ΑΠΕ Φωτοβολταϊκά Συστήματα Φ/Β

Η ήπια μορφή ενέργειας, που σε λίγο θα μας περιβάλλει

1. Ιστορικό των Φ/Β της ΔΕΗ ΑΕ

Οι δραστηριότητες για την αξιοποίηση του ηλιακού δυναμικού, άρχισαν το 1977. Η πρώτη εγκατάσταση Φ/Β σταθμού έγινε το 1982 στην Αγία Ρουμέλη της Νότιας Κρήτης, η δε εγκατεστημένη του ισχύς ήταν 50 kWp. O Φ/Β σταθμός το 1989 διέκοψε τη λειτουργία του.

Το 1983, συνεχίζοντας το πρόγραμμά της ΔΕΗ/ΔΕΜΕ (Δ/νση Εναλ. Μορφών Ενέργειας), εγκατέστησε ένα σταθμό ισχύος 100 kWp στην Κύθνο, ο οποίος λειτουργεί μέχρι σήμερα παραλληλισμένος με τον αυτόνομο σταθμό παραγωγής του νησιού. Σήμερα ο σταθμός αποτελεί τμήμα υβριδικού συστήματος, συμβάλλοντας στην αύξηση της αξιοπιστίας του συστήματος αυτού.
Οι δραστηριότητές ΔΕΗ ΑΕ στην ανάπτυξη των Φ/Β, μέχρι το 1988:

• 20 kWp στη Γαύδο
• 25 kWp στους Αρκούς
• 25 kWp στα Αντικύθηρα

Αναπηρικό Κάθισμα με Φ/Β ΤΕΙ Πειραιά

Οι παραπάνω σταθμοί αρχικά ήταν εξοπλισμένοι με συσσωρευτές, στη συνέχεια κάποιοι από αυτούς συνδέθηκαν με τους Τοπικούς Σταθμούς Παραγωγής, όπως ο Φ/Β σταθμός της Σίφνου ισχύος 60 kWp που εγκαταστάθηκε μετά το 2001. Με τα έργα αυτά ολοκληρώθηκε η εγκατάσταση 70 μεμονωμένων μονάδων σε 24 πολύ μικρά και απομονωμένα νησιά.

Η ηλ. ενέργεια στις περιοχές αυτές παρεχόταν δωρεάν ή με ελάχιστο συμβολικό τίμημα, όπως δωρεάν παρέχονταν και ψυγεία, τηλεοράσεις και λαμπτήρες χαμηλής κατανάλωσης.

Παρά τα μεγάλα πλεονεκτήματα που αναμφισβήτητα διαθέτει η τεχνολογία αυτή δηλ. ότι:

• είναι αξιόπιστη πηγή ενέργειας,
• δεν εκπέμπει ρύπους,
• δεν έχει κινητά μέρη,
• είναι αθόρυβη,
• οι εγκαταστάσεις της δεν προβάλλονται στον ορίζοντα ούτε ενοχλούν αισθητικά, κά.

η τεχνική των Φ/Β δεν είχε, ως τώρα, πολύ εκτεταμένη εφαρμογή. Αυτό οφείλεται σε δύο βασικά μειονεκτήματά της:

• Απαιτεί για την εγκατάστασή της μεγάλες ελεύθερες επιφάνειες και
• Το κόστος προμήθειας του εξοπλισμού είναι υψηλό.

2. ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ Φ/Β (Solar Cells)

Κατοικία με ενσωματωμένα Φ/Β στοιχεία
στην οροφή

Αρχή λειτουργίας είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, δηλ. η παραγωγή μικρών τάσεων DC, με την επιβολή ηλιακής ακτινοβολίας σε μία ειδική ηλεκτρονική δίοδο, τύπου P-N. Στην επαφή P-N αναπτύσσεται φράγμα δυναμικού, από ηλεκτρόνια και οπές, και η σχηματιζόμενη «δίοδος» επαφή άγει μόνο με εξωτερική πηγή, στην περίπτωση μας ηλιακή ακτινοβολία. Το ηλιακό φως είναι, ουσιαστικά, μικρά πακέτα ενέργειας (φωτόνια).

Τα φωτόνια περιέχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος του ηλιακού φάσματος. Όταν λοιπόν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο (που είναι ουσιαστικά ένας “ημιαγωγός”), άλλα ανακλώνται, άλλα το διαπερνούν και άλλα απορροφώνται από το φωτοβολταϊκό. Αυτά τα τελευταία φωτόνια είναι που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φωτόνια αυτά αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια του φωτοβολταϊκού να μετακινηθούν σε άλλη θέση, δηλαδή παράγοντας ρεύμα. Από τη φύση της όμως η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία αξιοποιείται μόνο σε ποσοστά ως 15%.

