία από τις οποίες έχει τάση περίπου 2V. Οι κυψέλες διατίθενται ξεχωριστά ή σε μπλοκ με κοινό περίβλημα, των 3, 4 ή 6 τεμαχίων (6, 8 ή 12V).

Κάθε κυψέλη είναι ένα δοχείο γεμάτο με αραιό διάλυμα θειϊκού οξέος (H₂SO₄) ως ηλεκτρολύτη, στο οποίο έχουν βυθιστεί δύο πλάκες με διαφορετική πολικότητα (ηλεκτρόδια). Οι δύο πλάκες αποτελούνται από πλέγμα μολύβδου (ως φορέα) και πορώδες ενεργό υλικό σε μορφή πάστας, με αρκετά μεγάλη επιφάνεια, για την πραγματοποίηση των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Σε κατάσταση φόρτισης, το ενεργό υλικό στο αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι μόλυβδος (Pb) και στον θετικό διοξείδιο του μολύβδου (PbO₂).

 

 

 

Όταν η μπαταρία λειτουργεί, ηλεκτρόνια διοχετεύονται από τον αρνητικό στον θετικό πόλο, μέσω του εξωτερικού κυκλώματος (φορτίων), προκαλώντας χημική αντίδραση μεταξύ των ηλεκτροδίων και του θειϊκού οξέος του διαλύματος. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται θειϊκός μόλυβδος (PbSO₄) και στα δύο ηλεκτρόδια, ενώ ταυτόχρονα (όσο εκφορτίζεται η μπαταρία) μειώνεται η συγκέντρωση του θειϊκού οξέος (H₂SO₄) στο διάλυμα, άρα και η πυκνότητά του.

Αντίθετα, όταν η μπαταρία φορτίζεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, με την εφαρμογή τάσης υψηλότερης από τη δική της, οι χημικές αντιδράσεις αντιστρέφονται. Το φαινόμενο δεν είναι όμως 100% αναστρέψιμο και συνεπώς κάποιες μικρές ποσότητες θειϊκού μολύβδου δεν διαλύονται πάλι, αλλά παραμένουν επάνω στα ηλεκτρόδια, μειώνοντας, αργά αλλά σταδιακά, τη χωρητικότητα της μπαταρίας. Όσο βαθύτερη είναι η εκφόρτιση της μπαταρίας, τόσο μεγαλύτερη και η μείωση της χωρητικότητάς της. Γι αυτό και αν ο βαθμός εκφόρτισης των μπαταριών είναι μικρός κατά τη λειτουργία τους, οι μπαταρίες ζουν περισσότερο (μεγαλύτερος αριθμός κύκλων).

Διάρκεια ζωής των μπαταριών

Η διάρκεια ζωής των μπαταριών εκφράζεται σε κύκλους λειτουργίας (φόρτιση-εκφόρτιση), για δεδομένο βάθος εκφόρτισης (Depth of Discharge ή DoD), που στην πράξη συνήθως θεωρείται 50%. Μετά το τέλος της "χρήσιμης ζωής" τους, οι μπαταρίες συνεχίζουν να λειτουργούν, η χωρητικότητά τους όμως μειώνεται συνεχώς και τελικά υπάρχει κίνδυνος ξαφνικής αστοχίας, λόγω βραχυκυκλώματος.

Στο διάγραμμα (πηγή: Sunlight, για μπαταρίες τύπου SOPzS) φαίνεται ότι εάν για παράδειγμα, η διάρκεια ζωής μια μπαταρίας για βάθος εκφόρτισης 50% είναι 2.500 κύκλοι (στους 20°C), με 80% εκφόρτιση θα ήταν 1.600 κύκλοι, ενώ με 20% εκφόρτιση 6.000 κύκλοι!

 

 

Επίσης, από το ίδιο διάγραμμα προκύπτει ότι η θερμοκρασία μιας μπαταρίας, επηρεάζει σημαντικά τη διάρκεια της ζωής της. Έτσι, εάν μια μπαταρία με εκφόρτιση 50%, έχει διάρκεια ζωής 2.500 κύκλους στους 20°C, στους 50°C η ζωή της θα πέσει περίπου στο ¼ (600 κύκλοι)! Γι αυτό και οι μπαταρίες πρέπει να βρίσκονται σε χώρο σχετικά δροσερό (20-25°C).

Χωρητικότητα των μπαταριών

Η χωρητικότητα μετριέται σε αμπερώρια (Ah) και εκφράζει τη συνολική ενέργεια που έχει αποθηκευτεί, όταν μια μπαταρία εκφορτίζεται με συγκεκριμένο ρεύμα (A) και για συγκεκριμένη ώρα (h).

Η χωρητικότητα εξαρτάται από τη θερμοκρασία, αλλά κυρίως από το ρεύμα (ή ρυθμό) εκφόρτισης: σε χαμηλό ρυθμό εκφόρτισης (χαμηλό ρεύμα), η απόθεση του θειϊκού μολύβδου στις πλάκες, μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μεγαλύτερο βάθος, οι πλάκες χρησιμοποιούνται δηλαδή συνολικά καλύτερα και η χωρητικότητα των μπαταριών είναι μεγαλύτερη. Άρα, όσο χαμηλότερη η ένταση του ρεύματος εκφόρτισης, τόσο μεγαλύτερη η χωρητικότητα μιας μπαταρίας.

Για το λόγο αυτό, η τιμή της χωρητικότητας που δίνουν οι κατασκευαστές, είναι συνδεδεμένη με το ρυθμό εκφόρτισης. Έτσι C10 σημαίνει ότι μια μπαταρία εκφορτίζεται σε 10 ώρες, C100 σε 100 ώρες κ.ο.κ. Για την ίδια λοιπόν μπαταρία, ισχύει ότι: C10<C20<C100<C120.

Στο παρακάτω διάγραμμα, φαίνεται η σχέση της τιμής της χωρητικότητας μιας μπαταρίας, προς τον χρόνο εκφόρτισής της.

 

Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία, αφού αυξάνει σε μεγαλύτερες και μειώνεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Επειδή όμως η θερμοκρασία έχει αντίθετο αποτέλεσμα στη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας (μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας), οι μπαταρίες πρέπει να βρίσκονται σε μια μέση θερμοκρασία, περίπου 25°C.

Στο παρακάτω διάγραμμα, φαίνεται η επίδραση της θερμοκρασίας στη χωρητικότητα μιας μπαταρίας (πηγή: Sunlight). Από το διάγραμμα αυτό προκύπτει ότι εάν μια μπαταρία έχει χωρητικότητα 100Ah στους 20°C, στους 35°C αυτή (η χωρητικότητα) είναι αυξημένη κατά 5%, ενώ στους 5°C μειωμένη κατά 8% περίπου.

Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι, κατά τον υπολογισμό της αναγκαίας χωρητικότητας των μπαταριών ενός συστήματος, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η πτώση της χωρητικότητας της μπαταρίας σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Συνδεσμολογία

Οι μπαταρίες επιλέγονται με συγκεκριμένη χωρητικότητα (π.χ. 500Ah) και τάση (π.χ. 2V).

Εάν η τάση της μπαταρίας είναι ίδια με την τάση του συστήματος (π.χ. 12V), τότε μια μπαταρία θα μπορούσε να λειτουργήσει και μόνη της. Εάν όμως η τάση του συστήματος είναι υψηλότερη από την τάση της μπαταρίας (π.χ. 24V και 2V αντίστοιχα), τότε θα πρέπει να συνδεθούν σε σειρά, όσες (όμοιες) μπαταρίες απαιτούνται, ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή συνολική τάση (π.χ. 12 μπαταρίες των 2V συνδέονται σε σειρά, σε σύστημα 24V). Η χωρητικότητα του συστήματος θα είναι τότε επίσης 500Ah (όσο και κάθε μπαταρίας), αλλά με τάση 24V. (Χωρητικότητα = 500Ah x 24V = 12.000Wh).

Εάν τώρα έχοντας, με τη συγκεκριμένη σειρά, επιτύχει την τάση του συστήματος, η συνολική χωρητικότητα δεν επαρκεί, μπορούμε να συνδέσουμε παράλληλα, μία ή περισσότερες όμοιες σειρές και να πολλαπλασιάσουμε τη συνολική χωρητικότητα της συστοιχίας. Εάν δηλαδή στο προηγούμενο παράδειγμα έχουμε σε σειρά 12 μπαταρίες με χωρητικότητα 500Ah/2V, ενώ χρειαζόμαστε 1.000Ah(/24V), θα πρέπει να συνδεθεί παράλληλα μία ακόμη όμοια σειρά 12 μπαταριών. Συνολικά, θα έχουμε δηλαδή 2x12=24 μπαταρίες των 2V, με συνολική χωρητικότητα 2x500=1.000Ah/24V.

