Χρήση Φωτοβολταϊκών συστημάτων και παραγωγή ενέργειας στην Ευρώπη

Επιστροφή στην Κεντρική Σελίδα του Βιβλίου

Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή ενέργειας λόγω της εκτεταμένης εκπομπής των βλαβερών αερίων παρουσιάζει πολλές αρνητικές επιπτώσεις στον άνθρωπο και το περιβάλλον. Οι επιπτώσεις αυτές, έχουν παρουσιάσει τα τελευταία χρόνια δραματική αύξηση και εμφανίζονται στον άνθρωπο με την μορφή των αναπνευστικών παθήσεων και του καρκίνου, ενώ στο περιβάλλον με την μορφή της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας της γης (φαινόμενο θερμοκηπίου) και την όξινη βροχή.

Τα αποθέματα ενέργειας ελαττώνονται και η αναπλήρωση τους γίνεται με ρυθμό βραδύτερο από ότι η κατανάλωση τους, οδηγώντας έτσι την ανθρωπότητα σε σοβαρή κρίση. Η επίλυση των συγκεκριμένων προβλημάτων είναι αναγκαία περισσότερο σήμερα παρά ποτέ. Η ανάπτυξη των εναλλακτικών πηγών ενέργειας προβάλει ως ιδανική λύση στο ενεργειακό πρόβλημα. Οι εναλλακτικές πηγές ενέργειας δεν είναι καινούργια ανακάλυψη, αφού είχαν χρησιμοποιηθεί από την αρχαιότητα σε διάφορες εφαρμογές.

Από το σύνολο των στοιχείων που παρατέθηκαν ως τώρα προκύπτει αρκετά καθαρά ότι απαιτείται η χάραξη μίας ενεργειακής πολιτικής που να διασφαλίζει μεσοπρόθεσμα την απαραίτητη επάρκεια, να διαφυλάσσει όσο γίνεται περισσότερο τα συμβατικά καύσιμα και να μειώσει στο μέγιστο δυνατό βαθμό την περιβαλλοντική επιβάρυνση. Προκύπτει επομένως η επιτακτικότητα της διερεύνησης μίας διαφορετικής ενεργειακής, και όχι μόνο, πολιτικής που να συμπεριλάβει τη χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς αυτές εξ ορισμού πληρούν τις προϋποθέσεις μίας τέτοιας πολιτικής.

Η πρώτη ολοκληρωμένη πρόταση μίας τέτοιας ενεργειακής πολιτικής παρουσιάστηκε από τον πρωτοπόρο Amory Lοvins τον Οκτώβριο του 1976. Ο Lovins την αποκάλεσε "The soft path" ("Ο ήπιος δρόμος"). Η πολιτική αυτή, όπως την ανέλυσε ο Lovins, θα βασιζόταν στην εξοικονόμηση ενέργειας, στην μεσοπρόθεσμη χρήση πυρηνικής ενέργειας και στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αντιμετωπίστηκαν επί πολλά χρόνια με κάποια χροιά συγκατάβασης ως πεδίο εργασίας ελάχιστα ρεαλιστικών επιστημόνων ή ουτοπία περιθωριακών ομάδων οικολόγων. Στα χρόνια που μεσολάβησαν το κόμμα των «Πρασίνων-εναλλακτικών» αναρριχήθηκε στην κυβέρνηση της Γερμανίας και η «Λευκή Βίβλος για την Ενέργεια» της Ευρωπαϊκής Ένωσης προσδιόρισε υψηλούς στόχους για την ανάπτυξη των ΑΠΕ στην Ευρώπη. Υπό αυτήν την έννοια το γενικότερο κλίμα είναι σαφώς θετικό.

Η Δανία, η Ισπανία και η Γερμανία είναι μερικές από τις ευρωπαϊκές χώρες που υπερέχουν στη χωροθέτηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στην τεχνολογία κατασκευής του απαραίτητου τεχνολογικού και υλικού εξοπλισμού.

Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι οι χώρες αυτές κατέχουν περίπου το 65% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος από αιολικά πάρκα στην Ευρώπη. Θεωρητικά η αξιοποίηση στο μέγιστο βαθμό του αιολικού και ηλιακού δυναμικού των ευρωπαϊκών χωρών θα μπορούσε να καλύψει τις ανάγκες τους για ηλεκτρική ενέργεια.

Σημαντική είναι η ανάγκη μελέτης των αιολικών πάρκων στην ελληνική ύπαιθρο αλλά και φωτοβολταϊκών συστημάτων, τα οποία πλέον κερδίζουν έδαφος όλο και περισσότερο στην χώρα μας.

Σήμερα υπάρχουν οι παρακάτω τρόποι για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας:

• Παθητικά ηλιακά συστήματα
• Ενεργητικά ηλιακά συστήματα
• Φωτοβολταϊκά συστήματα.

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας

Με τον όρο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) ορίζονται οι ενεργειακές πηγές (ο ήλιος, το νερό, ο άνεμος κ.τ.λ.), που υπάρχουν σε αφθονία στο φυσικό περιβάλλον. Αποτελούν τις αρχικές πηγές ενέργειας που χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο ως τις αρχές του 20ου αιώνα οπότε έγινε πιο έντονη η χρήση των συμβατικών πηγών ενέργειας κυρίως του πετρελαίου.

