Οικονομία και στην εξοχή

Η πτώση της τιμής των Φ/Β πλαισίων, η βελτίωση της ποιότητάς τους και η αξιοπιστία της αντοχής των αντιστροφέων καθιστούν πλέον τα αυτόνομα συστήματα ηλεκτροδότησης ιδανικά για εξοχική κατοικία.

Η Ελλάδα είναι η χώρα του ηλίου, του ανέμου και του παρατεταμένου καλοκαιριού, ενώ καταλαμβάνει μία από τις πρώτες παγκοσμίως θέσεις σε αναλογία ιδιόκτητων εξοχικών κατοικιών ανά κάτοικο. Αρκεί να αναφερθεί ότι σε περιοχές όπως η Πελοπόννησος, το Αιγαίο και η Εύβοια το ποσοστό των εξοχικών ξεπερνάει σε ποσοστό το 30% επί του συνόλου των κατοικιών (χωρίς να λαμβάνονται υπόψη αυθαίρετα, τροχόσπιτα, τροχοβίλες).

Η οικονομική κρίση που διήλθε η χώρα μας την τελευταία πενταετία, είχε ως συνέπεια την κατακόρυφη μείωση των εισοδημάτων της πλειοψηφίας του Ελληνικού πληθυσμού και επηρέασε σημαντικά τους ιδιοκτήτες εξοχικών κατοικιών, οι οποίοι βρίσκονται διαρκώς σε μία αναζήτηση μείωσης του κόστους κτήσης και συντήρησης της πιο αγαπημένης ίσως  εγγραφής στο Ε9 κάθε Ελληνικής αστικής και μεσοαστικής οικογένειας. 

Μεγάλο μέρος του κόστους διατήρησης ενός εξοχικού σπιτιού αποτελεί το κόστος ηλεκτροδότησης, είτε μέσω των λογαριασμών της ΔΕΗ (ανούσια πάγια για χειμερινούς μήνες, κατάργηση φθηνού οικιακού τιμολογίου για 0-800kWh από 1ης Ιουλίου 2014), είτε με γεννήτριες υγρών καυσίμων (αυξημένο κόστος, υπερβολικός θόρυβος, συνεχείς βλάβες, επιβλαβείς εκπομπές αερίων καύσης), είτε από παρακείμενα κτίρια (δυσανάλογη υποχρέωση στον γείτονα, υπερβολικές «χρεώσεις»-αξιώσεις εν γένει…).

Μέχρι σήμερα ήταν ευρέως γνωστό, και όχι αδίκως, ότι τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα ηλεκτροδότησης είναι ιδανικά για κτίρια, τα οποία είτε λόγω μεγάλης απόστασης από το δημόσιο δίκτυο, και κατά συνέπεια αυξημένου κόστους, είτε για λόγους νομιμότητας, δεν ήταν δυνατό να συνδεθούν με τη ΔΕΗ.

Επίσης η επικρατούσα άποψη ήθελε τα συστήματα αυτά ακριβά, αναξιόπιστα και μειωμένης δυνατότητας παροχής ηλεκτρικής ισχύος και ενέργειας.

Την τελευταία τετραετία τα παραπάνω δεδομένα άλλαξαν ραγδαία. Η τεράστια πτώση της τιμής των φωτοβολταϊκών πλαισίων (αρκεί να σημειωθεί ότι πριν λίγα χρόνια ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο ισχύος 250W κόστιζε 800€ ενώ σήμερα κοστίζει κάτω από 200€), η βελτίωση της ποιότητας και του χρόνου «ζωής» των συσσωρευτών (μπαταρίες), καθώς και η αξιοθαύμαστη αύξηση της αξιοπιστίας και της αντοχής των αντιστροφέων (inverter) κατέστησαν τα αυτόνομα συστήματα όχι μόνο αξιόπιστη αλλά και οικονομικά αποδοτική επιλογή για ένα εξοχικό (και όχι μόνο) στην Ελλάδα.
 

