ii)Υπολογισμός Ισχύος, αριθμού πλακών και λοιπών μέσων

Ο αριθμός των πλακών και της ισχύος που χρειαζόμαστε εξαρτάται από τις ανάγκες που πρέπει να ικανοποιηθούν και αυτό με τη σειρά του από τον τρόπο ζωής. Το πρώτο που πρέπει λοιπόν να σκεφθούμε είναι μήπως μπορούμε να περιορίσουμε τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια, ικανοποιώντας κάποιες από αυτές με άλλο τρόπο, όπως π.χ. χρησιμοποιώντας κουζίνα υγραερίου και όχι ηλεκτρική ή πλυντήριο με επιλογή ζεστού νερού από ηλιακό θερμοσίφωνα (αποφεύγοντας την ηλεκτρική αντίσταση). Επίσης να μπορούμε να χρησιμοποιούμε τις ενεργοβόρες συσκευές το μεσημέρι και όταν έχουμε ηλιοφάνεια ή να είμαστε έτοιμοι να κάνουμε και χειροκίνητα το σκούπισμα, ή το πλύσιμο των ρούχων σε περίοδο παρατεταμένης συννεφιάς.
α) περίπτωση μικρού εξοχικού ή καλοκαιρινού σπιτιού σε κτήμα: μπορούμε σε όλες τις καταναλώσεις να χρησιμοποιήσουμε συνεχές ρεύμα (το ρεύμα που παράγουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι συνεχές), αρκεί να είναι συσκευές συνεχούς. Ας πούμε ότι οι ανάγκες μας περιορίζονται όπως παρακάτω:
1) 3 λάμπες 12 v ισχύος 11w που θα ανάβουν π.χ. 3h τη μέρα απαιτούν 3x11x3 =99wh
2) 1 Ραδιοφωνάκι 4w, για 10h, χρειάζεται 4x10 =40wh
3) 1 Φορ. τηλεόραση 30w για 2h απαιτεί 30x2 =60wh.
Η κουζίνα και το ψυγείο είναι υγραερίου, ενώ ζεστό νερό παίρνουμε από τον ηλιακό θερμοσίφωνα. Συνολικά λοιπόν φαίνεται να απαιτούνται σε καθημερινή βάση 199wh .
Αν δεχθούμε ότι έχουμε 10 ώρες την ημέρα ηλιοφάνεια με μέση απόδοση μιας πλάκας των 55w, περίπου τα 30w, τότε σε μια μέρα κάθε πλάκα θα μας δώσει 30x10=300wh. Έτσι οι παραπάνω ανάγκες μας ικανοποιούνται πλήρως μόνο με μια πλάκα. Το περίσσευμα πάντως πρέπει να αποθηκευθεί στις μπαταρίες μας, οι οποίες πρέπει να υπολογισθούν έτσι ώστε να έχουμε διαθέσιμο ρεύμα π.χ. για ένα συννεφιασμένο 3ήμερο. Με λίγες γνώσεις ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων μπορεί κανείς να κάνει μόνος του το κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και έτσι να τροφοδοτήσει ένα τέτοιο σπίτι από τον ήλιο (πρέπει να βρει καλώδια κατάλληλα χοντρά για συνεχές ρεύμα, ώστε να μην έχει απώλειες, όσο πιο μακριά στον πίνακα διανομής βρίσκεται μία κατανάλωση τόσο πιο χοντρό πρέπει να είναι το καλώδιο).