Παράδειγμα:

Υπολογισμός:

Για καλύτερη κατανόηση των συνδυασμών χωρητικότητας και τάσης μπαταρίας, τάσης συστήματος και αριθμών παράλληλων σειρών, προκειμένου να επιτύχουμε τη συνολική χωρητικότητα που χρειαζόμαστε (kWh), μπορεί να χρησιμοποιηθεί η παρακάτω φόρμα.

Τύποι μπαταριών μολύβδου-οξέος

Οι τύποι των μπαταριών μολύβδου-οξέος, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε φωτοβολταϊκά συστήματα, διακρίνονται καταρχάς σε ανοιχτού (με υγρό ηλεκτρολύτη και ανοιγόμενες τάπες) και κλειστού τύπου (με βαλβίδες ασφαλείας).

Μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος Ανοιχτού Τύπου

Περιέχουν το διάλυμα του ηλεκτρολύτη σε υγρή μορφή και είναι της ίδιας τεχνολογίας με τις μπαταρίες εκκίνησης, αλλά προσαρμοσμένες στις απαιτήσεις των φωτοβολταϊκών (μεγαλύτερο πάχος ηλεκτροδίων και πρόσθεση αντινομίου στον μόλυβδο).

Διακρίνονται επίσης σε δύο βασικές κατηγορίες: με ηλεκτρόδια σε μορφή επίπεδης πλάκας (πλέγμα μολύβδου με ενεργό υλικό) ή με θετικά ηλεκτρόδια σε μορφή κυλινδρικών ράβδων (OPzS). Οι δεύτερες είναι πιο εξελιγμένες, ποιοτικά καλύτερες και με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Οι πρώτες έχουν σχετικά μικρή διάρκεια ζωής (300-600 κύκλοι με DoD=50%) και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με περιστασιακή χρήση, όπως εξοχικά με μικρή χρήση, τροχόσπιτα κ.λ.π., ενώ οι δεύτερες (OPzS) έχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (περίπου 2.800-3.200 κύκλοι με DoD=50%) και χρησιμοποιούνται περισσότερο σε μόνιμες κατοικίες ή γενικά σε εφαρμογές με χρήση ολόκληρο το χρόνο και για πολλά χρόνια. Οι μπαταρίες τύπου OPzS είναι ιδιαίτερα ποιοτικές, με κόστος όμως επίσης σχετικά αυξημένο.

Τέλος, μία παραλλαγή του τύπου OPzS είναι ο SOPzS (της SUNLIGHT), με λίγο μικρότερη διάρκεια ζωής σε σχέση με τις OPzS (2.500 κύκλοι/DoD=50%), που όμως χρησιμοποιούνται ευρέως σε «απαιτητικές» εφαρμογές, λόγω της χαμηλότερης τιμής τους.

Μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος Κλειστού Τύπου (VRLA)

Περιέχουν το διάλυμα του ηλεκτρολύτη σε στερεά μορφή, είτε τροποποιημένο σε γέλη με τη βοήθεια προσθέτου (τύπου GEL), είτε εμποτισμένο σε υαλοϋφασμα (τύπου AGM).

Διακρίνονται και αυτές σε κάποιους (κοινούς) τύπους με ηλεκτρόδια σε μορφή πλακών (GEL και AGM) και άλλους με θετικά ηλεκτρόδια σε μορφή ράβδων (OPzV).

Οι μπαταρίες κλειστού τύπου, περιέχουν βαλβίδες ασφαλείας μιας κατεύθυνσης (VRLA = Valve Regulated Lead Acid), για την εκτόνωση των αερίων που σχηματίζονται στο εσωτερικό τους. Οι μπαταρίες κλειστού τύπου εκκλύουν γενικά πολύ λιγότερα αέρια από τις ανοιχτού τύπου και δεν χρειάζονται συντήρηση (αφού η πρόσθεση υγρών δεν είναι δυνατή).

Οι μπαταρίες τύπου AGM και GEL έχουν διάρκεια ζωής περίπου 600-800 και 1.110 κύκλους αντίστοιχα και πρέπει να χρησιμοποιούνται κυρίως σε λιγότερο απαιτητικές εφαρμογές (εξοχικά κ.λ.π.). Αντίθετα, οι μπαταρίες OPzV και SOPzS (της SUNLIGHT), έχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (2.400-2.800 κύκλοι), για εφαρμογές έντονης και μακρόχρονης χρήσης (μόνιμες κατοικίες κ.α.).

