Τίτλος Άσκησης: Αξιολόγηση της Βέλτιστης ευθυγράμμισης φωτοβολταικών πανελ Πρόβλημα: Ποια είναι η  βέλτιστη  έκθεση  των  φωτοβολταϊκών  μονάδων,  για  τη  μεγιστοποίηση  της προσπίπτουσας  ηλιακής  ακτινοβολίας, Λίστα στοιχείων Για τη διεξαγωγή του πειράματος που περιγράφεται παρακάτω, θα χρειαστείτε τα εξής:  A. Λογισμικό:   Υπολογιστής με λειτουργικό σύστημα Windows 10  SW SOLAR‐BD1 ‐ Λογισμικό για το εργαστήριο DL SOLAR‐BD1    B. Υλικό  DL 9021 ‐ Μονάδα μέτρησης για φωτοβολταϊκά συστήματα  PFS‐85 ‐ Ηλιακό φωτοβολταϊκό πάνελ  DL SIMSUN ‐ Πλαίσιο με 12 λαμπτήρες αλογόνου  Συνδέσεις Η Εικόνα 1 δείχνει τις συνδέσεις που πρέπει να γίνουν μεταξύ των μονάδων.    Εικόνα 1 Οι συνδέσεις που πρέπει να γίνουν μεταξύ των διαφόρων μονάδων   Χρησιμοποιώντας το κατάλληλο παρεχόμενο καλώδιο, συνδέστε την υποδοχή πέντε πόλων της μονάδας PFS‐85 (πλαίσιο [A] στην Εικόνα 1) με την αντίστοιχη  υποδοχή IRR. / T του οργάνου μέτρησης SOLAR PANEL SENSOR DATA της μονάδας DL 9021 (πλαίσιο [C] στην Εικόνα 1).  Χρησιμοποιώντας  καλώδια  4  mm,  συνδέστε  τον  κόκκινο  και  τον  μαύρο ακροδέκτη του PFS‐85 (πλαίσιο [A] στην Εικόνα 1) με τους ακροδέκτες + και ‐  αντίστοιχα του τμήματος IN του οργάνου μέτρησης SOLAR PANEL ELECTRICAL DATA της μονάδας DL 9021 (πλαίσιο [B] στην Εικόνα 1). Θεωρητικό Μέρος Οι θεωρητικές έννοιες σχετικά με δύο θεμελιώδεις παραμέτρους που χαρακτηρίζουν τη φωτοβολταϊκή μετατροπή ενέργειας: ένταση ηλιακής ακτινοβολίας και  ηλιακή ακτινοβολία.   Είναι εξαιρετικά σημαντικό να μην συγχέονται οι δύο αυτοί όροι: α) Η ένταση ηλιακής ακτινοβολίας αντιστοιχεί στην ισχύ ανά μονάδα επιφάνειας και εκφράζεται  σε W/m 2 β) Η  ηλιακή  ακτινοβολία  είναι  η  ενέργεια  που  δέχεται  σε  δεδομένη  χρονική περίοδο  η  ίδια  μονάδα  επιφάνειας  και  εκφράζεται  σε  J/m 2 .  Η  ηλιακή  ακτινοβολία,  για  πρακτικούς λόγους  και  για  την  απλούστευση  των υπολογισμών, εκφράζεται επίσης ευκολότερα σε Wh/m 2 Η ακόλουθη εικόνα που δείχνει τις μετρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια μιας ημέρας στην πόλη του Μιλάνου, όπου αναφέρεται η μέση ένταση ηλιακής  ακτινοβολίας, για μια  ώρα  παρατήρησης,  εκφρασμένη  σε  [W/m 2 ]  και  η  μέση  ημερήσια  ηλιακή ακτινοβολία,  εκφρασμένη  σε  [Wh/m 2 ],  η  οποία  προφανώς προκύπτει από το άθροισμα. Συνοπτικά, η ισχύς (εκφρασμένη σε kW) ενός φωτοβολταϊκού συστήματος καθορίζεται από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας (εκφρασμένη σε kW/m2) και την επιφάνεια των πάνελ, ενώ η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε μια δεδομένη χρονική περίοδο (εκφρασμένη σε kWh) εξαρτάται από την ηλιακή ακτινοβολία (εκφρασμένη σε kWh/m2) που είναι διαθέσιμη στο ίδιο χρονικό διάστημα και στην επιφάνεια των πάνελ. Δύο ακόμη εξαιρετικά ενδιαφέροντες παράγοντες που πρέπει να αξιολογηθούν προσεκτικά: την κλίση και τον προσανατολισμό των φωτοβολταϊκών πάνελ. Ο συνδυασμός των δύο αυτών παραγόντων καθορίζει την έκθεση της μονάδας: α)με τον όρο κλίση της μονάδας νοείται η γωνία b που σχηματίζει το πάνελ με το οριζόντιο επίπεδο (Εικόνα 4). Εικόνα 4 Έκθεση μονάδας ‐ Κλίση (γωνία b σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο) β) ο όρος προσανατολισμός υποδηλώνει τη γωνία g του προσανατολισμού σε σχέση με την ιδανική νότια κατεύθυνση (στο βόρειο ημισφαίριο, βόρεια στο νότιο ημισφαίριο).