Development of methodologies for performance analysis of grid-connected photovoltaic systems
Authors: Ρουμπακιάς Ηλίας 
Published: September 2021

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ραγδαία εξέλιξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ιδίως των Φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στην Ελλάδα υπάρχει σημαντικός αριθμός εγκαταστάσεων διασυνδεδεμένες με το δίκτυο οι οποίες λειτουργούν την τελευταία δεκαετία. Ένας τομέας με ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον είναι η ανάλυση της απόδοσης τους, η διερεύνηση της γήρανσης τους, η καταγραφή μιας βάσης δεδομένων με το ηλιακό δυναμικό και τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση τους. Η παρούσα διατριβή βασίζεται σε 5 θεματικές ενότητες οι οποίες διερευνώνται από 5 πειραματικές διατάξεις οι οποίες αποτελούνται από Φωτοβολταϊκά πάρκα στην περιοχή της Θεσσαλίας και μια διάταξη στο πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Η πρώτη ενότητα διερευνά την απόδοση σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας σε συνάρτηση με το air mass και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η υπό εξέταση εγκατάσταση ήταν ένα ΦΒ πάρκο 2MWp διασυνδεμένο με το δίκτυο της υψηλής τάσης και από ένα ΦΒ πλαίσιο σε πειραματική εκτός δικτύου διάταξη στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν μείωση της απόδοσης για γωνίες ηλιακού ύψους μικρότερες από 45 μοίρες ή πτώση της ηλιακής ακτινοβολίας κάτω από 200 W/m2. Η δεύτερη ενότητα περιλαμβάνει τον συνδυασμό της υπέρυθρης θερμογραφίας με την οπτική επιθεώρηση σε πέντε ΦΒ συστήματα 99,84kWp και ένα σε επί στέγης 9,88kWp. Αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία και ένας οδηγός για θερμογράφηση των εγκαταστάσεων. Η Τρίτη ενότητα περιλαμβάνει την διαμόρφωση μια μεθοδολογίας για αξιολόγηση της απόδοσης ΦΒ συστημάτων σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Στην διαδικασία της ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν το airmass και το Clearness index της ατμόσφαιρας. Το υπό εξέταση σύστημα αποτελείται από ένα ΦΒ πάρκο διασυνδεδεμένο 99,84kWp στην Κεντρική Ελλάδα. Η ανάλυση διεξήχθη σύμφωνα με τις ακόλουθες τρεις κατευθύνσεις: (i) αξιολόγηση τριών μαθηματικών μοντέλων, (ii) υπολογισμός του performance ratio (iii) διαμόρφωση μιας διαδικασίας αξιολόγησης βασισμένης στην κανονικοποημένη απόδοση στις STC συνθήκες. Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντική διακύμανση της ετήσιας παραγωγής ενέργειας κατά 10% την περίοδο 2013-2015. Αυτή η διακύμανση διερευνήθηκε μέσω της προτεινόμενης διαδικασίας ωστόσο, πρόκειται για μια μικρή μείωση της απόδοση των ΦΒ η οποία είναι εντός των ορίων της εγγύησης του κατασκευαστή. Η τέταρτη ενότητα περιλαμβάνει την ανάλυση της απόδοσης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος 12,84 kWp διασυνδεδεμένου στο δίκτυο στην κεντρική Ελλάδα για έξι χρόνια λειτουργίας. Η μεθοδολογία ανάλυσης βασίστηκε σε τρεις άξονες: (i) υπολογισμό του ημερήσιου PR και ετήσιου PR και σύγκριση για τα 6 έτη λειτουργίας (ii) Εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου (iii) Υπολογισμός της κανονικοποιημένης απόδοσης σε συνθήκες STC. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δείχνουν μικρή μείωση της απόδοσης κατά τη διάρκεια των ετών, με ποσοστά που κυμαίνονται από 1 έως 4%. Η πέμπτη ενότητα περιλαμβάνει την ανάλυση της απόδοσης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος 12,84 kWp διασυνδεδεμένου στο δίκτυο στην κεντρική Ελλάδα με στόχο την διερεύνηση της επίδραση της σκόνης στην επιφάνεια των ΦΒ πλαισίων και αέριων ρύπων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μόνο ή έντονη συσσώρευση σκόνης έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση των ΦΒ συστημάτων με μείωση κατά 5,6% της απόδοσης. Ωστόσο, η επίδραση των αερίων ρύπων παρατηρείται να μη έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση.