Διασυνδεδεμένα Φ/Β συστήματα

Οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις που συνδέονται παράλληλα με το ηλεκτρικό δίκτυο είναι συστήματα υψηλής αξιοπιστίας, τα οποία απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Για να επιβεβαιωθούν τα χαρακτηριστικά αυτά στη φάση λειτουργίας της εγκατάστασης είναι αναγκαία η εκτέλεση των διαδικασιών εγκατάστασης, δοκιμής και συντήρησης σύμφωνα με τους κανόνες της τεχνικής.

 Η τοποθέτηση Οι κατασκευές στις οποίες τοποθετούνται τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, εκτός από το δικό τους βάρος, πρέπει να είναι ικανές να αντέξουν στο βάρος των φωτοβολταϊκών στοιχείων, καθώς και των φορτίων που οφείλονται στη δυναμική δράση του ανέμου και στη συσσώρευση του χιονιού. Πρόκειται για μεταλλικά προφίλ από αλουμίνιο και γαλβανισμένο ή ανοξείδωτο χάλυβα. Τα χαλύβδινα προφίλ χρησιμοποιούνται κυρίως λόγω του χαμηλού τους κόστους και της μηχανικής αντοχής, ενώ τα προφίλ αλουμινίου προτιμούνται τόσο σε ειδικές εφαρμογές (ηλιακές προσόψεις, εγκαταστάσεις ενσωματωμένες στις οροφές) όσο και για το μικρό βάρος και την ταχύτητα τοποθέτησης που περιορίζει το κόστος των εργατικών, καθώς και για λόγους αισθητικής. Σε ειδικές περιπτώσεις, όπως για παράδειγμα οι εφαρμογές σε επίπεδες οροφές και ταράτσες, μπορεί χρησιμοποιηθεί σκελετός που αποτελείται εν μέρει από χαλύβδινα εξαρτήματα, όπως τα κεκλιμένα τρίγωνα, και εν μέρει από τμήματα αλουμινίου που καθιστούν ταχύτερη την τοποθέτηση των πάνελ. Το ξύλο χρησιμοποιείται μόνο σε περίπτωση ιδιαίτερων υποχρεώσεων προστασίας του τοπίου και του περιβάλλοντος ή για αρχιτεκτονικούς ή αισθητικούς λόγους. Ορισμένες κατασκευές από ξύλο με αντικολλητά φύλλα έχουν χρησιμοποιηθεί με ικανοποιητικά αποτελέσματα σε δημόσια πάρκα και αυλές δημιουργώντας επίσης μορφές σε σχήμα δέντρου, στέγης κλπ.

Η τοποθέτηση πρέπει να γίνεται υπολογίζοντας τους αναγκαίους χώρους για τις μετέπειτα επεμβάσεις συντήρησης και για να αποφεύγεται η αμοιβαία σκίαση των στοιχείων. Τα Φ/Β μπορεί να είναι με ή χωρίς πλαίσιο, συνήθως από αλουμίνιο. Ο πρώτος τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εγκαταστάσεις σε προσόψεις, όπου το Φ/Β εγκαθίσταται ως κοινός υαλοπίνακας, παρεμβάλλοντας ένα στρώμα ελαστικού μεταξύ του στοιχείου και του προφίλ αλουμινίου, ή σε κατασκευές που τοποθετούνται στα τοιχώματα.