Πώς λειτουργεί ένα αυτόνομο σύστημα ηλεκτροδότησης

Ένα αυτόνομο σύστημα ηλεκτροδότησης με φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτρια αποτελείται κυρίως από τα παρακάτω επιμέρους υποσυστήματα: 

α. Φωτοβολταϊκά Πλαίσια, 

β. Ανεμογεννήτρια (προαιρετικά), 

γ. Ρυθμιστή ή Ελεγκτή Φόρτισης (controller), 

δ. Αντιστροφέα ή Μετατροπέα Τάσης (inverter), 

ε. Συστοιχία Συσσωρευτών και 

στ. Γεννήτρια (Η/Ζ) ηλεκτρικού ρεύματος (προαιρετικά).

Σε γενικές γραμμές ένα αυτόνομο σύστημα ηλεκτροδότησης λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο και τον άνεμο (κάποιες φορές όταν χρειάζεται και από γεννήτρια υγρών καυσίμων), την οποία δίνει στο χρήστη σε κατάλληλη μορφή (εναλλασσόμενο ρεύμα) όποτε ο χρήστης το χρειάζεται, ενώ την περίσσεια την αποθηκεύει σε συσσωρευτές (DCcoupling ή την στέλνει απευθείας στο φορτίο – ACcoupling) για τις στιγμές εκείνες που δεν υπάρχει ηλιοφάνεια ή άνεμος.
Αναλυτικότερα, τα φωτοβολταϊκά και η ανεμογεννήτρια αναλαμβάνουν την μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας και της αιολικής ενέργειας αντίστοιχα σε ηλεκτρική (τάση-ρεύμα). 
Ως γνωστόν τα φωτοβολταικά πλαίσια τοποθετούνται με νότιο προσανατολισμό και κλίση ανάλογα με την εποχή ενδιαφέροντος (αν θέλουμε θερινή λειτουργία επιλέγουμε μικρές κλίσεις 10-20 μοίρες ως προς τον ορίζοντα, για χειμερινή λειτουργία επιλέγουμε κλίση πάνω από 35 μοίρες ενώ για ετήσια χρήση περίπου 25-30 μοίρες). 
Χαρακτηριστικό μέγεθος των φωτοβολταικων πλαισίων είναι η ισχύς τους (πλέον χρησιμοποιούνται σχετικά μεγάλα πλαίσια ισχύος πάνω από 240Watts) και η ονομαστική τάση τους (συνήθως 24V).

Συνθήκες τοποθέτησης

Η ανεμογεννήτρια επιλέγεται μόνο όταν απαιτείται αυξημένη ενέργεια κυρίως τις νυχτερινές ώρες ή τον χειμώνα όταν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια υπολειτουργούν (μειωμένη ηλιοφάνεια σε χρόνο και ένταση). Πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στα ανεμολογικά δεδομένα (αιολικό δυναμικό) της περιοχής, καθώς το κόστος ανά εγκατεστημένο Watt μίας ανεμογεννήτριας (απαιτείται δικός της ελεγκτή φόρτισης αλλά και ιστός στήριξης) μπορεί να υπερβαίνει το τετραπλάσιο του κόστους ενός φωτοβολταικού. 
Χαρακτηριστικά μεγέθη είναι η ισχύς και η τάση εξόδου προς τις μπαταρίες.
Η σωστή διαχείριση της παραγόμενης ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά και την ανεμογεννήτρια σε συνδυασμό με τον έλεγχο της διαδικασίας φόρτισης-εκφόρτισης των συσσωρευτών γίνεται από τον ρυθμιστή φόρτισης. 
Ο ρυθμιστής φόρτισης ελέγχει το επίπεδο φόρτισης των μπαταριών και αποφασίζει αν θα τους διοχετεύσει ενέργεια ή όχι. Διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες τους PWM (PulseWidthModulation), οι οποίοι είναι πλέον ξεπερασμένοι καθώς δεν κάνουν «έξυπνη» διαχείριση της ενέργειας και τους MPPT (MaximumPowerPointTracking), οι οποίοι συχνά λέγονται «έξυπνοι» και σε πολλές περιπτώσεις δίνουν ακόμη και 30% περισσότερη ενέργεια από τους πρώτους. 
Χαρακτηριστικό μέγεθος των ελεγκτών φόρτισης είναι το ρεύμα λειτουργίας τους, το οποίο καθορίζει πόση ισχύ φωτοβολταϊκών πλαισίων μπορεί να διαχειριστεί ο φορτιστής για συγκεκριμένη τάση της συστοιχίας συσσωρευτών.

Συσσωρευτές και αντιστροφέας
Το πιο σημαντικό ίσως υποσύστημα ενός αυτόνομου συστήματος ηλεκτροδότησης είναι η συστοιχία συσσωρευτών. Οι συσσωρευτές αποθηκεύουν την ενέργεια, όταν αυτή περισσεύει, και την αποδίδουν ακόμη και όταν δεν υπάρχει ήλιος ή άνεμος. Διακρίνονται κυρίως σε ανοικτού και κλειστού τύπου. Οι πρώτες έχουν το μειονέκτημα ότι χρειάζονται συμπλήρωση υγρών κάθε 4 με 6 μήνες, αλλά πλεονεκτούν στον αυξημένο χρόνο «ζωής» (πάνω από 1500 κύκλους ζωής για 50% βάθος εκφόρτισης) που έχουν, ενώ οι δεύτερες δεν χρειάζονται συντήρηση αλλά έχουν μικρότερο χρόνο «ζωής» (κάτω από 800 κύκλους για 50% βάθος εκφόρτισης). 
Στα εξοχικά συστήματα εξαιτίας της μακροχρόνιας απουσίας αλλά και του μικρού αριθμού ετήσιων φορτίσεων-εκφορτίσεων (τυπικά κάτω από 100 το χρόνο) συνήθως επιλέγονται μπαταρίες κλειστού τύπου. Επίσης δεν έχουν οσμή υδρογόνου, δεν είναι εύφλεκτες και μπορούν να τοποθετηθούν ακόμη και σε μικρό χώρο με ελλιπή αερισμό. Χαρακτηριστικά μεγέθη της μπαταρίας είναι η τάση, η χωρητικότητα και οι κύκλοι φόρτισης-εκφόρτισης σε συγκεκριμένο βάθος εκφόρτισης. Η τάση της συστοιχίας συσσωρευτών επιλέγεται ανάλογα με την ισχύ του φωτοβολταϊκού (24V για συστήματα κάτω από 2kWp και 48v για μεγαλύτερα συστήματα).
Τέλος, ο αντιστροφέας ή μετατροπέας τάσης είναι η μονάδα που μετατρέπει την συνεχή τάση της μπαταρίας (12VDC, 24VDC, 48VDC) σε εναλλασσόμενη (230VAC, 50Hz) με τη βοήθεια συνήθως ενός μετασχηματιστή. Διακρίνονται σε τροποποιημένου και καθαρού ημιτόνου, με τους πρώτους να έχουν εγκαταλειφθεί πλέον, λόγω της αναξιόπιστης λειτουργίας τους και της φθοράς που προκαλούν στα τροφοδοτούμενα φορτία. 
Χαρακτηριστικό μέγεθος του  αντιστροφέα πέρα από την τάση εισόδου από τις μπαταρίες είναι η ονομαστική του ισχύς, η οποία καθορίζει την ισχύ των φορτίων που μπορεί να τροφοδοτήσει ταυτόχρονα. Συνήθως επιλέγεται αντιστροφέας-φορτιστής (inverter/charger),ώστε να υπάρχει δυνατότητα φόρτισης των μπαταριών με τη βοήθεια γεννήτριας.

Xαρακτηριστικά Παραδείγματα
Στη συνέχεια παρουσιάζονται τέσσερα χαρακτηριστικά παραδείγματα αυτόνομων φωτοβολταϊκών για εξοχικά σπίτια, με τις δυνατότητες τροφοδότησης που έχουν, καθώς και το κόστος τους μαζί με την εγκατάσταση. Στα παραδείγματα θεωρούμε σαν δεδομένο την ύπαρξη ηλιακού θερμοσίφωνα και κουζίνας υγραερίου (στα 3 πρώτα παραδείγματα που δεν «σηκώνουν» ηλεκτρική κουζίνα).

Δείτε τα 4 παραδείγματα και το κόστος λειτουργίας. Πατήστε στα παρακάτω link για τα αναλυτικά στοιχεία.

Άρθρο του κ. Μιχαήλ Νικ. Πέτσιου, Διδάκτωρος ΕΜΠ, Διπλ. Ηλεκτρολόγου Μηχανικού ΕΜΠ, Γενικού Δ/ντή της MP-Energy Solutions