ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ"

Transcript

1 Α.Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Σπουδαστές: Ναλπαντίδης Δημήτριος Νένος Ευθύμιος Επιβλέπων: Κονιτόπουλος Γεώργιος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περίληψη... 4 Πρόλογος... 5 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Τι είναι Ενέργεια Μορφές Ενέργειας Κινητική και Δυναμική Ενέργεια Ηλεκτρική Ενέργεια Πυρηνική Ενέργεια Θερμική Ενέργεια Χημική Ενέργεια Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια Γενικά Η ηλιακή ακτινοβολία και η ανάλυση της Τρόποι αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας Παθητικά ηλιακά συστήματα Ενεργητικά ηλιακά συστήματα Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Εισαγωγή Φωτοβολταϊκά στοιχεία Φωτοβολταϊκά κύτταρα ή φωτοβολταϊκές κυψέλες Φωτοβολταϊκά πλαίσια Τα είδη και τα εξαρτήματα των Φ/Β με την ορολογία τους Είδη φωτοβολταϊκών στοιχείων Εφαρμογές φωτοβολταϊκών στοιχείων Εφαρμογές Φ/Β στοιχείων στην καθημερινότητα Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Τα Φ/Β συστήματα στην Ελλάδα Η εγκατεστημένη ισχύς στην Ελλάδα Παράγοντες που συντελούν στην ανάπτυξη των Φ/Β συστημάτων στην Ελλάδα. 53 i

3 3.5 Φωτοβολταϊκά συστήματα και περιβάλλον Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Εισαγωγή Δυνατότητες εφαρμογής Φ/Β συστημάτων σε κτίρια Δομή και κατηγοριοποίηση διασυνδεδεμένων Φ/Β συστημάτων σε κτίρια Διασυνδεδεμένα κτιριακά Φ/Β συστήματα υπό το καθεστώς Ανεξάρτητου Παραγωγού Διαμόρφωση της σύνδεσης με βάση τη μέγιστη ισχύ της Φ/Β εγκατάστασης Προσανατολισμός των πλαισίων Προβλήματα σκιασμών Στήριξη Επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών μετατροπέων Τεχνική Ανάλυση Κατασκευής Φωτοβολταϊκού Σταθμού επί Στέγης στη Βι.Πε. Σερρών Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί εδάφους Τεχνική Ανάλυση Κατασκευής Φωτοβολταϊκού Σταθμού με κινητές βάσεις (Trackers) ισχύος 99,9 kwp Πολεοδομικά στοιχεία Αδειοδότηση Συστήματα ως 10 kwp σε στέγες κτιρίων Οικιακοί Παραγωγοί Μικρές Επιχειρήσεις Φωτοβολταϊκά Συστήματα σε Βιομηχανικές Στέγες (>10kWp) Φωτοβολταϊκά Συστήματα επί εδάφους Παλιές Αιτήσεις (Ν.3468) Γενικά Αδειοδοτικά Περί κατασκευής φωτοβολταϊκών συστημάτων σε γαίες υψηλής παραγωγικότητας Περί Συμβάσεως Αγοραπωλησίας Φωτογραφικό Υλικό Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί στέγης Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί εδάφους σε κινητές βάσεις-trackers Κεφάλαιο 5: Οικονομικά Στοιχεία Γενικά Κόστος ενός Φ/Β συστήματος Κόστος Φ/Β συστημάτων Πόσο κοστίζει το ηλιακό σπίτι ii

4 5.5 Κόστος κατασκευής & δανειοδότηση Φ/Β συστημάτων Case Study Οικονομικής Ανάλυσης της επένδυσης Υπόθεση Συμπεράσματα Κεφάλαιο 6: Νέες Τεχνολογίες & Εφαρμογές Εισαγωγή Νέες Τεχνολογίες Φωτοβολταϊκά σε μορφή κερήθρας Πράσινη ενέργεια από το διάστημα Νέα λεπτή φωτοβολταϊκή κυψέλη Νέα γενιά μη τοξικών φωτοβολταϊκών Εφαρμογές Φάρσαλα: Το μεγαλύτερο φωτοβολταϊκό πάρκο των Βαλκανίων Το οικολογικό αεροδρόμιο του Κουβέϊτ Ηλιακοί δρόμοι Καταμαράν με ηλιακά πανιά Λονδίνο: Η μεγαλύτερη φωτοβολταϊκή γέφυρα του κόσμου Solar Impulse: Το πρώτο ηλιακό αεροσκάφος που ταξιδεύει μέρα-νύχτα Συμπεράσματα Βιβλιογραφία iii

5 Περίληψη Αντικείμενο της εργασίας είναι η παρουσίαση μιας ολοκληρωμένης εικόνας της χρήσης και της κατασκευής των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Αναλύονται, ο τρόπος κατασκευής τους, οι κανόνες εφαρμογής τους σε οικίες και οργανισμούς και τα οικονομικά οφέλη που προέρχονται από τη χρήση τους. Στόχος είναι η ανάδειξη των φωτοβολταϊκών συστημάτων ως την τεχνολογία που θα επιφέρει υψηλές προοπτικές στη μελλοντική ζωή σε οικονομικό, κοινωνικό και περιβαλλοντολογικό επίπεδο. Αναλυτικά: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά στον ορισμό της ενέργειας και στους μαθηματικούς τύπους που τη χαρατκηρίζουν. Ακόμα, γίνεται αναφορά σε ό- λους τους γνωστούς τύπους ενέργειας (θερμική, δυναμική, ηλεκτρική, αιολική, κτλ.) Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η ηλιακή ενέργεια με όλα τα χαρακτηριστικά. Περιγράφονται οι τρόποι αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας και οι κατηγορίες των ηλιακών συστημάτων. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύουμε τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Περιγράφονται αναλυτικά, τα μέρη ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, ο τρόπος λειτουργίας του, τα είδη των φωτοβολταϊκών συστημάτων, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που κατέχουν, η σχέση που έχουν με το περιβάλλον και η φάση της ανάπτυξής τους στην ελληνική αγορά. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφουμε αναλυτικά τον τρόπο εγκατάστασης των φωτοβολταϊκών συστημάτων σε οικίες και επιχειρήσεις. Περιγράφονται αναλυτικά, οι δομικές εργασίες (χωματουργικές εργασίες, εκσκαφές, θεμελιώσεις), ο ηλεκτρολογικός και μηχανολογικός εξοπλισμός, ο τρόπος εγκατάστασης ενός Φ/Β επί εδάφους, τα πολεοδομικά στοιχεία και οι προϋποθέσεις αδειοδότησης κατασκευής. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται ο οικονομικός και κοστολογικός σχεδιασμός ενός Φ/Β συστήματος, στο κόστος κατασκευής και το χρόνο απόσβεσης. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παραθέτουμε τις νέες τεχνολογίες που εφαρμόζονται στα Φ/Β συστήματα καθώς και νέες εφαρμογές ανά τον κόσμο. 4

6 Πρόλογος Τα τελευταία 100 χρόνια, η παγκόσμια οικονομία γνώρισε μια σταθερή και πρωτοφανή ανάπτυξη, λόγω ότι στηρίχθηκε αποκλειστικά στη χρήση των ορυκτών καυσίμων, όπως ο λιθάνθρακας, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και το ουράνιο. Παρ όλη αυτήν την πρωτοφανή ανάπτυξη, η αλόγιστη χρήση αυτών των μη ανανεώσιμων πηγών ε- νέργειας επέφερε σημαντικά προβλήματα στο φυσικό περιβάλλον όπως η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, οι παρατεταμένες ξηρασίες και οι ραγδαίες καταιγίδες. Το γεγονός λοιπόν ότι οι ορυκτές ύλες είναι πεπερασμένες, ενώ παράλληλα η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας ολοένα και αυξάνεται, οδήγησε τις κυβερνήσεις των ανεπτυγμένων χωρών και τους διεθνείς οργανισμούς να εκπονήσουν μελέτες και έρευνες σχετικά με την αναζήτηση και την εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) όπως την ηλιακή ενέργεια. Έτσι τα τελευταία χρόνια, η διαδομένη χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων ανά τον κόσμο, άνοιξε τον δρόμο προς την αναδιάρθρωση των χωρών σε ενεργειακό και οικονομικό επίπεδο. Η Ελλάδα, μια χώρα πλούσια, τόσο σε ορυκτό πλούτο αλλά και σε ηλιοφάνεια, συμμετέχει δυναμικά στη χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων, καθιστώντας την, πρωτοπόρο στην Ευρώπη ως προς την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας. Σύμφωνα με τελευταίες έρευνες, η Ελλάδα ενθαρρύνει την ανάπτυξη της ηλιοθερμικής ενέργειας και μέχρι σήμερα πλήθος μικρών και μεσαίων εταιρειών έχουν επενδύσει στον συγκεκριμένο τομέα. Υπολογίζεται πως η σημερινή δυναμικότητα των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων στη χώρα μας, έχει φτάσει τα 820 MW, ενώ αναμένεται να φτάσει περί τα ΜW μέχρι το έτος Έχοντας λοιπόν γνώση, όλων των παραπάνω στοιχείων, με την παρούσα εργασία μας, θα εξετάσουμε αναλυτικά τη χρήση των φωτοβολταϊκών συστηματών, την λειτουργία τους αλλά και τα οφέλη τους σε οικονομικούς και ενεργειακούς τομείς. Ακόμα μέσω της εργασίας αυτής, μας δόθηκε η ευκαιρία να μελετήσουμε το κόστος κατασκευής και συντήρησης αυτών των συστημάτων καθώς και τον τρόπο κατασκευής και υλοποίησης αυτών των έργων σε δομικό και τεχνολογικό επίπεδο. Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον καθηγητή μας κύριο Κονιτόπουλο Γεώργιο που μας εμπιστεύτηκε το συγκεκριμένο θέμα και μας παρείχε βοήθεια κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας. Επίσης θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τις οικογένειες 5

7 Πρόλογος μας, που μας στήριξαν καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας, όλους τους φίλους μας που μας παρείχαν χρήσιμο υλικό και γνώσεις για την ολοκλήρωση της. Ναλπαντίδης Δημήτριος Νένος Ευθύμιος 6

8 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.1 Τι είναι Ενέργεια Σύμφωνα με τη Φυσική, με τον όρο «Ενέργεια» εννοούμε το φυσικό μέγεθος που παράγει έργο. Η ενέργεια δεν εμφανίζεται από το τίποτα ούτε εξαφανίζεται, αλλά αλλάζει διαρκώς μορφή και είναι πάντοτε έτοιμη να δράσει. Οι βασικές διαδικασίες που κάνει η ενέργεια είναι η ικανότητα να αποθηκεύεται και να μετατρέπεται. Όλα όσα συμβαίνουν γύρω μας σχετίζονται με την ενέργεια. Το γεγονός ότι ο άνθρωπος περπατάει, ότι τα αυτοκίνητα κινούνται, ότι η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει τα σώματα στα οποία πέφτει, ο αέρας που κινεί τα ιστιοφόρα, τα ποτάμια που ρέουν, όλα αυτά είναι διαφορετικές μορφές ενός πράγματος: της ενέργειας. Η έννοια της ενέργειας αποτελεί χρησιμότατο εργαλείο για την κατανόηση του φυσικού κόσμου, ενώ ταυτόχρονα ο βασικός κανόνας (ή νόμος), που διατυπώθηκε για να περιγράψει τον ρόλο της, είναι μία από τις πιο αφηρημένες ιδέες στη διαδικασία της κατανόησης. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι η ενέργεια ορίζεται, συνήθως και απλά, ως «η ικανότητα για παραγωγή έργου». Το ποσό της ενέργειας που περιέχεται σε ένα σύστημα μπορεί να υπολογιστεί παίρνοντας το άθροισμα ή το ολοκλήρωμα ενός αριθμού ειδικών εξισώσεων (όπως οι εξισώσεις Λαγκράνζ ή οι εξισώσεις Χάμιλτον), καθεμιά από τις οποίες δίνει την ενέργεια που έχει αποθηκευτεί κατά έναν ιδιαίτερο τρόπο. Στην Κλασσική Μηχανική, η ενέργεια (W ) ορίζεται ως το γινόμενο μίας σταθερής δύναμης (F) επί την μετακίνηση (d) του σημείου εφαρμογής της στην διεύθυνσή της, και δίνεται από τον τύπο: Όπως προκύπτει από τον παραπάνω τύπο η ενέργεια μετριέται σε N(Newton) x m (meter) ή σε 1 Joule. Η μορφή του παραπάνω τύπου ισχύει, όταν η δύναμη που ε- φαρμόζεται δε σχηματίζει γωνία με την μετατόπιση του σώματος. Σε περίπτωση που η δύναμη σχηματίζει μια γωνία θ, τότε ο τύπος της ενέργειας ορίζεται ως: Ο παραπάνω τύπος ουσιαστικά είναι ο γενικός τύπος της ενέργειας στην Κλασσική Μηχανική. Ο ρυθμός με τον οποίο παράγεται η ενέργεια από ένα σώμα σε ορισμένο χρονικό διάστημα t, ορίζεται ως ισχύς (Power) και δίνεται από τον τύπο: 7

9 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Η ισχύς μετριέται σε 1 Joule/second ή σε 1 Watt. Ο τελευταίος ορισμός θα μας απασχολήσει στα παρακάτω κεφαλαία. 1.2 Μορφές Ενέργειας Ανάλογα με τον τρόπο που έχει αποκτηθεί, ανταλλαχθεί ή αποθηκευτεί, μπορούμε να μιλήσουμε για πολλές μορφές ενέργειας. Οι πιο διαδομένες στο φυσικό κόσμο είναι: 1. Μηχανική ενέργεια, που συνδυάζει την κινητική και τη δυναμική. 2. Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, που συνδυάζει την ηλεκτρική και τη φωτεινή (ή ενέργεια ακτινοβολίας). 3. Πυρηνική ενέργεια. 4. Θερμική ενέργεια. 5. Χημική ενέργεια. Γενικά, η παρουσία της ενέργειας ανιχνεύεται από έναν παρατηρητή κάθε φορά που υπάρχει αλλαγή στις ιδιότητες ενός αντικειμένου ή ενός συστήματος. Η κυριότερη ιδιότητά της είναι ότι η συνολική ενέργεια ενός απομονωμένου (κλειστού) συστήματος είναι σταθερή, πρόταση που έχει αποδειχθεί από πλήθος πειραμάτων και χαρακτηρίζεται ως μία από τις πλέον θεμελιώδεις αρχές διατήρησης της φυσικής. Πλέον, η συζήτηση για την ενέργεια έχει πάρει μια διαφορετική μορφή, για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), το Περιβάλλον καθώς και την Αειφόρο ανάπτυξη Κινητική και Δυναμική Ενέργεια Κινητική ενέργεια, είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα όταν κινείται και αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει έργο και εξαρτάται από τη μάζα και την ταχύτητα ε- νός κινούμενου σώματος. Ως Δυναμική ενέργεια ορίζεται η ενέργεια που κατέχει ένα σώμα λόγω της θέσεως ή της κατάστασής του, είναι δηλαδή η δυνατότητα του σώματος να παράγει έργο επειδή βρίσκεται μέσα σε κάποιο πεδίο δυνάμεων. Η Κινητική και η Δυναμική ενέργεια θεωρούνται ως οι δύο μορφές της Μηχανικής ενέργειας. Κατά την κίνηση ενός σώματος ή φορτίου σε συντηρητικό πεδίο δυνάμεων, και εφόσον δεν υπάρχουν τριβές, η 8

10 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή δυναμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και το αντίστροφο, το άθροισμά τους όμως είναι πάντα σταθερό και ίσο με τη μηχανική ενέργεια που αρχικά είχε το σώμα. Δυναμική είναι η ενέργεια που έχουν τα σώματα, λόγω της κατάστασής τους ή της θέσης τους Ηλεκτρική Ενέργεια Η ηλεκτρική ενέργεια, που αναφέρεται στην κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα), λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού Πυρηνική Ενέργεια Ονομάζεται η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν μετασχηματίζονται ατομικοί πυρήνες. Είναι δηλαδή η δυναμική ενέργεια που είναι εγκλεισμένη στους πυρήνες των ατόμων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που τα συνιστούν. Η πυρηνική ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη σχάση ή σύντηξη των πυρήνων και εφόσον οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι ελεγχόμενες (όπως συμβαίνει στην καρδιά ενός πυρηνικού αντιδραστήρα) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει ενεργειακές ανάγκες Θερμική Ενέργεια Η θερμική ενέργεια, το σύνολο δηλαδή της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που συγκροτούν τα υλικά σώματα, καθώς αυτά κινούνται στο εσωτερικό τους. Με τον όρο θερμότητα εννοούμε ειδικά την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα υψηλής θερμοκρασίας σε άλλο με χαμηλότερη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η κινητική ενέργεια των σωματιδίων του. Η θερμική ενέργεια μπορεί να είναι αποτέλεσμα της ηλιακής ενέργειας Χημική Ενέργεια Η χημική ενέργεια, το σύνολο της δυναμικής ενέργειας που απαιτήθηκε για τη συγκρότηση μορίων χημικών ουσιών από διάφορα άτομα, κάτω από την αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Η χημική ενέργεια αποδίδεται συνήθως ως θερμική ή ηλεκτρική, όταν τα μόρια διασπώνται και πάλι σε άτομα ή μετασχηματίζεται στους οργανισμούς σε θερμική και κινητική, με βιολογικούς μηχανισμούς, και ονομάζεται ζωική ενέργεια. 9

11 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.3 Ήπιες Μορφές Ενέργειας Οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας ή ήπιες μορφές ενέργειας, είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, το φυσικό αέριο, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος «ήπιες» αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους. Καταρχάς, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας, πολύ «φιλικές» στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Έτσι οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας θεωρούνται από πολλούς μία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η Γη. Οι ήπιες μορφές ενέργειας βασίζονται κατ ουσίαν στην ηλιακή ακτινοβολία, με ε- ξαίρεση τη γεωθερμική ενέργεια, η οποία είναι ροή ενέργειας από το εσωτερικό του φλοιού της γης, και την ενέργεια απ' τις παλίρροιες που εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα. Οι βασιζόμενες στην ηλιακή ακτινοβολία ήπιες πηγές ενέργειας είναι ανανεώσιμες, μιας και δεν πρόκειται να εξαντληθούν όσο υπάρχει ο ήλιος, δηλαδή για μερικά ακόμα δισεκατομμύρια χρόνια. Ουσιαστικά είναι ηλιακή ενέργεια "συσκευασμένη" κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο: η βιομάζα είναι ηλιακή ενέργεια δεσμευμένη στους ιστούς των φυτών μέσω της φωτοσύνθεσης, η αιολική εκμεταλλεύεται τους ανέμους που προκαλούνται απ' τη θέρμανση του αέρα ενώ αυτές που βασίζονται στο νερό εκμεταλλεύονται τον κύκλο εξάτμισης-συμπύκνωσης του νερού και την κυκλοφορία του. Η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι ανανεώσιμη, καθώς τα γεωθερμικά πεδία κάποια στιγμή εξαντλούνται. Το ενδιαφέρον για τις ήπιες μορφές ενέργειας ανακινήθηκε τη δεκαετία του 1970, ως αποτέλεσμα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής, αλλά και της αλλοίωσης του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής από τη χρήση κλασικών πηγών ενέργειας. Ιδιαίτερα ακριβές στην αρχή, ξεκίνησαν σαν πειραματικές εφαρμογές. Σήμερα όμως λαμβάνονται υπόψη στους επίσημους σχεδιασμούς των ανεπτυγμένων κρατών για την ενέργεια και, αν και αποτελούν πολύ μικρό ποσοστό της ενεργειακής παραγωγής, ετοιμάζονται βήματα για παραπέρα αξιοποίησή τους. Το κόστος δε των 10

12 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή εφαρμογών ήπιων μορφών ενέργειας πέφτει συνέχεια τα τελευταία είκοσι χρόνια και ειδικά η αιολική και υδροηλεκτρική ενέργεια, αλλά και η βιομάζα, μπορούν πλέον να ανταγωνίζονται στα ίσα παραδοσιακές πηγές ενέργειας όπως ο άνθρακας και η πυρηνική ενέργεια. Ενδεικτικά, στις Η.Π.Α. ένα 6% της ενέργειας προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές, ενώ στην Ευρωπαϊκή Ένωση το 2010 το 25% της ενέργειας θα προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές (κυρίως υδροηλεκτρικά και βιομάζα) Ηλιακή Ενέργεια Ο Ήλιος αποτελεί την απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη κάθε είδους ζωής στον πλανήτη. Σχεδόν κάθε φυσική λειτουργία πάνω στη Γη είναι άμεσα εξαρτώμενη από την ύπαρξή του. Οι εποχιακές αλλαγές, οι εναλλαγές μέρας και νύχτας, η ανάπτυξη κάθε είδους χλωρίδας και συνεπώς η ύπαρξη της διατροφικής αλυσίδας που συντηρεί και την πανίδα του πλανήτη μας είναι όλα αποτελέσματα της δράσης του Ηλίου. Η ηλιακή ενέργεια σήμερα είναι 90% φθηνότερη από ότι τη δεκαετία του Στα σπίτια που διαθέτουν ηλιακή οροφή μπορεί να παράγεται περισσότερη ε- νέργεια από όση χρειάζονται ορισμένες ώρες της ημέρας, η οποία δυνητικά θα μπορούσε να μεταπωλείται στις τοπικές εταιρείες ηλεκτρισμού. Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές (ηλιακοί θερμοσίφωνες και φούρνοι) ενώ η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος, με την βοήθεια της πολιτικής προώθησης των Ανανεώσιμων Πηγών από το ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Η ηλιακή ενέργεια είναι καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη. Η ηλιακή ακτινοβολία δεν ελέγχεται από κανέναν και αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιμότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία. Υπάρχουν τρεις τρόποι για να αξιοποιήσει κανείς την ηλιακή ενέργεια, οι οποίοι είναι οι εξής: Καταρχήν, αξιοποιώντας τη θαλπωρή του ήλιου για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό με τα ηλιοθερμικά συστήματα (ενεργητικά ηλιακά συστήματα). Έπειτα, παράγοντας ηλιακό ηλεκτρισμό μέσω των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Τέλος, κατασκευάζοντας βιοκλιματικά κτήρια (παθητικά ηλιακά συστήματα) Αιολική Ενέργεια 11

13 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε για την άντληση νερού (ανεμόμυλοι) και για άλλες μηχανικές εφαρμογές Υδατοπτώσεις Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας. Η υδροηλεκτρικές μονάδες εκμεταλλεύονται την διαδικασία που προκαλεί την βροχή και προκαλεί τα ποτάμια. Λιγότερες βροχές σημαίνει λιγότερο νερό άρα λιγότερη παραγωγή ηλεκτρισμού. Η μετατροπή της ενέργειας των υδατοπτώσεων με την χρήση υδραυλικών τουρμπίνων παράγει την υδροηλεκτρική ενέργεια (υδροηλεκτρικά έργα) Βιομάζα Βιομάζα ονομάζουμε οποιαδήποτε σχετικά νέα οργανική ύλη που προέρχεται από φυτά ως αποτέλεσμα της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Η ενέργεια από βιομάζα αντλείται από φυτικό και ζωικό υλικό, όπως ξύλο από τα δάση, υπολείμματα από γεωργικές ή δασικές διαδικασίες και βιομηχανικά, ανθρώπινα ή ζωικά απόβλητα. Αντιθέτως, βιομάζα δεν είναι τα ορυκτά οργανικά υλικά (όπως το πετρέλαιο, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο) - η βιομάζα είναι φρέσκια οργανική ύλη. Βιομάζα είναι επίσης και το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Μπορεί να δώσει βιοαιθανόλη και βιοαέριο, που είναι καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα παραδοσιακά Γεωθερμική Ενέργεια Η γεωθερμική ενέργεια είναι η αποθηκευμένη ενέργεια, υπό μορφή θερμότητας, κάτω από τη σταθερή επιφάνεια της γης. Όπως αποκαλύπτει και η ετυμολογία της λέξης «γεω- ερμία» πρόκειται για θερμότητα από την γη. Η θερμοκρασία του υπεδάφους σε βάθη από 2 έως 100 m είναι περίπου σταθερή όλο τον χρόνο και κυμαίνεται περίπου από 14 έως 18 βαθμών Κελσίου για την χώρα μας. Η εκμετάλλευση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ υπεδάφους και επιφάνειας (δηλ. του ενεργειακού δυναμικού που ονομάζεται αβαθής γεωθερμική ενέργεια) μπορεί να γίνει με την χρήση Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας (ΓΑΘ) και δικτύου σωληνώσεων εντός του υπεδάφους έτσι ώστε να θερμάνουμε χώρους τον χειμώνα και να τους ψύξουμε το καλοκαίρι. Η αβαθής γεωθερμική ενέργεια είναι διαθέσιμη όλο τον χρόνο και δεν εξαρτάται από τις 12

14 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή καιρικές συνθήκες της ατμόσφαιρας. Η γεωθερμική ενέργεια είναι ανεξάντλητη, φυσικά καθαρή και δωρεάν (παρέχεται από την φύση) Θαλάσσια Ενέργεια Η θάλασσα μπορεί να μας προσφέρει τεράστια ποσά ενέργειας. Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια της θάλασσας: Ενέργεια Των Κυμάτων. Εκμεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυμάτων της θάλασσας. Η κινητική ενέργεια των κυμάτων μπορεί να περιστρέψει μία τουρμπίνα. Η ανυψωτική κίνηση του κύματος πιέζει τον αέρα προς τα πάνω, μέσα στο θάλαμο και θέτει σε περιστροφική κίνηση την τουρμπίνα έτσι ώστε η γεννήτρια να παράγει ρεύμα. Αυτός είναι ένας μόνο τύπος εκμετάλλευσης της ενέργειας των κυμάτων. Η παραγόμενη ενέργεια είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες μιας οικίας, ενός φάρου, κ.λπ. Παλιρροϊκή Ενέργεια. Εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα του Ήλιου και της Σελήνης, που προκαλεί ανύψωση της στάθμης του νερού. Το νερό αποθηκεύεται καθώς ανεβαίνει και για να ξανακατέβει αναγκάζεται να περάσει μέσα από μια τουρμπίνα, παράγοντας ηλεκτρισμό. Έχει εφαρμοστεί στην Αγγλία, τη Γαλλία, τη Ρωσία και αλλού. Η αξιοποίηση της παλιρροϊκής ενέργειας χρονολογείται από εκατοντάδες χρόνια πριν, αφού με τα νερά που δεσμεύονταν στις εκβολές ποταμών από την παλίρροια, κινούνταν νερόμυλοι. Ο τρόπος είναι απλός: Τα εισερχόμενα νερά της παλίρροιας στην ακτή κατά την πλημμυρίδα μπορούν να παγιδευτούν σε φράγματα, οπότε κατά την άμπωτη τα αποθηκευμένα νερά ελευθερώνονται και κινούν υδροστρόβιλο, όπως στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια. Τα πλέον κατάλληλα μέρη για την κατασκευή σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι οι στενές εκβολές ποταμών. Η διαφορά μεταξύ της στάθμης του νερού κατά την άμπωτη και την πλημμυρίδα πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 μέτρα. Σήμερα οι μικροί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από το θαλασσινό νερό βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο. Ενέργεια Θερμοκρασιακών Διαφορών του Νερού των Ωκεανών. Εκμεταλλεύεται τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στα στρώματα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερμικών κύκλων. Βρίσκεται στο στάδιο της έρευνας. Η θερμική ενέργεια των ωκεανών μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί με την εκμετάλλευση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του θερμότερου επιφανειακού νερού και του ψυχρότερου νερού του πυθμένα. Η διαφορά αυτή πρέπει να είναι τουλάχιστον 3,5οC. Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της ενέργειας των ωκεανών, εκτός από "καθαρή" και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, με 13