Οι περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι γνωστές από τη στιγμή της εμφάνισης του ανθρώπου στον πλανήτη μας, ενώ έχουν χρησιμοποιηθεί με σημαντική επιτυχία και από τον άνθρωπο των αρχαιοτάτων ιστορικών χρόνων. Η χώρα μας έχει μεγάλη παράδοση χρήσης των ανεμόμυλων, λόγω της ιδιαίτερης γεωγραφικής μορφής της. Η σημερινή αξιοποίηση του εγχώριου αιολικού δυναμικού είναι ελάχιστη, ενώ οι παρεχόμενες τεχνικές και χρηματοδοτικές δυνατότητες είναι ενδιαφέρουσες.

Σε πολλές χώρες οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν εγχώρια πηγή ενέργειας με προοπτικές ανάπτυξης σε τοπικό και εθνικό επίπεδο. Η συνεισφορά των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο ενεργειακό ισοζύγιο είναι ιδιαίτερα σημαντική, γεγονός που οδηγεί στη μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο και τις άλλες μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, των οποίων το κόστος είναι αρκετά υψηλό. Επιπροσθέτως οι ΑΠΕ συμβάλλουν στην προστασία του περιβάλλοντος.

Οι κυριότερες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν ως εξής:

• Αιολική Ενέργεια
• Υδραυλική Ενέργεια
• Βιομάζα
• Ηλιακή Ενέργεια
• Γεωθερμική Ενέργεια
• Αστικά Απορρίμματα

Φωτοβολταικά

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο Φυσικό Αlexandre Edmond Becquerel το 1839, ο οποίος ανακάλυψε ότι μπορεί να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα όταν συγκεκριμένες κατασκευές εκτεθούν στο φως. Οι Αμερικάνοι Adams και Day το 1876 χρησιμοποιώντας έναν κρύσταλλο σεληνίου είχαν κάνει επίδειξη αυτού του φαινομένου. Η απόδοση σε αυτή την περίπτωση ήταν μόνο 1%.

Το 1905 ο Albert Einstein διατύπωσε την εξήγηση του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Το 1949 οι Αμερικάνοι Shockley, Bardeen και Brattain ανακάλυψαν το τρανζίστορ διευκρινίζοντας τη φυσική των p και n ενώσεων των ημιαγωγικών υλικών. Το πρώτο φωτοβολταϊκό κύτταρο με απόδοση κοντά στο 6% κατασκευάστηκε το 1956, ενώ αργότερα κατασκευάστηκε το φωτοβολταϊκό κύτταρο από πυρίτιο, το οποίο λειτούργησε με απόδοση του 10%. .

Η γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας στην εξερεύνηση του διαστήματος διάνοιξε εξαιρετικές προοπτικές για την χρήση φωτοβολταϊκών κυττάρων. Το 1958, 108 ηλιακά κύτταρα είχαν σταλεί στο διάστημα για δοκιμή. Η σύνδεση σε σειρά άρχισε αργότερα σε μικρότερο αριθμό. Το 1970 η ετήσια παραγωγή φωτοβολταϊκών πλαισίων για διαστημικές εφαρμογές ήταν 500m2. Η επίγεια χρήση ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του ΄70, παίρνοντας δυναμική από την πετρελαϊκή κρίση του 1973-74 και δίνοντας ερεθίσματα για την εκπόνηση πληθώρας ερευνητικών μελετών. Η προσπάθεια της επιστημονικής κοινότητας ήταν να μειωθεί το κόστος των φωτοβολταϊκών πλαισίων, με την εύρεση νέων φθηνότερων υλικών. (ΚΑΠΕ, 2007).

Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία , γνωστά ως «φωτοβολταϊκά» ή «Φ/Β», αποτελούν μια προσέγγιση υψηλής τεχνολογίας για την άμεση μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο όρος «φωτό» προέρχεται από το φως, το δε «βόλτ» οφείλεται στον Ιταλό φυσικό κόμη Alessandro Volta (1745-1827), ένα πρωτοπόρο στη μελέτη του ηλεκτρισμού, ο οποίος εφεύρε τη μπαταρία. Η ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου αποδίδεται στο Γάλλο φυσικό, Henry Becquerel, ο οποίος δημοσίευσε το 1839 μια εργασία του, όπου περιέγραφε πειράματα που έκανε με μια μπαταρία υγρού, στην διάρκεια των οποίων διαπίστωσε ότι η τάση του συσσωρευτή αύξανε όταν οι πλάκες από υγρό εκτίθενται στο ηλιακό φως.

Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια ήπια μορφή ενέργειας που συνεχώς κερδίζει έδαφος στην χώρα μας. Η Ελλάδα διαθέτει ηλιοφάνεια σε υψηλά ποσοστά, γεγονός που διευκολύνει την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για τη μετατροπή της σε ηλεκτρική. Η αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας γίνεται με τη χρήση της κατάλληλης τεχνολογίας.

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούν μια από τις εφαρμογές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο στη χώρα μας. Το φωτοβολταϊκό σύστημα μετατρέπει κατευθείαν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από πάνελ (ή πανέλο) (ένα ή περισσότερα) φωτοβολταϊκών στοιχείων και με τις απαραίτητες συσκευές και διατάξεις γίνεται η μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ένα Φ/Β στοιχείο είναι το 25% της ενέργειας που δέχεται, όμως συνήθως το ποσοστό είναι λιγότερο από 15%. Το παραπάνω συμβαίνει διότι το ηλιακό φως που πέφτει στο στοιχείο μεταφέρει διαφορετικά επίπεδα ενέργειας και κάποια από αυτά δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να μπορέσουν να ελευθερώσουν ηλεκτρόνια.

Τύποι φωτοβολταϊκών πλαισίων και κριτήρια επιλογής

1. Τύποι Φ/Β πλαισίων, σε σχέση με το βαθμό ενσωμάτωσης τους

• Τυπικά Φ/Β πλαίσια (πλαίσιο γυαλιού-ελασμάτων): Αποτελούν την πιο διαδεδομένη λύση σε εφαρμογές Φ/Β συστημάτων πάνω σε στέγες κτιρίων ή σε πολύ μεγάλες Φ/Β εγκαταστάσεις στην ύπαιθρο. Η κατασκευή τους βασίζεται σε μέθοδο πολυστρωμάτωσης,
• Ημιπερατά Φ/Β πλαίσια (κρυσταλλικά πλαίσια γυαλιού-γυαλιού): Τα πλαίσια αυτά επιλέγονται στις περιπτώσεις αρχιτεκτονικής ενσωμάτωσης, όχι μόνο λόγω του ιδιαίτερου σχεδιασμού τους, αλλά και γιατί μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μονωτικοί υαλοπίνακες,

1. Τύποι Φ/Β πλαισίων, σε σχέση με το υλικό κατασκευής τους

• Τεχνολογία κρυσταλλικού πυριτίου: Τα στοιχεία μονοκρυσταλλικού πυριτίου είναι τα πιο διαδεδομένα και κατασκευάζονται σε κυλίνδρους ανεπτυγμένου πυριτίου, με απόδοση που φτάνει το 26 % στο εργαστήριο και το 20% σε μαζική παραγωγή. Τα στοιχεία πολυκρυσταλλικού πυριτίου κατασκευάζονται από χυτό πυρίτιο και έχουν απόδοση περίπου 15%.
• Τεχνολογία λεπτού υμενίου -Thin film.

Προϋποθέσεις εγκατάστασης

Ανάλογα με την εφαρμογή που χρησιμοποιούνται, τα Φ/Β συστήματα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

1. Αυτόνομα.

Στην περίπτωση αυτή είναι απαραίτητη η αποθήκευση της ενέργειας σε μπαταρίες και η εγκατάσταση μετατροπέα του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο. Είναι ιδανικά για εξοχικές κατοικίες απομακρυσμένες από το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.

1. Συνδεδεμένα με το δίκτυο της ΑΗΚ.

Η παραγόμενη ενέργεια πωλείται στο δίκτυο. Δεν χρειάζεται η αποθήκευση της ενέργειας σε μπαταρίες, απαιτείται όμως η εγκατάσταση μετατροπέα. .

Για να εγκατασταθεί ένα Φ/Β σύστημα σε μία κατοικία θα πρέπει να πληρούνται κάποια κριτήρια. Τα πιο σημαντικά είναι η ηλιοφάνεια και η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας.

Τα βασικά μέρη ενός τυπικού Φ/Β συστήματος

Τα βασικά μέρη ενός τυπικού Φ/Β συστήματος:

• Φωτοβολταϊκό πλαίσιο

Είναι βασική μονάδα παραγωγής ρεύματος που αποτελείται από ορισμένο αριθμό Φ/Β στοιχείων, 10 έως 50 συνήθως, ενωμένων με κατάλληλες μεταλλικές επαφές και προστατευμένων εξωτερικά μέσω αντι-ανακλαστικής μεμβράνης και επικάλυψης γυαλιού.

• Μετατροπέας (inverter)

Μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια σε εναλλασσόμενο προκειμένου να γίνει συμβατό με τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών. Η μετατροπή του ρεύματος από συνεχές σε εναλλασσόμενο όμως, αποφέρει αρκετές απώλειες. Αυτό θα μπορούσε να αποφευχθεί εάν οι ηλεκτρικές συσκευές είχαν τη δυνατότητα να λειτουργήσουν με συνεχές ρεύμα.

• Ρυθμιστής τάσης

Ρυθμίζει και διατηρεί τη κανονική φόρτιση των μπαταριών από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Όταν η μπαταρία φτάνει στο στάδιο της υπερφόρτισης τότε ελαττώνεται ο χρόνος ζωής της. Για το λόγο αυτό ο ρυθμιστής τάσης ελαττώνει το ρεύμα που προσφέρουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια προς τη μπαταρία.

• Μπαταρία

Σε περίπτωση που το σύστημα είναι αυτόνομο, τότε απαιτείται η χρήση μπαταριών για την αποθήκευση του παραγόμενου ρεύματος που δεν καταναλώνεται άμεσα. Η μπαταρία προσφέρει με τη σειρά της την αποθηκευμένη ενέργεια, όταν δεν υπάρχει ηλιακό φως, κυρίως δηλαδή τις βραδινές ώρες..