Τα στοιχεία με πλαίσιο μπορούν αντιθέτως να χρησιμοποιηθούν για εγκαταστάσεις σε κεκλιμένη στέγη (ενσωματωμένα ή πρόσθετα) ή σε επίπεδη οροφή. Σε περίπτωση κεκλιμένης στέγης η εγκατάσταση τα στοιχεία μπορούν να εγκατασταθούν ενσωματωμένα ή πάνω από τα κεραμίδια. Σε περίπτωση φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων, σε αντίθεση με τις θερμικές ηλιακές εγκαταστάσεις, η ενσωμάτωση στην οροφή μειώνει την αποτελεσματικότητα του φωτοβολταϊκού στοιχείου, ιδίως το καλοκαίρι, όταν η παραγωγή θα μπορούσε να φτάσει στη μέγιστη τιμή της. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται και με την αεριζόμενη στέγη και κατά συνέπεια, αν και η λύση αυτή δεν συνιστάται στις περισσότερες περιπτώσεις, θα ήταν σκόπιμο να λαμβάνεται υπόψη δημιουργώντας την ενσωμάτωση με μια κατασκευή που θα επιτρέπει τον αερισμό και τη ροή αέρα πίσω από τα στοιχεία. Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων, η ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων στην οροφή επιτυγχάνεται με προφίλ αλουμινίου και πλάκες στεγάνωσης.

Η κατασκευή στερεώνεται στην επιφάνεια της οροφής χωρίς κεραμίδια, ελέγχοντας την ευθυγράμμιση των στοιχείων με τα κεραμίδια. Τα προφίλ τοποθετούνται επίσης με τη βοήθεια αποστατών που διορθώνουν τις ανωμαλίες της στέγης. Ιδιαίτερη φροντίδα απαιτείται για την αποφυγή ζημιών στη μόνωση της στέγης, καλύπτοντας κάθε οπή για τη στερέωση των αγκυρίων με στεγανούς μανδύες. Μετά την τοποθέτηση του σκελετού αλουμινίου θα τοποθετηθούν οι πλάκες στεγάνωσης (από χαλκό ή αλουμίνιο) έτσι ώστε η επικάλυψη μεταξύ κεραμιδιών και πλακών να διασφαλίζει τη στεγανότητα. Πράγματι, η βροχή με την ώθηση του ανέμου μπορεί να κινηθεί ανοδικά για αρκετές δεκάδες εκατοστά.

Οι πλάκες στεγάνωσης πρέπει συνεπώς να επικαλύπτονται τουλάχιστον κατά 10 εκατ. και να σφραγίζονται με ελαστομερή ή σιλικόνες. Η τοποθέτηση της κατασκευής πάνω από την οροφή γίνεται με προφίλ από χάλυβα ή αλουμίνιο συνήθως τετράγωνου ή ορθογώνιου σχήματος. Ο σκελετός στερεώνεται στην επιφάνεια της οροφής με στηρίγματα σχήματος «Ζ» που περνούν κάτω από τα κεραμίδια χάρη στο μικρό τους πάχους (λίγα χιλιοστά). Πολλές από τις κατασκευές στήριξης που κυκλοφορούν σήμερα προέρχονται από την παραγωγή κουφωμάτων αλουμινίου και διατίθενται με χαμηλότερο κόστος σε σχέση με το πρόσφατο παρελθόν. Οι λύσεις υψηλού αισθητικού αποτελέσματος που ενσωματώνονται στην αρχιτεκτονική των κτιρίων, καθιστούν τα προϊόντα αυτά κατάλληλα για ειδικές εφαρμογές. Για τη στερέωση των σκελετών σε τοιχώματα ή οροφές χρησιμοποιούνται όλο και πιο συχνά συστήματα ρητινών. Εάν για υπόβαθρα τσιμέντου ενδείκνυνται αναμφίβολα οι ρητίνες, για επιφάνειες αποτελούμενες από διάτρητα τούβλα ή λίθινα υλικά η μόνη λύση είναι συνήθως η χρήση αγκυρίων βυθισμένων σε ρητίνη στο εσωτερικό σωλήνων μεταλλικού ή συνθετικού πλέγματος που τοποθετούνται στις τρύπες. Για επίπεδες οροφές και ταράτσες χρησιμοποιούνται ενίοτε αντίβαρα από σκυρόδεμα ή άλλο υλικό. Η λύση αυτή προσθέτει βάρος στην οροφή που πολλές φορές υπερβαίνει το βάρος της ίδιας της κατασκευής, ενώ εάν τα αντίβαρα υποδιαστασιολογηθούν, μπορεί να αποβεί άσκοπη ή ακόμη και επικίνδυνη.