β) περίπτωση μόνιμης αυτόνομης κατοικίας, χωρίς σύνδεση με το δίκτυο: κάνουμε π.χ. τις εξής παραδοχές: οι υπολογισμοί για τη δύσκολη από άποψη ηλιοφάνειας εποχή του χειμώνα, μεγαλύτερη διάρκεια έντονης συννεφιάς μία εβδομάδα, οικονομικές συσκευές, ψυγείο-κουζίνα-ζεστό νερό από υγραέριο ή ξύλα. Σαν αναγκαία φορτία για τη χειμωνιάτικη περίοδο θεωρούμε π.χ. τα παρακάτω:
1) Φωτισμός ταυτόχρονος 2, ισχύς 11w, διάρκεια 6h έχουμε ανάγκη 2x11x6 = 132wh
2) CD-Ραδιοκασετόφωνο 50w, 2h, 50x2 = 100wh
3)Τηλεόραση 30w, 2h, 30x2 = 60wh
4)Πλυντήριο (όχι αντίσταση) 250w, 1,5h, 250x1,5= 375wh
5)Ηλεκ. Σίδερο 500w, 0,3h, 500x0,3= 150wh
6)Ηλεκ. Σκούπα 1000w, 0,15h, 1000x0,15=150wh
Οι ανάγκες μας λοιπόν σε καθημερινή βάση θα είναι περίπου 1000wh. Αυτά μπορούμε να τα πάρουμε από 12 πλάκες (πάντα ζυγός ο αριθμός των πλακών), που για τον χειμώνα με μια μέση ηλιοφάνεια 3 ωρών τη μέρα και απόδοση 30w μας δίνουν: 3x30x12=1080wh. Έτσι, επειδή και κάποιες μέρες δεν θα χρησιμοποιήσουμε τις ενεργοβόρες καταναλώσεις (πλυντήριο, σίδερο, σκούπα), θα έχουμε περίσσεια ρεύματος που θα γεμίζει τις μπαταρίες, ώστε να έχουμε ρεύμα και τις εντελώς συννεφιασμένες μέρες. Με μια τέτοια εγκατάσταση εξασφαλίζουμε λογική χρήση των καταναλώσεών μας το χειμώνα και άφοβη (μπορούμε να τις αυξήσουμε) τους υπόλοιπους 9 μήνες, κατά τους οποίους θα χρειαζόμαστε και ρυθμιστή φόρτισης των μπαταριών, ώστε να κόβεται το ρεύμα από τις πλάκες, όταν οι μπαταρίες θα είναι πλήρως φορτισμένες (στο 90-95% της χωρητικότητάς τους).
Πρέπει στη συνέχεια να υπολογίσουμε τους συσσωρευτές (τις μπαταρίες). Οι κατάλληλες για αυτό το σκοπό μπαταρίες είναι οι ξηρού τύπου (GEL), που μπορούν να φορτοεκφορτισθούν πολλές φορές χωρίς να χαλάσουν(οι μπαταρίες αυτοκινήτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όμως καλύτερα να το αποφύγει κανείς γιατί έχουν πολλά μειονεκτήματα για αυτή τη χρήση: απαιτούν συχνή συντήρηση με παρακολούθηση της στάθμης των υγρών τους, η χωρητικότητά τους δεν συμπίπτει με την ονομαστική, δεν μπορούμε να αντλήσουμε περισσότερο από 30-40% της ισχύς τους και αν τις «στραγγίξουμε», τότε η βλάβη είναι ανεπανόρθωτη). Το βασικό χαρακτηριστικό τους, πέρα από το ότι είναι πηγές τάσης 12V, είναι η χωρητικότητά τους σε Αμπερώρια (Αh), μέγεθος που δίνει το μέτρο των φορτίων που μπορούν να αποθηκευθούν και είναι το γινόμενο του φορτίου σε Α επί την χρονική διάρκεια σε ώρες (h). Έτσι αν η μπαταρία τροφοδοτούμενη από φ/β γεννήτρια με 12,5 Α σε 8 h φορτιστεί πλήρως, τότε η χωρητικότητά της είναι 100 Αh και μπορεί να αποδώσει το 60% στις καταναλώσεις. Για πόση ώρα μπορούμε να διαθέτουμε ρεύμα από αυτή τη μπαταρία εξαρτάται από το ρεύμα εκφόρτισης (δίνεται σε μορφή καμπύλης συνήθως από τον κατασκευαστή: μικρό ρεύμα εκφόρτισης μεγάλη διάρκεια, μεγάλο ρεύμα-μικρή διάρκεια). Μπορούμε να αυξήσουμε τη χωρητικότητα συνδέοντας παράλληλα τις μπαταρίες π.χ. 2 μπαταρίες των 12 V και 100 Αh σε παράλληλη σύνδεση μας δίνουν ένα συσσωρευτή των 12 V, 200 Ah. Πρέπει όμως να προσέξουμε να είναι όχι μόνο της ίδιας χωρητικότητας και τύπου, αλλά και ίδιας ηλικίας, καθώς επίσης να τοποθετήσουμε μεταξύ τους διόδους ή ασφάλειες.