Το γεγονός ότι οι μπαταρίες κλειστού τύπου δεν χρειάζονται συντήρηση, αλλά και δεν εκλύουν αέρια, τις καθιστά περισσότερο κατάλληλες σε αντίστοιχες εφαρμογές: χώροι που δεν εξαερίζονται, εφαρμογές όπου η συντήρηση δεν είναι εύκολη κ.λ.π..

Έχουν όμως και σημαντικά μειονεκτήματα, όπως ότι δεν μπορούν να προστεθούν υγρά όταν μειωθούν (εξατμιστούν) λόγω υπερφόρτισης και είναι συνεπώς πιο ευαίσθητες από τις ανοιχτού τύπου. Επίσης, δεν μπορούν να ελέγχονται (όπως οι ανοιχτού τύπου), ενώ δεν είναι δυνατή και η εξισορρόπηση του ηλεκτρολύτη (equalization), η οποία συμβάλλει στην ανανέωση και αύξηση της ζωής των μπαταριών.

Γενικά πάντως, σε εφαρμογές κατοικιών, με ύπαρξη κάποιου εξαεριζόμενου χώρου εκτός των χώρων διαμονής, συστήνεται η χρήση μπαταριών ανοιχτού τύπου και μάλιστα των OPzS/SOPzS. Κοστίζουν λίγο περισσότερο από τις αντίστοιχες με επίπεδη πλάκα (κοινές, AGM ή GEL), αλλά έχουν πολλαπλάσια διάρκεια ζωής.

 

Σχετικά με τη ζωή των μπαταριών

    Γενικά, η ζωή των μπαταριών επηρεάζεται αρνητικά από το μεγάλο βάθος εκφόρτισης, τις υψηλές θερμοκρασίες και την υπερβολική φόρτιση ή εκφόρτιση.

    Ειδικά οι μπαταρίες κλειστού τύπου (VRLA AGM ή GEL), είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε ενδεχόμενη υπερφόρτιση ή υψηλές θερμοκρασίες, λόγω εξάτμισης του νερού, που (στις συγκεκριμένες μπαταρίες) δεν μπορεί να συμπληρωθεί.

    Φυσιολογικός τρόπος γήρανσης και αστοχίας μιας μπαταρίας, είναι η οξείδωση των θετικών ηλεκτροδίων τους. Εάν η μπαταρία αστοχήσει λόγω συσσώρευσης θειϊκών αλάτων (θείωση) ή διαχωρισμού του ηλεκτρολύτη, αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο φόρτισής της, ήταν συστηματικά ανεπαρκές.

    Ενδεχόμενη ανεπάρκεια της ισχύος των φωτοβολταϊκών, σε σχέση με τα υπάρχοντα φορτία, έχει σαν αποτέλεσμα τη συστηματική διατήρηση του επιπέδου φόρτισης των μπαταριών σε χαμηλά επίπεδα και τελικά τη μείωση της διάρκειας της ζωής των μπαταριών (λόγω θείωσης των ηλεκτροδίων).

    Η κατασκευή (ποιότητα) των μπαταριών, ακόμη και για τον ίδιο τύπο, καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια της ζωής τους. Τέτοιοι παράγοντες είναι το κράμα και το πάχος των ηλεκτροδίων, η ποσότητα και πυκνότητα του ηλεκτρολύτη (σε θερμά κλίματα χαμηλή πυκνότητα βοηθάει σε μεγαλύτερη διάρκεια ζωής), ο διαθέσιμος χώρος κάτω από τα ηλεκτρόδια (συγκέντρωση «λάσπης») κ.α.

    Η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη είναι σημαντικό σημάδι για την «υγεία» μια μπαταρίας. Υψηλές και "συνεπείς" τιμές της πυκνότητας, δείχνουν την καλή κατάσταση μιας μπαταρίας. Αντίθετα, χαμηλές και "ασυνεπείς" τιμές, δείχνουν πιθανό χαμηλό επίπεδο φόρτισης ή ανάγκη ελεγχόμενου «βρασμού» της μπαταρίας (equalization). Αυτό γίνεται με την εφαρμογή «υψηλής» τάσης, για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, με τη βοήθεια της οποίας δημιουργούνται φυσαλίδες που αναδεύουν τον ηλεκτρολύτη. Η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται αυτόματα από έναν καλό ρυθμιστή φόρτισης (διαφορετικά πρέπει να πραγματοποιείται χειροκίνητα) και αυξάνει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών, είναι όμως δυνατή μόνο με τις μπαταρίες ανοιχτού τύπου.