3. ΟΡΟΛΟΓΙΑ – ΤΥΠΟΙ ΚΑΙ ΜΕΡΗ Φ/Β

Φ/Β [Αγγλικός Όρος- Photovoltaic / PV] Ορίζεται ως στοιχείο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με μετατροπή ηλιακής ακτινοβολίας

Διασυνδεδεμένο σύστημα
στου Ζωγράφου
(φωτο: PHOTOVOLTAIC)

Ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών στο κτίριο
Χημικών Μηχανικών του Ε.Μ.Π.
(φωτο: Όμιλος Εταιριών ΓΕΡΜΑΝΟΣ)

3.1 Τύποι Φ/Β:
Άμορφου Πυριτίου Βαθμός Απόδοσης. Παρά τη χαμηλή απόδοση, τάξης 8%, βολεύουν επειδή είναι φθηνά και επειδή προσαρμόζονται εύκολα σε επιφάνειες (στέγες κλπ)
Μονοκρυσταλλικά Βαθμός Απόδοσης, ως 15%
Πολυκρυσταλλικά Βαθμός Απόδοσης, ως 15% (πιο ακριβά, χρησιμοποιούνταν για δορυφόρους κλπ, τώρα και για μαζική χρήση

3.2 Μέρη ενός Φ/Β συστήματος:
Πλαίσια (Συλλέκτες κλπ]
Μετατροπέας [μετατροπή συνεχούς ρεύματος (D/C) σε εναλλασσόμενο (A/C), αναφερόμενη και ως DAC] σε συνδυασμό με μετασχηματισμό σε άλλη τάση (π.χ από 48 V DC σε 230 V ΑC] συνήθης ονομασία ολικά «inverter»
Μπαταρίες (αν το σύστημα κάνει και αποθήκευση ηλ. Ενέργειας)
Ρυθμιστής
Καλώδια

Αναμεταδότες με Φ/Β

3.3 Οι συνδυασμοί των Φ/Β χωρίζονται σε:

1. Απλό ή ανεξάρτητο Φ/Β σύστημα – Όχι σύνδεση με ΔΕΗ ΑΕ (δεν επιτρέπεται στην Ελλάδα, προς το παρόν / Εξαιρούνται τα μεμονωμένα Φάροι κλπ)
2. Φ/Β σύστημα με αποθήκευση σε μπαταρίες
3. Φ/Β σύστημα συνδεδεμένο με το δίκτυο ΔΕΗ ΑΕ
4. Φ/Β σύστημα σε επίπεδο εργοστασίου παραγωγής ενέργειας
5. Μεικτό / Υβριδικό σύστημα (συνδυασμός με αιολικό, Η/Ζ κλπ)

Τα μεγάλα Φ/Β συστήματα απαιτούν:

• Καλωδίωση, αποθήκευση ενέργειας, σύστημα ελέγχου
• Ειδική εγκατάσταση
• Service και συντήρηση
• Ενεργειακές μελέτες
• Διαχείριση και ανάπτυξη έργου
• Συμβουλευτικές υπηρεσίες για την αξιοποίηση

Άποψη του Φ/Β από επάνω

3.4 Οικονομικά: Το σταθερό κόστος της ενέργειας δεν μειώνεται από την χρήση ΑΠΕ (π.χ Φ/Β), το μεταβλητό όμως επηρεάζεται έντονα, όπως και η «πίστωση» ισχύος των συμβατικών σταθμών (περιορισμός του χρόνου λειτουργίας τους).

Στη Γερμανία η τιμολόγηση είναι 56 cents /KWh, και πρόσφατα στην Ελλάδα 0,4-0,5 €/KWh

Αυτόνομο Φ/Β σύστημα στο όρος Δίρφη

4. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Φ/Β ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ

4.1 Εφαρμογές στην Ελλάδα, μέχρι τώρα (πλην ΔΕΗ ΑΕ):

Βενζινάδικο στη Βάρη Αττικής με Φ/Β

Ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών
στο σταθμό του μετρό
στο αεροδρόμιο Ελευθέριος Βενιζέλος
(φωτο: ECOSUN)

Ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών
σε πολυκατοικίες στον Ταύρο

Εγκατάσταση στην Αυστραλία

Associated Press: Απεικόνιση του
Googleplex στον υπολογιστή με τους
ηλιακούς συλλέκτες εγκατεστημένους

Σεβίλη: Η πρώτη μονάδα περιλαμβάνει
624 κινούμενα κάτοπτρα με επιφάνεια
121 τμ το καθένα, σε έκταση
700 στρεμμάτων