Υπολογισμός: έχουμε υπολογίσει ήδη τις ανάγκες μας σε καθημερινή βάση και είναι περίπου 1000 wh. Θεωρούμε ότι θα έχουμε απώλειες στην αποθήκευση στους συσσωρευτές π.χ. της τάξης του 20%, άρα οι ανάγκες μας στην ουσία θα είναι 1000/0,8=1250 wh. Αν λάβουμε υπόψη και τις απώλειες λόγω θερμότητας που για τη χώρα μας θεωρείται ότι είναι γύρω στο 20%, έχουμε: 1250/0,8=1562 Wh. Με τις ανάγκες που έχουμε μπορούμε να επιλέξουμε σαν τάση του συστήματος τα 12 V. Έτσι διαιρώντας τη μέση ημερήσια κατανάλωση με την τάση του συστήματος έχουμε: 1562 wh/12V= 1562 Avh/12v=130 Ah. Αυτή είναι η ζητούμενη κατανάλωση σε Αμπερώρες. Έχουμε δεχθεί σαν διάρκεια αυτονομίας (ημέρες συνεχούς συννεφιάς) τις 7 μέρες, άρα πρέπει να έχουμε στην «αποθήκη»: 130x7=910 Ah. Αν διαλέξουμε π.χ. ηλιακούς συσσωρευτές των 100 Αh που έχουν βάθος εκφόρτισης μέχρι 40% (που σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το υπόλοιπο 60%), πρέπει να αυξήσουμε στην πραγματικότητα τη χωρητικότητα κατά 40%, άρα χρειαζόμαστε 910x1,4=1274 Ah. Έτσι 1274Ah/100Ah=12,74. Άρα χρειαζόμαστε 13 (ακέραιος αριθμός) συσσωρευτές. Πρέπει λοιπόν να συνδέσουμε παράλληλα 13 τέτοιες μπαταρίες.
Για τα καλώδια του κυκλώματος συνεχούς ρεύματος ισχύουν αυτά που αναφέρθηκαν στην α) περίπτωση, με την παρατήρηση ότι αν έχουμε κάποια κατανάλωση με μεγάλη ισχύ, τότε είναι καλύτερα να συνδεθεί με ιδιαίτερο καλώδιο, ενώ αν έχουμε κάποιες καταναλώσεις 220V που δεν μπορούμε να αποφύγουμε, τότε μπορεί να αναπτυχθεί ιδιαίτερο μικρό δίκτυο 220 V, το οποίο βέβαια χρειάζεται μετασχηματιστή-εναλλάκτη. Αν κάποιος θέλει πλήρη αυτονομία(πέρα από βδομάδα),τότε για οικονομικούς λόγους δεν κάνει επέκταση της φ/β γεννήτριας, αλλά βάζει συμπληρωματικά παράλληλα μια ντιζελογεννήτρια, σαν παράλληλη πηγή ρεύματος. Το μειονέκτημα της αυτόνομης εγκατάστασης, από οικολογική άποψη, είναι οι μπαταρίες
Στο Βιβλίο περιγράφω και την εγκατάσταση με σύνδεση στο δίκτυο, πράγμα που έχω κάνει για μας. Όμως από δω και πέρα αυτή η εγκατάσταση έχει να κάνει με το συμβόλαιο που θα κάνει κανείς με τη ΔΕΗ, ενώ για μας δεν υπήρχε αυτή η δυνατότητα, όταν την κάναμε. Έτσι δεν έχει νόημα να αναρτήσω κείμενο για αυτή την περίπτωση.