Η απόκλιση της επιφάνειας συλλογής από τοννότιο προσανατολισμό ονομάζεται επίσης αζιμουθιακή γωνία ή απλώς αζιμούθιο (Εικόνα 5). Εικόνα  5  Έκθεση  μονάδας  ‐  Προσανατολισμός  (γωνία g  σε  σχέση  με  τη  νότια κατεύθυνση)   Πειραματικό μέρος  Η  βέλτιστη  έκθεση  των  φωτοβολταϊκών  μονάδων,  για  τη  μεγιστοποίηση  της προσπίπτουσας  ηλιακής  ακτινοβολίας,  αποτελεί  το  πρωταρχικό  πρόβλημα  π ο υ   π ρ έ π ε ι   ν α   α ν τ ι μ ε τ ω π ι σ τ ε ί   π ρ ι ν   α π ό   κ ά θ ε   ε γ κ α τ ά σ τ α σ η   φ ω τ ο β ο λ τ α ϊ κ ο ύ   σ υ σ τ ή μ α τ ο ς .     Σ υ χ ν ά ,   ω σ τ ό σ ο ,   ο ι   τ ι μ έ ς   κ λ ί σ η ς   κ α ι   π ρ ο σ α ν α τ ο λ ι σ μ ο ύ   π ο υ   μ π ο ρ ο ύ ν   ν α   λ ά β ο υ ν   ο ι   μ ο ν ά δ ε ς   ε ξ α ρ τ ώ ν τ α ι   α π ό   α ρ χ ι τ ε κ τ ο ν ι κ ο ύ ς   κ α ι   τ ο π ο γ ρ α φ ι κ ο ύ ς   π ε ρ ι ο ρ ι σ μ ο ύ ς ,   ό π ω ς   γ ι α   π α ρ ά δ ε ι γ μ α   σ τ η ν   π ε ρ ί π τ ω σ η   ε ν ό ς   σ υ σ τ ή μ α τ ο ς   π ο υ   π ρ ό κ ε ι τ α ι   ν α   ε γ κ α τ ασταθεί στην οροφή ενός υπάρχοντος κτιρίου.  Δραστηριότητα Να σχεδιάσετε το διάγραμμα συναρμολόγησης των μονάδων Αλλαγή της κλίσης του ηλιακού πάνελ Θέστε σε λειτουργία τη μονάδα DL 9021 πατώντας τον διακόπτη POWER ON.  Ρ υ θ μ ί σ τ ε   τ ο ν   μ η χ α ν ι σ μ ό   κ λ ί σ η ς   τ ο υ   φ ω τ ο β ο λ τ α ϊ κ ο ύ   π ά ν ε λ   P F S ‐ 8 5   σ ε   γ ω ν ί α   9 0 ° .   Σ τ ρ έ ψ τ ε   τ ο υ ς   λ α μ π τ ή ρ ε ς   τ η ς   μ ο ν ά δ α ς   D L   S I M S U N   π ρ ο ς   τ ο   π ά ν ε λ ,   σ ε   α π ό σ τ α σ η   π ε ρ ί που  50  cm από αυτό, έτσι ώστε το πάνελ να είναι κατακόρυφο και παράλληλο προς το επίπεδο των λαμπτήρων.    Παραπέμποντας στην Εικόνα 8:  ‐ Θέστε  σε  λειτουργία  τη  μονάδα  DL  SIMSUN  γυρίζοντας  τον  αυτόματο διακόπτη στη θέση ON.  ‐ Μετακινήστε τον επιλογέα στη θέση LOCAL.  ‐ Ρυθμίστε  το  ποτενσιόμετρο  φωτεινότητας  έτσι  ώστε  να  εμφανιστεί  στο όργανο  μέτρησης  SOLAR  PANEL  SENSOR  DATA της μονάδας DL  9021, η τιμή  έντασης ηλιακής ακτινοβολίας 70 [W/m 2 ].

Σκοποί της άσκησης Μετά το τέλος της άσκησης οι μαθητές θα είναι σε θέση να : Εξασφάλισουν όλα τα απαιτούμενα στοιχεία για την κατανόηση των παραμέτρων της ενέργειας που συνδέονται με την ηλιακή ακτινοβολία και τη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω των φωτοβολταϊκών συστημάτων Κατανοούν το πώς επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή έκθεση των ηλιακών πάνελ Κατανοούν τον τρόπο σύνδεσης του ηλιακού πάνελ με τη μονάδα μέτρησης Σχεδιάζουν το γράφημα κλίσης - έντασης ακτινοβολίας με βάση τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν Σχεδιάζουν το γράφημα προσανατολισμού - έντασης ακτινοβολίας με βάση τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Η ισχύς που μπορεί να παρέχει το φωτοβολταϊκό πάνελ PFS-85 εξαρτάται από την ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Προκειμένου να είναι πάντα δυνατή η αναπαραγωγή του πειράματος στο εργαστήριο, θα χρησιμοποιήσουμε το πλαίσιο με μονάδα DL SIMSUN 12 λαμπτήρων αλογόνου που εγγυάται επίπεδο τουλάχιστον ίσο με το 1/10 της τυπικής έντασης ηλιακής ακτινοβολίας  1000 W/m 2