15 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή τα γνωστά ευεργετήματα, είναι το σχετικά μικρό κόστος κατασκευής των απαιτούμενων εγκαταστάσεων, η μεγάλη απόδοση (40-70 kw ανά μέτρο μετώπων κύματος) και η δυνατότητα παραγωγής με ηλεκτρόλυση από το άφθονο θαλασσινό νερό υδρογόνου, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Στα μειονεκτήματα αναφέρεται το κόστος μεταφοράς της ενέργειας στη στεριά. Εικόνα 1: Κατηγορίες ενέργειας Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Ήπιων Μορφών Ενέργειας Πλεονεκτήματα Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις α- νάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ε- νέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει πολύ μεγάλο χρόνο ζωής. Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήματα Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφά- 14

16 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή νεια της γης. Γι' αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας. Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική ά- ποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. 1.4 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) Ως «ανανεώσιμες πηγές» θεωρούνται γενικά οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), όπως η ηλιακή και η αιολική. Ο χαρακτηρισμός «ανανεώσιμες» είναι κάπως καταχρηστικός, μιας και ορισμένες από αυτές τις πηγές, όπως η γεωθερμική ενέργεια δεν ανανεώνονται σε κλίμακα χιλιετιών. Σε κάθε περίπτωση οι ΑΠΕ έχουν μελετηθεί ως λύση στο πρόβλημα της αναμενόμενης εξάντλησης των (μη ανανεώσιμων) αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων. Τελευταία από την Ευρωπαϊκή Ένωση, αλλά και από πολλά μεμονωμένα κράτη, υιοθετούνται νέες πολιτικές για τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, που προάγουν τέτοιες εσωτερικές πολιτικές και για τα κράτη μέλη. Η εκμετάλλευση άλλωστε των ανανεώσιμων πηγών για ενέργεια δεν είναι κάτι νέο. Ο παλιός ανεμόμυλος, ο νερόμυλος του χωριού ακόμη και η απλή καύση των ξύλων, συντρόφευαν τους προγόνους μας και υπήρξαν πρόδρομοι της γνώσης που σήμερα εφαρμόζεται τεχνολογικά αναβαθμισμένη και σε μεγαλύτερη κλίμακα. Χρησιμοποιούνται είτε άμεσα (κυρίως για θέρμανση) είτε μετατρεπόμενες σε άλλες μορφές κυρίως ηλεκτρισμό ή μηχανική ενέργεια. Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο 15

17 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή ενεργειακό δυναμικό απ' τις ήπιες μορφές ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης. Η υψηλή όμως μέχρι πρόσφατα τιμή των νέων ενεργειακών εφαρμογών, τα τεχνικά προβλήματα εφαρμογής καθώς και πολιτικές και οικονομικές σκοπιμότητες που έ- χουν να κάνουν με τη διατήρηση του παρόντος «στάτους κβο» στον ενεργειακό τομέα εμπόδισαν την εκμετάλλευση έστω και μέρους αυτού του δυναμικού. Ειδικά στην Ελλάδα, που έχει μορφολογία και κλίμα κατάλληλο για νέες ενεργειακές εφαρμογές, η εκμετάλλευση αυτού του ενεργειακού δυναμικού θα βοηθούσε σημαντικά στην ενεργειακή αυτονομία της χώρας. Τέτοιου τύπου αποκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας δημιουργεί περισσότερες θέσεις εργασίας τοπικά και είναι πολύ λιγότερο επιρρεπής στη διαφθορά και στις κρίσεις. Οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας δεν ανοίγουν μόνο προοπτικές για την περιβαλλοντικά συμβατή αναδιάρθρωση της ενεργειακής μας αλυσίδας. Συμβάλλουν επίσης στην εκτόνωση εντάσεων στην παγκόσμια αγορά ενέργειας, και κατ επέκταση σε πολιτική και οικονομική ασφάλεια. 16

18 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια 2.1 Γενικά Η ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγεται στον ήλιο. Φτάνει σχεδόν αμετάβλητη στο ανώτατο στρώμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας, διαμέσου του διαστήματος, και στη συνέχεια κατά τη διέλευσή της από την ατμόσφαιρα υπόκειται σε σημαντικές αλλαγές, που οφείλονται στην σύσταση της ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε ένα σημείο στην επιφάνεια της γης μια δεδομένη χρονική στιγμή χαρακτηρίζεται από την ένταση και την διεύθυνση πρόσπτωσης. Στην επιφάνεια της γης φτάνει μόνο ένα μέρος της ακτινοβολίας που προέρχεται άμεσα από τον ήλιο (άμεση ηλιακή ακτινοβολία), ενώ το υπόλοιπο είτε απορροφάται από τα συστατικά της ατμόσφαιρας είτε ανακλάται πάλι προς το διάστημα ή προς την επιφάνεια της γης. Η ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης μετά από διαδοχικές ανακλάσεις δεν έχει συγκεκριμένη διεύθυνση και καλείται διάχυτη ακτινοβολία. Όπως είναι γνωστό ένα από τα κυριότερα χαρακτηριστικά της χωράς μας είναι ο ήλιος ο όποιος προσφέρει μεγάλη ηλιοφάνεια όλο το χρόνο. Η χωρά μας είναι 11η μεταξύ 40 χώρων ανά τον κόσμο στον δείκτη ηλιακού δυναμικού. Χάρη στις τεχνολογίες των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας πλέον εκτός από την τουριστική εκμετάλλευση του μπορεί να αποτελέσει πηγή ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της χωράς αλλά και για εξαγωγή ενέργειας στην Ευρώπη με το σχέδιο ήλιος που θα αναλυθεί παρουσιαστεί αργότερα. Το μεγαλύτερο τμήμα της χώρας έχει ηλιοφάνεια για παραπάνω από 2700 ώρες το χρόνο ένα ακόμα σημαντικό στοιχειό για το ηλιακό δυναμικό της χώρας είναι πως η ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντιο επίπεδο κυμαίνεται από έως MJ ανά τετραγωνικό μέτρο. Οι κύριοι τρόποι εκμετάλλευσης είναι ηλιακούς συλλέκτες για ζεστό νερό (ηλιακούς θερμοσίφωνες), η χρήση ηλιακών συλλεκτών για μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική, καθώς και η χρήση ηλιακών παθητικών συστημάτων. Στον τομέα παράγωγης ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολήθηκα επίσης η χωρά μας βρίσκεται αρκετά πίσω. Η ΔΕΗ έχει εγκαταστήσει κάποιους φωτοβολταϊκούς σταθμούς μικρής ισχύος ενώ γίνεται προσπάθεια να γίνει επανέναρξη για ένα μεγάλης ι- 17

19 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια σχύος φωτοβολταϊκό πάρκο στη βόρεια Ελλάδα το οποίο έχει παγώσει. Επίσης τα προηγούμενα χρόνια έγινε προσπάθεια με επιδοτούμενα προγράμματα και δημιουργήθηκαν ιδιωτικά ηλιακά πάρκα αλλά και πολλά σπίτια τοποθέτησαν οικιακά φωτοβολταϊκά διασυνδεδεμένα με το δίκτυο της ΔΕΗ. Το 2000 η παράγωγη ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά ήταν 0,2GWh. 2.2 Η ηλιακή ακτινοβολία και η ανάλυση της Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει πάνω σε μια οριζόντια ή κεκλιμένη επιφάνεια, έχει τρείς συνιστώσες : την άμεση, τη διάχυτη και την ανακλώμενη. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία είναι αυτή η οποία φτάνει απευθείας από τον ηλιακό δίσκο στην επιφάνεια του εδάφους χωρίς να έχει υποστεί σκέδαση κατά τη διαδρομή της μέσα στην ατμόσφαιρα και εξαρτάται από την απόσταση ήλιου-γης, την ηλιακή απόκλιση, το ηλιακό ύψος, το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, το υψόμετρου του τόπου, την κλίση της επιφάνειας επί της οποίας προσπίπτει, καθώς και από την απορρόφηση και διάχυση την οποία υφίσταται μέσα στην ατμόσφαιρα. Η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία είναι το ποσό της ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους μετά την ανάκλαση ή σκέδαση μέσα στην ατμόσφαιρα, αλλά και μετά από ανάκλαση πάνω στην επιφάνεια της γης και εξαρτάται από το ηλιακό ύψος, το υψόμετρο του τόπου, τη λευκάυγεια του εδάφους, το ποσό και το είδος των νεφών, καθώς και από την παρουσία διαφόρων κέντρων σκεδάσεως που υπάρχουν στην α- τμόσφαιρα. Τέλος, η ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία δημιουργείται όταν προσπίπτει πάνω σε λεία και γυαλιστερά υλικά όπως π.χ. κτήρια, μηχανήματα που είναι φτιαγμένα από τέτοιο υλικό. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που διανύει η ηλιακή ακτινοβολία μέσα στην α- τμόσφαιρα, τόσο μικρότερο είναι το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης. Για το λόγο αυτόν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι πολύ μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο σε σχέση με τη χειμερινή. Τέλος, όσο πιο κάθετα προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία πάνω σε μια επιφάνεια στη γη τόσο μεγαλύτερη είναι η έντασή της. 18

20 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια Εικόνα 2: Ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας 2.3 Τρόποι αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας Αν μπορούσαμε παγκοσμίως να εκμεταλλευτούμε ένα μικρό έστω μέρος της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη θα είχαμε ουσιαστικά λύσει το ενεργειακό πρόβλημα του πλανήτη. Γενικά προκειμένου να εκμεταλλευτούμε την ηλιακή ενέργεια τη μετατρέπουμε αρχικά σε κάποια άλλη μορφή ενέργειας ώστε να μπορέσουμε στη συνέχεια να την αποθηκεύσουμε. Υπάρχουν δυο τρόποι αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας: 1. Υπό τη μορφή θερμότητας. Για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα χρησιμοποιούνται δυο ειδών συστήματα: i Τα παθητικά ηλιακά συστήματα ii Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα 2. Υπό τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. 2.4 Παθητικά ηλιακά συστήματα Τα παθητικά ηλιακά συστήματα στα κτίρια αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση των χώρων το χειμώνα, καθώς και για παροχή φυσικού φωτισμού. Τα συστήματα αυτά συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια, την αποθηκεύουν υπό μορφή θερμότητας και τη διανέμουν στο χώρο. Η συλλογή της ηλιακής ενέργειας βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και ειδικότερα, στην είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας μέσω του γυαλιού ή άλλου διαφανούς υλικού και τον εγκλωβισμό της προκύπτουσας θερμότητας στο εσωτερικό του χώρου που καλύπτεται από το γυαλί. Όλα τα παθητικά 19

21 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια ηλιακά συστήματα πρέπει να έχουν προσανατολισμό περίπου νότιο, ώστε να υπάρχει ηλιακή πρόσπτωση στα ανοίγματα κατά τη μεγαλύτερη διάρκεια της ημέρας το χειμώνα. Όλα τα παθητικά ηλιακά συστήματα πρέπει να συνδυάζονται με την απαιτούμενη θερμική προστασία (θερμομόνωση) και την απαιτούμενη θερμική μάζα του κτιρίου, η οποία αποθηκεύει και αποδίδει τη θερμότητα στο χώρο με χρονική υστέρηση, ομαλοποιώντας έτσι την κατανομή της θερμοκρασίας μέσα στο εικοσιτετράωρο. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θα πρέπει το καλοκαίρι να συνδυάζονται με ηλιοπροστασία και συχνά με δυνατότητα αερισμού. Τα είδη των παθητικών ηλιακών συστημάτων είναι τα εξής: άμεσου κέρδους, έμμεσου κέρδους, απομονωμένου κέρδους. Το συνηθέστερο παθητικό ηλιακό σύστημα (σύστημα άμεσου κέρδους) βασίζεται στην αξιοποίηση των παραθύρων κατάλληλου προσανατολισμού, σε συνδυασμό με την κατάλληλη θερμική μάζα, η οποία απορροφά μέρος της θερμότητας και την προσφέρει στο χώρο αργότερα και έτσι διατηρείται ο χώρος θερμός για πολλές ώρες, για παράδειγμα, ένα νότιο οριζόντιο σκίαστρο μπορεί να εμποδίσει τον καλοκαιρινό ήλιο που έρχεται από πιο ψηλά να μπει απ' ευθείας στο χώρο. Στη συνέχεια τα συστήματα έμμεσου κέρδους χωρίζονται στις παρακάτω κατηγορίες: Ηλιακοί τοίχοι: Έχουν στην εξωτερική τους πλευρά, σε μικρή απόσταση από την τοιχοποιία τζάμι (υαλοπίνακα) και λειτουργούν ως ηλιακοί συλλέκτες, μεταφέροντας τη θερμότητα είτε μέσω του υλικού του τοίχου (τοίχος ερμικής απο ήκευσης), είτε μέσω θυρίδων στον εσωτερικό χώρο. Συνδυασμός των δύο λειτουργιών είναι ο τοίχος μάζας με θυρίδες τοίχος Tr mbe - Michel. Θερμοκήπια (ηλιακοί χώροι): Είναι κλειστοί χώροι που ενσωματώνονται σε νότια τμήματα του κτιριακού κελύφους και περιβάλλονται από υαλοστάσια. Η ηλιακή θερμότητα από το θερμοκήπιο μεταφέρεται στους κυρίως χώρους του κτιρίου μέσω ανοιγμάτων ή και διαπερνά τον τοίχο. Ηλιακά αίθρια: Είναι εσωτερικοί χώροι του κτιρίου οι οποίοι έχουν στην ο- ροφή τους τζάμι και λειτουργούν όπως τα θερμοκήπια. Τέλος, όσον αφορά τα συστήματα απομονωμένου κέρδους, το θερμοσιφωνικό πανέλ εκτός του κτηριακού περιβλήματος λειτουργεί όπως και το απλό θερμοσιφωνικό πανέλ που είναι προσαρτημένο στη όψη του κτιρίου. Το πρώτο όμως βρίσκεται εκτός του κτιριακού περιβλήματος. Αποτελείται από υαλοπίνακα, διάκενο αέρα και μεταλλική σκουρόχρωμη επιφάνεια, που φέρει μόνωση εξωτερικά. Τοποθετείται εν γένει 20

22 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια χαμηλότερα από τους κύριους χώρους του κτιρίου με κλίση 40 περίπου. Η θερμότητα που συλλέγεται στο διάκενο αέρα, μεταφέρεται μέσω αγωγών με θερμοσιφωνική ροή είτε απευθείας στους χώρους του κτιρίου, είτε σε αποθήκη θερμότητας απ' όπου αποδίδεται σταδιακά στους χώρους. 2.5 Ενεργητικά ηλιακά συστήματα Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή των ενεργητικών συστημάτων είναι η παραγωγή ζεστού νερού χρήσης δηλαδή οι ηλιακοί θερμοσίφωνες. Ενεργητικά ηλιακά συστήματα λοιπόν, όσα συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και τη μεταφέρουν με τη μορφή θερμότητας σε νερό, σε αέρα ή σε κάποιο άλλο ρευστό. Υπάρχουν πολλές δυνατότητες ε- φαρμογής της σε θερμικές χρήσεις χαμηλών θερμοκρασιών, αυτό συμβαίνει διότι η τεχνολογία που εφαρμόζεται στα συστήματα αυτά είναι αρκετά απλή. Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα διακρίνονται σε δύο είδη ανάλογα με το κύκλωμα κυκλοφορίας του θερμαινόμενου μέσου: Ανοικτού κυκλώματος: Απευθείας θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε). Κλειστού κυκλώματος: Έμμεση θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα το οποίο θερμαίνει το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε χωρίς να γίνεται ανάμιξή τους, μέσω εναλλάκτη θερμότητας). Ένα τυπικό σύστημα παραγωγής ζεστού νερού αποτελείται από επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες, ένα δοχείο αποθήκευσης της θερμότητας και σωληνώσεις. Η ηλιακή ακτι- 21

23 Κεφάλαιο 2: Η Ηλιακή Ενέργεια νοβολία απορροφάται από το συλλέκτη και η συλλεγόμενη θερμότητα μεταφέρεται στο δοχείο αποθήκευσης. Εικόνα 3: Ηλιακός θερμοσίφωνας (Ενεργητικό ηλιακό σύστημα) Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες τοποθετούνται συνήθως στην οροφή του κτιρίου, με νότιο προσανατολισμό και κλίση ως προς τον ορίζοντα, ώστε να μεγιστοποιηθεί το ποσό της ακτινοβολίας που συλλέγεται ετησίως. Πέρα από την οικιακή χρήση, η οποία είναι και η πιο διαδεδομένη σήμερα, ενεργητικά ηλιακά συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν οπουδήποτε απαιτείται θερμότητα χαμηλής θερμοκρασιακής στάθμης. Έτσι, η χρήση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ψύξης, για τον κλιματισμό χώρων και άλλες εφαρμογές, εμφανίζεται ως μία από τις πολλά υποσχόμενες προοπτικές, λόγω της αυξημένης ηλιακής ακτινοβολίας ακριβώς την εποχή που απαιτούνται τα ψυκτικά φορτία. Υπάρχουν ήδη μερικές επιτυχημένες εφαρμογές τέτοιων συστημάτων στη χώρα μας και αναμένεται να έχουν ταχεία ανάπτυξη. 22

24 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα 3.1 Εισαγωγή Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από ένα Γάλλο φυσικό επιστήμονα, τον Alexandre Edmond Becquerel το 1839, όταν ανακάλυψε ότι μπορεί να παραχθεί ηλεκτρικό φορτίο όταν συγκεκριμένες δομές εκτίθενται στο φως (βούτηξε ράβδους πλατίνας σε υγρούς ηλεκτρολύτες). Οι Αμερικάνοι Adams και Day το 1876, χρησιμοποιώντας έναν κρύσταλλο σεληνίου, προχώρησαν σε επίδειξη αυτού του φαινομένου. Η αποδοτικότητα σε αυτή την περίπτωση ξεπέρασε ελαφρώς το 1%. Το 1949 οι Αμερικάνοι Shockley, Bardeen και Brattain ανακάλυψαν την κρυσταλλολυχνία και όρισαν τη φυσική των ενώσεων p και n σε υλικά από απόλυτα καθαρούς ημιαγωγούς. Η πρώτη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με αποδοτικότητα περίπου 6% αναπτύχθηκε και αργότερα το 1956 φτιάχτηκε μια άλλη από σιλικόνη με αποδοτικότητα 10%. Η γρήγορη ανάπτυξη της εξερεύνησης του διαστήματος δημιούργησε άριστες ευκαιρίες για ε- φαρμογές φωτοβολταϊκών. Το 1958, 108 φωτοβολταϊκές γεννήτριες στάλθηκαν στο διάστημα δοκιμαστικά για πρώτη φορά. Αργότερα, σε σύντομο χρονικό διάστημα, ξεκίνησε η μαζική παραγωγή, μολονότι σε μικρό αριθμό. Το 1970, ξεκίνησε ετήσια παραγωγή φωτοβολταϊκών για διαστημικές εφαρμογές συνολικής επιφάνειας 500 m 2. Η γήινη χρήση φωτοβολταϊκών γεννητριών άνθισε κατά τη διάρκεια της κρίσης πετρελαίου το 73, 74, και αυτό το γεγονός οδήγησε έκτοτε στην παρουσία πολυάριθμων ερευνητικών και αναπτυξιακών έργων. Ο πιο ουσιαστικός σκοπός σε αυτή την περίπτωση ήταν να μειωθεί το κόστος των Φ/Β εγκαταστάσεων. Οι φωτοβολταϊκές 23

25 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα γεννήτριες έχουν έκτοτε γίνει ένα κοινό μέρος της καθημερινής ζωής. Το φάσμα των εφαρμογών τους διευρύνεται συνέχεια και κυμαίνεται από εφαρμογές μικρής κλίμακας, σε αριθμομηχανές τσέπης και ρολόγια, έως μεγάλα ηλεκτροπαραγωγικά έργα με παροχές σε κλίμακες kw και MW. Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να παράγουν ρεύμα και σε περιόδους συννεφιάς. Το ρεύμα που παράγουν είναι συνεχές (DC). Είναι κατασκευασμένα για να λειτουργούν και σε αντίξοες συνθήκες και έχουν πολύ μικρό βάρος. Διατίθενται με μεταλλικό πλαίσιο αλλά και χωρίς. Τοποθετούνται σε έδαφος, σκεπές ή ταράτσες, με την προϋπόθεση ότι δεν σκιάζονται, ώστε να έχουμε την μέγιστη απόδοση. Οι Φ/Β γεννήτριες, τα Φ/Β πάνελ και τα μεγάλης κλίμακας Φ/Β συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής έχουν γίνει μέρος της καθημερινής ζωής. Η χρήση άμεσης παραγωγής ενέργειας από το φως του ήλιου αυξάνεται σε πολλούς τομείς. Τα Φ/Β συστήματα ξεχωρίζουν για την ευκινησία, την ευκαμψία, και την παροχή ε- νέργειας με τηλεχειρισμό. Η λειτουργία τους περιλαμβάνει μηδενικό θόρυβο και είναι φιλικά προς το περιβάλλον. Ο μόνος περιορισμός στην επέκταση της χρήσης τους είναι το σχετικά υψηλό κόστος τους. 3.2 Φωτοβολταϊκά στοιχεία Φωτοβολταϊκά κύτταρα ή φωτοβολταϊκές κυψέλες Οι φωτοβολταϊκές κυψέλες μετατρέπουν άμεσα το ηλιακό φως που δέχονται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Πολλές κυψέλες μαζί αποτελούν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, τα οποία χρησιμοποιούνται για να πετύχουμε μεγαλύτερη ισχύ. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα ή φωτοβολταϊκές κυψέλες είναι κρυσταλλοδίοδοι οι οποίοι αποτελούνται από ημιαγωγούς (φτιαγμένους από ημιαγώγημα υλικά τα οποία έχουν την ιδιότητα της φωτοαγωγιμότητας, να απορροφούν δηλαδή φωτόνια και να μεταδίδουν την ενέργεια τους αυτή σε χωριστά ηλεκτρόνια. ). Το πυρίτιο είναι το πιο συχνό υλικό που χρησιμοποιείται στη κατασκευή ημιαγωγών για οικονομικούς και τεχνικούς λόγους. Ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο δημιουργείται με την τοποθέτηση ενός λεπτού στρώματος πυριτίου ενισχυμένου με φώσφορο, σε επαφή με ένα στρώμα από πυρίτιο ενισχυμένο με Βόριο. Όταν το ηλιακό φως προσπίπτει στο φωτοβολταϊκό κύτταρο, μέρος 24

26 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα της ακτινοβολίας διεγείρει ηλεκτρόνια τα οποία μπορούν να κινούνται σχετικά ελεύθερα μέσα στον ημιαγωγό. Η εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου υποχρεώνει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια να κινηθούν προς συγκεκριμένη κατεύθυνση, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα του οποίου η ισχύς καθορίζεται από τη ροή των ηλεκτρονίων και την εφαρμοζόμενη τάση στο φωτοβολταϊκό κύτταρο. Κάθε άτομο πυριτίου έχει 14 ηλεκτρόνια κατανεμημένα σε τρεις διαφορετικές στοιβάδες. Οι δύο πρώτες είναι συμπληρωμένες με 2 και 8 άτομα αντίστοιχα. Η εξωτερική στοιβάδα περιλαμβάνει τα υπολειπόμενα 4 ηλεκτρόνια που συμμετέχουν σε δεσμούς με τα γειτονικά άτομα πυριτίου σχηματίζοντας την κρυσταλλική πυραμιδική δομή του καθαρού πυριτίου. Το καθαρό κρυσταλλικό πυρίτιο είναι κακός αγωγός του ηλεκτρισμού καθώς δεν υπάρχουν ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια όπως στην περίπτωση του μεταλλικού πλέγματος. Όταν διοχετεύεται ενέργεια στο κρυσταλλικό πυρίτιο, κάποια ηλεκτρόνια διεγείρονται, σπάζουν τους δεσμούς τους και απομακρύνονται προς γειτονικά τους άτομα δημιουργώντας διαθέσιμες θετικά φορτισμένες "οπές" στη δομή του υλικού. Οι θέσεις αυτές καταλαμβάνονται από ηλεκτρόνια γειτονικών ατόμων και με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ροή ηλεκτρονίων μέσα στο υλικό. Ο αριθμός όμως των ηλεκτρονίων που μπορούν να κινηθούν είναι σημαντικά περιορισμένος για να χρησιμεύσει στην παραγωγή ηλεκτρισμού. Για το λόγο αυτό εισάγονται ετεροάτομα στην κρυσταλλική δομή, όπως π.χ. φωσφόρου. Η εξωτερική στοιβάδα του φωσφόρου έχει 5 ηλεκτρόνια εκ των οποίων τα 4 συμμετέχουν σε δεσμούς με τα γειτονικά άτομα πυριτίου, ενώ το πέμπτο συγκρατείται ηλεκτροστατικά από τα πρωτόνια του πυρήνα. Το συγκεκριμένο ηλεκτρόνιο απαιτεί σημαντικά χαμηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης για να κινηθεί στο κρυσταλλικό πλέγμα. Σαν αποτέλεσμα τα περισσότερα από αυτά τα ηλεκτρόνια ελευθερώνονται και γίνονται φορείς ηλεκτρικού ρεύματος που είναι πολύ περισσότεροι από αυτούς του κρυσταλλικού πυριτίου. Η πρόσμιξη του κρυσταλλικού πυριτίου με άτομα φωσφόρου δημιουργεί ημιαγωγό τύπου Ν. Όταν προστίθεται στο κρυσταλλικό πυρίτιο βόριο προκύπτουν ημιαγωγοί τύπου Ρ. Το βόριο έχει στην εξωτερική του στοιβάδα 3 ηλεκτρόνια που συμμετέχουν σε δεσμούς με άτομα πυριτίου. Επειδή σε κάθε άτομο απαιτούνται 8 ηλεκτρόνια για τη συμπλήρωση της εξωτερικής τους στοιβάδας, στην εξωτερική στοιβάδα του βορί- 25