    Κατά την εγκατάστασή τους, οι μπαταρίες θα πρέπει να ξεκινούν σε κατάσταση πλήρους φόρτισης, διαφορετικά θα πρέπει να τους δοθεί ο χρόνος να φορτιστούν πλήρως, πριν την εφαρμογή των φορτίων.

    Υψηλές θερμοκασίες μπορούν να προκαλέσουν υπερβολική απώλεια ηλεκτρολύτη και αυξάνουν την ανάγκη για συμπλήρωση υγρών (στις μπαταρίες ανοιχτού τύπου). Σε κάθε περίπτωση, οι μπαταρίες θα πρέπει να ελέγχονται τακτικά και όταν υπάρχει ανάγκη, ο ηλεκτρολύτης να συμπληρώνεται (συνήθως 4-6 μήνες), ώστε να καλύπτει πάντα επαρκώς τα ηλεκτρόδια. Στις μπαταρίες με διαφανές περίβλημα, ο έλεγχος του επιπέδου του ηλεκτρολύτη είναι πολύ πιο εύκολος.

    Ένας καλός ρυθμιστής φόρτισης, βοηθάει στη σωστή φόρτιση της μπαταρίας (και συνεπώς στη διάρκεια της ζωής της) ανάλογα και με τη θερμοκρασία της, η οποία επηρεάζει τα επίπεδα της τάσης φόρτισης και γι αυτό ελέγχεται από τον ρυθμστή.

 

Η ανεξαρτησία από το δίκτυο της ΔΕΗ γίνεται πιο ρεαλιστική και οικονομικά εφικτή, όταν μπορούμε να προσαρμόσουμε ανάλογα κάποιες από τις συνήθειές μας. Όχι γιατί το αυτόνομο σύστημα δεν μπορεί να σχεδιαστεί όσο μεγάλο θέλουμε, αλλά για να κρατήσουμε το κόστος του σε συμφέροντα επίπεδα.

Σαν γενική αρχή δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι, η εξοικονόμηση ενέργειας κοστίζει λιγότερο από την παραγωγή της.

Συγκεκριμένα, όπου αυτό είναι δυνατόν, συστήνονται:

    Να αποφεύγουμε τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, για :

                Θέρμανση νερού (ηλεκτρικοί θερμοσίφωνες ή βραστήρες)

                Θέρμανση χώρων (ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα ή αερόθερμα)

                Μαγείρεμα (κουζίνα ή φούρνος)

    Να χρησιμοποιούμε ηλεκτρικές συσκευές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, όπως :

                Ψυγείο και πλυντήριο νέας τεχνολογίας (ενεργειακής κλάσης Α+)

                Φωτισμός LED

                Δροσισμός με ανεμιστήρες ή aircondition τεχνολογίας inverter

    Να μην χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα κάποιες από τις "απαιτητικές" καταναλώσεις (πλυντήριο, ηλεκτρικό σίδερο κ.λ.π.).

Τα παραπάνω δεν είναι φυσικά αναγκαία, βοηθούν όμως να μειωθεί σημαντικά το κόστος του αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος.

Ο σχεδιασμός ενός αυτόνομου συστήματος διαφέρει πολύ από ένα σύστημα συνδεδεμένο με το δίκτυο (π.χ. net-metering). Κάθε αυτόνομο σύστημα έχει τις δικές του απαιτήσεις και πρέπει να προκύπτει μετά από μελέτη.

Καθήκον του μελετητή είναι να σταθμίσει τις συνθήκες, ενδεχόμενες ιδιαιτερότητες και απαιτήσεις και να προτείνει ένα σύστημα με τη μέγιστη δυνατή αξιοπιστία, σε ρεαλιστικό κόστος.

    Συνεργαστείτε με τον προμηθευτή σας για τον σχεδιασμό ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, με βάση τις δικές σας ανάγκες και προσπαθήστε να καταλάβετε τι ακριβώς μπορείτε να περιμένετε από αυτό.

    Ζητήστε τα τεχνικά φυλλάδια του προσφερόμενου εξοπλισμού και ελέγξτε την ποιότητα και προέλευση κάθε μέρους του.

    Συγκρίνετε καλά τον προσφερόμενο εξοπλισμό: φωτοβολταϊκά, αντιστροφέας, ρυθμιστής φόρτισης και φυσικά τις μπαταρίες (χωρητικότητα και διάρκεια ζωής).