Η επίδραση του ανέμου Ο ισχυρός άνεμος μπορεί να μετακινήσει τις κατασκευές μαζί με τα αντίβαρα μέσω των κραδασμών που προκαλεί. Αυτό μπορεί να συμβεί ακόμη και αν έχει υπολογιστεί σωστά το φορτίο του ανέμου. Πράγματι, τα πρότυπα προβλέπουν μόνο την επίδραση του ανέμου με στρωτή ροή, ενώ, στην πραγματικότητα, τα κτίρια προσβάλλονται από ριπές και στροβιλισμούς, οι οποίοι προκαλούν αναπηδήσεις της κατασκευής που δεν έχει στερεωθεί στην οροφή και την μετακινούν με ανομοιόμορφο τρόπο προκαλώντας κάμψεις και συνεπακόλουθες βλάβες. Συνιστάται συνεπώς η στερέωση με αγκύρια σε ρητίνη και η στεγανοποίηση με ελαστομερή. Μια ελαφρά στερέωση μπορεί να επιτευχθεί και σε περίπτωση χρήσης αντίβαρων για να αποφεύγεται η μετακίνησή τους. Για αντίβαρα που τοποθετούνται σε οροφές στεγανοποιημένες με στεγανωτικές μεμβράνες σε ρολό, είναι σκόπιμο να τοποθετείται κάτω από το αντίβαρο μια λωρίδα μεμβράνης ούτως ώστε τα αντίβαρα να μη βυθίζονται καταστρέφοντας τη στεγανωτική μεμβράνη όταν αυτή μαλακώνει από την αύξηση της θερμοκρασίας το καλοκαίρι.

Hλεκτρικά εξαρτήματα Η καλωδίωση μεταξύ φωτοβολταϊκών στοιχείων αρχίζει από τα τερματικά τους, που βρίσκονται στο εσωτερικό του κιβωτίου σύνδεσης, στην πίσω πλευρά των στοιχείων. Στο κιβώτιο αυτό, ένας ακροδέκτης παρέχει δύο πολικότητες, επικοινωνώντας με το εξωτερικό μέσω δύο οπών με στυπειοθλίπτες καλωδίου. Σήμερα ωστόσο αυξάνεται ο αριθμός των προκαλωδιωμένων στοιχείων που διαθέτουν στεγανούς συνδετήρες και επιτρέπουν τη γρήγορη σύνδεση χωρίς να είναι αναγκαίο το άνοιγμα κιβωτίων σύνδεσης. Η προκαλωδίωση αυτή περιλαμβάνει καλώδια διαφορετικού μήκους με αρσενικό και θηλυκό βύσμα για τις δύο πολικότητες. Στο εσωτερικό του κιβωτίου σύνδεσης υπάρχουν επίσης μία ή δύο δίοδοι by-pass που συνήθως τοποθετούνται από τον κατασκευαστή με σκοπό να περιορίζουν τις βλάβες από σκίαση. Συνήθως χρησιμοποιούνται μονοπολικά καλώδια με ελάχιστη διατομή 4 mm2, η οποία επιτρέπει τον περιορισμό των απωλειών λόγω του φαινομένου Joule, καθώς κάθε φωτοβολταϊκό στοιχείο παράγει υψηλές εντάσεις ρεύματος (4-5 Α). Ένα σύνολο συνδεδεμένων σε σειρά στοιχείων ονομάζεται σειρά. Οι σειρές συνδέονται παράλληλα μεταξύ τους μέσω των πινάκων παράλληλης σύνδεσης σειρών ή πινάκων πεδίου. Εκτός από την παράλληλη σύνδεση, οι πίνακες αυτοί περιέχουν επίσης τις διατάξεις προστασίας και τις διόδους εμπλοκής (τοποθετημένες σε σειρά στο θετικό πόλο κάθε σειράς), ώστε να μην επιτρέπεται η κυκλοφορία ρεύματος μεταξύ των σειρών σε περίπτωση που παρουσιάζουν διαφορετικές τιμές τάσης. Συνήθως χρησιμοποιούνται δίοδοι Schottky γιατί χαρακτηρίζονται από χαμηλή πτώση τάσης (περίπου 1 V) και κατά συνέπεια από χαμηλές απώλειες.