27 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ου υπάρχουν διαθέσιμες 2 ελεύθερες θέσεις ηλεκτρονίων, δημιουργώντας αντίστοιχες θετικά φορτισμένες "οπές" στη δομή του υλικού. Η κατάληψη των οπών από ηλεκτρόνια γειτονικών ατόμων δίνει την εικόνα διάδοσής τους στο υλικό ή μεταφοράς θετικών φορτίων στην κρυσταλλική δομή του ημιαγωγού. Φέρνοντας σε επαφή τους ημιαγωγούς τύπου Ν και Ρ σχηματίζεται ηλεκτρικό πεδίο. Τα ηλεκτρόνια του πυριτίου τύπου Ν κινούνται προς τις κενές θέσεις του πυριτίου τύπου Ρ για να τις καλύψουν. Στην ένωση των δύο υλικών επιτυγχάνεται ισορροπία και δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο ανάμεσα στις δύο πλευρές. Το ηλεκτρικό πεδίο λειτουργεί σαν ηλεκτρόδιο, επιτρέποντας τα ηλεκτρόνια να περάσουν από το πυρίτιο Ρ στο Ν αλλά όχι αντίστροφα. Εικόνα 4: Τρόπος λειτουργίας του φωτοβολταικού στοιχείου Όταν φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας, κατάλληλου μήκους κύματος, προσπίπτουν σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο διεγείρουν ηλεκτρόνια και τα ελευθερώνουν δημιουργώντας παράλληλα αντίστοιχες οπές. Κάθε φωτόνιο με αρκετή ενέργεια θα ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο και θα δημιουργήσει μια οπή. Αν αυτό συμβεί κοντά στο ηλεκτρικό πεδίο ή αν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο και μια οπή βρεθούν κοντά στην ένωση Ρ - Ν ημιαγωγών, το πεδίο θα εξαναγκάσει το ηλεκτρόνιο να πάει στον ημιαγωγό Ν και θα οδηγήσει την οπή στο πυρίτιο Ρ. Αυτό προκαλεί μεγαλύτερη ανισορροπία στην ηλεκτρική ουδετερότητα και αν χρησιμοποιηθεί μία εξωτερική αγώγιμη οδός τα ηλεκτρόνια θα περάσουν μέσα από αυτή για να πάνε στην αρχική τους θέση από όπου το 26

28 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ηλεκτρικό πεδίο τα απομάκρυνε. Η ροή αυτή των ηλεκτρονίων δημιουργεί το ρεύμα, και το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί την τάση του ρεύματος. Το μέγιστο θεωρητικό ποσό ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο είναι περίπου το 25% της ενέργειας που δέχεται, αλλά το πιο συνηθισμένο ποσοστό είναι λιγότερο από 15%. Καθώς η ηλιακή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δεν είναι μονοχρωματική, αποτελείται από φάσμα διαφορετικών μηκών κυμάτων, άρα και από φωτόνια διαφορετικών επιπέδων ενέργειας. Τα φωτόνια χαμηλού ενεργειακού περιεχομένου δεν μπορούν να διεγείρουν ηλεκτρόνια του ημιαγωγού και α- πλώς διέρχονται μέσα από το φωτοβολταϊκό κύτταρο. Μόνο τα φωτόνια που μεταφέρουν μεγαλύτερη ή ίση ενέργεια από ένα συγκεκριμένο ποσό που εξαρτάται από το υλικό που είναι κατασκευασμένο το κύτταρο μπορούν να ελευθερώσουν ηλεκτρόνια. Η τεχνολογία των ημιαγώγιμων υλικών επέτρεψε την α- ξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην παραγωγή ηλεκτρισμού, καθώς ενδεχόμενη χρήση αγώγιμων υλικών, όπως τα μέταλλα, θα οδηγούσε μεν σε μεγαλύτερη ροή η- λεκτρονίων αλλά θα παρουσίαζε πολύ χαμηλή τάση πεδίου Φωτοβολταϊκά πλαίσια Για να εξασφαλίσουμε τις επιθυμητές τιμές τάσης και ρεύματος, τοποθετούμε αντίστοιχα πολλά Φ/Β κύτταρα σε σειρά και παράλληλα. Για παράδειγμα, εάν ένα Φ/Β στοιχείο έχει τάση 0,6 V και συνδεθούν 20 τέτοια στοιχεία σε σειρά, τότε η τάση που δημιουργείται στα άκρα είναι 12 V. Οι συνδέσεις των κυττάρων μεταξύ τους γίνονται πίσω από μία γυάλινη επιφάνεια, πάνω στην οποία τοποθετούνται τα κύτταρα. Η γυάλινη πλάκα ενισχύεται με ένα πλαίσιο από αλουμίνιο ή από ευγενή χάλυβα που βελτιώνει τη σταθερότητά της. Αυτό ονομάζεται φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Το συνηθέστερο μέγεθος ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου κυμαίνεται από 0,25 m2 έως 1 m2, κατά συνέπεια για μεγαλύτερη ισχύ χρειαζόμαστε περισσότερα συνδεδεμένα μεταξύ τους. Μια τέτοια σύνδεση λέγεται Φ/Β πάνελ, πολλά τέτοια σε σειρά ή παράλληλα αποτελούν μια Φ/Β συστοιχία, πολλές τέτοιες μαζί διαμορφώνουν ένα Φ/Β πάρκο ή ένα Φ/Β σύστημα. Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο αποτελείται από έναν αριθμό φωτοβολταϊκών στοιχείων. Για να λειτουργήσει το πλαίσιο τα στοιχεία θα πρέπει να προστατεύονται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι πλαισίων και εξαρτώνται από το είδος των φωτοβολταϊκών στοιχείων καθώς και την εφαρμογή τους. 27

29 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο αποτελείται από διάφορα στρώματα, τα οποία είναι: Ειδικό γυαλί. Συμπυκνωμένο πολυμερές υλικό (Ethylene Vinyl Acetate (EVA) Sheet) για την ενθυλάκωση των στοιχείων. Ηλιακά στοιχεία. Συμπυκνωμένο υλικό (EVA). Ειδικό γυαλί. Κενό αέρος. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία περικλείονται συνήθως από δυο κομμάτια γυαλιού ή ένα φύλλο γυαλιού και ένα πλαστικού, ενώ μερικές φορές εξ ολοκλήρου από πλαστικό. Τα είδη των γυαλιών που χρησιμοποιούνται είναι διαφανή, χρωματισμένα και αντανακλούν την θερμότητα. Το συμπυκνωμένο υλικό είναι EVA, υλικό που εμφανίζει πολύ καλή ηλεκτρική μόνωση και μεγάλη διαπερατότητα στο φως. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδέονται σε σειρά, παράλληλά ή σε συνδυασμούς όπως προαναφέραμε παραπάνω προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες σε τάση και σε ρεύμα. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία πρέπει να είναι όμοια, για να εμφανίζουν όμοια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και να επιτυγχάνεται η ομαλή λειτουργία του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετούνται επάνω σε περιστρεφόμενα στηρίγματα που ακολουθούν την τροχιά του ήλιου. Με αυτό τον τρόπο, επιτυγχάνεται η μεγιστοποίηση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. 28

30 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Τα είδη και τα εξαρτήματα των Φ/Β με την ορολογία τους Φωτοβολταϊκό στοιχείο (PV Cell): Η ηλεκτρονική διάταξη που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δέχεται ακτινοβολία. Λέγεται ακόμα Φ/Β κύτταρο ή Φ/Β κυψέλη. Φωτοβολταϊκό πλαίσιο (PV Module): Ένα σύνολο Φ/Β στοιχείων που είναι ηλεκτρονικά συνδεδεμένα. Αποτελεί τη βασική δομική μονάδα της Φ/Β. Φωτοβολταϊκό πανέλο (PV Panel): Ένα ή περισσότερα Φ/Β πλαίσια, που έχουν προκατασκευαστεί και συναρμολογηθεί σε ενιαία κατασκευή, έτοιμη για να εγκατασταθεί σε Φ/Β εγκατάσταση. 29

31 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Φωτοβολταϊκή συστοιχία (PV Array): Μια ομάδα από Φ/Β πλαίσια ή πανέλα με ηλεκτρική αλληλοσύνδεση, τοποθετημένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης (PV array). Ανάλογα με την εφαρμογή, η συστοιχία μπορεί να αποτελείται από πολλές κυψέλες και από πολλά πλαίσια γιατί οι κυψέλες αυτές ομαδοποιούνται σε πλαίσια και τα πλαίσια προστίθενται μεταξύ τους ώστε να διαμορφώσουν μια συστοιχία. Φωτοβολταϊκά πάρκα (PV Park): Η σύνδεση μιας εγκατεστημένης φωτοβολταϊκής μονάδας με το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας είναι αμφίδρομη, πράγμα που σημαίνει, ότι μπορεί να απορροφά και να διαχέει ενέργεια προς το δίκτυο. Αυτή είναι και η λογική της λειτουργίας πολλών φωτοβολταϊκών πάνελ που είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους και εγκατεστημένα στο δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας συνθέτοντας έτσι ένα φωτοβολταϊκό πάρκο. 30

32 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Φωτοβολταϊκή γεννήτρια (PV Generator): Το τμήμα μιας Φ/Β εγκατάστασης που περιέχει Φ/Β στοιχεία και παράγει συνεχές ρεύμα. Αντιστροφέας (Inverter): Ηλεκτρονική συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο. 31

33 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Ρυθμιστής φόρτισης (Charge Controller): Συσκευή που χρησιμοποιείται σε αυτόνομα συστήματα για να ρυθμίζει τη φόρτιση των συσσωρευτών Είδη φωτοβολταϊκών στοιχείων Α. Πυριτίου μεγάλου πάχους Μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Το πάχος τους είναι γύρω στα 0,33mm. Η απόδοση τους στην βιομηχανία κυμαίνεται από 15 18% για το πλαίσιο. Στο εργαστήριο έ- χουν επιτευχθεί αποδόσεις έως και 24,7%. Τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία χαρακτηρίζονται από το πλεονέκτημα της καλύτερης σχέσης απόδοσης. Ένα μειονέκτημα τους είναι το υψηλό κόστος κατασκευής σε σύγκριση με τα πολυκρυσταλλικά. Βασικές τεχνολογίες παραγωγής μονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών είναι η μέθοδος CZ (Czochralski) και η μέθοδος FZ (float zone). Και οι δύο βασίζονται στην ανάπτυξη ράβδου πυριτίου. Το μονοκρυσταλλικό φωτοβολταϊκό με την υψηλότερη απόδοση στο εμπόριο σήμερα, έχει απόδοση πλαισίου αποκομίζοντας έτσι μεγαλύτερη επιφάνεια αλληλεπίδρασης με την ηλιακή ακτινοβολία. Πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Το πάχος τους είναι επίσης περίπου 0,3mm. Η μέθοδος παραγωγής τους κοστίζει φθηνότερα σε σύγκριση με αυτή των μονοκρυσταλλικών γι αυτό και η τιμή πώλησης τους είναι συνήθως λίγο χαμηλότερη. Οπτικά μπορεί κανείς να παρατηρήσει τις επιμέρους μονοκρυσταλλικές περιοχές. Όσο μεγαλύτερη είναι η έκταση της μονοκρυσταλλικής περιοχής τόσο μεγαλύτερη είναι και η απόδοση για τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία. Στο εργαστήριο έχουν επιτευχθεί αποδόσεις έως κα 20% ενώ στο εμπόριο τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία διατίθενται με αποδόσεις από 13 έως και 15% για τα φωτοβολταϊκά πλαίσια. Βασικότερες τεχνολογίες παραγωγής είναι : η μέθοδος απ ευθείας στερεοποίησης DS (directional solidification), η ανάπτυξη λιωμένου πυριτίου (χύτευση) και η ηλεκτρομαγνητική χύτευση EMC. 32

34 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Β. Υλικά λεπτών υμενίων Άμορφου πυριτίου. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία αυτά, έχουν αισθητά χαμηλότερες αποδόσεις σε σχέση με τις δυο προηγούμενες κατηγορίες. Πρόκειται για ταινίες λεπτών επιστρώσεων οι οποίες παράγονται με την εναπόθεση ημιαγωγού υλικού (πυρίτιο στην περίπτωση μας) πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης, χαμηλού κόστους όπως γυαλί ή αλουμίνιο. Έτσι και λόγω της μικρότερης ποσότητας πυριτίου που χρησιμοποιείται η τιμή τους είναι γενικότερα αρκετά χαμηλότερη. Ο χαρακτηρισμός άμορφο φωτοβολταϊκό προέρχεται από τον τυχαίο τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμένα τα άτομα του πυριτίου. Οι επιδόσεις που επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά thin films πυριτίου κυμαίνονται για το πλαίσιο από 6 έως 8% ενώ στο εργαστήριο έχουν επιτευχθεί αποδόσεις ακόμα και 14%. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα είναι ότι δεν επηρεάζεται πολύ από τις υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης, πλεονεκτεί στην αξιοποίηση της απόδοσης τους σε σχέση με τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, όταν υπάρχει διάχυτη ακτινοβολία (συννεφιά). Το μειονέκτημα των άμορφων πλαισίων είναι η χαμηλή τους ενεργειακή πυκνότητα κάτι ου σημαίνει ότι για να παράγουμε την ίδια ενέργεια χρειαζόμαστε σχεδόν διπλάσια επιφάνεια σε σχέση με τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία. Επίσης υπάρχουν αμφιβολίες όσων αφορά την διάρκεια ζωής των άμορφων πλαισίων μιας και δεν υ- πάρχουν στοιχεία από παλιές εγκαταστάσεις αφού η τεχνολογία είναι σχετικά καινούρια. Παρόλα αυτά οι κατασκευαστές πλέον δίνουν εγγυήσεις απόδοσης 20 ετών. Το πάχος του πυριτίου είναι περίπου 0,0001 mm ενώ το υπόστρωμα μπορεί να είναι από 1 έως 3 mm Εφαρμογές φωτοβολταϊκών στοιχείων Ανάλογα µε τον τρόπο λειτουργίας μπορούμε να διακρίνουμε τρεις κατηγορίες Φ/Β συστημάτων : 1. Αυτόνομα Φ/Β συστήματα. 2. Φ/Β συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο. 3. Υβριδικά συστήματα. 1. Αυτόνομα Φ/Β συστήματα. 33

35 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Αυτόνομα ή αυτοδύναμα Φ/Β συστήματα είναι ιδανικά για απομακρυσμένες και δύσβατες περιοχές όπου δεν υπάρχει τρόπος σύνδεσης µε το δίκτυο και όπου η μεταφορά καυσίμου είναι δύσκολη (γεννήτρια diesel). Το σύστημα απαιτεί και την ύπαρξη μπαταρίας για την συνεχή λειτουργία του τις νυκτερινές ώρες και τις ώρες που υπάρχει συννεφιά. Ακόμη, ένας ειδικός ρυθµιστής φόρτισης ρυθµίζει την ενέργεια των Φ/Β για να εξασφαλίσει την άριστη φόρτιση των µπαταριών. Επίσης, σε απλές εγκαταστάσεις, η ενέργεια απορροφάται κατ' ευθείαν από τις μπαταρίες μέσω DC καταναλωτών, ενώ σε εγκαταστάσεις µε συνήθεις AC καταναλωτές, το ρεύμα της μπαταρίας μετατρέπεται από συνεχές σε εναλλασσόμενο µε αντιστροφέα (inverter). Τέτοια συστήματα χρησιμοποιούντα σήμερα σε αναμεταδότες TV), σε συστήµατα επιτήρησης, σε τηλεφωνικούς θαλάμους, σε κεραίες κινητής τηλεφωνίας, σε φάρους, σε διαφηµιστικές πινακίδες, σε στάσεις συγκοινωνίας, σε φωτισµό δρόµων και εθνικών οδών, σε βάρκες και τροχόσπιτα, σε αρδεύσεις και γεωτρήσεις, σε συντριβάνια. Όλα τα παραπάνω χρησιμοποιούν μπαταρίες για αποθήκευση, αλλά αν απαιτούνται μεγαλύτερα ποσά ενέργειας, μπορούν να συνδυαστούν µε γεννήτριες βιομάζας, µε ανεμογεννήτριες ή µε γεννήτριες diesel. Εικόνα 5: Απεικόνιση εγκατάστασης Φ/Β συστήματος σε οικεία. Έτσι δεν συνδέονται στο δίκτυο της ΔΕΗ και δεν επιβαρύνουν τον ιδιοκτήτη µε πάγια κόστη ή πτώσεις τάσεων του παροχέα (black out), με συνέπεια να μην επιδοτούνται και να μην χαρακτηρίζονται ως επαγγελµατικά ή επενδυτικά συστήματα. Όλα αυτά λοιπόν τα συστήματα καθίστανται ως οι πληρέστερες και τεχνολογικά προηγμένες εφαρμογές της Φ/Β τεχνολογίας. Η γενική αρχή λειτουργίας των αυτόνοµων φωτοβολταϊκών συστηµάτων εικονίζεται παρακάτω. Μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε συγκεκριμένο αριθµό πάνελ έχουμε μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Μέσω του ρυθμιστή τάσης έχουµε αποθήκευση της ηλεκτρικής 34

36 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ενέργειας σε κατάλληλα επιλεγμένες συστοιχίες µπαταριών µε συγκεκριμένους κύκλους φόρτισης και διανοµή σε συνεχές φορτίο. Μέσω κατάλληλου αντιστροφέα έχουµε μετατροπή του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο και εξυπηρέτηση των AC καταναλώσεων ή διανοµή στο δίκτυο. Στην δεύτερη περίπτωση και εφόσον υπάρχει αυτή η δυνατότητα, το αυτόνοµο σύστηµα θα μπορούσε να λειτουργήσει ως back up εγκατάσταση και την πλεονάζουσα ενέργεια να την προωθούσαµε στο δηµόσιο δίκτυο. Τα αυτόνοµα αυτά ηλιακά συστήµατα μπορούν να συνδυαστούν µε ανεμογεννήτριες, μικρές υδροηλεκτρικέ; εγκαταστάσεις είτε εγκαταστάσεις γεωθερμίας και τότε ονομάζονται υβριδικά αυτόνομα συστήματα. Η σωστή διαδικασία που πρέπει να ακολουθηθεί για την διαστασιολόγηση ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος είναι η εξής: Γεωγραφικός προσδιορισμός του χώρου εγκατάστασης και συγκέντρωση κλιματολογικών δεδομένων. Προσδιορισμός του είδους χρήσης της εγκατάστασης. Προσδιορισμός των καταναλώσεων της εγκατάστασης. Οικονομοτεχνική μελέτη στην οποία ο ενδιαφερόμενος βλέπει το κόστος, το κέρδος, τους χρόνους απόσβεσης κτλ. της επένδυσης του. Κατασκευή του έργου. Μπαταρίες για Αυτόνομα Συστήματα Οι μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια για τις περιόδους που το σύστημά σας δε μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό λόγω απουσίας της πηγής που χρησιμοποιεί. Οι μπαταρίες είναι περισσότερο αποτελεσματικές όταν χρησιμοποιούνται µε αιολικά ή φωτοβολταϊκά συστήματα. Οι μπαταρίες «βαθέως κύκλου» (γενικά μολύβδου-οξέως) χρησιμοποιούνται συνήθως σε μικρά συστήµατα και έχουν διάρκεια ζωής 5-10 έτη, ενώ αποδίδουν το 80% της ενέργειας που τους διοχετεύεται. Μπαταρίες αυτοκινήτων, οι ο- ποίες είναι «ρηχού κύκλου», δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται. 35

37 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Το κόστος των µπαταριών «βαθέως κύκλου» εξαρτάται από τον τύπο τους, τη χωρητικότητα τους, τις κλιματολογικές συνθήκες κάτω από τις οποίες θα λειτουργούν, τη συχνότητα συντήρησης και τα χηµικά που χρησιμοποιούνται για να αποθηκεύουν και να απελευθερώνουν ενέργεια. Το μέγεθος των µπαταριών αυτόνομων αιολικών ή φωτοβολταϊκών συστηµάτων πρέπει να επιλεγεί σωστά για να αποθηκεύουν ικανή ενέργεια για τις ανάγκες σας για περιόδους µε νεφελώδη καιρό ή µε άπνοια. Μία οικονοµική γεννήτρια ορυκτών καυσίµων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις περιστασιακής απώλειας της ανανεώσιμης πηγής. Για λόγους ασφάλειας, οι µπαταρίες πρέπει να τοποθετούνται σε χώρους µε καλό αερισµό και απομονωμένες από τους χώρους της κατοικίας και των ηλεκτρονικών, διότι περιέχουν επικίνδυνα χηµικά και απελευθερώνουν υδρογόνο και οξυγόνο καθώς φορτίζονται. Επιπλέον, ο χώρος τοποθέτησής τους πρέπει να προστατεύεται από α- κραίες τιµές θερμοκρασίας, Βεβαιωθείτε ότι έχετε τοποθετήσει τις μπαταρίες σε χώρο µε εύκολη πρόσβαση για τη συντήρησή τους, επισκευή και εγκατάσταση. Οι μπαταρίες μπορούν να ανακυκλωθούν μετά το τέλος της ζωής τους. Ελεγκτές φορτίου για αυτόνομα συστήματα Η συσκευή ρυθµίζει το ρυθµό της ροής του ηλεκτρισµού από την πηγή δημιουργίας του στο φορτίο (π.χ. συσκευή χρήσης). Ο ελεγκτής διατηρεί την μπαταρία σε πλήρη φόρτιση χωρίς να την υπερ-φορτίζει. Όταν το φορτίο απορροφά ενέργεια, ο ελεγκτής επιτρέπει τη ροή του ηλεκτρισµού από την πηγή δημιουργίας του στη μπαταρία, το φορτίο ή και στα δύο. Όταν ο ελεγκτής διαπιστώσει ότι η μπαταρία είναι πλήρως 36

38 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα φορτισμένη ή σχεδόν φορτισμένη μειώνει ή σταµατάει τη ροή του ηλεκτρισµού από την πηγή δημιουργίας του ή τον διοχετεύει σε ένα βοηθητικό φορτίο (συνήθως ένα ηλεκτρικό μπόιλερ νερού). Πολλοί ελεγκτές μπορούν να διαπιστώσουν αν το φορτίο έχει απορροφήσει πολλή ενέργεια από τις μπαταρίες και τότε σταµατά τη ροή έως ότου ικανή ενέργεια να είναι πάλι αποθηκευμένη στις μπαταρίες. Αυτό το χαρακτηριστικό των ελεγκτών μπορεί να επιμηκύνει κατά πολύ τη ζωή της μπαταρίες. Το κόστος των ελεγκτών εξαρτάται σε γενικές γραµµές από τη χωρητικότητα σε ampere στην οποία το σύστηµα ανανεώσιμων πηγών θα λειτουργεί και από τις ικανότητες παρακολούθησης που διαθέτει. Οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν µε εναλλασσόμενη τάση (AC). Κατά κανόνα όλες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας παράγουν συνεχή τάση (DC). Για να λειτουργήσει µια συνήθης AC ηλεκτρική συσκευή, η συνεχής τάση πρέπει να μετατραπεί σε εναλλασσόμενη, µε τη χρήση μετατροπέων και άλλων σχετικών ρυθµιστικών συσκευών. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι παράγοντες στη ρύθµιση της τάσης: α) Η μετατροπή της συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη, β) η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης, γ) η συνέπεια της τάσης (αναφέρεται στις διακυμάνσεις της τάσης εξόδου) και δ) η ποιότητα της ημιτονοειδούς AC τάσης. Απλές ηλεκτρικές συσκευές, όπως πιστολάκι μαλλιών και φωτιστικές λυχνίες, μπορούν να λειτουργήσουν µε χαµηλής ποιότητας ηλεκτρισµό. Καλής ποιότητας ηλεκτρισµός µε οµαλή ημιτονοειδή καµπύλη και σταθερότητα τάσης είναι απαραίτητος για τις ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές, όπως οι υπολογιστές, οι οποίες δεν αντέχουν πολλές διαταραχές στην τάση τροφοδοσίας. Οι μετατροπείς ρυθμίζουν το ηλεκτρικό ρεύµα ώστε να ικανοποιεί τις απαιτήσεις του φορτίου. Αν σκοπεύετε να συνδέσετε το σύστηµά σας στο δίκτυο ηλεκτροδότησης, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον κατάλληλο εξοπλισµό που ικανοποιεί τις απαιτήσεις του δίκτυο (τάση, φάση, συχνότητα, ημιτονοειδές προφίλ). Το κόστος των μετατροπέων επηρεάζεται από µία σειρά από παραμέτρους, οι οποίοι περιλαμβάνουν: Την ποιότητα του ηλεκτρισµού που πρέπει να παράγουν. Την τάση εισόδου. Τις απαιτήσεις ισχύος των φορτίων εξόδου. Την ισχύ που απαιτείται για την έναρξή τους. 37

