Στα πλαίσια του έργου "Πράσινη Ενέργεια και Πολίτες: Σχεδιασμός, Εκπαίδευση, Εφαρμογή", σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Το φωτοβολταϊκό σύστημα εγκαταστάθηκε στην ταράτσα του Δημοσίου Ινστιτούτου Επαγγελματικής Κατάρτισης (Ι.Ε.Κ) Κηφισιάς (Γεωργίου Λύρα 140 (Κτίριο Α), Κηφισιά).

Ο σκοπός του συγκεκριμένου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι πρωτίστως εκπαιδευτικός. Η εγκατάσταση η ίδια ήταν διαδραστική, με πολίτες να συμμετέχουν στην τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων στα πλαίσια ενός εργαστηρίου εγκατάστασης φωτοβολταϊκών συστημάτων.

Προκειμένου η λειτουργία του φωτοβολταϊκού συστήματος να ξεκινήσει άμεσα, το σύστημα σχεδιάστηκε για αυτόνομη λειτουργία. Υπάρχει όμως η δυνατότητα μελλοντικής διασύνδεσης του συστήματος με το δίκτυο.

Παρακάτω φαίνεται το τρισδιάστατο μοντέλο του φωτοβολταϊκού συστήματος, όπως τοποθετήθηκε στην ταράτσα του Δημοσίου Ι.Ε.Κ. Με το αριστερό και δεξί βέλος περιηγείται κανείς στο 3D μοντέλο, ενώ το κουμπί κάτω από την εικόνα επαναφέρει το μοντέλο στην αρχική θέση.

Η φωτοβολταϊκή γεννήτρια αποτελείται από 10 φωτοβολταϊκά πλαίσια πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Το κάθε πλαίσιο έχει ονομαστική ισχύ 290Wp με αποτέλεσμα η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας να είναι 2900Wp, δηλαδή 2.9kWp. Το φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από μία μόνο φωτοβολταϊκή γεννήτρια, επομένως η εγκατεστημένη ισχύς του συστήματος είναι 2.9kW.

Η βάση στήριξης της φωτοβολταϊκής γεννήτριας είναι σταθερή, δηλαδή η γεννήτρια δεν ακολουθεί την πορεία του ηλίου ούτε κατά την διάρκεια της ημέρας (ανατολή-δύση), ούτε κατά την διάρκεια του έτους (ανάλογα με την γωνία ηλιακής ανύψωσης). Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, πρέπει να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια κατά την οποία η ηλιακή ακτινοβολία είναι κάθετη στην επιφάνεια της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Για να μεγιστοποιηθεί η παραγωγή κατά την διάρκεια μίας ημέρας, ο βέλτιστος προσανατολισμός για συστήματα με σταθερή βάση στήριξης στο βόρειο ημισφαίριο, είναι ο νότιος προσανατολισμός. Η κλίση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας επηρεάζει την παραγωγή κατά την διάρκεια του έτους. Για να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια κατά την οποία η επιφάνεια των πλαισίων είναι κάθετη στην ηλιακή ακτινοβολία, η καλύτερη κλίση είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος (Γεωγραφικό πλάτος ελλαδικού χώρου 39^o). Η ένταση και η διάρκεια της ηλιακής ημέρας όμως είναι μεγαλύτερη το καλοκαίρι. Οπότε για μεγιστοποίηση της ηλεκτρικής παραγωγής η βέλτιστη κλίση είναι μικρότερη και για τον ελλαδικό χώρο είναι περίπου 30^o.

Κατά τον σχεδιασμό του φωτοβολταϊκού συστήματος είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη πιθανές σκιάσεις στην επιφάνεια των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Πολλές φορές δεν είναι δυνατή η αποφυγή των σκιάσεων καθόλη την διάρκεια της ημέρας και του έτους. Προτεραιότητα δίνεται στην αποφυγή σκιάσεων σε περιόδους έντονης ηλιακής ακτινοβολίας, δηλαδή τις μεσημεριανές ώρες και το καλοκαίρι. Παρακάτω φαίνονται οι σκιάσεις του φωτοβολταϊκού έργου στο χειμερινό (21/12) και θερινό ηλιοστάσιο (21/6).

Τα φορτία που λειτουργούν με την ηλεκτρική ενέργεια που παράγει η φωτοβολταϊκή γεννήτρια είναι προβολείς LED (Light-Emitting Diode) και μια φωτεινή πινακίδα, των οποίων η λειτουργία έχει νόημα τις βραδινές ώρες κατά τις οποίες δεν υπάρχει παραγωγή ενέργειας από την φωτοβολταϊκή γεννήτρια. Για αυτόν τον λόγο είναι απαραίτητη η αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας σε συσσωρευτές. Παράλληλα το φωτοβολταικό σύστημα τροφοδοτεί και ένα μικρό router για να υπάρχει δίκτυο στον χώρο.

Η σύνδεση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας με την συστοιχία συσσωρευτών γίνεται μέσω του ρυθμιστή φόρτισης. Ο ρυθμιστής φόρτισης είναι υπεύθυνος για την σωστή φόρτιση των συσσωρευτών, αλλά και για την αποσύνδεση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας όταν η συστοιχία συσσωρευτών είναι πλήρως φορτισμένη. O ρυθμιστής φόρτισης είναι επίσης εξοπλισμένος με MPPT (Maximum Power Point Tracker) που συνεχώς εντοπίζει το σημείο λειτουργίας μέγιστης ισχύος.

Η επιλογή της συνδεσμολογίας των φωτοβολταϊκών πλαισίων επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της εισόδου του ρυθμιστή φόρτισης και την απόδοση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας υπό μη-ομογενείς συνθήκες. Στο έργο, Τα δέκα πλαίσια είναι συνδεδεμένα σε σειρά ανά ζεύγη και στη συνέχεια σε πέντε παράλληλους κλάδους ώστε να ελαχιστοποιείται η μείωση της παραγόμενης ισχύος σε περίπτωση μερικής σκίασης της γεννήτριας.

Η φωτοβολταϊκή γεννήτρια και οι συσσωρευτές έχουν στην έξοδό τους συνεχές ρεύμα (Direct Current - DC), όμως τα φορτία για την λειτουργία τους χρειάζονται εναλλασσόμενο ρεύμα όπως παρέχεται από το δίκτυο, δηλαδή με τάση 230V και συχνότητα 50Hz. Για αυτόν τον λόγο παρεμβάλλεται αντιστροφέας μεταξύ των συσσωρευτών και των φορτίων, ο οποίος παρέχει στα φόρτια εναλλασσόμενο ρεύμα. Ο αντιστροφέας επίσης αποκόπτει τα φορτία όταν η συστοιχία των συσσωρευτών έχει εκφορτίσει.

Το σύστημα διαθέτει δύο ηλεκτρολογικούς πίνακες διακοπτών και ασφαλειών, ένας για το τμήμα που λειτουργεί με συνεχές ρεύμα (DC) και ένας για το τμήμα που λειτουργεί με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Επίσης έχει εγκατασταθεί κατάλληλη αντικεραυνική προστασία και σχήμα γείωσης.

Το σύστημα διαθέτει δύο ηλεκτρολογικούς πίνακες διακοπτών και ασφαλειών, ένας για το τμήμα που λειτουργεί με συνεχές ρεύμα (DC) και ένας για το τμήμα που λειτουργεί με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Επίσης έχει εγκατασταθεί κατάλληλη αντικεραυνική προστασία και σχήμα γείωσης.

Τέλος, το σύστημα έχει μονάδα επικοινωνίας που επιτρέπει την απομακρυσμένη παρακολούθηση της παραγωγής και κατανάλωσης του συστήματος.

Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται ο εξοπλισμός του συστήματος με συνδέσμους για περισσότερες πληροφορίες για τα διάφορα μοντέλα.