Φωτοβολταϊκά Ενσωματωμένα στα Κτίρια

Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα θεωρείται ενσωματωμένο σε κτίριο όταν τα Φ/Β πλαίσια έχουν ενταχθεί στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό και η τοποθέτησή τους γίνεται παράλληλα με την κατασκευή του οικοδομήματος, με την ενσωμάτωση των Φ/Β πλαισίων στο κέλυφος του κτιρίου. Έτσι τα ΦΒΕΚ αποτελούν δομικό υλικό του κτιρίου, ενώ ταυτόχρονα λειτουργούν ως παραγωγοί καθαρού ηλιακού ηλεκτρισμού, με σημαντικό πλεονέκτημα την εξοικονόμηση κόστους τόσο υλικών όσο και ενέργειας.

Οι δυνατότητες ενσωμάτωσης είναι απεριόριστες, καθώς τα Φ/Β μπορούν να ενσωματωθούν σε οποιοδήποτε οικοδομικό έργο, από κτίρια υψηλής τεχνολογικής αισθητικής έως οικοδομήματα πολιτιστικής κληρονομιάς, σε νέα ή παλαιά κτίρια. Οι συνηθέστερες εφαρμογές αφορούν την ενσωμάτωση των Φ/Β σε:

• Στέγες
• Προσόψεις
• Στέγαστρα
• Φωταγωγούς.

Πλεονεκτήματα της ανάπτυξης των ΑΠΕ

Τα εγγενή πλεονεκτήματα από την ανάπτυξη των ΑΠΕ είναι πολλά:

• οι ΑΠΕ είναι πρακτικά ανεξάντλητες και η χρήση τους δεν ρυπαίνει το περιβάλλον,
• συμβάλλουν στη μείωση της εξάρτησης από τους εξαντλήσιμους συμβατικούς ενεργειακούς πόρους,
• είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας και της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού σε εθνικό επίπεδο,
• είναι γεωγραφικά διεσπαρμένες και οδηγούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος, δίνοντας τη δυνατότητα να καλύπτονται οι ενεργειακές ανάγκες σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο,
• οι επενδύσεις των ΑΠΕ δημιουργούν θέσεις εργασίας ιδιαίτερα σε τοπικό επίπεδο,
• έχουν συνήθως χαμηλό λειτουργικό κόστος, το οποίο επιπλέον δεν επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις της διεθνούς οικονομίας και ειδικότερα των τιμών των συμβατικών καυσίμων,
• μπορούν να αποτελέσουν σε πολλές περιπτώσεις πυρήνα για την αναζωογόνηση οικονομικά και κοινωνικά υποβαθμισμένων περιοχών και πόλο για την τοπική ανάπτυξη, και
• είναι φιλικές προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο και η αξιοποίησή τους είναι γενικά αποδεκτή από το κοινό.

Μειονεκτήματα της ανάπτυξης των ΑΠΕ

• το διεσπαρμένο δυναμικό τους είναι δύσκολο να συγκεντρωθεί σε μεγάλα μεγέθη ισχύος, να μεταφερθεί και να αποθηκευθεί,
• το κόστος επένδυσης ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος σε σύγκριση με τις σημερινές τιμές των συμβατικών καυσίμων είναι ακόμη υψηλό,
• για πολλές χώρες, οι ΑΠΕ έχουν χαμηλή πυκνότητα ισχύος και ενέργειας και συνεπώς για παραγωγή μεγάλης ισχύος απαιτούνται συχνά εκτεταμένες εγκαταστάσεις, και
• συχνά γίνεται λόγος για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των ΑΠΕ. Κύριες μορφές επιπτώσεων είναι η οπτική και ηχητική ρύπανση, οι επιπτώσεις στις χρήσεις γης γύρω από τις περιοχές εγκατάστασης των αιολικών πάρκων.

Πλεονεκτήματα Φωτοβολταικών

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν αρκετά πλεονεκτήματα με αποτέλεσμα να αυξάνεται συνεχώς η εγκατάσταση και χρήση τους. Μερικές από τις θετικές επιπτώσεις των Φ/Β συνοψίζονται στις εξής:

• Λειτουργούν αθόρυβα
• Δεν ελκύουν ρύπους και δεν παράγουν απόβλητα
• Παρέχουν αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής Μηδενικό κόστος παραγωγής ενέργειας και συντήρησης των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής
• Δυνατότητα επέκτασης ανάλογα με τις ανάγκες
• Δυνατότητα αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας στο δίκτυο ή σε συσσωρευτές
• Απαιτούν ελάχιστη συντήρηση
• Μπορούν να τοποθετηθούν και ενσωματωθούν εύκολα σε κτίρια ή σε ελεύθερα οικόπεδα χωρίς να δημιουργείται οπτική όχληση
• Προσφέρονται για καινοτόμες και δημιουργικές αρχιτεκτονικές εφαρμογές
• Απευθείας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμη και σε πολύ μικρή κλίμακα
• Μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία κατά τη λειτουργία λειτουργούν ως αποκεντρωμένες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής
• Υπάρχει δυνατότητα επέκτασης του συστήματος ανάλογα με τις ανάγκες, ενώ μπορούν να συνδυαστούν και με άλλες πηγές ενέργειας (υβριδικά συστήματα). Έτσι, αν η ζήτηση ενέργειας αυξηθεί υπάρχει η δυνατότητα αύξησης της παραγωγής.

Μειονεκτήματα Φωτοβολταικών

Μερικές από τις αρνητικές επιπτώσεις των Φ/Β συνοψίζονται στις εξής:

• Το πιο σημαντικό μειονέκτημα των Φ/Β συστημάτων είναι το υψηλό αρχικό κόστος επένδυσης, κυρίως λόγω του υψηλού κόστους των υλικών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους. Τα επόμενα χρόνια όμως αναμένεται να γίνουν ανταγωνιστικά, λόγω του ρυθμού μείωσης κόστους παραγωγής, και της αύξησης του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας.
• Απαιτούν συνήθως μεγάλο χώρο για την εγκατάστασή τους προκειμένου να επιτευχθεί ικανοποιητικό επίπεδο παραγωγής ενέργειας.
• Η παραγωγή ενέργειας επηρεάζεται από πιθανές νεφώσεις και τη ρύπανση του αέρα.
• Κατά τις νυχτερινές ώρες, δεν υπάρχει παραγωγή ενέργειας, επομένως για αυτόνομα συστήματα απαιτείται η χρήση συσσωρευτών.
• Τα Φ/Β πλαίσια παράγουν συνεχή τάση η οποία πρέπει να μετατραπεί σε εναλλασσόμενη (με τη χρήση αντιστροφέα). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας κατά 4-12%.
• Οι απόψεις για την αισθητική (οπτική) επίπτωση τους διίστανται, αν και σήμερα υπάρχει πληθώρα καινοτόμων υλικών που ικανοποιούν και τις πιο απαιτητικές αισθητικές παραμέτρους της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής. .

Παράγοντες που επιδρούν στην απόδοση των Φ/Β συστημάτων

Η συνολική παραγωγή ενέργειας από τα υβριδικά ΦΒ/Θ συστήματα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια, την θερμοκρασία περιβάλλοντος, η ταχύτητα του αέρα, η μάζα του εργαζόμενου μέσου, ο αριθμός των καλυμμάτων, η θερμική αγωγιμότητα του απορροφητή με το ρευστό. Ενώ ειδικά στην περίπτωση των ΦΒ/Θ συλλεκτών νερού επηρεάζουν και οι διαστάσεις της απορροφητικής πλάκας όπως η απόσταση μεταξύ των σωλήνων, η διάμετρος των σωλήνων και το πάχος. .

Περιβαλλοντικό όφελος

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά, μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα (CO2), συμβάλλοντας έτσι στον αγώνα κατά των κλιματικών αλλαγών. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των Φ/Β συστημάτων είναι ότι δεν εκπέμπουν CO2 κατά τη λειτουργία τους. Παρόλο που κατά το στάδιο της παραγωγής τους ευθύνονται για ένα μικρό ποσό εκπομπών, αυτό είναι σημαντικά μικρότερο από τις εκπομπές που αποφεύγονται με τη χρήση τους.

Φωτοβολταικά στην Ελλάδα

Η διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία στη χώρα μας κυμαίνεται σε υψηλά επίπεδα τόσο κατά τη καλοκαιρινή όσο και κατά την χειμερινή περίοδο.

Όλα τα πλεονεκτήματα όμως που προσφέρουν τα φωτοβολταϊκά συστήματα δεν στάθηκαν ικανά μέχρι σήμερα να απογειώσουν την αγορά των φωτοβολταϊκών και παρά το γεγονός ότι η Ελλάδα είναι η πιο πλούσια χώρα της Ευρώπης σε ηλιοφάνεια κατατάσσεται μεταξύ των τελευταίων στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων.

Αιτία το σχετικά υψηλό κόστος συγκριτικά με τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Η αγορά Φ/Β θα ευδοκιμήσει όταν πέσει το κόστος τους, αλλά για να πέσει το κόστος χρειάζεται μια οικονομία κλίμακας, δηλαδή μια σχετικά δυναμική αγορά.

Προσπαθώντας να ενισχύσουν την χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων και στην χώρα μας, έχουν ήδη ξεκινήσει σημαντικά προγράμματα ενίσχυσης των Φ/Β, με γενναίες επιδοτήσεις τόσο της αγοράς και εγκατάστασης Φ/Β, όσο και της παραγόμενης ηλιακής κιλοβατώρας.. Έτσι λοιπόν, στην Ελλάδα, τον Ιούνιο του 2006 ψηφίστηκε νέος νόμος που ενισχύει σημαντικά την ενέργεια που παράγεται από φωτοβολταϊκά και τροφοδοτείται στο δίκτυο. Λόγω αυτών των ευνοϊκών κινήτρων που δίνονται τόσο σε ιδιώτες, αλλά κυρίως στις επιχειρήσεις που σκοπεύουν να επενδύσουν στην παραγωγή ηλιακής ενέργειας έχουν αυξήσει το επενδυτικό ενδιαφέρον σε έναν κλάδο, ο οποίος μέχρι πρότινος βρισκόταν στο περιθώριο έναντι άλλων εναλλακτικών μορφών ενέργειας όπως η αιολική. Συγκεκριμένα επιδοτείται αρχική εγκατάσταση σε ποσοστό από 30% έως 55% της αξίας του συστήματος, ενώ επιδοτούμενο είναι και το επιτόκιο σε περίπτωση δανεισμού.

