Φωτοβολταϊκά συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο. Δομή, λειτουργία και τεχνικές

• Main Author: Παπαζαφειροπούλου, Βασιλική
• Other Authors: Αλεξανδρίδης, Αντώνης
• Language: gr
• Published: 2014
• Subjects: Φωτοβολταϊκά συστήματα; Φωτοβολταϊκές συστοιχίες; 621.312 44; Photovoltaic systems; Photovoltaic strings
• Online Access: http://hdl.handle.net/10889/8081

Τα τελευταία χρόνια, υπό την πίεση της ολοένα αυξανόμενης επιβάρυνσης του περιβάλλοντος από την χρήση ορυκτών καυσίμων και υπό τον φόβο των μεγάλων κλιματικών αλλαγών των οποίων ήδη γινόμαστε μάρτυρες, έχει γίνει πολύς λόγος για την χρήση οικολογικών και περιβαλλοντικά φιλικών ενεργειακών λύσεων. Έτσι, έχουν χυθεί τόνοι μελανιού και έχουν ξοδευθεί δισεκατομμύρια χρηματικές μονάδες στις έρευνες για την εύρεση νέων μορφών ανανεώσιμης ενέργειας και βελτιστοποίηση της απόδοσης των ήδη υπαρχόντων. Μία λοιπόν ευρέως διαδεδομένη ανανεώσιμη μορφή ενέργειας, η οποία έχει βρει πεδίο ανάπτυξης και στην χώρα μας (υπό τον φόβο δυστυχώς των προστίμων της Ευρωπαϊκής Ένωσης και όχι από την ανάπτυξη εγγενούς περιβαλλοντικής συνείδησης), είναι η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών (ΦΒ). Πρόκειται για μία αρκετά γνωστή στους επιστήμονες και τις ερευνητικές ομάδες ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, των οποίων οι προσπάθειες έχουν μειώσει το κόστος των ΦΒ σε τέτοια επίπεδα, ώστε να κρίνεται οικονομικά συμφέρουσα μία επένδυση σε αυτά, ακόμα και για κατόχους μικρών κεφαλαίων. Η μορφή της ενέργειας όμως που παράγεται από μία ΦΒ συστοιχία δεν είναι άμεσα εκμεταλλεύσιμη, καθώς η συνεχής τάση που αυτά παράγουν δεν είναι κατάλληλη ούτε για μεταφορά από το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρισμού, ούτε για κατανάλωση από τα φορτία, τα οποία λειτουργούν υπό εναλλασσόμενη τάση. Επομένως, μία συστοιχία για να είναι κατάλληλη προς σύνδεση στο δίκτυο, πρέπει να συνοδεύεται από κατάλληλες διατάξεις, η οποίες επιτρέπουν την μετατροπή της ενέργειας σε κατάλληλη μορφή, αλλά και τον βέλτιστο έλεγχό της. Σκοπός λοιπόν της παρούσας εργασίας είναι η αναφορά στις κύριες δομές λειτουργίας και ελέγχου ΦΒ διασυνδεδεμένων στο δίκτυο, καθώς η περίπτωση αυτή είναι η πιο πολύπλοκη, λόγω της δυναμικής που εισάγει μία σύνδεση με το δίκτυο μεταφοράς. Η δε δομή της διαμορφώνεται ως ακολούθως: 1o Κεφάλαιο: Δομές Ηλεκτρονικών Ισχύος για την Διασύνδεση στο Δίκτυο ΦΒ Συστημάτων Γίνεται μία γενική αναφορά στις υπάρχουσες τεχνολογίες αντιστροφέων και επιχειρείται μία γενική ομαδοποίηση τους 2ο Κεφάλαιο: Ανασκόπηση μονοφασικών διασυνδεδεμένων αντιστροφέων για ΦΒ πλαίσια Παρουσιάζονται γενικές τοπολογίες μονοφασικών αντιστροφέων, ταξινομούνται και συγκρίνονται ως προς διάφορα χαρακτηριστικά. 3ο Κεφάλαιο: Σύγκριση τεχνικών ανίχνευσης μεγίστου σημείου λειτουργίας ΦΒ συστοιχίας Είναι άκρως απαραίτητη η λειτουργία των πλαισίων στο σημείο λειτουργίας που εγγυάται την μέγιστη παραγωγή ισχύος, έτσι ώστε να κρίνεται συμφέρουσα μία επένδυση σε αυτά. Εδώ λοιπόν εξετάζονται αρκετές τέτοιες τεχνικές που υπάρχουν διαθέσιμες. 4ο Κεφάλαιο: Διακυμάνσεις τάσης που εισάγονται σε επίπεδο διανομής από ΦΒ συστήματα Τα ΦΒ στοιχεία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Επομένως, είναι άμεσα εξαρτώμενη η παραγωγή τους από τις καιρικές συνθήκες. Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται μέθοδοι πρόβλεψης τέτοιων διακυμάνσεων στην ηλιακή ενέργεια, και άρα στην παραγόμενη τάση. 5ο Κεφάλαιο: Συστήματα αποθήκευσης Κάθε σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, για να θεωρείται ολοκληρωμένο, θα πρέπει να μπορεί να αποθηκεύει την περίσσεια ενέργειας που μπορεί να παρουσιάσει σε κάποιες χρονικές περιόδους, και να την αποδώσει όταν θα υπάρχει κάποια μεγάλη διακοπή παροχής ισχύος. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πιο γνωστές μέθοδοι αποθήκευσης. === During the last few years, under the pressure of the increased burden on the environment due to the use of fossil fuels and in fear of great climate changes which we all have already witnessed, the use of ecological and environmentally friendly energy solutions has already been widely discussed. Consequently ,billions have been spent and research has been conducted, in the development of new forms of renewable energy sources and in performance optimization of the existing ones. A widely used renewable energy source, which has been also develop in our country(under the fear of fines from the European Union and not because of the development of environmental conscience), is the technology of photovoltaic systems(PV). PV is a quite known to scientists and to research teams renewable energy source, which efforts have reduced the cost of PV in such levels, that an investment in those systems would be proved cost effective even for the owner of low capitals. The energy produced from a PV string is not directly exploited for use, since the produced dc voltage is not appropriate neither for distribution from the public electrical grid, nor for use from the loads,which operate under conditions of ac voltage.Consequently a photovoltaic string could be connected to the grid, only if it is equipped with appropriate devices, which allow the proper conversion and optimum control of energy. The purpose of this work is the reference of the main structures, for the operation and management of grid-integrated photovoltaic systems.In particular the paper can be summurised as follows: Chapter 1: Power-Electronic Structures for the Grid Integration of Photovoltaic Systems A general reference in the existing inverter technologies and a general categorisation of the latter is presented. Chapter 2: Re view of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules Single-plase inverter topologies are presented, categorized, compared and evaluated against different characteristics. Chapter 3: Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques The functioning of photovoltaic arrays to the maximum power point is necessary, in order to be considered profitable an investment in photovoltaic systems. Many such techniques available, are being reviewed. Chapter 4: Voltage Fluctuations on Distribution Level Introduced by Phtovoltaic Systems Photovoltaic elements convert solar energy to electric, and consequently their electric generation is directly dependant on climatic conditions. The present analysis describes forecasting methods of fluctuations in solar irradiance which also results in fluctuations in the generated voltage. Chapter 5: Storage Systems Every electrical energy system, in order to be considered fully integrated, must store excessive energy produced during certain time periods, and support with it critical loads, during mains’ power interruption.This last chapter contains the most widespread storage techniques.