• Μικρές καταναλώσεις 100-300W, σε αναμεταδότες ΟΤΕ, φάρους του Ναυτικού, Μετεωρολογικούς Σταθμούς, αριθμομηχανές χεριού (calculators), ρολόγια κλπ. Υπάρχει διεθνώς επέκταση μικρο-εφαρμογών σε απομακρυσμένα σημεία, ηλεκτροβάνες ON/OFF αυτοματισμών για στάνες, άναμμα μικρολαμπτήρων κλπ.
• Μεγάλες εγκαταστάσεις λειτουργούν: στο ΚΑΠΕ (Κέντρο Αναν Πηγών Ενέργειας), Πανεπιστημιούπολη Ζωγράφου, στο Άγιο Όρος, σε σχολεία, στο Ολυμπιακό Κωπηλατοδρόμιο
• Σκάφη, τροχόσπιτα, αγροικίες, εργοστάσια, ξενοδοχεία, νοσοκομεία
• Αφαλάτωση, άντληση, ιχθυοκαλλιέργειες
• Για καθοδική αντιδιαβρωτική προστασία σε μεταλλικούς αγωγούς

O φορέας των Φ/Β στην Ελλάδα είναι ο ΣΕΦ, Σύνδεσμος Εταιρειών Φ/Β.

4.2 Παραδείγματα εφαρμογών, στην Ελλάδα και στον κόσμο
Όλες οι αναπτυγμένες χώρες, έχουν ξεκινήσει τεράστια προγράμματα εφαρμογής Φ/Β, στα πλαίσια μείωσης της ρύπανσης και συμμόρφωσης με τη συνθήκη του Κυότο (αντιμετώπιση φαινομένου θερμοκηπίου – υπερθέρμανσης του πλανήτη). Υπάρχουν σ’ όλη την Ευρώπη προγράμματα «Πράσινων στεγών», παραγωγή από Φ/Β ηλ. ενέργειας ή τουλάχιστον χρήση ηλιακών θερμοσιφώνων ζεστού νερού. Για την ΕΕ υφίσταται υποχρέωση ως το 2012 να προέρχεται το 20% από ΑΠΕ. Ο ελληνικός λιγνίτης απειλείται με πρόστιμα.

4.3 Η κατάσταση διεθνώς
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΜΕΓΑΛΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
α) Η κυβέρνηση της Αυστραλίας ξεκίνησε πρόγραμμα 500 εκατ. Δολαρίων. Η χώρα είναι ο μεγαλύτερος εξαγωγέας λιθάνθρακα στον κόσμο και πρώτη χώρα στην κατά κεφαλή εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα, έχει αρνηθεί να υπογράψει το Πρωτόκολλο του Κιότο, τη διεθνή συμφωνία για την καταπολέμηση του φαινομένου του θερμοκηπίου. το εργοστάσιο κοντά στην πόλη Μιλντούρα της Βικτόρια θα είναι η μεγαλύτερη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση στον κόσμο, με ισχύ 154 Megawatt. Θα αρχίσει να λειτουργεί το 2008 και θα ολοκληρωθεί το 2013.

β) Η Google Inc. USA, ανακοίνωσε ότι θα εγκαταστήσει στα κεντρικά της γραφεία στην Καλιφόρνια το μεγαλύτερη σύστημα ηλιακής ενέργειας που έχει εγκατασταθεί ποτέ σε εργασιακό χώρο στις ΗΠΑ.

Το φωτοβολταϊκό σύστημα θα καλύπτει έως και το 30% των αναγκών στο συγκρότημα των 93.000 τ.μ. Η εταιρεία ανακοίνωσε το σχέδιο τη Δευτέρα, στη διάρκεια συνεδρίου για την ηλιακή ενέργεια στη Σίλικον Βάλεϊ. Εκτίμησε ότι οι ηλιακοί συλλέκτες που θα εγκατασταθούν στα αρχηγεία του Μάουντεν Βιου, έξω από το Σαν Φρανσίσκο, θα έχουν ισχύ 1,6 Megawatt, αρκετή για να τροφοδοτούν με ηλεκτρικό ρεύμα 1.000 καλιφορνέζικα σπίτια.

γ) Η Ισπανία θα κατασκευάσει το μεγαλύτερο θερμοηλιακό σταθμό στην Ευρώπη με τον ήλιο της Ανδαλουσίας

(Εκτός από τα μικρά Φ/Β, τύπου πλαισίου, υπάρχουν μεγαλύτεροι Φ/Β σταθμοί, π.χ ηλιακά πάρκα με κάτοπτρα και συλλέκτη στην κορυφή πύργου κλπ)

Νίκος Τακόλας ntakolas@gmail.com
Ομάδα Ενεργειακού – της παράταξης ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ- ΑΛΛΗΛΕΓΓΥΗ