    Οι μπαταρίες κοστίζουν και μπορούν εύκολα να κάνουν τη διαφορά ανάμεσα σε δύο συστήματα. Ζητήστε να σας εξηγήσουν ποιες ακριβώς είναι οι δυνατότητες αυτονομίας και για ποιες ακριβώς καταναλώσεις.

Η συντήρηση ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι πολύ απλή, σίγουρα εάν συγκριθεί με άλλα ηλεκτρομηχανολογικά συστήματα, αλλά πολύ σημαντική για την ασφαλή λειτουργία και μεγάλη διάρκεια της ζωής του.

    Διατηρούμε τον εξοπλισμό σε καθαρό, δροσερό, αεριζόμενο χώρο και φροντίζουμε να μην καλύπτεται ποτέ από πλαστικές μεμβράνες, υφάσματα κ.λ.π..

    Φροντίζουμε με ένα στεγνό πανί, να παραμένει ο εξοπλισμός καθαρός (inverter, ρυθμιστής, μπαταρίες). Επίσης, τα φωτοβολταϊκά πλαίσια να παραμένουν καθαρά, πλένοντάς τα με νερό ή καθαρίζοντάς τα προσεκτικά με βρεγμένο σφουγγάρι.

    Προσέχουμε τακτικά τα λαμπάκια ή οθόνες του εξοπλισμού, όπου υπάρχουν, για πιθανές ενδείξεις δυσλειτουργιών. Δεν ανοίγουμε όμως τα μηχανήματα και δεν επεμβαίνουμε με κανένα τρόπο στο εσωτερικό τους.

    Ελέγχουμε το επίπεδο υγρών στις μπαταρίες ανοιχτού τύπου και συμπληρώνουμε, λίγο πάνω από τα ηλεκτρόδια (1-2cm). Η συμπλήρωση γίνεται συνήθως κάθε περίπου 4-6 μήνες ή και πιο συχνά, σε περίπτωση υψηλών θερμοκρασιών ή υπερφόρτισης.

    Ελέγχουμε, όταν είναι δυνατόν, την πυκνότητα του ηλεκτρολύτη στις μπαταρίες ανοιχτού τύπου. Συνεπείς και υψηλές τιμές της υκνότητας, είναι μια πολύ καλή ένδειξη για την κατάσταση στην οποία βρίσκονται.

    Φροντίζουμε οι μπαταρίες να διατηρούνται πάντα σε ικανοποιητικό επίπεδο φόρτισης και να μην πέφτουν ποτέ κάτω από το 50% της χωρητικότητάς τους. Επίσης να φορτίζονται τακτικά στο 100%. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια πρέπει να έχουν γι αυτό επαρκή ισχύ, ενώ μια εφεδρική γεννήτρια μπορεί να χρησιμεύει και σ' αυτό.

    Ένας καλός ρυθμιστής φόρτισης, φροντίζει αυτόματα για την εξισορρόπηση (equalization) των μπαταριών ανοιχτού τύπου. Εάν ο ρυθμιστής φόρτισης του συστήματός σας δεν το κάνει αυτόματα, θα πρέπει να το κάνετε εσείς, εφαρμόζοντας υψηλή τάση με τη βοήθεια γεννήτριας, για αρκετή ώρα και σε τακτικά χρονικά διαστήματα (περίπου μία φορά τον μήνα). Θα βοηθήσει πολύ στο να ζήσουν οι μπαταρίες σας περισσότερα χρόνια.

    Φροντίζουμε να παραμένουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια καθαρά, πλένοντάς τα με νερό ή καθαρίζοντάς τα προσεκτικά με ένα βρεγμένο σφουγγάρι.

    Προσπαθούμε, όσο αυτό είναι δυνατόν, να μη χρησιμοποιούμε ταυτόχρονα πολλές απαιτητικές συσκευές (πλυντήρια, κουζίνες, σίδερο, εργαλεία κ.λ.π.).

    Όποτε αυτό είναι δυνατόν, χρησιμοποιούμε απαιτητικές συσκευές (π.χ. πλυντήριο ή εργαλεία), τις ημέρες που υπάρχει ηλιοφάνεια.

    Βγάζουμε από την πρίζα τις συσκευές που δεν χρησιμοποιούμε. Ακόμη και σε θέση stand-by καταναλώνουν κάποια ποσότητα ενέργειας.