Το σημαντικότερο κίνητρο όμως για επενδύσεις είναι ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των φωτοβολταϊκών συστημάτων θα μπορεί να πωλείται στη ΔΕΗ εγγυημένα για μία 20ετία σε τιμή η οποία θα αναπροσαρμόζεται με βάση τον πληθωρισμό ή τις αυξήσεις των τιμολογίων της ΔΕΗ. Το νέο νομοθετικό πλαίσιο εγγυάται γρήγορη απόσβεση των επενδύσεων και σημαντικά κέρδη.

Ευρωπαϊκή Νομοθεσία για τις Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Η ΕΕ έχει μεγάλα σχέδια για το μέλλον στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, και πολλή προσοχή έχει κατευθυνθεί προς την παραγόμενη αιολική ενέργεια, με τα έθνη όπως Αγγλία και η Γερμανία να ανοίγουν το δρόμο παράγοντας το μέγιστο δυνατό από την αιολική ενέργεια στην Ευρώπη. Για αυτόν τον λόγο, το πιο πρόσφατο πλάνο της ευρωπαϊκής επιτροπής για να μειώσει τη εκπομπή άνθρακα με την επένδυση ενός μεγάλου μέρους των 50 δισεκατομμύριο ευρώ στην έρευνα και την ανάπτυξη της ηλιακή ενέργεια.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα πάνω στο οποίο δουλεύει η NREL (εθνικό εργαστήριο ανανεώσιμης πηγής ενέργειας) είναι το πώς θα αποθηκεύσουν μέρος της θερμότητας που παράγεται όσο υπάρχει το φως της μέρας, προκειμένου αυτή να απελευθερωθεί αργότερα. Το 2008, το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής ηλιακής ενέργειας για εμπορική χρήση με δυνατότητα αποθήκευσης της θερμότητας άνοιξε κοντά στο Γκουαδίς της Ισπανίας, ανατολικά της Γρανάδας. Στη διάρκεια της μέρας, το φως του ήλιου από μια έκταση με κάτοπτρα χρησιμοποιείται για τη θέρμανση τιγμένου άλατος.

Οι καλές προθέσεις είναι πάντα ευπρόσδεκτες, δεν αρκούν όμως για να ανατρέψουν μία πραγματικότητα που όλοι συμφωνούν πως πρέπει να αλλάξει. Γι’ αυτό και η στοχοθέτηση και οι κανονιστικές διατάξεις με αυστηρά χρονοδιαγράμματα αποτελούν μια ουσιαστική εγγύηση για να μπορέσουμε να έχουμε πρακτικά αποτελέσματα. Στην κατεύθυνση αυτή κινείται και η κοινοτική οδηγία 2001/77 «Για την προώθηση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) στην εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας».

Στην εσωτερική αγορά ηλεκτρισμού της Ε.Ε. στρατηγικός στόχος είναι η δημιουργία ενός πλαισίου για τη σημαντική αύξηση μεσοπρόθεσμα του προερχόμενου από ανανεώσιμες πηγές ηλεκτρισμού στην Ε.Ε και η διευκόλυνση της πρόσβασης του σε αυτόν (εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας). .

Η προώθηση του ηλεκτρισμού από ΑΠΕ αποτελεί πρώτη προτεραιότητα. Η Λευκή Βίβλος για τις ΑΠΕ του 1997 ανέδειξε τον καίριο ρόλο τους σε σχέση με την ασφάλεια της τροφοδοσίας, για την απασχόληση και το περιβάλλον, και πρότεινε έναν ενδεικτικό στόχο διπλασιασμού του μεριδίου των ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο της Ε.Ε από 6 σε 12% μέχρι το 2010. Ο στόχος αυτός επικυρώθηκε από το Συμβούλιο το 1998. Ειδικότερα όσον αναφορά τα περιβαλλοντικά ζητήματα, η αυξημένη χρήση ηλεκτρισμού από ΑΠΕ θα αποτελέσει ένα σημαντικό τμήμα των δράσεων που θα απαιτηθούν ώστε να εκπληρωθούν οι δεσμεύσεις που υιοθετήθηκαν από την Ε.Ε στο Κιότο σχετικά με την μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου.

Τα κυριότερα μέτρα για την αντιμετώπιση του φαινομένου είναι η εξοικονόμηση ενέργειας, η αύξηση της ενεργειακής απόδοσης, η αξιοποίηση των καθαρών πηγών ενέργειας, η προστασία των δασών και ο περιορισμός των αερίων ρύπων. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τελευταία δέκα χιλιάδες χρόνια δεν παρατηρήθηκαν θερμοκρασιακές αλλαγές άνω του ενός βαθμού κελσίου μέσα σε ένα αιώνα. Τον 20ο αιώνα παρατηρήθηκε αύξησης της θερμοκρασίας κατά 0,4 - 0,8 βαθμούς κελσίου. Η δεκαετία 1990 - 2000 θεωρείται η θερμότερη για το βόρειο ημισφαίριο και ο Αύγουστος του 2003 ήταν ο θερμότερος στην Ευρώπη προκαλώντας μεγάλο αριθμό θανάτων

Οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις φωτοβολταικών πάνελ βρίσκονται στην Ισπανία, που όπως και η Γερμανία έχει επενδύσει τεράστια ποσά στην ηλιακή ενέργεια. Ο συμπιεσμένος αέρας αξιοποιούνταν στη Γερμανία επί δεκαετίες για την αποθήκευση του φτηνότερου νυχτερινού ρεύματος των συμβατικών εργοστασίων ηλεκτροπαραγωγής, προκειμένου να χρησιμοποιείται τη μέρα, τις ώρες αιχμής. Σε ένα εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής με ηλιακή ενέργεια, η διαδικασία θα αναστρεφόταν: όταν χρειαζόταν ηλεκτρισμός τη νύχτα, η συσσωρευμένη ενέργεια από της ώρες της ηλιοφάνειας θα απελευθερωνόταν, για τη λειτουργία μιας τουρμπίνας.

Επίλογος

Στην Ελλάδα, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στηρίζεται κατά το μεγαλύτερο ποσοστό της στους μεγάλους θερμοηλεκτρικούς και υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Στη συνέχεια, ακολουθούν οι εγκαταστάσεις αιολικών πάρκων με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 922,61 MW συνεισφέροντας 231,08 MWh στο ελληνικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας.

Συνεπώς, γίνεται αντιληπτό ότι η ανάπτυξη των Φ/Β συστημάτων βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο στη χώρα, και υπάρχει περιθώριο για περαιτέρω αύξηση του δυναμικού της σε Φ/Β μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Εξετάζοντας τα φωτοβολταϊκά θερμικά (ΦΒ/Θ) συστήματα μέσα από τις δημοσιεύσεις προέκυψε ότι υπάρχουν πολλά τέτοια συστήματα που διαφοροποιούνται ανάλογα με τις διατάξεις των συστημάτων αυτών.

Το μέλλον της παραγωγής από Φ/Β στην ΕΕ φαίνεται ότι θα είναι τα αποκεντρωμένα και ολοκληρωμένα συστήματα στα κτίρια και σε εγκαταστάσεις πολλαπλής χρήσης ή θα αναπτυχθούν έτοιμα σετ Φ/Β. Τα Φ/Β είναι ελκυστικά στις αστικές περιοχές, όπου ο χώρος είναι περιορισμένος. Ακόμα και σήμερα, τα Φ/Β έχουν απαγορευτικό κόστος για τις εκτός δικτύου περιοχές.

Γενικά, εκτός και αν η τιμή τους ελαττωθεί γρήγορα, τα Φ/Β είναι απίθανο να έχουν μεγάλη συμμετοχή στο ενεργειακό ισοζύγιο, τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα. Όμως, θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην παραγωγή ηλεκτρισμού σε ειδικές τοπικές περιπτώσεις. Παρόλα αυτά, το θεωρητικό δυναμικό τους είναι εξαιρετικά ενδιαφέρον για την ασφάλεια της παροχής σε μακροπρόθεσμο ορίζοντα, γεγονός το οποίο αντανακλάται από το ενδιαφέρον που δείχνουν ενεργειακοί φορείς.

Τα κυριότερα συστήματα είναι τα ακόλουθα :

• ΦΒ/Θ σύστημα νερού χωρία κάλυμμα
• ΦΒ/Θ σύστημα νερού με κάλυμμα
• ΦΒ/Θ σύστημα με διάχυτο ανακλαστήρα χωρίς γυάλινο κάλυμμα
• ΦΒ/Θ σύστημα νερού με διάχυτο ανακλαστήρα και με γυάλινο κάλυμμα. .

Πηγές

• ΕΘΝΟΣ 22/5/07 Απόσπασμα από την εφημερίδαστο άρθρο για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας
• Ζερβός Α., 2005, «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας», Πολυτεχνιακές Εκδόσεις, Αθήνα
• Καλδέλλης Κ. Ι., 2005, «Διαχείριση της Αιολικής Ενέργειας», Αθήνα, εκδόσεις Αθ.