39 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Πρόσθετα χαρακτηριστικά των μετατροπέων, όπως μετρητές και ενδεικτικές λυχνίες. Όταν υπολογίζετε το μέγεθος του μετατροπέα φροντίστε να προβλέψετε για τυχόν μελλοντικά πρόσθετα φορτία που μπορεί να αποκτήσετε. Είναι συνήθως πιο οικονοµικό να αγοράσετε έναν μετατροπέα µε μεγαλύτερα χαρακτηριστικά εισόδου και εξόδου από το να τον αντικαταστήσετε µε έναν μεγαλύτερο αργότερα. Μηχανισμοί ασφαλείας αυτόνομων συστημάτων Οι κεραυνοί και άλλες διακυμάνσεις της ισχύος μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες καταστροφές στο σύστηµά σας αν δεν έχετε πάρει να απαραίτητα μέτρα. Μηχανισμοί ασφαλείας προστατεύουν τα αυτόνοµα συστήµατα από το να πάθουν ζηµιά ή ακόµη και να βλάψουν ανθρώπους. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά ασφάλειας που πρέπει να διαθέτει το σύστηµά σας είναι: i. Ασφάλειες διακοπής. Οι Ασφάλειες διακοπής προστατεύουν το κύκλωµα και τα στοιχεία του μικρού συστήµατος ανανεώσιμης ενέργειας από διακυμάνσεις ισχύος και τυχόν δυσλειτουργίες του εξοπλισμού. Εξασφαλίζουν επίσης ότι το σύστηµα μπορεί να τεθεί µε ασφάλεια εκτός λειτουργίας για συντήρηση και επισκευή. Στην περίπτωση που το σύστηµά σας είναι διασυνδεδεμένο στο δίκτυο ηλεκτροδότησης, οι ασφάλειες διακοπής εξασφαλίζουν ότι ο μηχανισμός παραγωγής ενέργειας είναι απομονωμένος από το δίκτυο, κάτι που είναι σηµαντικό για την ασφάλεια των ανθρώπων που εργάζονται στις γραµµές η- λεκτροδότησης του δικτύου. ii. Εξοπλισµός γείωσης. Αυτός ο εξοπλισµός παρέχει µια καλά ορισμένη διαδρομή χαµηλής αντίστασης από το σύστηµά σας στο έδαφος για να το προστατέψει από διακυμάνσεις φορτίου που προέρχονται από κεραυνούς ή δυσλειτουργία του εξοπλισμού. Θα πρέπει να γειωθεί τόσο η ανεμογεννήτρια ή το φωτοβολταϊκό σύστηµα όσο και ο εξοπλισµός εξισορρόπησης. Βεβαιωθείτε ότι έχει συμπεριληφθεί στη γείωση οποιοδήποτε εκτεθειμένο μεταλλικό στοιχείο που θα μπορούσε να έρθει σε επαφή µε εσάς ή το συνεργείο συντήρησης. iii. Συσκευές προστασίας διακύμανσης. Αυτές οι συσκευές βοηθούν στην προστασία του συστήµατός σας στην περίπτωση που αυτό ή οι γειτονικές γραµµές (για την περίπτωση διασυνδεδεμένου συστήματος) χτυπηθούν από κεραυνό. 38

40 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Όργανα μέτρησης αυτόνομων συστημάτων Όργανα μέτρησης και άλλες συσκευές επιτρέπουν την παρακολούθηση χαρακτηριστικών του μικρού συστήματος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η τάση των µπαταριών, η καταναλισκόμενη ενέργεια και το επίπεδο φόρτισης των µπαταριών. Αν συνδέσετε το σύστηµά σας µε το δίκτυο ηλεκτροδότησης, θα χρειασθείτε μετρητές για την καταγραφή της ενέργειας που παράγει το σύστηµά σας και εκείνης που χρησιμοποιείται από το δίκτυο. Μερικές εταιρείες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας επιτρέπουν τη χρήση ενός µόνο µετρητή για την καταγραφή της ενέργειας που διοχετεύει το σύστηµά σας στο δίκτυο (ο μετρητής περιστρέφεται κατά µία φορά όταν απορροφάται ενέργεια από το δίκτυο και κατά την αντίθετη όταν αποδίδει ενέργεια στο δίκτυο). Άλλες εταιρείες παροχής ηλεκτρισµού δεν δέχονται τέτοιου είδους μετρητές και απαιτούν την εγκατάσταση και δεύτερου μετρητή για την καταγραφή της ενέργειας που διοχετεύει το σύστηµά σας στο δίκτυο ηλεκτροδότησης. 2. Φ/Β συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο Ανεξάρτητα εάν τα φωτοβολταϊκό σύστημα είναι εγκαταστημένο στην ύπαιθρο ή σε σκεπή, η βασική λειτουργία του είναι ίδια : Φωτοβολταϊκά πλαίσια το ένα δίπλα στο άλλο. Μετατροπείς ισχύος σταθερού ρεύματος σε εναλλασόμενο, ικανό να τροφοδοτηθεί στο δίκτυο της ΔΕΗ. Μετρητής της ΔΕΗ συνδεδεμένος ανάμεσα στο φωτοβολταϊκό σύστημα και στο δίκτυο καταγράφοντας τις παραγόμενες kwh. Αυτές οι kwh πωλούνται προς τη ΔΕΗ. Ο ιδιοκτήτης του διασυνδεδεμένου φωτοβολταϊκού συστήματος τιμολογείται από τη ΔΕΗ για το ρεύμα που καταναλώνει είτε στο σπίτι του είτε στο φωτοβολταϊκού πάρκου π.χ. κατανάλωση μετατροπέων, φωτισμός πάρκου, ανάγκες οικίσκου φύλαξης μετατροπέων, κατανάλωση κίνησης ηλιοστατών, κλπ. Επίσης, θα αποτελέσουν την κύρια περιοχή ενδιαφέροντος για τα επόμενα χρόνια, τώρα που επιτέλους αλλάζει η ελληνική νομοθεσία και θα δώσει κίνητρα, όπως σε όλες τις προηγμένες χώρες, και στις μικρές οικιακές Φ/Β εγκαταστάσεις (<5KW). 39

41 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Εικόνα 6: Απεικόνιση εγκατάστασης Φ/Β συστήματος σε οικεία με εμφανή τη θέση του μετατροπέα. Αυτά τα συστήματα συνδέονται με το τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο. Αυτό σημαίνει ότι κατά την διάρκεια της ημέρας ο ηλεκτρισμός που παράγεται από ένα Φ/Β σύστημα μπορεί ή να χρησιμοποιηθεί άμεσα κάτι που είναι σύνηθες για συστήματα που εγκαθίστανται σε κτήρια γραφείων και άλλων εμπορικών χρήσεων ή μπορεί να πωληθεί στη ΔΕΗ κάτι που είναι σύνηθες για οικιακά συστήματα που ο ιδιοκτήτης μπορεί να λείπει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τη νύχτα, όταν το Φ/Β δεν μπορεί πια να παράγει, μπορεί να αγοραστεί πλέον ενέργεια από τη ΔΕΗ. Στην πράξη δηλαδή, η ΔΕΗ λειτουργεί σαν μια αποθήκη ενέργειας, γι αυτό αυτά τα συστήματα δεν χρειάζονται μπαταρίες για αποθήκευση. Μπορούμε όμως, αν θέλουμε να τοποθετήσουμε μπαταρίες, οπότε πλέον το Φ/Β μας σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν σύστημα Αδιάλειπτης Παροχής Ενέργειας (UPS), σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Τέτοια διασυνδεδεμένα συστήματα με τα εξαρτήματα τους (με ένα ή δύο μετρητές) φαίνονται στο παρακάτω σχήμα: 40

42 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα 1. Φ/Β γεννήτρια 2. Ηλεκτρικός πίνακας 3. Αντιστροφέας (inverter) 4. Κιβώτιο ασφαλειών 5. Μετρητής παραγωγής 6. Υφιστάμενος μετρητής 7. Δίκτυο ΔΕΗ 8. Εσωτερικοί καταναλωτές 3. Υβριδικά συστήματα Το υβριδικό σύστημα εφαρμόζεται κυρίως σε βαρέως τύπου οικιακά ή επαγγελματικά περιβάλλοντα. Σημαντική επίσης είναι η χρήση ανεμογεννητριών στα Φ/Β συστήματα για χρήση όλο το χρόνο και κυρίως το χειμώνα όπου η ανεμογεννήτρια παίζει ένα σημαντικό ρόλο ενίσχυσης όλου του Φ/Β συστήματος. Παράλληλα, η ηλεκτρογεννήτρια πετρελαίου, συνήθως ενεργοποιείται αυτόματα σε έκτακτες περιπτώσεις για να υποβοηθήσει το φωτοβολταϊκό σύστημα. Εφόσον, το υβριδικό σύστημα αποτελείται μόνο από ηλεκτρογεννήτρια και είναι εγκατεστημένο σε συνδυασμό με το κεντρικό δίκτυο, τότε το κεντρικό δίκτυο χρησιμοποιείται ως εφεδρική πηγή σε περίπτωση α- νάγκης. Έπειτα, αν και τα Φ/Β συστήµατα γενικά διαθέτουν µέσα αποθήκευσης της ενέργειας για να καλύψουν µια καθορισμένη περίοδο ανεπαρκούς ηλιοφάνειας, µπορεί να υ- πάρξουν παραπεταγμένες περίοδοι κακοκαιρίας οπότε απαιτείται µια εναλλακτική πηγή ώστε να εξασφαλιστεί η παραγωγή ισχύος. Τα υβριδικά Φ/Β συστήµατα συνδυάζουν µια Φ/Β γεννήτρια µε µια άλλη πηγή ισχύος, συνήθως µια γεννήτρια diesel, ή και µε κάποια άλλη ανανεώσιμη πηγή, πχ µια ανεμογεννήτρια. Η Φ/Β γεννήτρια διαστασιολογείται συνήθως ώστε να ικανοποιεί τη ζήτηση φορτίου βάσης, ενώ η ε- ναλλακτική παροχή τίθεται σε λειτουργία µόνο όταν είναι αναγκαίο. Αυτή η ρύθμιση παρέχει όλα τα οφέλη των Φ/Β όσον αφορά το χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης, αλλά επιπλέον εξασφαλίζει µια εγγυημένη τροφοδοσία. Τα υβριδικά μπορούν επίσης να αποτελέσουν µια λογική προσέγγιση σε καταστάσεις όπου οι περιστασιακές αιχμές ζήτησης είναι σημαντικά υψηλότερες από τη ζήτηση φορτίου βάσης. Δεν έχει νόημα να διαστασιολογείται ένα σύστημα ώστε να μπορεί να ικανοποιεί τη ζήτηση αποκλειστικά µε Φ/Β εάν, για παράδειγμα, το κανονικό φορτίο είναι µόνο 41

43 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα το 10% του μέγιστου. Αντίστοιχα, µια γεννήτρια diesel διαστασιολογηµένη έτσι ώστε να ικανοποιεί τη ζήτηση αιχμής θα λειτουργούσε υπό μερικό φορτίο µη αποδοτικά τον περισσότερο χρόνο Εφαρμογές Φ/Β στοιχείων στην καθημερινότητα Ηλιακοί συλλέκτες Ηλιακή θέρμανση Με τον όρο ηλιακή θέρμανση νοείται η παραγωγή θερμότητας και ζεστού νερού σε ηλιακούς συλλέκτες µε τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας. Ένας ηλιακός συλλέκτης λειτουργεί, µε λίγα λόγια, όπως ένα λάστιχο ποτίσματος που θερμαίνεται από τον ή- λιο: Οι ηλιακές ακτίνες θερμαίνουν το υγρό μεταφοράς θερμότητας μέσα στο συλλέκτη. Ένας κυκλοφορητής οδηγεί το θερµό υγρό στο ηλιακό μπόιλερ. Εκεί το υγρό αποδίδει τη θερμότητα µέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας στο νερό του μπόιλερ. Το ψυχρό υγρό επιστρέφει στο συλλέκτη, ώστε να θερμανθεί εκ νέου. Αν λόγω κακοκαιρίας δεν υπάρχει αρκετή διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια, πραγματοποιείται µέσω ενός δεύτερου σπιράλ θέρμανσης εντός του μπόιλερ η αναθέρμανση του νερού µέσω του λέβητα, για ιδανική απόδοση ζεστού νερού χρήσης ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι εκείνες οι συσκευές που συλλέγουν και παγιδεύουν την ηλιακή ενέργεια. Όπως είδαµε στα παθητικά ηλιακά και χρησιμοποιούν γυαλί μπροστά από τον τοίχο (τοίχος trombe), το γυαλί έχει την ιδιότητα να αφήνει την ηλιακή ακτινοβολία (μικρό μήκος κύματος) να το διαπερνά, αλλά και την ιδιότητα να αφήνει τη θερµική ακτινοβολία (μεγάλο μήκος κύματος) που εκπέμπουν οι σκούρες επιφάνειες που απορρόφησαν την ηλιακή, να διαπεράσει και να βγει πάλι έξω. 42

44 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Ακριβώς το ίδιο γεγονός εκμεταλλευόμαστε και στα ενεργητικά ηλιακά συστήματα, κατασκευάζοντας τους ηλιακούς συλλέκτες µε κατάλληλο τρόπο. Υπάρχουν τρία είδη ηλιακών συλλεκτών: α) οι επίπεδοι συλλέκτες, β) οι συλλέκτες κενού και γ) οι παραβολικοί συλλέκτες. Επίπεδοι συλλέκτες Στους επίπεδους ηλιακός συλλέκτης η ηλιακή ακτινοβολία διαπερνά τη γυάλινη επιφάνεια και προσπίπτει στη σκούρα, τραχιά και απορροφητική επιφάνεια, όπου και απορροφάται. Όταν εκπέμπεται από αυτήν υπό μορφή θερµικής ακτινοβολίας τότε δεν μπορεί να διαπεράσει το γυαλί για τους λόγους που αναφέραµε πιο πάνω. Όπως θα θυµάστε, το νερό είναι το υλικό µε τι μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα. Αυτό το εκμεταλλευόμαστε µε το να τοποθετούμε κάτω από την απορροφητική επιφάνεια σωλήνες, μέσα στους οποίους κυλά νερό ή κάποιο άλλο ρευστό. Τέλος, το σύστηµα µας θερµοµονώνεται, ώστε να µην έχουµε απώλειες και χάσουµε ότι μαζέψαµε. Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες της σειράς Premium είναι από τους πιο αποδοτικούς της α- γοράς και είναι διαθέσιµοι σε δύο μεγέθη. Ο Premium 2.01 χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον όταν ο χώρος είναι περιορισμένος, ενώ ο PremiumPro 2.85 προτιµάται όταν πρέπει να εγκατασταθεί μεγαλύτερη επιφάνεια συλλεκτών. Οι συλλέκτες Premium είναι ειδικά σχεδιασμένοι για να υποστηρίζουν και τη θέρμανση, και όχι µόνο το ζεστό νερό. Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες PremiumPlan είναι ειδικά σχεδιασμένοι για συστήµατα όπου οι συλλέκτες είναι ενσωματωμένοι στη σκεπή ή ξαπλωµένοι πάνω στη σκεπή µε πολύ μικρό διάκενο. Οι συλλέκτες PremiumPlan είναι διαθέσιµοι σε δύο μεγέθη. Ο PremiumPlan 2.03 χρησιμοποιείται σε εγκαταστάσεις µε περιορισμένο χώρο, ενώ ο PremiumPlan 2.85 που έχει μεγαλύτερη επιφάνεια είναι δυνατόν να ε- γκατασταθεί σε μεγαλύτερα συστήµατα µε λιγότερους συλλέκτες. 43

45 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Συλλέκτες κενού Ιδιαίτερα αποδοτικοί είναι οι συλλέκτες µε σωλήνες κενού. Οι γυάλινες σωλήνες κενού µε εξαιρετικά επιλεκτική επίστρωση εμποδίζουν την απώλεια θερµότητας. Ο βαθµός απόδοσής τους είναι έτσι υψηλότερος από ότι σε συμβατικούς επίπεδους συλλέκτες και απαιτείται αντίστοιχα λιγότερη επιφάνεια συλλέκτη, ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή θερµική ενέργεια. Επίσης οι συλλέκτες µε σωλήνες κενού έχουν μικρότερο βάρος, διευκολύνοντας έτσι τη συναρμολόγηση. Ένας συλλέκτη; κενού αποτελείται από ειδικούς σωλήνες τοποθετημένους παράλληλα. Ο κάθε σωλήνας περιέχει μέσα του έναν άλλον, ενώ ανάµεσά τους υπάρχει ένα κενό. Ο εξωτερικός σωλήνας είναι γυάλινοι; ώστε να επιτρέπει τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο εσωτερικός σωλήνας έχει μαύρη, τραχιά επιφάνεια και απορροφά την ακτινοβολία. Το κενό ανάµεσά τους προσφέρει πολύτιµες υπηρεσίες: Δεν υπάρχει μεταφορά θερµότητας µέσω ρευµάτων προς τα έξω (λόγω μηδενικής αγωγής), αφού δεν υπάρχει αέρας, ενώ λειτουργεί και εδώ το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η θερμότητα απάγεται και εδώ µε νερό ή άλλο ρευστό που ρέει μέσα στον εσωτερικό σωλήνα. Γενικά πρόκειται για έναν τύπο συλλεκτών µε μεγάλη απόδοση. Χρησιμοποιείται περισσότερο στη Βόρεια Ευρώπη, όπου οι εξωτερικές θερμοκρασίες είναι χαμηλές και μπορεί να επιτύχει θερµοκρασίες άνω των 100 C. Παραβολικοί συλλέκτες Οι παραβολικοί ηλιακοί συλλέκτες όπως δείχνει και το όνομά τους, συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ένα μικρό μέρος, το οποίο και θερμαίνουν σε πολύ μεγάλο βαθµό. Οι συλλέκτες αυτοί είτε έχουν σχήµα οµπρέλας και επικεντρώνουν τις ακτίνες 44

46 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα τους στον άξονα της ομπρέλας, όπου περνά ρευστό, είτε σχήµα κεραμιδιού, όπου οι ακτίνες επικεντρώνονται σε σωλήνα παράλληλο σε αυτό. Οι συλλέκτες αυτοί έχουν πολύ μεγάλο βαθµό απόδοσης όταν έχουµε άµεση ακτινοβολία. Για να το πετύχουµε αυτό θα πρέπει να υπάρχει σύστηµα µε σερβομηχανισμό που θα στρέφει τον συλλέκτη προς τον ήλιο συνεχώς σαν ηλιοτρόπιο. Κινούμενα μέρη όµως όπως σε κάθε σύστηµα που έχει τέτοια, σηµαίνει συντήρηση. Αυτό και µόνο καθιστά τα συστήµατα αυτά ακατάλληλα για οικιακή χρήση. Συστήματα μεταφοράς της θερμότητας Όπως είδαµε μέχρι στιγµής οι ηλιακοί συλλέκτες απορροφούν την ηλιακή ενέργεια. ΑυτΊ1 όµως είναι άχρηστη, εάν δεν υπάρχει ένας τρόπος, να την κρατήσουµε και να την χρησιμοποιήσουμε όπως εµείς θέλουµε. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούμε, για να πετύχουµε αυτό το σκοπό είναι κυρίως δύο: 1. Απαγωγή και διανομή της θερμότητας με σύστημα ρευστού. 2. Απαγωγή και διανομή της θερμότητας με σύστημα αέρα. Η απαγωγή και η διανομή της θερμότητας με το σύστημα ρευστού γίνεται ως εξής: Η θερμότητα απάγεται από το νερό ή από άλλο ρευστό που ρέει σε σωλήνες κάτω από την απορροφητική επιφάνεια. Το θερµό αυτό νερό το οδηγούµε µέσω σωληνώσεων µε κατάλληλο τρόπο σε ένα δοχείο αποθήκευσης. Αυτό είναι ένα μονωμένο δοχείο, ώστε να περιορίζεται στο ελάχιστο η διαρροή θερµότητας. Όταν υπάρχει ήλιος το ζεστό νερό συγκεντρώνεται στο δοχείο αποθήκευσης. Το δοχείο συνδέεται µε το υδραυλικό σύστηµα του κτιρίου και µέσω αντλιών ή µε φυσική κυκλοφορία οδηγεί- 45

47 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ται προς διάφορες καταναλώσεις (πλυντήριο, μπάνιο, κουζίνα). Εάν θέλουµε να θερµάνουµε το κτίριο ακολουθούµε την ίδια διαδικασία, µόνο που συνδέουμε το δοχείο µε το σύστηµα διανοµής ζεστού νερού του καλοριφέρ. Τότε όµως λογικά, οι α- παιτήσεις σε ζεστό νερό είναι μεγαλύτερες και γι αυτό τοποθετούμε και ένα εφεδρικό καυστήρα diesel, ώστε να είµαστε βέβαιοι ότι θα έχουμε πάντα (και μέρες που δεν έχει πολύ ήλιο) την απαραίτητη ζέστη στο κτίριο. Προφανώς, µε τον τρόπο αυτό μπορούµε να έχουµε ένα ολοκληρωµένο σύστηµα µε ζεστό νερό θέρμανσης και ζεστό νερό χρήσης. Η απαγωγή και η διανομή της θερμότητας με σύστημα αέρα γίνεται ως εξής: Εδώ αντί για υγρό έχουµε αέρα και προφανώς, εάν ο αέρας είναι το µέσο που απάγει τη θερμότητα από τους ηλιακούς συλλέκτες, τότε το δίκτυο διανοµής της θερµότητας θα πρέπει να περιλαμβάνει δίκτυο αεραγωγών (αντί σωληνώσεων), ανεμιστήρες (αντί αντλιών) και αποθήκη θερµότητας από πετρώδη υλικά (αντί για το δοχείο µε το υ- γρό). Πάντα υπάρχει ένας εφεδρικός καυστήρας diesel, για να υπάρχει αξιοπιστία στο σύστηµα. Οι αποθήκες µε πέτρα τοποθετούνται συνήθως στο υπόγειο, ενώ οι πέτρες έχουν διάµετρο 2-4 εκατοστά. Ο ζεστός αέρας που δημιουργείται από τον συλλέκτη οδηγείται στην αποθήκη και ζεσταίνει τα πετρώδη υλικά, τα οποία λόγω υψηλής ειδικής θερµότητας την αποθηκεύουν. Η θερμότητα αυτή αποδίδεται όποτε χρειαστεί και µέσω των αεραγωγών και των ανεμιστήρων οδηγείται στον χώρο του κτιρίου. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα θέρμανσης των γραφείων γνωστής αυτοκίνητο βιομηχανίας (Ford) στην Αμερική, τα οποία θερμαίνονται µε ηλιακούς συλλέκτες, που χρησιμοποιούν σύστηµα απαγωγής και διανοµής της θερµότητας µε αέρα. Συνολικά θερμαίνονται περίπου τα 5.000m3 χώρου. Ηλιακοί θερμοσίφωνες Πρόκειται για τα πιο διαδεδομένα ενεργητικά ηλιακά συστήµατα. Η Ελλάδα έχει α- ναπτύξει σοβαρή βιομηχανία παραγωγής ηλιακών θερμοσιφώνων και μάλιστα είναι από τις πρώτες χώρες παγκοσμίως. Στα συστήµατα αυτά ο ηλιακός συλλέκτης θερμαίνει είτε άµεσα είτε έµµεσα το νερό χρήσης. Επειδή είναι προτιμότερο το νερό που χρησιμοποιούμε να µην έρχεται σε άµεση επαφή µε τον ηλιακό συλλέκτη, γι αυτό επιλέγουµε τον έµµεσο τρόπο θέρμανσης, που γίνεται µε τους εναλλάκτες. Ένας ε- ναλλάκτη είναι συνήθως ένας σπειροειδής σωλήνας μέσα σε δοχείο παροχής νερού. Καθώς το ζεστό νερό από τους συλλέκτες υγρό διέρχεται δια του εναλλάκτη, μετα- 46

48 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα φέρεται η θερμότητα στο νερό του δοχείου που είναι προς χρήση. Έτσι το υγρό που θερμαίνεται στους συλλέκτες δεν έρχεται σε επαφή µε το νερό που χρησιμοποιούμε. 3.3 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Η επένδυση στην κατασκευή Φ/Β συστημάτων έχει αρχίσει να απασχολεί ιδιαίτερα το ευρύ κοινό αφού συμβάλλει στην κάλυψη των ενεργειακών του αναγκών. Αυτό συμβαίνει διότι τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν υπερτερούν των μειονεκτημάτων όπως φαίνεται και στους παρακάτω πίνακες. Πλεονεκτήματα Αυξάνει σημαντικά την αξία του ακινήτου σας. Σε περίπτωση που θελήσετε επίσης να το πουλήσετε ή να το ενοικιάσετε μπορείτε να ρευστοποιήσετε μελλοντικά κέρδη άμεσα ενώ σε αντίθετη περίπτωση θα έπρεπε να περιμένετε να παρέλθει ο χρόνος. Υψηλός λόγος επιστροφής επένδυσης και μεγάλος λόγος κέρδους ανά εγκατεστημένο Watt. Προσφέρουν μια σίγουρη και βέλτιστη επένδυση για άτομα σε μεγάλη ηλικία χωρίς το άγχος των τραπεζών και των χρηματιστηριακών επενδύσεων. Υψηλή συνεισφορά στην προσπάθεια διάσωσης του πλανήτη λόγω της απευθείας α- ντικατάστασης μιας kwh ηλεκτρικής ενέργειας, που παράγεται με πετρέλαιο, αέριο κτλ, με μια οικολογική kwh απευθείας από τον ήλιο. Δεν προκαλούν οπτική όχληση, δεν ρυπαίνουν και δεν καταστρέφουν το περιβάλλον. Είναι ένας μοντέρνος και κλιματικά καθαρός τρόπος να κερδίσετε χρήματα ακόμα και αν η επιφάνεια εγκατάστασης δεν σας ανήκει αλλά σας έχει παραχωρηθεί. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σκίαστρα παράγοντας ταυτόχρονα και ηλεκτρική 47

49 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ενέργεια μιας και η θερμοκρασία κάτω από τα πάνελ είναι περίπου 5C χαμηλότερη από μια αντίστοιχη φυσική σκίαση. Παράγονται από υλικά που στην πλειοψηφία τους μπορούν να βρεθούν πολύ εύκολα στο περιβάλλον καθιστώντας την παραγωγή τους εύκολη υπόθεση και μειώνοντας έτσι φαινόμενα μονοπωλίου στο ελάχιστο. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι λειτουργικά ακόμα και αν δεν υπάρχει άμεση η- λιακή ακτινοβολία αποφέροντας μας κέρδη όλο το χρόνο. Συνήθως υπάρχουν κρατικές επιχορηγήσεις αλλά και σε περίπτωση που αυτές λείπουν ο τραπεζικός δανεισμός είναι πολύ εύκολος. Η τράπεζα θα αποπληρωθεί από τα κέρδη του συστήματος συνεπώς η αρχική επένδυση μπορεί να μηδενιστεί με τις σωστές κινήσεις. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής που φθάνει τα 30 έτη με πολύ μικρές απώλειες στην απόδοση τους. Μπορούν να εγκατασταθούν σχεδόν οπουδήποτε και σε περιοχές με μηδενική καθημερινή πρόσβαση ή οπτική γωνία. Εκμεταλλεύονται έτσι τους νεκρούς χώρους προς όφελος μας. Μια χώρα και συνεπώς οι πολίτες της που κάνουν χρήση τέτοιων συστημάτων βοηθούν το κράτος τους άρα και τους ίδιους τους εαυτούς τους να γίνουν ενεργειακά α- νεξάρτητοι. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα παράγουν μηδενική ποσότητα ήχων, αφού λειτουργούν χωρίς κινούμενα μέρη ή άλλα μηχανικά εξαρτήματα και δεν επηρεάζουν το περιβάλλον τους. Η συντήρηση που χρειάζονται είναι απειροελάχιστη σχεδόν ανύπαρκτη. Ακόμα και μετά το πέρας της ζωής τους είναι πλήρως ανακυκλώσιμα. Κάποιες εταιρείες μπορεί να σας πληρώσουν έτσι ώστε να ανακυκλώσουν τα πάνελ σας και να τα επαναχρησιμοποιήσουν. Μειονεκτήματα Παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό το κόστος επένδυσης. Μια γενική ενδεικτική τιμή είναι ευρώ ανά εγκατεστημένο κιλοβάτ ηλεκτρικής ισχύος. Λαμβάνοντας υπόψη ότι μια τυπική οικιακή κατανάλωση απαιτεί από 1,5 έως 3,5 κιλοβάτ, το κόστος της εγκατάστασης δεν είναι αμελητέο. Η ύπαρξη κινητών μερών η οποία και αυξάνει την πολυπλοκότητα του συστήματος. 48

50 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Η ανάγκη για αυτοκατανάλωση κάποιας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας για την περιστροφή (κίνηση) των συστημάτων. Το αυξημένο κόστος συντήρησης. Μεγαλύτερος κίνδυνος καταστροφής σε περίπτωση ακραίων καιρικών φαινομένων. Υπάρχει ανάγκη μεγαλύτερων εκτάσεων. Η μεγαλύτερη ανάγκη για απομακρυσμένο (τηλεπικοινωνιακά) έλεγχο του συστήματος μιας και η πιθανότητα αστοχίας είναι μεγαλύτερη. Κατά συνέπεια, η κατασκευή και η χρήση Φ/Β συστημάτων αποτελεί μια ιδιαίτερα σημαντική επένδυση τόσο για τον ανθρώπινο παράγοντα όσο και για το περιβάλλον ειδικά σε μια χώρα όπως είναι η Ελλάδα αφού έχει μεγάλη ηλιοφάνεια. Το γεγονός ότι έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα από μειονεκτήματα αποδεικνύει ότι τα συστήματα αυτά αποτελούν κλειδί για το ενεργειακό μέλλον του κόσμου. 3.4 Τα Φ/Β συστήματα στην Ελλάδα Τα τελευταία χρόνια η αγορά των Φ/Β έχει επεκταθεί ραγδαία, σε αντίθεση με τα αρχικά αδύναμα βήματα της. Αυτό οφείλεται αφενός ότι στη χώρα μας επικρατεί υψηλό ποσοστό ηλιοφάνειας κατά τη διάρκεια του έτους και αφετέρου ότι τα νησιά και οι απομονωμένες περιοχές αντιμετωπίζουν δυσκολίες στη σύνδεση τους με το δίκτυο. Οι ηλεκτρικές ανάγκες σε πολλές περιοχές (επαρχία, νησιά) καλύπτονται συνήθως από μονάδες που χρησιμοποιούν πετρέλαιο, με αποτέλεσμα το κόστος λειτουργίας να είναι υψηλό και να επιβαρύνεται το περιβάλλον. Η Ελλάδα επίσης, είναι μια χώρα με μεγάλο τουρισμό πράγμα το οποίο σε ορισμένες περιόδους, κυρίως το καλοκαίρι, α- παιτεί υψηλά επίπεδα ενέργειας. Ακολουθεί ο ενεργειακός χάρτης της Ελλάδας που αποδεικνύει το υψηλό ποσοστό ηλιοφάνειας της. 49

51 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Εικόνα 7: Χάρτης ηλιοφάνειας της Ελλάδας Η εγκατεστημένη ισχύς στην Ελλάδα Οι κύριες εφαρμογές Φ/Β συστημάτων στο Ελλαδικό χώρο είναι οι εγκαταστάσεις της ΔΕΗ στα νησιά (Κύθνος, Αρκοί, Αντικύθηρα, Γαύδος, Σίφνος κλπ.), η ηλεκτροδότηση του συνόλου του φαρικού δικτύου από την αντίστοιχη υπηρεσία του Πολεμικού Ναυτικού, αναμεταδότες σταθερής και κινητής τηλεφωνίας, καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις στα πλαίσια πιλοτικών εφαρμογών μέσω επιδοτούμενων έργων της ΕΕ. Η δυνητική αγορά των Φ/Β συστημάτων στην Ελλάδα αλλά και η παραγωγική δραστηριότητα είναι αντίστοιχη της αγοράς των ηλιακών συλλεκτών ζεστού νερού. Η 50

52 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα ανάπτυξη της αγοράς εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την προώθηση βέλτιστων μέτρων και κινήτρων εκ μέρους της πολιτείας. Τέταρτη χώρα στην Ευρώπη και έβδομη στον κόσμο η Ελλάδα σε εγκατεστημένη ισχύ φωτοβολταϊκών. Στην Ελλάδα το 2012 εγκαταστάθηκαν 912kWp φθάνοντας έτσι συνολικά στα 1536,3kWp. Από το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος το 19,38% αντιστοιχεί στο ειδικό πρόγραμμα ανάπτυξης φωτοβολταϊκών σε στέγες. Εικόνα 8: Διάγραμμα εγκατεστημένης ισχύς Φ/Β συστημάτων σε χώρες της Ευρώπης Το παρακάτω διάγραμμα μας αποδεικνύει τη γρήγορη ανάπτυξη της εγκατάστασης των Φ/Β συστημάτων στην Ελλάδα. 51

53 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Από τα 1.536,2 MW της συνολικής ισχύος των φωτοβολταϊκών συστημάτων, τα οικιακά αφορούν στα 297,8 MW, τα 112,4 στις εγκαταστάσεις σε μη διασυνδεδεμένα νησιά (πλην των οικιακών) και τα 1.126,1 MW σε εγκαταστάσεις άνω των 10 kwp στο διασυνδεμένο δίκτυο. Ειδικότερα, οι οικιακές στέγες συγκεντρώνουν ποσοστό 19,4% επί της συνολικής ισχύος, τα έργα άνω των 2 MWp το 12,9%, αυτά με ισχύ κάτω των 20 kwp το 4,1% και εκείνα από 20 kwp έως 2 MWp το 63,6%. Σύμφωνα με τα τελευταία στοιχεία, η Περιφέρεια της Πελοποννήσου κρατά τα πρωτεία στον τομέα των φωτοβολταϊκών με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 204,6 MW. Στην δεύτερη θέση βρίσκεται η Στερεά Ελλάδα με 174,5 ΜW και ακολουθούν η Δυτική Ελλάδα (139 MW), η Κεντρική Μακεδονία (136,7 MW), η Θεσσαλία (136,6 MW), η Ανατολική Μακεδονία & Θράκη (104,6 MW), η Αττική (100,5 MW), η Δυτική Μακεδονία (50,4 MW), η Ήπειρος (47,4 MW), o νομός Θεσσαλονίκης (26,3 MW), τα νησιά του Ιουνίου (4,5 MW) και το Νότιο Αιγαίο (0,3 MW). Τέλος, στον τομέα των οικιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων, οι περιοχές της Μακεδονίας και της Θράκης βρίσκονται στην πρώτη θέση από άποψης ισχύος, με 91,2 MW και ακολουθούν οι περιοχές Πελοπόννησος (48,1 MW), Κεντρική Ελλάδα (41 MW), Θεσσαλονίκη (33,8 MW), Ήπειρος (28,8 MW), B. Αττική (21,8 MW), Νησιωτική Ελλάδα (19,7 MW), Αττική (6,65 MW) και ο Νότια Αττική με 6,4 MW. Ακολουθεί διάγραμμα με την αναλυτική κατανομή εγκαταστάσεων ανά γεωγραφική περιοχή: 52

54 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Παράγοντες που συντελούν στην ανάπτυξη των Φ/Β συστημάτων στην Ελλάδα Η Ελλάδα παρουσιάζει αξιοσημείωτες προϋποθέσεις για ανάπτυξη και εφαρμογή των Φ/Β συστημάτων. Οι λόγοι για την προώθηση της Φ/Β τεχνολογίας, της έρευνας και των εφαρμογών στην Ελλάδα συνοψίζονται ως ακολούθως: Αξιοποίηση μιας εγχώριας και ανανεώσιμης πηγής ενέργειας που είναι σε αφθονία, με συμβολή στην ασφάλεια παροχής ενέργειας. Υποστήριξη του τουριστικού τομέα για ανάπτυξη φιλική προς το περιβάλλον και οικολογικό τουρισμό, ιδιαίτερα στα νησιά. Η ενεργειακή εξάρτηση των νησιωτικών σταθμών παραγωγής ενέργειας από το πετρέλαιο και το τεράστιο κόστος μεταφοράς της, έχουν άμεσο αρνητικό αντίκτυπο στην ποιότητα ζωής των κατοίκων, στην τουριστική ανάπτυξη και στο κόστος παραγωγής ενέργειας, το οποίο τελικώς χρεώνεται η ΔΕΗ. Ενίσχυση του ηλεκτρικού δικτύου τις ώρες των μεσημβρινών αιχμών, όπου τα Φ/Β παράγουν το μεγάλο μέρος ηλεκτρικής ενέργειας, ιδιαίτερα κατά τη θερινή περίοδο που παρατηρείται έλλειψη ή πολύ υψηλό κόστος ενέργειας. 53

55 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Μείωση των απωλειών του δικτύου, με την παραγωγή ενέργειας στον τόπο της κατανάλωσης, ελάφρυνση των γραμμών και χρονική μετάθεση των επενδύσεων στο δίκτυο. Περιορισμός του ρυθμού ανάπτυξης νέων κεντρικών σταθμών ισχύος συμβατικής τεχνολογίας. Συμβολή στη μείωση των διακοπών ηλεκτροδότησης λόγω υπερφόρτωσης του δικτύου ΔΕΗ. Σταδιακή απεξάρτηση από το πετρέλαιο και κάθε μορφής εισαγόμενη ενέργεια και εξασφάλιση της παροχής ενέργειας μέσω αποκεντρωμένης παραγωγής. Κοινωνική προσφορά του παραγωγού / καταναλωτή και συμβολή στην αειφόρο ανάπτυξη, την ποιότητα ζωής και προστασία του περιβάλλοντος στα αστικά κέντρα και στην περιφέρεια. Ανάπτυξη οικονομικών δραστηριοτήτων με σημαντική συμβολή σε αναπτυξιακούς και κοινωνικούς στόχους. Ανάπτυξη της Ελληνικής Βιομηχανίας Φ/Β Συστημάτων με άριστες προοπτικές για πλήρη κάλυψη της Ελληνικής αγοράς και εξαγωγικές δραστηριότητες. Δημιουργία νέων θέσεων εργασίας και ανάπτυξη Ελληνικής τεχνογνωσίας. Εκτίμηση 2004: 2 βιομηχανίες για κατασκευή Φ/Β, 3 ΜΜΕ για ανάπτυξη ηλεκτρονικών ι- σχύος και 3 μονάδες παραγωγής μπαταριών για Φ/Β εφαρμογές. Προώθηση των στόχων της ΕΕ και του Kyoto σχετικά με τη μείωση των αερίων ρύπων και τη διείσδυση των ΑΠΕ στη συνολική ηλεκτροπαραγωγή, σε ποσοστό 20% έως το

56 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα 3.5 Φωτοβολταϊκά συστήματα και περιβάλλον Τα Φ/Β συστήματα εκτός των άλλων, συμβάλλουν σε μεγάλο βαθμό στην προστασία του περιβάλλοντος. Αυτό συμβαίνει διότι, Κάθε κιλοβατώρα που παράγεται από φωτοβολταϊκά, και άρα όχι από συµβατικά ρυπογόνα καύσιµα, συνεπάγεται την αποφυγή έκλυσης ενός περίπου κιλού διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό σύστηµα του ενός κιλοβάτ, αποτρέπει κάθε χρόνο την έκλυση 1,3 τόνων διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέµµατα δάσους. Επιπλέον, συνεπάγεται λιγότερες εκποµπές άλλων επικίνδυνων ρύπων (όπως τα αιωρούμενα μικροσωµατίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις του θείου, κλπ.). Οι εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα πυροδοτούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου και αλλάζουν το κλίµα της Γης, ενώ η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία και το περιβάλλον. Τα φωτοβολταϊκά, όπως αναφέραμε και παραπάνω, προσφέρουν σηµαντικά οφέλη για το περιβάλλον και την κοινωνία. Οφέλη για τον καταναλωτή, για τις αγορές ενέργειας και για τη βιώσιµη ανάπτυξη. Τα φωτοβολταϊκά είναι µία από τις πολλά υποσχόμενης τεχνολογίες της νέας εποχής που ανατέλλει στο χώρο της ενέργειας. Μιας νέας εποχής που θα χαρακτηρίζεται ολοένα και περισσότερο από τις μικρές αποκεντρωμένες εφαρμογές σε ένα περιβάλλον απελευθερωμένης αγοράς. Τα μικρά, ευέλικτα συστήµατα που μπορούν να εφαρμοστούν σε επίπεδο κατοικίας, εµπορικού κτιρίου ή μικρού σταθµού ηλεκτροπαραγωγής (όπως π.χ. τα φωτοβολταϊκά, τα μικρά συστήµατα συμπαραγωγής, οι μικροτουρµπίνες και οι κυψέλες καυσίµου) αναµένεται να κατακτήσουν ένα σηµαντικό μερίδιο της ενεργειακής αγοράς στα χρόνια που έρχονται. Ένα επιπλέον κοινό αυτών των νέων τεχνολογιών είναι η φιλικότητά τους προς το περιβάλλον. Η ηλιακή ενέργεια είναι καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιµη. Δεν ελέγχεται από κανέναν και αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιµότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία. Τα φωτοβολταϊκά, τα οποία μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρικό ρεύµα, θεωρούνται τα ιδανικά συστήµατα ενεργειακής μετατροπής καθώς χρησιμοποιούν την πλέον διαθέσιµη πηγή ενέργειας στον πλανήτη, δεν έχουν κινούμενα μέρη, και παράγουν ηλεκτρισµό, που αποτελεί την πιο χρήσιµη μορφή ενέργειας. 55

57 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Τα φωτοβολταϊκά παρέχουν τον απόλυτο έλεγχο στον καταναλωτή και άµεση πρόσβαση στα στοιχεία που αφορούν την παραγόμενη και καταναλισκόμενη ενέργεια. Τον καθιστούν έτσι πιο προσεκτικό στον τρόπο που καταναλώνει την ενέργεια και συμβάλλουν µ' αυτό τον τρόπο στην ορθολογική χρήση και εξοικονόμηση της ενέργειας. Δεδομένου ότι η παραγωγή και κατανάλωση του ηλιακού ηλεκτρισµού γίνονται τοπικά, αποφεύγονται οι σηµαντικές απώλειες της μεταφοράς και διανοµής του ηλεκτρισµού και κατ' αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται εξοικονόµηση ενέργειας της τάξης του 10% σε σχέση µε τη συµβατική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας µέσω του δικτύου. Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήµατα έχουν αθόρυβη λειτουργία, αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής, δυνατότητα επέκτασης ανάλογα µε τις ανάγκες, δυνατότητα α- ποθήκευση; της παραγόµενης ενέργειας (στο δίκτυο ή σε συσσωρευτές) και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Τα περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα των φωτοβολταϊκών είναι αδιαμφισβήτητα. Κάθε κιλοβατώρα που παράγεται από φωτοβολταϊκά, και άρα όχι από συμβατικά καύσιµα, συνεπάγεται την αποφυγή έκλυσης 1,1 κιλών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (µε βάση το σημερινό ενεργειακό μείγµα στην Ελλάδα και τις μέσες απώλειες του δικτύου). Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό σύστηµα του ενός κιλοβάτ αποτρέπει κάθε χρόνο την έ- κλυση 1,3-1,4 τόνων διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέµµατα δάσους. Επιπλέον, συνεπάγεται λιγότερες εκποµπές άλλων επικίνδυνων ρύπων (όπως τα αιωρούμενα μικροσωµατίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις του θείου, κλπ.). Οι εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα πυροδοτούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου και αλλάζουν το κλίµα της Γης, ενώ η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία και το περιβάλλον. Η βαθμιαία αύξηση των μικρών ηλεκτροπαραγωγών μπορεί να καλύψει αποτελεσματικά τη διαρκή αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία σε διαφορετική περίπτωση θα έπρεπε να καλυφθεί µε μεγάλες επενδύσεις για σταθµούς ηλεκτροπαραγωγής. Η παραγωγή ηλεκτρισµού από μικρούς παραγωγούς μπορεί να περιορίσει επίσης την ανάγκη επενδύσεων σε νέες γραµµές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος μιας νέας γραµµής μεταφοράς είναι πολύ υψηλό, αν λάβουµε υπόψη µας πέρα από τον τεχνολογικό εξοπλισµό και θέµατα που σχετίζονται µε την εξάντληση των φυσικών πόρων και τις αλλαγές στις χρήσεις γης. 56

58 Κεφάλαιο 3: Φωτοβολταϊκά Συστήματα Τέλος, οι διάφοροι μικροί παραγωγοί "πράσινης" ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν ιδανική λύση για τη μελλοντική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στις περιπτώσεις όπου αμφισβητείται η ασφάλεια της παροχής. Η τοπική παραγωγή ηλεκτρική; ενέργειας δεν δοκιμάζεται από δαπανηρές ενεργειακές απώλειες που αντιμετωπίζει το ηλεκτρικό δίκτυο (απώλειες, οι οποίες στην Ελλάδα ανέρχονται σε 10,6% κατά µέσο όρο). Από την άλλη, η μέγιστη παραγωγή ηλιακού ηλεκτρισµού συμπίπτει χρονικά µε τις ημερήσιες αιχµές της ζήτησης (ιδίως τους καλοκαιρινούς μήνες), βοηθώντας έτσι στην εξομάλυνση των αιχµών φορτίου, στην αποφυγή black-out και στη μείωση του συνολικού κόστους της ηλεκτροπαραγωγής, δεδομένου ότι η κάλυψη αυτών των αιχµών είναι ιδιαίτερα δαπανηρή. Αξίζει να σημειωθεί ότι, κάθε ώρα black-out κοστίζει στην εθνική οικονοµία εκατ. ευρώ. Παρ όλα αυτά όμως υπάρχουν και κάποιες αρνητικές επιπτώσεις των Φ/Β συστημάτων στο περιβάλλον. Αυτές οι επιπτώσεις μπορούν να χαρακτηρισθούν στο σύνολο τους ως ελάχιστες και προκύπτουν κυρίως από τη χρήση διαφόρων υλικών και ενέργειας για την κατασκευή των Φ/Β (στο εργοστάσιο), οι περιορισμένες οχλήσεις θορύβου και σκόνης κατά την κατασκευή του Φ/Β πάρκου και ο κίνδυνος από εκπομπές αέριων ρύπων σε περίπτωση πυρκαγιάς. Η αισθητική όψη του φωτοβολταϊκού πάρκου μπορεί να είναι μία επιπρόσθετη επίπτωση η οποία όμως κρίνεται πάντα με υποκειμενικά κριτήρια του κάθε ανθρώπου. 57

59 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 4.1 Εισαγωγή Στην Ευρώπη η μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας παρατηρείται στον οικιακό, ε- μπορικό και βιομηχανικό τομέα με ποσοστό περίπου 40% της συνολικής. Τα κτίρια παράγουν περισσότερο από το 30% των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα στην Ε.Ε και συνεπώς είναι σημαντική πηγή αερίων του θερμοκηπίου. Από την τελική κατανάλωση ενέργειας, το 57% οφείλεται στην κτιριακή θέρμανση και το 25% για τη θέρμανση νερού. Το πρόβλημα της διαχείρισης της ενέργειας στον τομέα της στέγης βρίσκεται σήμερα στο επίκεντρο του παγκόσμιου ενδιαφέροντος. Μέσω πολυάριθμων προγραμμάτων όπως: επιδοτήσεις για επενδύσεις, τιμολόγια τροφοδότησης, πράσινα πιστοποιητικά ενθαρρύνονται οι οικιακοί χρήστες να υιοθετήσουν φ/β. Την τελευταία δεκαετία η τεχνολογική πρόοδος που σημειώθηκε, οδήγησε σε σημαντική μείωση του κόστους των φ/β και ενίσχυσε τη χρήση τους. Στο παρελθόν η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών σε οικιακή στέγη ήταν προνόμιο ατόμων με οικολογικές ανησυχίες. Οι ηλιακοί συλλέκτες θεωρήθηκαν ενοχλητικοί, δεν ταίριαζαν αρμονικά με κάθε σχέδιο σπιτιού, και ο προβληματισμός για να παρθεί η απόφαση εγκατάστασης ήταν μεγάλος. Από τότε βέβαια έχουν γίνει τεράστια βήματα προς τα εμπρός. Σήμερα είναι δυνατή η ενσωμάτωση των φ/β σε οποιοδήποτε κτίριο και όλο και περισσότεροι αρχιτέκτονες και κατασκευαστές αρχίζουν να καταλαβαίνουν τόσο τη χρησιμότητα όσο και τις δυνατότητες που προσφέρουν τα φ/β συστήματα. 4.2 Δυνατότητες εφαρμογής Φ/Β συστημάτων σε κτίρια. Τα Φ/Β μπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες ή κεκλιμένες) ή και σε προσόψεις κτιρίων. Παρέχονται σε διάφορα μεγέθη και μπορούν π.χ., να υποκαταστήσουν τμήμα μιας κεραμοσκεπής (μειώνοντας αντίστοιχα και το κόστος ) ή τα υαλοστάσια σε μια πρόσοψη ή να χρησιμοποιηθούν σαν φωταγωγοί (skylights). Ήδη παράγονται και Φ/Β κεραμίδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θέση των κανονικών κεραμιδιών. 58

60 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Τα Φ/Β μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως σκίαστρα πάνω από παράθυρα (βοηθώντας έτσι και στη μείωση των εξόδων κλιματισμού). Επίσης σε πέργκολες και στέγαστρα χώρων στάθμευσης. Παρέχονται σε διάφορα χρώματα (κατόπιν παραγγελίας) και σε διάφορα πάχη διαφάνειας για ειδικές αρχιτεκτονικές εφαρμογές. Διατίθενται επίσης σήμερα διαφανή Φ/Β, για προσόψεις εμπορικών κτιρίων, με θερμομονωτικές ιδιότητες αντίστοιχες με αυτές των υαλοστασίων χαμηλής εκπεμψιμότητας (low-e) που επιτυγχάνουν πέραν της ηλεκτροπαραγωγής και εξοικονόμηση ενέργειας 15-30% σε σχέση με κτίριο με συμβατικά υαλοστάσια. Τα Φ/Β μπορεί να είναι με ή χωρίς πλαίσιο (συνήθως από αλουμίνιο). Τα πρώτα χρησιμοποιούνται σε κεκλιμένες στέγες (ενσωματωμένα ή πρόσθετα) ή σε επίπεδες οροφές, ενώ τα δεύτερα σε προσόψεις (σαν κοινός υαλοπίνακας) ή τοιχώματα. Για την τοποθέτηση των Φ/Β πλαισίων σε ένα κτίριο, υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι α) τοποθέτηση σε κεκλιμένα στηρίγματα, β) τοποθέτηση σε ειδική βάση προσαρμοζόμενη στο εξωτερικό του κελύφους, γ) απ' ευθείας τοποθέτηση και δ) ενσωμάτωση των φ/β στο κέλυφος του κτιρίου Δομή και κατηγοριοποίηση διασυνδεδεμένων Φ/Β συστημάτων σε κτίρια Δομή Κάθε Διασυνδεδεμένο Κτηριακό Φωτοβολταϊκό Σύστημα (BAPV/BIPV Building Applied/Intergraded Photovoltaics) μπορεί να αναλυθεί σε δύο επιμέρους δομικές μονάδες: τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τα οποία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική και τον ηλεκτρονικό μετατροπέα, που αναλαμβάνει την προσαρμογή της παραγόμενης ηλεκτρική; ενέργειας στις προδιαγραφές του δικτύου χαμηλής τάσης. Ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων Φ/Β πλαισίων καθορίζει τη μέγιστη παραγόμενη ισχύ, ενώ η εν σειρά και παράλληλη σύνδεση αυτών προσδιορίζει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (τιμές τάσης και ρεύματος) των μετατροπέων που θα χρησιμοποιηθούν. Επιπρόσθετα, η απρόσκοπτη λειτουργία της όλης εγκατάστασης απαιτεί τη χρήση ορισμένων βοηθητικών συστημάτων (Balance of System, B.o.S), τα οποία εγγυώνται τόσο την ασφαλή διασύνδεση του μετατροπέα με τις Φ/Β γεννήτριες και το ηλεκτρικό δίκτυο όσο και τη στιβαρότητα της όλης εγκατάστασης σε μηχανικές καταπονήσεις. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια παρέχεται υπό τη μορφή συνεχούς τάσης και ρεύματος. Για να καταστεί λοιπόν εφικτή η τροφοδότηση 59

61 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων του ηλεκτρικού δικτύου Ε.Ρ. με την ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά, απαιτείται η διαμεσολάβηση κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων, των αντιστροφέων. Έχει επικρατήσει αυτές οι ηλεκτρονικές διατάξεις να ονομάζονται στο σύνολό τους ηλεκτρονικοί μετατροπείς ενώ το τμήμα τους που αναλαμβάνει τη διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο και μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη ονομάζεται αντιστροφέας. Όπως όλες οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις παραγωγής ή κατανάλωσης ηλεκτρικής ε- νέργειας που συνδέονται στο δίκτυο Ε.Ρ, έτσι και οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς των διασυνδεδεμένων με το ηλεκτρικό δίκτυο Φ/Β συστημάτων, οφείλουν να υπόκεινται στις προδιαγραφές που ορίζονται από τους κανονισμούς και τα πρότυπα που έχουν θεσπιστεί ή υιοθετηθεί από τους Διαχειριστές των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας και Δικτύων. Συγκεκριμένα, η σύνδεση μικρών διεσπαρμένων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο Χαμηλής Τάσης (Χ.Τ.), θεωρείται αποδεκτή όταν η ενέργεια που παρέχεται στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων δεν επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα ισχύος που παρέχεται στους άλλους συνδεόμενους χρήστες (καταναλωτές ή παραγωγούς), δεν διαταράσσει την ορθή λειτουργία των μέσων ρύθμισης και προστασίας του δικτύου και δεν θέτει σε κίνδυνο πρόσωπα και εγκαταστάσεις. Αν και τα θέματα αυτά αναλύονται εκτενέστερα σε επόμενη παράγραφο, αξίζει να σημειωθεί ότι οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς που διατίθενται στο εμπόριο είναι συνήθως εναρμονισμένοι με τους εν λόγω κανονισμούς και πρότυπα ενώ παράλληλα διαθέτουν και τις απαιτούμενες προστασίες προκειμένου να επιτυγχάνεται η απρόσκοπτη παράλληλη λειτουργία τους με το ηλεκτρικό δίκτυο. Ένας σημαντικός διαχωρισμός μεταξύ των ηλεκτρονικών μετατροπέων των διασυνδεδεμένων Φ/Β συστημάτων μπορεί να γίνει ανάλογα με το αν εμπεριέχουν μετασχηματιστή (Μ/Σ) σε κάποια από τις βαθμίδες τους. Στην περίπτωση που χρησιμοποιείται Μ/Σ, αυτός μπορεί να είναι υψηλής συχνότητας (Μ/Σ φερρίτη) ή χαμηλής συχνότητας (Μ/Σ σιδήρου). Η ύπαρξη Μ/Σ προσφέρει το πλεονέκτημα της γαλβανικής απομόνωσης του Φ/Β εξοπλισμού από το δίκτυο Ε.Ρ. Παρ' όλο που οι χαμηλής συχνότητας Μ/Σ επιφέρουν την αύξηση του όγκου και του βάρους της συνολικής κατασκευής, η παρουσία τους εγγυάται τη μηδενική έγχυση συνεχούς ρεύματος στο ηλεκτρικό δίκτυο. Αντίθετα στις υπόλοιπες τοπολογίες, ενδεχόμενες ασυμμετρίες του κυκλώματος ισχύος ή του κυκλώματος ε- 60