Στη συνέχεια εγκαθίστανται αποζεύκτες ή διακόπτες για να διακόπτουν τα κυκλώματα κάθε σειράς και μια διάταξη για την απαγωγή των επαγωγικών τάσεων, των βραχυκυκλωμάτων και των ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών εκκενώσεων. Όταν η εγκατάσταση περιλαμβάνει δεκάδες σειρών, καθίσταται σκόπιμη η δημιουργία πινάκων παράλληλης σύνδεσης ομάδων σειρών, οι οποίοι εν συνεχεία καταλήγουν σε ένα γενικό πίνακα συνεχούς ρεύματος. Εάν οι επιλογές της μελέτης προβλέπουν λύση με inverter σειράς, οι πίνακες συνεχούς ρεύματος δεν είναι αναγκαίοι, καθώς οι καλωδιώσεις των σειρών εισέρχονται απευθείας στο inverter. Τα inverter πρέπει να τοποθετούνται όσο το δυνατόν πλησιέστερα στα στοιχεία για να αποφεύγονται υπερβολικές απώλειες συνεχούς ρεύματος. Πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη ότι η απόδοση των inverter μειώνεται με τη θερμοκρασία και κατά συνέπεια πρέπει να προστατεύονται από τον ήλιο ή την υπερβολική θέρμανση. Όσον αφορά την προστασία από τις ατμοσφαιρικές εκκενώσεις, η πλευρά συνεχούς ρεύματος των inverter πρέπει να προστατεύεται με Spd (Απαγωγείς Κρουστικών Υπερτάσεων) κλάσης ΙΙ ή ΙΙΙ, αν και ορισμένα inverter περιέχουν ήδη τις αναγκαίες διατάξεις. Τα Spd της κλάσης ΙΙ τοποθετούνται επίσης και στους πίνακες παράλληλης σύνδεσης για να προστατεύουν τα στοιχεία, τις διόδους και τις μονώσεις από ενδεχόμενες υπερτάσεις.

Σε περίπτωση ακραίου κινδύνου, μπορούν να προστεθούν Spd και στην πλευρά εναλλασσόμενου ρεύματος του inverter. Εάν η κατασκευή που φιλοξενεί την εγκατάσταση Φ/Β διαθέτει Lps (Σύστημα Αντικεραυνικής Προστασίας), οι μεταλλικές δομές του συστήματος Φ/Β πρέπει να συνδέονται στο Lps. Σε περίπτωση απουσίας εγκατάστασης Lps, πρέπει να αποφεύγεται η άμεση σύνδεση των μεταλλικών δομών με τη γείωση.

Όσον αφορά τις προστασίες γείωσης, η εγκατάσταση Φ/Β απαιτεί ιδιαίτερη απόδοση του ηλεκτροδίου, εξαιτίας της παρουσίας των Spd και κατά συνέπεια, σε περίπτωση που το ηλεκτρόδιο υπάρχει ήδη, είναι σκόπιμο να ελέγχεται η καταλληλότητά του για τη νέα κατάσταση μετά την εγκατάσταση του Φ/Β συστήματος. Η εγκατάσταση πρέπει να συνδέεται επίσης με τον κόμβο γείωσης της υφιστάμενης ηλεκτρικής εγκατάστασης μέσω ιδοσυναμικού αγωγού. Εάν η Φ/Β εγκατάσταση βρίσκεται στο έδαφος, μπορεί να συνδεθεί απευθείας η κατασκευή με ηλεκτρόδιο γείωσης.