Σταμούλης

• ΚΑΠΕ, Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, 2007, «Γενικές Πληροφορίες για Φωτοβολταϊκά Συστήματα»
• ΚΑΠΕ, 2006, « Εγχειρίδιο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για δυνητικούς χρήστες», Αθήνα, εκδόσεις ΚΑΠΕ
• Καραγκάκης Κ., 1992, «Φωτοβολταϊκή Τεχνολογία», Εκδόσεις Συμμετρία, Αθήνα
• Μανώλογλου Ε., Τσάρτας Π., Μάρκου Α., Μεϊδάνης Β,2002, «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας: Κοινωνικές, οικονομικές, περιβαλλοντικές επιδράσεις», Αθήνα, εκδόσεις ΙΑΑΚ – ΕΚΚΕ
• Μιμικέλλη Π., Νιφόρου Σ., Ορφανού Σ, 2003, «Αιολική ενέργεια στη νότια Εύβοια» Αθήνα, ΤΕΙ Αθήνας
• Πήτας Χ, 2008, «Στρατηγική μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων του χωροταξικού σχεδιασμού αειφόρου ανάπτυξης για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στην περιφέρεια Ηπείρου», Εφαρμογή γεωγραφικού πληροφοριακού συστήματος, Αθήνα, ΕΜΠ – ΜΠΓ
• Σαμολάδας Χρήστος, 2008, «Ενσωμάτωση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων σε Κτίριο» Διπλωματική εργασία, Τμήμα Ηλεκτρ. Μηχανικών & Μηχ. Υπολ., ΑΠΘ, Θεσσαλινίκη.
• Σύνδεσμος Εταιρειών Φωτοβολταϊκών, 2008, «Φωτοβολταϊκά ένας πρακτικός οδηγός» Αθήνα εκδόσεις ΣΕΦ
• Τσάλτας Ι. Γ., Πλατιάς Χ, 2010, «Ευρωπαϊκή Ένωση και Περιβάλλον Ανατομία μιας κοινής ευρωπαϊκής πολιτικής» Αθήνα, εκδόσεις Ι. Σιδέρης
• Φιλιππάκη, 2008, «Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και η εξοικονόμηση ενέργειας ως τρόποι αντιμετώπισης των κλιματικών αλλαγών» Αθήνα
• Φραγκιαδάκης Ι.Ε., 2006, «Φωτοβολταϊκά Συστήματα», Εκδόσεις ΖΗΤΗ, Δεύτερη έκδοση, Θεσσαλονίκη
• Ψωμάς Σ., Σύμβουλος Συνδέσμου Εταιριών Φωτοβολταϊκών, 2006, «Η αγορά φωτοβολταϊκών. Τάσεις και προοπτικές», Σύνδεσμος Εταιριών Φωτοβολταϊκών
• Bert J.M. de Vriesa, Detlef P. van Vuurenb, Monique M. Hoogwijk, 2007, «Renewable energy sources: Their global potential for the first-half of the 21st century at a global level: An integrated approach», pp. 1-21
• Brian C. O’Regan, Ismael Lo´pez-Duarte, M. Victoria Martı´nez-Dı´az, Amparo Forneli, Josep Albero, Ana Morandeira, Emilio Palomares, Toma´s Torres, and James R. Durrant, 2007, «Catalysis of Recombination and Its Limitation on Open Circuit Voltage for Dye Sensitized Photovoltaic Cells Using Phthalocyanine Dyes», pp. 1-2
• Bosanac M., Soerensen B., Katic I., Soerensen H., Nielsen B., Badran J., «Photovoltaic/thermal solar collectors and their potential», Report EFP,2003.
• Charalabous P.G., Maidment G., Kalogirou S.A., Yiakoumetti K., 2007, «Photovoltaic thermal (PV/T) collectors: a review», Appl. Thermal Engineering, p.p 275-286.
• Chow T.T., 2003, «Performance analysis of photovoltaic-thermal collector by explicit dynamic model», Solar Energy, 75, p.p 143-152.
• Chun Xian Guo, Hong Bin Yang, Zhao Min Sheng, Zhi Song Lu, Qun Liang Song, and Chang Ming Li, 2010, «Layered Graphene/Quantum Dots for Photovoltaic Devices», pp.1-4
• European Commission, 1997, «Energy for the future: Renewable Sources of Energy», European Commission for a community strategy and Action Plan
• H. Lund, B. V. Mathiesen, 2007, «Energy System Analysis of 100 Per cent Renewable Energy Systems The Case of Denmark year 2030 and 2050», pp.1-14
• Henrik Lund, 2005, «enewable Energy Strategies for Sustainable Development», pp.1-14
• Jianhui Hou, Hsiang-Yu Chen, Shaoqing Zhang, Gang Li, and Yang Yang, 2008, «Synthesis, Characterization, and Photovoltaic Properties of a Low Band Gap Polymer Based on Silole-Containing Polythiophenes and 2,1,3-Benzothiadiazole», pp. 1-3.
• Jenny Nelson, 2003, «Organic photovoltaic films», pp. 1-9
• Kevin M. Coakley and Michael D. McGehee, 2004, «Conjugated Polymer Photovoltaic Cells», pp.1-10
• Kristin L. Mutolo, Elizabeth I. Mayo, Barry P. Rand, Stephen R. Forrest, and Mark E. Thompson, 2006, «Enhanced Open-Circuit Voltage in Subphthalocyanine/C60 Organic Photovoltaic Cells», pp. 1-2
• Lansier F., Ang T.G., 1990, «Photovoltaic engineering handbook», Adam Higler
• Philippe Menanteau, Dominique Finon, Marie-Laure Lamy, 2003, «Prices versus quantities: choosing policies for promoting the development of renewable energy», pp. 2-13
• S.A. Abbasi, Naseema Abbasi, 1999, «The likely adverse environmental impacts of renewable energy sources», pp.1-24
• Sandnes B., Rekstad J., 2002, «A photovoltaic / thermal (PV/T) collector with a polymer absorber plate. Experimental study and analytical model» Solar Energy, 72, p.p 63-73.
• Tripanagnostopoulos Y., Nousias T., Souliotis M., Yianoulis P., 2002, «Hybrid Photovoltaic/Thermal solar system», Solar Energy, 72, pp. 217-234.
• Zondag H.A., van Helden W.G.J., 2002, «Stagnation temperature in PV/T collectors», Conference PV in Europe