62 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων λέγχου μπορούν να προκαλέσουν την εμφάνιση μιας μικρής συνιστώσας συνεχούς ρεύματος στην έξοδο των αντιστροφέων. Κατηγοριοποίηση Ανάλογα με τον τρόπο που συνδυάζονται οι παραπάνω δομικές μονάδες, τα διασυνδεδεμένα κτιριακά Φ/Β συστήματα μικρής ισχύος (έως 10k W) κατηγοριοποιούνται κυρίως σε δύο τεχνολογικές τάσεις. Την τεχνολογία Στοιχειοσειράς (String technology) και την τεχνολογία Πολλαπλών Στοιχειοσειρών (Multi-string technology). Η διαφοροποίηση των προαναφερθέντων τεχνολογικών τάσεων έγκειται αφ' ενός στον α- ριθμό των Φ/Β πλαισίων που συνδέονται ανά ηλεκτρονικό μετατροπέα (επίπεδο ι- σχύος του μετατροπέα), αφ' ετέρου στον τρόπο με τον οποίο συνδέονται μεταξύ τους τα Φ/Β πλαίσια (εν σειρά σύνδεση, παράλληλη σύνδεση ή συνδυασμός αυτών) Διασυνδεδεμένα κτιριακά Φ/Β συστήματα υπό το καθεστώς Ανεξάρτητου Παραγωγού. Τα διασυνδεδεμένα κτιριακά Φ/Β συστήματα που εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής της ΚΥΑ (ΦΕΚ Β' 1079, 4/6/2009) εντάσσονται στο καθεστώς του ανεξάρτητου παραγωγού (Feed In Tariff). Δηλαδή, το σύνολο της ενέργειας που παράγεται από την ηλεκτροπαραγωγική μονάδα πωλείται στη ΔΕΗ και δεν χρησιμοποιείται για τη μερική ή ολική τροφοδότηση των φορτίων της κτηριακής εγκατάστασης (ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου). Η υλοποίηση της ηλεκτρικής εγκατάστασης απαιτεί την εγκατάσταση δύο ξεχωριστών ηλεκτρικών πινάκων (ενός για τις ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου και ενός δεύτερου για τη σύνδεση της ηλεκτροπαραγωγικής μονάδας), οι οποίοι εν συνεχεία, συνδέονται στους μετρητές καταναλισκόμενης και αποδιδόμενης ενέργειας αντίστοιχα. Τόσο η ενέργεια που αποδίδει ο παραγωγός στο ηλεκτρικό δίκτυο όσο και αυτή που απορροφά από αυτό για τις ιδιοκαταναλώσεις του κτηρίου, μεταφέρονται πάντοτε μέσω της ίδιας ηλεκτρικής παροχής. 61

63 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Εικόνα 9: Δομή ενός διασυνδεμένου κτηριακού Φ/Β στην περίπτωση του Ανεξάρτητου Παραγωγού Διαμόρφωση της σύνδεσης με βάση τη μέγιστη ισχύ της Φ/Β εγκατάστασης Τα κτηριακά Φ/Β συστήματα ισχύος έως και 5 kwp, συνδέονται στο δίκτυο Χ. Τ. μέσω μονοφασικής παροχής, σε αντιδιαστολή με αυτά των οποίων η μέγιστη ισχύς ξεπερνά τα 5 kwp (αλλά σε καμία περίπτωση τα 10 kwp) οπότε υποχρεωτικά συνδέονται στο δίκτυο μέσω τριφασικής παροχής. Στην περίπτωση της τριφασικής σύνδεσης θα πρέπει να επιδιώκεται η συμμετρική φόρτιση των τριών φάσεων. Σημειώνεται ότι, σύμφωνα με τις σχετικές οδηγίες της ΔΕΗ, το ποσοστό ασυμμετρίας μεταξύ των τριών φασικών ρευμάτων δεν μπορεί να υπερβαίνει το 20% Προσανατολισμός των πλαισίων Για να είναι εφικτή η μεγιστοποίηση της ενεργειακής παραγωγικότητας των Φ/Β πλαισίων, θα πρέπει να επιτυγχάνεται βέλτιστη εκμετάλλευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, εφόσον η πορεία του ήλιου αλλάζει τόσο με την ώρα της ημέρας όσο και με τη μέρα του έτους, τεκμαίρεται πως για να παράγει ένα πλαίσιο τη μέγιστη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας θα πρέπει να είναι σε θέση να περιστρέφεται ώστε να μπορεί να ακολουθεί την τροχιά του ήλιου και να είναι συνεχώς κάθετο στην κατεύθυνση της ακτινοβολίας. Πρακτικά, η μηχανική πολυπλοκότητα και το κόστος ενός μηχανισμού που θα επέτρεπε την κίνηση των πλαισίων σύμφωνα με τον παραπάνω τρόπο, καθιστά εξαιρετικά δύσκολη και δαπανηρή την εφαρμογή του σε κτηριακά Φ/Β συστήματα. Έτσι στη πλειονότητα των κτηριακών Φ/Β συστημάτων επιλέγεται σταθερός προσανατολισμός των πλαισίων, ώστε να επιτυγχάνε- 62

64 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων ται μέση ετήσια γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας όσο το δυνατό πιο κοντά στις 90. Η επίτευξη αυτού του στόχου έγκειται στην σωστή επιλογή της κλίσης και της αζιμούθιας γωνίας του πλαισίου. Η κλίση του πλαισίου εκφράζεται με τη γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο της επιφάνειας του Φ/Β πλαισίου και το οριζόντιο επίπεδο, ενώ η αζιμούθια γωνία σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο ανάμεσα στην προβολή της κεκλιμένης πλευράς του πλαισίου και τον τοπικό μεσημβρινό βορρά-νότου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Εικόνα 10: Γραφική απεικόνιση της κλίσης και της αζιμούθιας γωνίας ενός Φ/Β πλαισίου που βρίσκεται στο Βόρειο ημισφαίριο. Για το βόρειο ημισφαίριο η βέλτιστη κλίση του Φ/Β πλαισίου για τη μέγιστη παραγωγή καθ όλη τη διάρκεια του έτους είναι ίση με τη γεωγραφική παράλληλο του τόπου και η αζιμούθια γωνία είναι περίπου 0 (κατεύθυνση προς νότο). Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι στην Ελλάδα η μεγιστοποίηση της συνολικής ετήσιας ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε επιφάνεια σταθερής κλίσης, επιτυγχάνεται για Νότιο προσανατολισμό και κλίση περί των 30. Δεδομένου ότι στην περίπτωση των κτηριακών Φ/Β εγκαταστάσεων οι βέλτιστες τιμές κλίσης και προσανατολισμού της Φ/Β συστοιχίας μπορεί να είναι ανέφικτες λόγω των περιορισμών που προκύπτουν από τις δεδομένες διαθέσιμες επιφάνειες του κτηρίου, θα πρέπει να γίνει εκτίμηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια στην οποία πρόκειται να εγκατασταθεί η Φ/Β συστοιχία. Η μείωση της ετήσιας ηλιακής ακτινοβολίας (στην επιφάνεια της Φ/Β συστοιχίας) συγκριτικά με τη μέγιστη θεωρητική της τιμή συνιστάται να μην υπερβαίνει το 10% προκειμένου να μεγιστοποιούνται τα οικονομικά οφέλη του ανεξάρτητου παραγωγού. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς που προκύπτουν από τις διαθέσιμες επιφάνειες των κτηρίων, προτιμώνται γενικά επιφάνειες νότιου προσανατολισμού με απόκλιση έως 70 από την κατεύθυνση του Νότου, και κλίσης στο εύρος Σημειώ- 63

65 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων νεται ότι η χρήση γωνιών κλίσης άνω των διευκολύνει τον αυτοκαθαρισμό των πλαισίων από σωματίδια σκόνης και άλλους ρύπους μέσω της βροχής. Στα παρακάτω σχήματα παρουσιάζεται ενδεικτικά η επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην ηλεκτροπαραγωγική ικανότητα ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος σε απόλυτες τιμές και σε επί τοις εκατό ποσοστά αντίστοιχα. Σε όλες τις περιπτώσεις υποθέτεται ότι δεν υπάρχουν σκιασμοί. Εικόνα 11: Επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία (kwh/m 2 /έτος) στο επίπεδο των ηλιακών πλαισίων ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος στην Αττική. Εικόνα 12: Επίδραση της τιμής της κλίσης και του προσανατολισμού στην ηλεκτροπαραγωγική ικανότητα ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος (σε επί τοις εκατό ποσοστά). 64

66 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Προβλήματα σκιασμών Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας ο οποίος επιδρά καθοριστικά στην ενεργειακή αποδοτικότητα ενός κτιριακού Φ/Β συστήματος είναι η ύπαρξη σκιασμών. Λαμβάνοντας υ- πόψη ότι σε ένα Φ/Β πλαίσιο τόσο τα Φ/Β στοιχεία (ή μέρος αυτών) όσο και τα Φ/Β πλαίσια μιας στοιχειοσειράς συνδέονται μεταξύ τους εν σειρά, γίνεται κατανοητό ότι α- κόμα κι ο σκιασμός ενός μέρους της Φ/Β συστοιχίας μπορεί να προκαλέσει σημαντική μείωση της παραγόμενης ισχύος συγκριτικά με την αναμενόμενη τιμή αυτής. Αναλυτικότερα, το συνολικό ρεύμα μιας στοιχειοσειράς Φ/Β πλαισίων καθορίζεται από το μειωμένο ρεύμα του σκιασμένου τμήματος της Φ/Β συστοιχίας. Βέβαια στην περίπτωση που ο σκιασμός περιορίσει την τάση του (των) σκιασμένου(ων) πλαισίου(ων) αρκετά χαμηλά ώστε να εισέλθει σε αγωγή η δίοδος παράκαμψης, το πλαίσιο αυτό εξαιρείται της ηλεκτροπαραγωγής. Από μια άλλη οπτική γωνία, μόνιμοι και επαναλαμβανόμενοι τοπικοί σκιασμοί σε ώρες υψηλής ακτινοβολίας δύναται να καταπονήσουν το σκιαζόμενο Φ/Β πλαίσιο, προκαλώντας την πρόωρη γήρανση αυτού. Συνεπώς είναι σημαντικό να αποφεύγονται σκιασμοί, έστω και από αντικείμενα μικρού όγκου όπως κολώνες, κεραίες ή ηλεκτρικά καλώδια ή, ακόμη περισσότερο, από δένδρα, παρακείμενα κτήρια κλπ. Η επιλογή της θέσης έδρασης της Φ/Β συστοιχίας θα πρέπει να γίνεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται ότι δεν θα υπάρξουν σκιασμοί καθ όλο το έτος και ειδικά τις ώρες υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας. Για τον έλεγχο πιθανών σκιασμών καθ όλο το έτος καλό είναι να χρησιμοποιηθεί ένα διάγραμμα τροχιάς του ήλιου, όπως αυτό που παρατίθεται στο σχήμα 4.5. Στο εν λόγω διάγραμμα σχεδιάζεται η θέση του ήλιου σε γωνιακές συντεταγμένες, για γεωγραφικό πλάτος 38. Για διαφορετικό γεωγραφικό πλάτος στην Ελλάδα προκύπτει ελαφρά διαφορετικό διάγραμμα. Ο οριζόντιος άξονας στο σχήματος 4.5 αντιστοιχεί στην αζιμούθια γωνία του ήλιου, ήτοι την γωνία που σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο ανάμεσα στην προβολή της κατεύθυνσης του ήλιου και στον τοπικό μεσημβρινό βορρά-νότου (γωνιακή απόσταση του ηλίου από τη διεύθυνση του Νότου), ενώ ο κατακόρυφος άξονας αντιστοιχεί στη γωνία του ύψους του ήλιου, δηλαδή ανάμεσα στην κατεύθυνση του ήλιου και της προβολής της στο οριζόντιο επίπεδο. 65

67 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Εικόνα 13: Διάγραμμα τροχιάς ήλιου σε Βόρειο γεωγραφικό πλάτος 38 μοιρών. Επί του διαγράμματος έχουν σχεδιασθεί ενδεικτικά η 21η Δεκεμβρίου, η 21 Μαρτίου και η 21η Ιουνίου, ενώ επίσης σημειώνονται επί των τροχιών και οι θέσεις του ήλιου για κάθε ώρα της ημέρας (σε τοπική ηλιακή ώρα). Με βάση το διάγραμμα του σχήματος 4 θα πρέπει να συγκριθούν τα περιγράμματα των εμποδίων (σε γωνιακές συντεταγμένες στο ίδιο σύστημα αξόνων) όπως φαίνονται από το δυσμενέστερο σημείο της Φ/Β συστοιχίας. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να ελέγξουμε αν τα εμπόδια σκιάζουν την Φ/Β συστοιχία, δηλαδή αν η γωνία ύψους των εμποδίων είναι μεγαλύτερη από τη γωνία ύψους του ήλιου για την αντίστοιχη αζιμούθια γωνία. Εάν στην τοποθεσία έδρασης του Φ/Β εξοπλισμού υπάρχουν μόνιμοι ή επαναλαμβανόμενοι σκιασμοί (π.χ. σκίαση από παρακείμενα κτήρια, κολώνες, στηθαίο, κλπ.) για μεγάλο χρονικό διάστημα γύρω από το ηλιακό μεσημέρι (από 09:00 έως 15:00), τότε η θέση εγκατάστασης θεωρείται ακατάλληλη. Τέλος, για τη διασφάλιση της μακροχρόνιας απρόσκοπτης λειτουργίας του Φ/Β συστήματος θα πρέπει να εξετάζεται το ενδεχόμενο εμφάνισης μελλοντικών σκιασμών λόγω ανοικοδόμησης παρακείμενων κτηρίων. Εν κατακλείδι, μπορούμε να πούμε ότι ο γενικός κανόνας ορθής τοποθεσίας έδρασης του Φ/Βεξοπλισμού είναι ο ορίζοντας προς Νότο να είναι ελεύθερος και χωρίς εμπόδια Στήριξη Η έδραση των Φ/Β πλαισίων επί του κτηρίου μπορεί να υλοποιηθεί είτε πάνω σε πρόσθετη μεταλλική κατασκευή, είτε επί της επιφάνειας του δώματος, ή ακόμα και με 66

68 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων την ενσωμάτωση των πλαισίων στο δομικό κέλυφος του κτηρίου. Αν και το βάρος της ίδιας της Φ/Β συστοιχίας και της βάσης στήριξης δεν αναμένεται να επηρεάσει την στατική αντοχή του κτηρίου, καλό είναι όταν η τοποθέτηση των πλαισίων γίνεται σε στέγαστρα ή σκεπές να διενεργείται στατικός έλεγχος (ή ακόμα και ειδική μελέτη όπου απαιτείται) ώστε να διερευνάται η μηχανική καταπόνηση και η ανεμοπίεση της επιφάνειας έδρασης των πλαισίων. Τα Φ/Β πλαίσια τοποθετούνται σε ένα σύστημα στήριξης, εξασφαλίζοντας την απρόσκοπτη λειτουργία και την ασφάλεια της εγκατάστασης σε ακραίες συνθήκες ανέμου, χιονόπτωσης, σεισμού και θερμοκρασιακών μεταβολών. Οι ακραίες αυτές συνθήκες καθώς, ο συνδυασμός τους καθώς και οι α- ντίστοιχοι συντελεστές ασφάλειας, προδιαγράφονται στους Ευρωπαϊκούς κώδικες (Euro codes), παράλληλα με επιπρόσθετους ελέγχους, όπως για το σύνολο των δομικών κατασκευών. Για τη στατική επάρκεια του συστήματος στήριξης καθεαυτού, μπορεί να ζητείται αντίστοιχο πιστοποιητικό από τον προμηθευτή. Το σύστημα στήριξης μπορεί να είναι μέρος υαλοπετάσματος, να αποτελεί σύνδεσμο με τους φορείς μίας στέγης ή να αποτελεί ένα αυτοτελές σύστημα τοποθετημένο στο δώμα ή με τρόπο που να δημιουργεί σκίαστρο. Το σύστημα στήριξης μπορεί να είναι είτε μεταλλικό, από αλουμίνιο ή εν θερμώ γαλβανισμένο χάλυβα, είτε από πλαστικό (κυρίως όσο αφορά στην περίπτωση λεκανών στήριξης). Στο εμπόριο διατίθεται πληθώρα συστημάτων στήριξης. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να δίνεται προσοχή στη συμβατότητά τους με τα λοιπά στοιχεία του εξοπλισμού και κατ επέκταση στην ε- γκυρότητα των πιστοποιητικών στατικής επάρκειας επί του συνόλου της εγκατάστασης. Θα πρέπει ο τρόπος σύσφιξης των Φ/Β πλαισίων να είναι σύμφωνος με τις προδιαγραφές του συγκεκριμένου Φ/Β πλαισίου και επιπλέον οι διαστάσεις του πλαισίου να είναι αντίστοιχες (ή μικρότερες) με αυτές που έχουν θεωρηθεί στην στατική μελέτη για την έκδοση του πιστοποιητικού στατικής επάρκειας. Όσον αφορά στη σύνδεση του συστήματος στήριξης με το κτήριο, και ειδικότερα α- ναφορικά με σύστημα στήριξης σε δώμα, θα πρέπει να εφαρμόζεται κατάλληλη α- γκύρωση. Αυτή γίνεται κυρίως με την προσθήκη φορτίου, ή με τη χρήση κοχλιών. Στην πρώτη περίπτωση θα πρέπει το βάρος που θα τοποθετηθεί να είναι σύμφωνο με τη στατική μελέτη του κτηρίου. Στην περίπτωση χρήσεως κοχλιών, θα πρέπει να μην τραυματίζεται η υφιστάμενη μόνωση. Και στις δύο περιπτώσεις, όπως και στην περίπτωση άλλου συστήματος, παρέχονται οι προδιαγραφές για την αγκύρωση από τον 67

69 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων προμηθευτή του συστήματος στήριξης. Ωστόσο η συμβατότητα με το κτήριο θα πρέπει να ελέγχεται από έναν μηχανικό. Τέλος, ο εγκαταστάτης θα πρέπει να έχει υπόψη του την διαφοροποίηση των συστημάτων στήριξης και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που το διέπουν, συμπεριλαμβανομένων της ευκολίας εγκατάστασης, της αξιοπιστίας και των λειτουργικών στοιχείων (όπως η δυνατότητα ή όχι φυσικού αερισμού του πλαισίου) Επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών μετατροπέων. Ένα από τα ζητήματα που χρήζουν προσοχής κατά το σχεδιασμό ενός κτηριακού Φ/Β συστήματος, είναι η επιλογή του χώρου έδρασης των ηλεκτρονικών μετατροπέων. Συνήθως, οι μετατροπείς των εν λόγω ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων τοποθετούνται είτε στο εσωτερικό των κτηρίων που εγκαθίστανται, είτε σε ειδικά διαμορφωμένο κλειστό χώρο ο οποίος μπορεί να βρίσκεται πλησίον του Φ/Β εξοπλισμού. Μάλιστα, στη δεύτερη περίπτωση μειώνεται σημαντικά το μήκος των ηλεκτρικών αγωγών Σ.Ρ. με άμεσο αποτέλεσμα τον περιορισμό των ηλεκτρικών απωλειών, της πτώσης τάσης, αλλά και του κόστους καλωδίωσης. Βέβαια υπάρχουν και ηλεκτρονικοί μετατροπείς οι οποίοι σύμφωνα με τα τεχνικά φυλλάδια του κατασκευαστή μπορούν να εγκατασταθούν είτε κάτω από τα Φ/Β πλαίσια, είτε στο μηχανισμό στήριξης αυτών, εφόσον υπάρχει αρκετός χώρος. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο συγκεκριμένος τύπος έδρασης έχει ως αποτέλεσμα την άμεση έκθεση του μετατροπέα σε υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών, αλλά, σε ορισμένες περιοχές της Ελλάδας, και σε αρκετά χαμηλές κατά τη διάρκεια του χειμώνα, προτείνεται να εφαρμόζεται μόνο στις περιπτώσεις που το προβλέπει ο κατασκευαστής. Συγκεκριμένα, στο φυλλάδιο του κατασκευαστή θα πρέπει να αναζητηθεί ο δείκτης προστασίας (IP) του μετατροπέα από σωματίδια σκόνης και νερού, καθώς και τα όρια της θερμοκρασίας μέσα στα οποία δεν επηρεάζεται η ασφαλής και απρόσκοπτη λειτουργία του. Σε αντίθετη περίπτωση η υιοθέτηση του προαναφερθέντος τρόπου έδρασης μπορεί να επιφέρει μείωση του προσδόκιμου της διάρκειας ζωής του μετατροπέα. Επίσης, λαμβάνοντας υπόψη ότι η ψύξη του ηλεκτρονικού μετατροπέα επηρεάζεται σημαντικά από τις κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής στην οποία είναι εγκατεστημένο το Φ/Β σύστημα (θερμοκρασία περιβάλλοντος, συνθήκες ηλιοφάνειας, υ- 68

70 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων γρασία και άνεμος), γίνεται κατανοητό ότι στις περιπτώσεις που ο μετατροπέας τοποθετείται σε κλειστό χώρο πλησίον του Φ/Β εξοπλισμού ίσως είναι απαραίτητη η τοποθέτηση μηχανισμού εξαναγκασμένης ψύξης (ανεμιστήρες). Συνεργασία Φ/Β αντιστροφέα Κατά τη σχεδίαση του συστήματος απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στη συνεργασία μεταξύ της Φ/Β συστοιχίας και του ηλεκτρονικού αντιστροφέα. Ο αντιστροφέας απαιτεί στην είσοδό του ένα συγκεκριμένο εύρος για την τάση λειτουργίας, έχοντας ένα ανώτατο όριο τάσης εισόδου. Το ανώτατο όριο δεν πρέπει να υπερβαίνεται, ώστε να μην υπάρξει κίνδυνος καταστροφής του αντιστροφέα. Συνεπώς, ο αριθμός των Φ/Β πλαισίων που μπορούν να συνδεθούν εν σειρά υπολογίζεται έτσι ώστε να μην υπερβαίνονται τα όρια αυτά, σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας. Η τάση ενός Φ/Β πλαισίου ε- ξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη θερμοκρασία λειτουργίας του. Οι τιμές τάσης, ρεύματος και ισχύος που δίνονται από τον κατασκευαστή, αναφέρονται στις πρότυπες συνθήκες δοκιμών (S.T.C). Σημειώνεται ότι η θερμοκρασία στην οποία διενεργήθηκαν οι μετρήσεις (του κατασκευαστή) είναι 25 C. Κατά συνέπεια τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των Φ/Β πλαισίων πρέπει να διορθωθούν (αναχθούν) στις ακραίες θερμοκρασιακές συνθήκες λειτουργίας του Φ/Β συστήματος. Αναλυτικότερα, από την ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας των πλαισίων υπολογίζεται η μέγιστη τιμή της τάσης των αλυσίδων και από τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας των πλαισίων καθορίζεται η μέγιστη τιμή του ρεύματος των παράλληλων αλυσίδων (κλάδων). Ο μέγιστος αριθμός Φ/Β πλαισίων εν σειρά υπολογίζεται έτσι ώστε η συνολική τάση ανοικτού κυκλώματος της συστοιχίας στη μικρότερη α- ναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας, να μην υπερβαίνει το ανώτατο όριο τάσης εισόδου του αντιστροφέα. Για τις πεδινές περιοχές της Ελλάδος ως ελάχιστη θερμοκρασία μπορεί να ληφθεί η τιμή -5 C η -10 C (θερμοκρασία λειτουργίας ενεργού υλικού του Φ/Β πλαισίου). Συγχρόνως πρέπει να ελεγχθεί και η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση λειτουργίας του Φ/Β πλαισίου, η οποία ομοίως πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την τάση ανοικτού κυκλώματος της στοιχειοσειράς στην μικρότερη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας, ώστε να μην προκύψει πρόβλημα στη μόνωση του Φ/Β πλαισίου. Ο ελάχιστος αριθμός Φ/Β πλαισίων εν σειρά ορίζεται έτσι ώστε η συνολική τάση βέλτιστης λειτουργίας της συστοιχίας στη μέγιστη αναμενόμενη θερμοκρασία λει- 69

71 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων τουργίας να υπερβαίνει την ελάχιστη τάση του εύρους εισόδου του αντιστροφέα ώστε αυτός να ενεργοποιείται. Αν ο κατασκευαστής παρέχει μόνο την τιμή του θερμοκρασιακού συντελεστή για την τάση ανοικτού κυκλώματος (V/ C), τότε η ίδια τιμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την τάση στο σημείο μέγιστης αποδιδόμενης ισχύος του Φ/Β πλαισίου, χωρίς σημαντικό σφάλμα. Αν από την εν σειρά σύνδεση των Φ/Β πλαισίων δεν προκύπτει ισχύς κοντά στην ο- νομαστική ισχύ του αντιστροφέα, θα πρέπει να συνδεθούν περισσότεροι παράλληλοι κλάδοι (αποδεκτού αριθμού εν σειρά πλαισίων) ώστε η ισχύς της Φ/Β συστοιχίας να είναι κοντά στην ονομαστική ισχύ του αντιστροφέα. Το ρεύμα λειτουργίας των παράλληλων κλάδων θα πρέπει να είναι χαμηλότερο από το μέγιστο όριο ρεύματος εισόδου του αντιστροφέα. Η συνολική ισχύς της Φ/Β συστοιχίας μπορεί και να υπερβαίνει την ονομαστική ισχύ του μετατροπέα. Για τις συνθήκες της Ελλάδας συνιστάται η ονομαστική ισχύς της Φ/Β συστοιχίας να μην υπερβαίνει το 110% της ονομαστικής ισχύος του αντιστροφέα. Τέλος, ένα σημαντικό θέμα που πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν είναι η συμβατότητα μεταξύ των τύπων των Φ/Β και του αντιστροφέα που σχετίζεται με την απαίτηση ή όχι για γείωση της συστοιχίας στην πλευρά Σ.Ρ. Πιο συγκεκριμένα, ορισμένοι τύποι Φ/Β πλαισίων απαιτούν σύμφωνα με τις κατασκευαστικές προδιαγραφές γείωση είτε του αρνητικού (Thin-Film) είτε του θετικού (Back contract) πόλου. Η γείωση μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε απευθείας, είτε μέσω μεγάλης αντίστασης και αποσκοπεί στην αποφυγή λειτουργικών προβλημάτων που εμφανίζουν οι παραπάνω τύποι πλαισίων όταν παραμένουν αγείωτα (προβλήματα διάβρωσης και υποβάθμισης της απόδοσης). Κατά συνέπεια σε τέτοιες περιπτώσεις θα πρέπει να αποφεύγεται χρήση αντιστροφέων χωρίς γαλβανική απομόνωση, λόγω εμφάνισης ρευμάτων διαρροής, εκτός αν πιστοποιείται από τον κατασκευαστή του αντιστροφέα ότι ο επιλεγμένος τύπος αντιστροφέα είναι κατάλληλος για χρήση με τα πλαίσια που έχουμε επιλέξει. 4.3 Τεχνική Ανάλυση Κατασκευής Φωτοβολταϊκού Σταθμού επί Στέγης στη Βι.Πε. Σερρών Η παρακάτω μελέτη αφορά την μελέτη υλοποίησης του φωτοβολταϊκού πάρκου σε ιδιόκτητο χώρο στον νομό Σερρών στην Βιομηχανική περιοχή των Σερρών Το πάρκο θα κατασκευαστεί με χρήση πλαισίων μονοκρυσταλλικού πυριτίου 175W τα οποία 70

72 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων εδράζονται πάνω σε σταθερές βάσεις ενώ η αντιστροφή της συνεχούς ισχύος γίνεται με την βοήθεια αντιστροφέων χωρίς μετασχηματιστή μονοφασικής ισχύος. Ο χώρος που θα κατασκευαστεί το πάρκο έχει συνολική έκταση 3,375 τμ (75x45 μέτρα), ενώ αποτελείται από 3 δίρυχτες στέγες που αποτελούν το στέγαστρο της Βιομηχανίας. Φέρει κλίση ως προς τον Νότο 35ο ενώ οι δίρυχτες στέγες φέρουν κλίσης ως προς το επίπεδο 7ο. Για την υλοποίηση του πάρκου θα πραγματοποιηθούν οι παρακάτω ομάδες εργασιών οι οποίες και θα αναλυθούν όπως φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Α. Δομικές εργασίες Χάραξη βάσει χωροθέτησης. Οδεύσεις καλωδίων. Σύστημα γείωσης και αντικεραυνικής προστασίας. Γείωση προστασίας. Αντικεραυνική προστασία από έμμεσα πλήγματα. Β. Μηχανολογικός εξοπλισμός Σταθερές μεταλλικές βάσεις. Στήριξη των πάνελ πάνω σε τριγωνικές βάσεις. Οδεύσεις Καλωδίων. Σύστημα Ασφαλείας. Γ. Ηλεκτρολογικός Εξοπλισμός Σύστημα Φ/Β πλαισίων. Σύστημα Αντιστροφέων. Ηλεκτρική Εγκατάσταση. Καλωδίωση DC. Καλωδίωση AC. Καλωδίωση AC (Ισχύος). Καλωδίωση σηματοδοσίας. Σύστημα τηλεπίβλεψης. Κεντρικός πίνακας. 1. Ενεργειακή Μελέτη 71

73 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Για την αποτίμηση των ενεργειακών απολαβών από την εγκατάσταση του εν λόγω φωτοβολταϊκού πάρκου ακολουθήθηκε διαδικασία «από την πηγή προς την κατανάλωση». Πηγή ενέργειας είναι η ηλιακή ακτινοβολία και τελικός καταναλωτής το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (δίκτυο). Για την αποτίμηση του ηλιακού δυναμικού του χώρου πραγματοποιήθηκε ανάλυση των σκιάσεων μέσω ηλιακού χάρτη (ηλιακό παράθυρο). Τα ετήσια δεδομένα του ηλιακού δυναμικού λήφθηκαν από την παγκόσμια βάση δεδομένων εφαρμοσμένης κλιματολογίας METEONORM (έκδοση 1.105), προϊόν του ελβετικού οίκου METEOTEST καθώς επίσης και από την βάση δεδομένων της NASA. Στον υπολογισμό συνυπολογίζονται οι παράγοντες της θερμοκρασίας, υγρασίας, μέσος όρος ηλιοφάνειας, μορφολογίας του εδάφους και ετήσιας βροχόπτωσης. Τα αποτελέσματα της παραπάνω ανάλυσης εξάγονται σε ετήσια κατανομή της ηλιακής ενέργειας, θερμοκρασίας (κλπ) ανά ώρα, παράγοντας αρχείο κλιματολογικών συνθηκών. Κατόπιν, ακολουθεί σύντομη περιγραφή του σχεδιασμού του φωτοβολταϊκού συστήματος και η εκτίμηση της ενεργειακής του απόδοσης. Στην περίπτωση των πολυκρυσταλλικών πάνελ προκύπτει ισχύς 99,925 kwp και υλοποιείται με την εγκατάσταση 571 φωτοβολταϊκών στοιχείων ονομαστικής ισχύος 175Wp. Τα στοιχεία αυτά επιλέγονται με βάση την υψηλή πυκνότητα ισχύος που ελαχιστοποιεί τις ανάγκες υποδομών. 2. Ιδιαιτερότητες Χώρου Αυτοψία Πριν από κάθε εργασία επί της στέγης θα πρέπει να γίνει μια ακριβής τοπογραφική αποτύπωση της στέγης όπου θα είναι εμφανή: Διαστάσεις στέγης. Σημεία εξόδου και εργασίας. Διάδρομοι Στέγης. Εμπόδια και αντίστοιχα ύψη. Κλίσεις. Πρόσβαση. Παράλληλα θα πρέπει να είναι διαθέσιμη η στατική μελέτη του κτιρίου, διατομές και βάρη σκελετού, προκειμένου να είναι υπολογίσιμο: Το μέγιστο επιτρεπόμενο βάρος επί στέγης. Υπολογισμός 5ιατομών. 72

74 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Υπολογισμός πρόσθετης μεταλλικής κατασκευής για την υποστήριξη των βάσεων. Έπειτα από σχετική αυτοψία που διενεργηθεί στον χώρο διαπιστώθηκαν τα εξής: Ο χώρος αποτελείται από 3 δίρυχτες στέγες με προσανατολισμό 35 ως προς Νότο. Έχουν κλίση 7 ως προς το επίπεδο. Η στέγη αποτελείται από πάνελ πολυουρεθάνης. Ο χώρος στεγάζει βιομηχανία απορρυπαντικών και θα πρέπει να είναι απόλυτα στεγανός και μετά την εγκατάσταση. Η στατικότητα του κτιρίου είναι επαρκής για να φιλοξενήσει το βάρος της ε- γκατάστασης. Το σημείο σύνδεσης είναι στην Νότια πλευρά του αγροτεμαχίου που στεγάζεται η Βιομηχανία. Περιμετρικά της στέγης είναι εγκατεστημένο στηθαίο ύψους 1.5μ. 3. Μελέτη Χωροθέτησης Σκοπός της μελέτης χωροθέτησης είναι να αποτυπωθούν επί του τοπογραφικού οι ακριβείς θέσεις των βάσεων και των πλαισίων προκειμένου να μπορεί να γίνει βελτιστοποίηση και απόλυτη μείωση των αναπόφευκτων απωλειών που έχουμε σε κάθε φωτοβολταϊκό πάρκο και προέρχονται από: Σκιάσεις φυσικών εμποδίων. Σκιάσεις της ίδιας εγκατάστασης. Μεταφορά ενέργειας (DC-AC). 4. Εγκατάσταση των πάνελ πάνω σε τριγωνικές βάσεις. Τοποθέτηση των πάνελ στις 3 δίρυχτες στέγες. Η κλίση των τριγωνικών βάσεων είναι 30. Ο προσανατολισμός των πάνελ θα είναι προς το Νότο με την βοήθεια συστημάτων αλουμινίου. Απόσταση μεταξύ των σειρών των βάσεων 2.3μ για την αποφυγή σκιάσεων. Για την εγκατάσταση των προφίλ αλουμινίου θα χρησιμοποιηθούν οι υπάρχουσες τρύπες στα πάνελ της στέγης. Εγκατάσταση του κεντρικού πίνακα και των inverter σε χώρο εξωτερικά του κτιρίου στη βορειοανατολική γωνία του. 73

75 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Κατασκευή του ερμαρίου της ΔΕΗ στη νοτιοανατολική γωνία του οικοπέδου. Εγκατάσταση μεταλλικών σχαρών για την διέλευση των καλωδίων DC πάνω στη στέγη αλλά και μέχρι την κάθοδό τους στο χώρο εγκατάστασης των inverter. Α. Δομικές Εργασίες Α.1 Χωματουργικές Εργασίες Εκσκαφές Θεμελιώσεις Με βάση λοιπόν την αποτύπωση, προκύπτει το αποτέλεσμα της χωροθέτησης, η ο- ποία λαμβάνει και τα εξής χαρακτηριστικά: Απόσταση από όρια στέγης 1μ (Αποφυγή σκίασης-δημιουργία διαδρόμων). Δημιουργία εγκάρσιων διαδρόμων εργασίας πλάτους 2.3 μ. Αξονική απόσταση μεταξύ των βάσεων 2.3 μ. Συγκέντρωση των αντιστροφέων στο Νότιο τμήμα της στέγης: Πλησίον ερμαρίου. Πλησίον τριγώνου γείωσης. Χρήση μονών μεταλλικών βάσεων (1 πάνελ 1 βάση) για την ελαχιστοποίηση της φόρτισης της στέγης. Έπειτα από την χωροθέτηση, επέρχεται η χάραξη η οποία πραγματοποιείται με την βοήθεια ειδικών οργάνων και έμπειρων μηχανικών (πολιτικών - τοπογράφων) που σαν σκοπό έχει αφενός την τήρηση και την διασφάλιση της τοποθέτησης των βάσεων σε σχέση με τον σχεδιασμό, και αφετέρου την αυτοματοποίηση των εργασιών και την ελαχιστοποίηση του χρόνου τοποθέτησης των βάσεων. Για την ελαχιστοποίηση φαινομένων σκίασης αλλά και την μείωση απωλειών λόγω μεταφοράς ενέργειας επιλέγεται η χωροθέτηση των βάσεων να γίνει σε απόσταση 2,3 μ Β-Ν ενώ η γωνία κλίσης των βάσεων επιλέγεται να είναι 30ο λόγω του γεωγραφικού πλάτους της πόλης των Σερρών και της βέλτιστης απόδοσης των πάνελ στην συγκεκριμένη κλίση καθ όλη την διάρκεια του χρόνου. 74

76 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Εικόνα 14: Αξονική απόσταση μεταξύ των βάσεων. Οι βάσεις που θα χρησιμοποιηθούν είναι, κατασκευασμένες από αλουμίνιο, και παρέχουν επαρκή στήριξη για την εγκατάσταση ΦΒ στοιχείων. Η τοποθέτηση των εν λόγω βάσεων επί οροφής κτιρίου απαιτεί έναν προέλεγχο συγκεκριμένων στοιχείων που αφορούν τόσο το κτίριο όσο και την επιλογή των κατάλληλων βάσεων. Στην περίπτωση που αφορά το κτίριο στην περιοχή Σερρών, προτείνεται η στήριξη των βάσεων να γίνει με την βοήθεια μεταλλικών στηριγμάτων τα οποία θα συνδέονται καταλλήλως με την υφιστάμενη μεταλλική δομή του κτιρίου. Κύριος στόχος της επιπλέον κατασκευής είναι, να δημιουργηθεί ένα επίπεδο παράλληλο με το έδαφος ώστε αφενός τα ΦΒ πλαίσια να είναι εγκατεστημένα επί ίσου ύψους χωρίς να επηρεάζει το ένα το άλλο, και αφετέρου με το ελάχιστο δυνατό κόστος να επωφεληθεί ο επενδυτής από την βέλτιστη σταθερή κλίση εγκατάστασης των πλαισίων. Ο λεπτομερής σχεδιασμός θα επέλθει ως αποτέλεσμα της στατικής μελέτης του κτιρίου και των υφιστάμενων στατικών κανονισμών (Eurocode 1,κτλ). Η γενικότερη φιλοσοφία της πρόσθετης μεταλλικής κατασκευής θα είναι μορφής α- νεστραμμένου ορθογωνίου τριγώνου προκειμένου να μηδενιστούν οι όποιες κλίσεις ως προς το έδαφος. Η κατασκευή θα είναι από χάλυβα εν θερμώ γαλβανισμένο, προκειμένου να είναι ανθεκτική έναντι οξειδώσεων και περιβαλλοντικών συνθηκών ενώ κάθε διάτρηση της υφιστάμενης μόνωσης για την εγκατάσταση της μεταλλικής κατασκευής θα αποκαθίσταται επί τόπου. Στο τέλος της εγκατάστασης θα γίνει επαναληπτική δοκιμή για την διασφάλιση της ακεραιτότητας της μόνωσης. Σημαντικό να α- ναφερθεί είναι το ότι τόσο στην οριζόντια όσο και στην κάθετη διεύθυνση, όλες οι σειρές των βάσεων είναι διασυνδεμένες μεταξύ τους με τα μεταλλικά κανάλια των οδεύσεων των καλωδίων αλλά και με τον αγωγό γείωσης. Η διασύνδεση με τον αγωγό γείωσης όλων των σειρών, εξασφαλίζει τους απαιτούμενος ισοδυναμικούς δακτυλίους που αποσκοπούν στην σωστή λειτουργία του συστήματος γείωσης. Το ερμάριο 75

77 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων της ΔΕΗ βρίσκεται στην Νότια γωνία του κτιρίου. Ένα επίπεδο χαμηλότερο από την κατασκευή και σε χώρο που θα υποδειχθεί από τον επενδυτή, θα εγκατασταθούν οι αντιστροφείς και ο γενικότερος Η/Μ εξοπλισμός. Τρίγωνα γείωσης πρόκειται να κατασκευαστούν δύο, στην Νότια πλευρά του κτιρίου, α) πλησίον του ερμαρίου της ΔΕΗ και β) πλησίον του δρόμου. Προκειμένου να τοποθετήσουμε τις βάσεις πάνω στην ταράτσα, αντιμετωπίζουμε ο- ρισμένες δυσκολίες. Α.2 Εγκατάσταση Οδεύσεων Για την όδευση των καλωδίων θα τοποθετηθούν εγκάρσια μεταλλικά κανάλια τα ο- ποία θα διατρέχουν κάτω από τις βάσεις, συλλέγοντας τα καλώδια και οδεύοντας τα προς τον χώρο όπου θα είναι εγκατεστημένοι οι αντιστροφείς. Τα κανάλια θα είναι είτε 50x60 mm είτε 200x85 mm, ανάλογα με τον όγκο των καλωδίων της όδευσης. Η στήριξη των καναλιών θα γίνει είτε επί των μεταλλικών βάσεων είτε επί της πρόσθετης μεταλλικής κατασκευής προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν τα σημεία διάτρησης της στέγης. Α.3 Σύστημα Γείωσης και Αντικεραυνικής Προστασίας Α.3.1 Σύστημα Θεμελιακής Γείωσης Όλες οι βάσεις και τα μεταλλικά μέρη επί οροφής, θα είναι ισοδυναμικά συνδεδεμένα με την χρήση αγωγού κατάλληλης διατομής (Φ10). Στα δύο αντιδιαμετρικά άκρα του πάρκου, (Δ-Α) πλευρά του πάρκου, θα εγκατασταθούν κάθοδοι, οι οποίοι θα οδηγούν σε δύο τρίγωνα γείωσης τα οποία θα εξασφαλίζουν την σύνδεση των μεταλλικών τμημάτων με την Γη και θα παρέχουν ένα σταθερό σύστημα γείωσης προστασίας και λειτουργίας. Τρίγωνα Γείωσης επίσης θα τοποθετηθούν πλησίον του ερμαρίου της ΔΕΗ καθώς και ένα επιπλέον στην ΝΔ πλευρά του χώρου. Και στις δύο περιπτώσεις θα βρίσκεται σε βάθος 1μ από την επιφάνεια της γης, ενώ θα αποτελείται από τρία ηλεκτρόδια Φ20x150 cm τοποθετημένα κάθετα στην γη, σχηματίζοντας ισόπλευρο τρίγωνο πλευράς 2.5μ, το οποίο θα συμπληρώνεται με λάμα 30x3 από θερμογαλβανισμένο χάλυβα. Από τα δύο ηλεκτρόδια θα διατρέχουν χαλκαγωγός διατομής 50 mm2 ο οποίος και θα συνδέεται αφενός στην γείωση των απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων, αφετέρου στον εξοπλισμό της ΔΕΗ. Ο δεύτερος αγωγός, θα παραμένει συνδε- 76

78 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων δεμένος σε αναμονή, παρέχοντας έτσι ασφάλεια σε περίπτωση αστοχίας. Και τα δύο τρίγωνα θα παραμένουν συνδεδεμένα με το υπόλοιπο σύστημα θεμελιακής γείωσης παρέχοντας έτσι ένα πλήρες και ισοδυναμικό σύστημα γείωσης και προστασίας του πάρκου. Α.3.2 Γείωση Προστασίας Σκοπός της γείωσης προστασίας είναι να μηδενιστεί η πιθανότητα να τεθεί υπό κατάσταση ηλεκτρικού δυναμικού οποιαδήποτε αγώγιμη επιφάνεια με την οποία δύναται να έρθει σε επαφή ο άνθρωπος. Δημιουργώντας μια κατασκευή στην οποία όλες οι εκτεθειμένες στην ατμόσφαιρα επιφάνειες είναι συνδεδεμένες έμμεσα ή άμεσα με το σύστημα γείωσης απομακρύνουμε τον κίνδυνο ατυχήματος. Για τον λόγο αυτό όλες οι εκτεθειμένες στην ατμόσφαιρα κατασκευές οι οποίες είναι αγώγιμες θα συνδεθούν με απόληξη γείωσης. Οι μεταλλικές επιφάνειες της ίδιας σειράς θα είναι ισοδυναμικά συνδεδεμένες, ενώ όλες οι σειρές θα διασυνδεθούν με αγωγό διατομής 1x50 mm 2 (κιτρινοπράσινο) προκειμένου να διασφαλιστεί η ισοδυναμική γείωση μεταξύ όλων των σειρών του πάρκου. Τα πάνελ θα είναι και αυτά συνδεδεμένα από κατάλληλη οπή και μέσω αγωγού διατομής 1x6 mm 2 (κιτρινοπράσινο) με τις μεταλλικές βάσεις. Οι μεταλλικές σχάρες μέσα στις οποίες θα οδεύουν τα καλώδια θα είναι συνδεδεμένες και αυτές με την ισοδυναμική γείωση των σειρών του πάρκου μέσω αγωγού διατομής 1x6mm2 (κιτρινοπράσινο). Η μπάρα γείωσης του κεντρικού πίνακα, οι απαγωγείς κρουστικών υπερτάσεων εντός αυτού, καθώς επίσης και η ισοδυναμική γείωση των σειρών του πάρκου θα συνδεθούν με ένα τρίγωνο γείωσης που θα κατασκευαστεί δίπλα στο κτίριο μέσω αγωγού διατομής 1x50 mm 2. Το τρίγωνο θα αποτελείται από τρία ηλεκτρόδια Φ20x150 εκ πακτωμένα κάθετα στην γη 120 εκ, σχηματίζοντας ισόπλευρο τρίγωνο πλευράς 2.5μ, το οποίο θα συμπληρώνεται με λάμα 30x3 mm. απόν θερμογαλβανισμένο χάλυβα. Ένα τρίγωνο ιδίων διαστάσεων με το προηγούμενο θα κατασκευαστεί δίπλα στο ερμάριο της ΔΕΗ από το οποίο θα εκκινεί γυμνός χαλκαγωγός διατομής 100 mm 2 και θα συνδέεται σε μπάρα γείωσης που θα είναι τοποθετημένη στο παράθυρο του ερμαρίου. Τα δύο τρίγωνα θα συνδέονται μεταξύ τους με αγωγό διατομής 1x50 mm 2. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ένα ισοδυναμικό σύστημα γείωσης και προστασίας του πάρκου. Σε περίπτωση που δεν είναι εφικτή η χαμηλή αντίσταση γείωσης (<4 Ohm) θα γίνει διπλός έλεγχος με μέτρηση της σύνθετης αντίστασης του εδάφους και προσθήκη ειδικών βελτιωτι- 77

79 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων κών γείωσης. Στην περίμετρο της κάθε στέγης καθώς και στον κάθε κορφιά θα τοποθετηθεί συλλεκτήριο σύστημα συλλογής και καθόδου άμεσων κεραυνικών πληγμάτων αποτελούμενο από χαλύβδινους αγωγούς διατομής Φ10 και αγωγούς καθόδου εγκατεστημένους στο κάθετο τμήμα του κτιρίου και οι οποίοι θα καταλήγουν στο σύστημα γείωσης του ΦΒ πάρκου. Α.3.3 Αντικεραυνική Προστασία από Έμμεσα Πλήγματα Εντός του πάρκου και ειδικότερα εντός του κεντρικού πίνακα, και προκειμένου να προστατευθεί ο εξοπλισμός από κρουστικές υπερτάσεις του δικτύου που δύνανται να επαχθούν στο δίκτυο λόγω κεραυνόπτωσης, θα εγκατασταθούν τα συστήματα προστασίας Rayvoss. Πρόκειται για συστήματα που βασίζονται στην πρωτοποριακή τεχνολογία Strikesorb και εξασφαλίζουν απόλυτη προστασία από κρουστικές υπερτάσεις. Χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την προστασία κρίσιμης ηλεκτρονικής υ- ποδομής σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως σε τηλεπικοινωνίες, συστήματα βιομηχανικού αυτόματου ελέγχου, αμυντικά συστήματα, κέντρα μηχανογράφησης, νοσοκομεία, ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά συστήματα καθώς και σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η σχεδίαση του Strikesorb αποκλείει τον κίνδυνο καταστροφικής αστοχίας, έκρηξης ή πρόκλησης πυρκαγιάς φαινόμενα συχνά σε συμβατικές διατάξεις προστασίας ενώ παράλληλα παρέχει πολύ χαμηλές τιμές παραμένουσας τάσης και εξαιρετικά επίπεδα προστασίας. Τα στοιχεία Strikesorb παρουσιάζουν αξιοσημείωτα υψηλή αντοχή σε πολλαπλά επαναλαμβανόμενα κεραυνικά πλήγματα και μπορούν να διαχειριστούν πολλαπλές υπερτάσεις χωρίς καμία ανάγκη συντήρησης. Πρόκειται για τα μοναδικά στοιχεία προστασίας έναντι υπερτάσεων αναγνωρισμένα κατά UL1449 (3η έκδοση) που λειτουργούν ασφαλώς χωρίς τη χρήση εσωτερικών ασφαλειών. Αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με την δυνατότητα σύνδεσης εν σειρά με τα καλώδια παροχής ηλεκτρικής ενέργειας (direct connection) καθιστά τα συστήματα Rayvoss και τα στοιχεία Strikesorb ως την πιο αξιόπιστη λύση προστασίας του κρίσιμου ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Σε αντίθεση με τις υπόλοιπες συμβατικές τεχνολογίες, τα συστήματα Rayvoss και τα στοιχεία Strikesorb εξασφαλίζουν συνεχή αποτελεσματική προστασία ακόμη και υπό τις πλέον αντίξοες καιρικές συνθήκες ή σε συνθήκες κακής ποιότητας παροχής ρεύματος, χωρίς να απαιτούν συντήρηση ή επίβλεψη. 78

80 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων A.4. Ερμάριο ΔΕΗ Α.4.1 Θεμελίωση βάσης ερμαρίου της ΔΕΗ-καναλιού προς pillar Για τις ανάγκες του ερμαρίου της ΔΕΗ θα πρέπει να γίνει επί τόπου κατασκευή στο Βόρειο τμήμα του χώρου επί του προκειμένου να είναι επισκέψιμο από το προσωπικό της ΔΕΗ. Το ερμάριο θα πρέπει να γίνει σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ΔΕΗ διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια που απαιτείται για την ακεραιότητα των οργάνων. Το ρολόι και όλος ο μετρητικός εξοπλισμός θα έχει πρόσωπο προς την εξωτερική πλευρά του πάρκου προκειμένου να είναι επισκέψιμο ανά πάσα στιγμή από το προσωπικό της ΔΕΗ. Σε ύψος περίπου 1μ από το έδαφος θα πρέπει να υπάρχουν εσοχή του ερμαρίου με διαστάσεις 1.20x1.50x0.50 για την εγκατάσταση των κεντρικών ασφαλειών και του μετρητικού εξοπλισμού της ΔΕΗ. 3στόσο δεξιά και αριστερά του χώρου αυτού θα πρέπει να υπάρχουν οπές για την όδευση των καλωδίων από και προς το ερμάριο. Στην κορυφή του ερμαρίου θα πρέπει να τοποθετηθεί γαλβανιζέ σωλήνας πάχους 6mm και διατομής 30cm με ύψος τουλάχιστον 4m προκειμένου να γίνει η φυσική σύνδεση του πάρκου με το κοντινό δίκτυο της ΔΕΗ ενώ παράλληλα θα βοηθήσει στην εγκατάσταση του καλωδίου από αέρος από τον κεντρικό πίνακα προς το Ερμάριο. Συνολικά για την κατασκευή του ερμαρίου της ΔΕΗ θα απαιτηθούν 2.6 m3 κυβικά μπετό. Α.4.2 Γείωση Ερμαρίου ΔΕΗ Από το ερμάριο της ΔΕΗ θα πρέπει να εκκινήσει χάλκινος αγωγός διατομής 50 mm 2 το οποίο με κατάλληλους συνδέσμους και από την εξωτερική πλευρά του ερμαρίου εντός στεγανοποιημένου σωλήνα, οδηγείται σε τρίγωνο γείωσης πλησίον του ερμαρίου το οποίο και κατασκευάζεται αποκλειστικά για την γείωση του ερμαρίου. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του ΕΛΟΤ και της ΔΕΗ, η αντίσταση γείωσης δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 1 Ohm. Β. Μηχανολογικός Εξοπλισμός Β.1 Σταθερές Μεταλλικές Βάσεις Οι βάσεις που θα χρησιμοποιηθούν είναι κατασκευασμένες από αλουμίνιο, και παρέχουν επαρκή στήριξη για την εγκατάσταση ΦΒ στοιχείων. Β.2 Στήριξη των πάνελ πάνω σε τριγωνικές βάσεις 79

81 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Το σύστημα στήριξης αποτελείται εξολοκλήρου από προφίλ και εξαρτήματα αλουμινίου με την εξής σειρά και διαδικασία τοποθέτησης: Στα σημεία που ήδη έχει βιδωθεί το πάνελ οροφής στην κοιλοδοκό θα τοποθετηθεί εξάρτημα αλουμινίου διατομής Π και θα βιδωθεί με την ίδια βίδα επάνω στο πάνελ. Στο σημείο επαφής του εξαρτήματος με το πάνελ θα τοποθετηθεί μονωτικό υλικό. Αφού ολοκληρωθεί η τοποθέτηση όλων των παραπάνω εξαρτημάτων στις θέσεις που θα οριστούν από την χωροθέτηση ακολουθεί η τοποθέτηση ραγών αλουμινίου με προσανατολισμό παράλληλα στον κορφιά των στεγών. Στη συνέχεια θα τοποθετηθούν και πάλι εξαρτήματα αλουμινίου διατομής Π πάνω στις ράγες που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Ακολουθεί η τοποθέτηση ραγών που βιδώνονται στα εξαρτήματα διατομής Π μέσω των οποίων αποκτούν προσανατολισμό παράλληλα στον ορίζοντα. Τέλος σειρά έχει η τοποθέτηση των τριγωνικών βάσεων στις ράγες αλουμινίου με προσανατολισμό το Νότο. 80

82 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Το βίδωμα των τριγωνικών βάσεων θα γίνει σε ειδικά βύσματα που θα τοποθετηθούν και θα διαμοιραστούν «συρταρωτά» στις κατάλληλες αποστάσεις εντός των ραγών αλουμινίου. Σχεδόν παράλληλα με την τοποθέτηση των τριγωνικών βάσεων θα ξεκινήσει και η εγκατάσταση των Φ/Β πάνελ στις σειρές των βάσεων που θα έχουν ήδη ετοιμαστεί. Τα πάνελ που θα εγκατασταθούν θα τοποθετηθούν σε μονή σειρά με την μεγάλη τους πλευρά παράλληλα στον ορίζοντα. Οι παραπάνω μέθοδοι στήριξης επιλέγονται αφενός ώστε να μην υπάρχουν παρεμβάσεις στην υφιστάμενη κατασκευή (τρυπήματα, αποκαταστάσεις οπών στα πάνελ οροφής κ.τ.λ.) και αφετέρου για την ελαχιστοποίηση των επιπλέον φορτίσεων της φέρουσας κατασκευής με την χρησιμοποίηση ελαφρών υλικών όπως το αλουμίνιο. Γ. Ηλεκτρολογικός Εξοπλισμός Γ.1 Σύστημα Φ/Β πλαισίων Για την μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική επιλέγονται τα Φ/Β πλαίσια τεχνολογίας μονοκρυσταλλικού πυριτίου και ονομαστικής ισχύος 175 W, η οποία και είναι μια από τις υψηλότερες πυκνότητες ισχύος που υπάρχει στην αγορά. Τα πάνελ φέρουν πλαίσιο από ανοδιομένο αλουμίνιο, είναι διαστάσεων 1581x808x50 mm και βάρους 15.1 kg ενώ στην επιφάνειά τους φέρουν 72 κυψέλες 6x12 συνδεδεμένες με ράγες ηλεκτροδίων οι οποίες και μεταφέρουν την ισχύ που παράγεται μέσω του φωτοηλετικρικού φαινομένου. Μια τεχνική ιδιαιτερότητα όλων των στοιχείων είναι η μηδενική ανοχή της ονομαστικής απόδοσης. Αυτό σημαίνει ότι εγγυάται και σε πολλές περιπτώσεις μάλιστα υπερβαίνεται η αναφερόμενη απόδοση του στοιχείου. Η μεμονωμένη απόδοση αναγράφεται στην πίσω πλευρά του στοιχείου. Κάθε στοιχείο κατασκευάζεται σύμφωνα με τις αυστηρότερες τεχνικές προδιαγραφές και υπερβαίνει 81

83 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων τα διεθνή ποιοτικά πρότυπα. Οι κυψέλες είναι ενσωματωμένες σε μια προστατευτική μεμβράνη EVA (Ethylen- Vinyl-Acetat) και μια PET- σύνδεση κάλυψης της οπίσθιας πλευράς για αξιόπιστη και διαρκή προστασία από τις περιβαλλοντικές επιρροές και τις θερμικές διαστολές. Το κουτί διανομής στην οπίσθια πλευρά του ηλιακού στοιχείου, είναι εφοδιασμένο με τρεις διόδους bypass για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση μεμονωμένων κυψελών και να διασφαλισθεί η αξιόπιστη λειτουργία του συνολικού Φ/Β συστήματος. Τα ΦΒ πλαίσια, στο πίσω μέρος τους, φέρουν απόλυτα στεγανοποιημένα καλώδια τύπου Solar, με βαθμό προστασίας IP 65, για την διασύνδεση των πάνελ και την επίτευξη της επιθυμητής ισχύος. Τα πλαίσια εγκαθίστανται στην ενεργή επιφάνεια της βάσης. Η εγκατάστασή τους γίνεται με την βοήθεια ειδικών συγκρατητών από αλουμίνιο επιτυγχάνοντας έτσι, τέλεια προσαρμογή των πλαισίων με την μεταλλική κατασκευή. Τα πλαίσια χαρακτηρίζονται από κατασκευή υψηλής ποιότητας που δεν επιτρέπει την ονομαστική ισχύ να κατέβει από τα 175W. Κατά την διάρκεια της εγκατάστασης και λόγω της μικρής ανομοιομορφίας που δύνανται να παρουσιαστούν στα πάνελ. Γίνεται η επιλογή των πάνελ που θα εγκατασταθούν σε κάθε στοιχειοσειρά προκειμένου να γίνει η βέλτιστη εκμετάλλευση των χαρακτηριστικών τους. Έτσι επιλέγονται πάνελ με ελάχιστες αποκλίσεις στις τιμές έντασης σε κάθε στοιχειοσειρά, πράγμα που μπορεί να μας οδηγήσει σε αύξηση της συνολικής ισχύος μέχρι και 2%.Η εγκατάσταση των πλαισίων θα γίνει βάσει των τεχνικών τους χαρακτηριστικών ακολουθώντας την διαδικασία του διαχωρισμού των πλαισίων πρώτα βάσει της ονομαστικής έντασης Impp κατά αύξοντα αριθμό. Έπειτα, και ανάλογα με τον τύπο του πλαισίου θα επιλεχτούν να εγκατασταθούν στοιχειοσειρές (strings) με παρόμοια τάση εξόδου. Κατά αυτόν τον τρόπο μεγιστοποιείται η απόδοση των πλαισίων και των στοιχειοσειρών καθώς αποφεύγονται οι άσκοπες απώλειες λόγω της ανομοιομορφίας των. Όλα τα πλαίσια θα είναι ισοδυναμικά συνδεδεμένα με χρήση καλωδίου Η07V-K 1x6mm2 (κιτρινοπράσινο) όπως αναφέρθηκε προηγουμένως και συνδεδεμένα με το σύστημα θεμελιακής γείωσης. Η στήριξη των DC καλωδίων θα πραγματοποιηθεί με την χρήση κατάλληλου τύπου δεματικών στην οπίσθια πλευρά των πλαισίων. Προκειμένου να ελαχιστοποιήσουμε την πιθανότητα επαγωγής υπερτάσεων στα άκρα των στοιχειοσειρών, όλα τα DC καλώδια (+,-) θα ακολουθούν την ίδια διαδρομή για να ελαχιστοποιηθεί η επιφάνεια του βρόγχου που περιλαμβάνεται. 82

84 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Γ.2 Σύστημα Αντιστροφέων Η μετατροπή της DC ισχύος σε AC προκειμένου να γίνει η έκχυσή της στο δημόσιο δίκτυο, θα γίνεται με την βοήθεια αντιστροφέων όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, οι οποίοι χαρακτηρίζονται και από τον υψηλό βαθμό ισχύος. Γ.3 Ηλεκτρική Εγκατάσταση Γ.3.1 Καλωδίωση DC Για τη σύνδεση κάθε σειράς φωτοβολταϊκών στοιχείων με τον αντιστροφέα θα χρησιμοποιηθεί καλώδιο τύπου DC Solar 1x6mm2. Πρόκειται για εύκαμπτα καλώδια με μόνωση και μανδύα από ελαστικό υψηλής αντοχής. Τα καλώδια ακολουθούν τις προδιαγραφές ΕΛΟΤ και HD Ενδείκνυνται για χρήση σε ξηρούς, υγρούς ή βρεγμένους χώρους στο ύπαιθρο. Γ.3.2 Καλωδίωση AC Για την μεταφορά της ισχύος από τους αντιστροφείς προς τον κεντρικό πίνακα θα χρησιμοποιηθούν καλώδια τύπου H07RN-F διατομής 3x25mm2, διατηρώντας σε κάθε περίπτωση τις απώλειες από την μεταφορά της ενέργειας χαμηλότερα από το 2% της μεταφερόμενης ισχύος. Γ.3.3 Σύστημα Τηλεπίβλεψης Προκειμένου η μονάδα παραγωγής ενέργειας να είναι επιτηρήσιμη και άρα να υπάρχει η δυνατότητα απομακρυσμένης επίβλεψης του έργου (Σύστημα Τηλεπίβλεψης). Από την πλευρά της εγκατάστασης, συλλέγει διαρκώς όλα τα δεδομένα και δίδει έτσι την δυνατότητα να γίνει έλεγχος οποιαδήποτε στιγμή της τρέχουσας κατάστασής της. Τα κύρια χαρακτηριστικά που προσφέρει ένα τέτοιο σύστημα τηλεπίβλεψης είναι τα εξής: 1. Ασφάλεια Συνεχής έλεγχος του Φ/Β συστήματος. Επιτήρηση μέσω δικτύου στιγμιαίων και συγκεντρωτικών δεικτών του πάρκου. Έγκαιρος εντοπισμός σφαλμάτων λειτουργίας. 83

85 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Καταγραφή Ενεργειακής Απόδοσης. Ασφαλή αποθήκευση δεδομένων και αξιολογητή. 2. Φιλικό Προς τον Χρήστη Διάγνωση και ρύθμιση εγκατάστασης σε οποιοδήποτε τερματικό. Αυτόματη μετάδοση δεδομένων. Επεξεργασία δεδομένων και απεικόνιση στο διαδίκτυο. Γ.3.4 Κεντρικός Πίνακας Ο ηλεκτρικός πίνακας για φωτοβολταϊκά συστήματα, έως 150kWp, αποτελεί τον κεντρικό ηλεκτρικό πίνακα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας του φωτοβολταϊκού σταθμού. Τα πεδία θα εγκατασταθούν εντός ανοξείδωτου κελύφους (INOX), το οποίο προσφέρει βαθμό προστασίας IP65. Στο πάτωμα του κελύφους θα προσαρμοστεί α- φαιρούμενη πλακέτα με στυπιοθλίπτες για την εξασφάλιση της στεγανής εισόδου των καλωδίων. 4.4 Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί εδάφους Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) πάνελ συνήθως εδράζονται επί εδάφους με δύο τρόπους: 1. Σε βάσεις σταθερής κλίσης ως προς την οριζόντιο, συνήθως αναφερόμενες ως «σταθερές βάσεις». 2. Σε βάσεις επί διατάξεων παρακολούθησης της πορείας του ήλιου, αναφερόμενες συνήθως ως συστήματα ιχνηλάτησης της πορείας του ήλιου, ή ηλιοπαρακολουθητές ή τράκερς (trackers). Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζονται τα κυριότερα χαρακτηριστικά των παραπάνω τρόπων έδρασης. 1. Σταθερές βάσεις Οι σταθερές βάσεις αποτελούν τον απλούστερο και οικονομικότερο τρόπο έδρασης Φ/Β πάνελ. Η αρχή σχεδιασμού τους είναι απλή: οι ακτίνες του ήλιου θα πρέπει να προσπίπτουν κάθετα στην επιφάνεια των πάνελ κατά το μεσημέρι. Έτσι οι βάσεις κατασκευάζονται ώστε να επιτρέπουν την τοποθέτηση των πάνελ σε σταθερή κλίση, περί τις 30 μοίρες. Η κλίση αυτή θεωρείται ως μία ικανοποιητική μέση τιμή για τα 84

86 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Ελληνικά δεδομένα. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι η ιδανική κλίση είναι αρκετά μικρότερη κατά τους καλοκαιρινούς μήνες και αρκετά μεγαλύτερη κατά τους χειμερινούς μήνες. Οι σταθερές βάσεις κατασκευάζονται συνήθως από αλουμίνιο ή ανοξείδωτο χάλυβα (χάλυβα γαλβανισμένο εν θερμώ). Συνήθως κατασκευάζονται μετά από τεχνική μελέτη ώστε να διαπιστωθεί η στατική τους επάρκεια και η αντοχή τους σε ανεμοπιέσεις ή φορτία χιονιού. Οι βάσεις τοποθετούνται επί του εδάφους είτε με σκυροδέτηση είτε απευθείας με εδαφόμπηξη. Η σκυροδέτηση των βάσεων γίνεται συνήθως σε δοκάρι (δηλαδή σε όλη τη σειρά των βάσεων) από οπλισμένο σκυρόδεμα, είτε σε πέλματα από σκυρόδεμα, τοποθετημένα κατάλληλα ώστε να επιτρέπουν το βίδωμα των υποδοχών των βάσεων. Η εδαφόμπηξη γίνεται συνήθως σε βάθη τυπικά του 0,5-1,5 μέτρα, όπου τοποθετούνται πάσσαλοι, επί των οποίων στη συνέχεια εδράζεται η βάση. Η σκυροδέτηση των βάσεων αυξάνει το κόστος εγκατάστασης σε σχέση με την απλή εδαφόμπηξη. Ωστόσο, συστήνεται να διενεργείται αυτοψία και γεωτεχνική μελέτη για να διαπιστωθεί κατά πόσο ο τύπος του εδάφους επιτρέπει την εδαφόμπηξη χωρίς να δημιουργούνται θέματα στατικής επάρκειας των βάσεων. Επιπλέον, ο μελετητής μηχανικός θα πρέπει να είναι προσεκτικός στη χρήση παρελκόμενων υλικών όπως βίδες ή σύνδεσμοι Φ/Β πάνελ, καθώς θα πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για την αποφυγή οξειδώσεων ή ηλεκτρόλυσης. Θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται μέριμνα για τη δυνατότητα όδευσης καλωδίων καθώς και για τη στήριξη πινάκων ή αντιστροφέων, σε περίπτωση που τεχνικά διαπιστωθεί ότι αυτή είναι η βέλτιστη λύση. Οι σταθερές βάσεις αποτελούνται συνήθως από τεμάχια τα οποία συναρμολογούνται επί το έργω. Κάθε τεμάχιο χαρακτηρίζεται από τη μέγιστη επιφάνεια τοποθέτησης, η οποία συνήθως υπολογίζεται λαμβάνοντας κάποιες μέσες τιμές διαστάσεων πάνελ (τυπικά 1,6 χ 1 μέτρο για κρυσταλλικά πάνελ). Τα πάνελ μπορούν να τοποθετηθούν ανά απλή (μονή) σειρά ή (συνηθέστερα) σε διπλή σειρά ή ακόμη και σε τριπλή ή τετραπλή σειρά. Επίσης είναι δυνατή η τοποθέτηση τους είτε κατά τη μικρή διάσταση (portrait) είτε κατά τη μεγάλη διάσταση (landscape). Η ακριβής χωροθέτηση εξαρτάται από τη μορφολογία του διαθέσιμου χώρου εγκατάστασης και τις διαστάσεις αυτού. 2. Συστήματα ιχνηλάτησης της πορείας του ήλιου (trackers) 85

87 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Η ιχνηλάτηση της πορείας του ήλιου αποτελεί μία τεχνική η οποία στοχεύει στην μεγιστοποίηση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της προσπάθειας κίνησης των βάσεων των πάνελ κατά τη διάρκεια της ημέρας ώστε να επιτυγχάνεται συνεχώς η κάθετη πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας. Τα συστήματα ιχνηλάτησης της πορείας του ήλιου, ή ηλιοπαρακολουθητές ή τράκερ (tracker) χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη πολυπλοκότητα σε σχέση με τα συστήματα βάσεων, παρέχοντας ωστόσο αυξημένες αποδόσεις, κατά μέσο όρο της τάξης του 30%. Χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: i. Συστήματα μονού άξονα (single axis): πρόκειται για συστήματα στα οποία λαμβάνει χώρα κίνηση των πάνελ σε έναν άξονα, αυτόν της Ανατολής-Δύσης κατά τη διάρκεια μίας μέρας. Τυπικά, τα συστήματα αυτά επιτυγχάνουν αύξηση της παραγωγής κατά 20-25% σε σχέση με τα συστήματα σταθερών βάσεων. ii. Συστήματα διπλού άξονα (dual axis): πρόκειται για συστήματα στα οποία είναι επιπλέον δυνατή η ρύθμιση της κλίσης των πάνελ ως προς την οριζόντιο. Η επιπλέον αυτή δυνατότητα παρέχει αυξημένη απόδοση κατά τυπικά 25-40% σε σχέση με τα συστήματα σταθερών βάσεων. Η κίνηση στα συστήματα αυτά επιτυγχάνεται με συνήθως με ήλεκτρο- μηχανικά ή ήλεκτρο-υδραυλικά μέσα. Κατά συνέπεια, όλα τα συστήματα ιχνηλάτησης χαρακτηρίζονται από ιδιοκαταναλώσεις, οι οποίες είναι μικρές καθώς η κίνηση δεν είναι συνεχής αλλά περιοδική, τυπικά μία κίνηση ανά 10 λεπτά. Ωστόσο, είναι σκόπιμο η ε- νέργεια αυτή να προέρχεται από το δίκτυο της ΔΕΗ και όχι από τα Φ/Β πάνελ λόγω της διαφοράς τιμής. Η ανίχνευση της πορείας του ήλιου γίνεται συνήθως με δύο τρόπους: ο πρώτος τρόπος είναι με ηλιακούς αισθητήρες, οι οποίοι αντιλαμβάνονται τη θέση του ήλιου. Ο δεύτερος τρόπος είναι μέσω λογισμικού, από αστρονομικά δεδομένα, βάσει των οποίων υπολογίζεται η θέση και πορεία του ήλιου για κάθε μέρα του έτους, ανάλογα με τις γεωγραφικές συντεταγμένες της περιοχής. Λόγω της ανάγκης κίνησης σημαντικού αριθμού πάνελ, τα συστήματα ιχνηλάτησης χαρακτηρίζονται από επίπεδες επιφάνειες τοποθετημένες σε μία κάθετη ως προς το έδαφος βάση στήριξης. Στη βάση στήριξης τοποθετείται συνήθως και ο αντιστροφέας (inverter) ή αν αυτό δεν είναι δυνατόν, γίνεται η αναχώρηση καλωδίων προς ένα κεντρικό σημείο συλλογής όπου βρίσκονται και οι αντιστροφείς. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε κατασκευές σημαντικού ύψους το οποίο κυμαίνεται από 2,5 έως μέτρα, αναλόγως της κατασκευής. Το ύψος της κατασκευής συνήθως αυξάνει με την αύξηση 86

88 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων της επιφάνειες των πάνελ. Σήμερα συστήματα ιχνηλάτησης κατασκευάζονται για να φέρουν ισχύ πάνελ που κυμαίνεται από 2-3kWp έως περίπου 33kWp. Το σημαντικό μέγεθος της κατασκευής καθιστά πολυπλοκότερη και την έδραση. Συνήθως οι βάσεις στήριξης εδράζονται σε οπλισμένο σκυρόδεμα σημαντικού όγκου (από 2-3 έως και περίπου κυβ. μέτρα) ώστε να εξασφαλίζεται η στατική τους επάρκεια. Επιπλέον, αυξάνονται τα κόστη εγκατάστασης σε σχέση με τα συστήματα σταθερών βάσεων. Το σημαντικό μέγεθος των συστημάτων αυτών ( και κυρίως το ύψος τους ) αυξάνει τις απαιτήσεις χώρου σε σχέση με ένα σύστημα σταθερών βάσεων, συνήθως κατά 1,5-2φορές, λόγω των μεγαλύτερων αποστάσεων μεταξύ τους για την αποφυγή σκιάσεων. Επιπλέον, το μέγεθος των τράκερ τους καθιστά περισσότερο ευάλωτους (σε σχέση με συστήματα σταθερών βάσεων) σε ανεμοπιέσεις. Η συνηθέστερη τεχνική που χρησιμοποιείται είναι να χρησιμοποιείται ένα ανεμόμετρο και όταν η ταχύτητα του ανέμου ξεπεράσει ένα όριο για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, το σύστημα κίνησης να λαμβάνει εντολή να θέτει την επιφάνεια των πάνελ σχεδόν παράλληλα με το έδαφος, μία διαδικασία γνωστή ως «οριζοντίωση», για λόγους προστασίας. Η ταχύτητα αυτή κυμαίνεται ανάλογα με τον κατασκευαστή, αλλά μπορεί να είναι και χαμηλή και να αντιστοιχεί σε άνεμο έντασης 5-6 Bf. Κατά συνέπεια, κάθε μελετητής μηχανικός θα πρέπει να εκτιμά τα ανεμολογικά δεδομένα της περιοχής εγκατάστασης προτού προχωρήσει στην επιλογή ενός συγκεκριμένου τύπου τέτοιου συστήματος. Πέραν των παραπάνω, κάθε μελετητής μηχανικός και εν δυνάμει ιδιοκτήτης ενός Φ/Β πάρκου θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη του τα εξής πρακτικά ζητήματα που αφορούν την τοποθέτηση των συστημάτων ιχνηλάτησης: Όλα τα συστήματα ιχνηλάτησης χρήζουν συντήρησης λόγω της ύπαρξης ήλεκτρο-μηχανικών ή ήλεκτρο-υδραυλικών μέσων κίνησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να καταστεί απαραίτητος ο επαναπρογραμματισμός του λογισμικού του συστήματος κίνησης, λόγω απώλειας δεδομένων. Λόγω του σημαντικού τους ύψους, είναι απαραίτητη η έκδοση οικοδομικής άδειας και όχι έγκρισης εργασιών μικρής κλίμακας, όπως ισχύει για τα συστήματα σταθερών βάσεων. Το γεγονός αυτό αυξάνει το κόστος εγκατάστασης και επηρεάζει τον χρόνο υλοποίησης της κατασκευής του σταθμού. Λόγω του σημαντικού ύψους, η εκτέλεση διάφορων εργασιών γίνεται δυσκολότερη σε σχέση με τα συστήματα σταθερών βάσεων. Παραδείγματα τέτοιων 87

89 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων εργασιών αποτελούν η αντικατάσταση ενός πάνελ που έχει υποστεί φθορά ή ο καθαρισμός των πάνελ Τεχνική Ανάλυση Κατασκευής Φωτοβολταϊκού Σταθμού με κινητές βάσεις (Trackers) ισχύος 99,9 kwp Στο παράδειγμα που ακολουθεί θα μελετήσουμε όλα τα στάδια που ακολουθήθηκαν μετά την ολοκλήρωση της αδειοδοτικής διαδικασίας μέχρι την ολοκλήρωση του έργου και την σύνδεση με το δίκτυο της ΔΕΗ. Επίσης θα εξετάσουμε χρηματοοικονομικά την κατασκευή του πάρκου όπως επίσης και τα αποτελέσματα χρήσης μετά από ένα πλήρες έτος λειτουργίας και θα συγκρίνουμε τα αποτελέσματα αυτά με τα αποτελέσματα που προϋπολογίστηκαν μέσω προγραμμάτων προσομοίωσης. Τα στάδια κατασκευής του έργου μπορούν να συνοψιστούν όπως παρακάτω: Μελέτη εφαρμογής Το έργο το οποίο θα μελετήσουμε είναι ισχύος 99,9 ΚWp βάσει της άδειας από την ΡΑΕ και η θέση εγκατάστασης είναι στην περιοχή της Άρτας. Το διαθέσιμο για την εγκατάσταση γήπεδο είναι 7.700m2. Η επιλογή της τεχνολογίας των υλικών έγινε από τον ιδιοκτήτη του φωτοβολταϊκού σταθμού και περιλαμβάνει τεχνολογία κινητών βάσεων με Φ/Β πλαίσια πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Σε ότι αφορά τα Φ/Β πλαίσια επιλέχθηκαν, πολυκρυσταλλικού πυριτίου ονομαστικής ισχύος 225 Wp. Έτσι για το συγκεκριμένο έργο απαιτούνται /225=444 τεμάχια Φ/Β πλαισίων, διαστάσεων 1650Χ990 mm. Για το έργο αυτό επιλέχθηκε κινητή βάση η οποία θα κινείται μέσω ηλεκτροκινητήρων 24V DC τα δε δεδομένα θέσης θα ελέγχονται από αισθητήρα α- κτινοβολίας ο οποίος θα οδηγεί την κινητή βάση στο σημείο μέγιστης ηλιακής ακτινοβολίας. Επίσης οι κινητές βάσεις συνδέονται με αισθητήρα ταχύτητας ανέμου ώστε να φέρουν τα πλαίσια σε οριζόντια θέση όταν η ταχύτητα του ανέμου ξεπεράσει ένα κρίσιμο για την αντοχή τους σημείο, όπως ορίζει ο κατασκευαστής τους. Επιπλέον μια βοηθητική πηγή ενέργειας θα πρέπει να συνδεθεί παράλληλα με την κύρια ώστε να είναι εφικτή η λειτουργία οριζοντίωσης των πλαισίων σε περίπτωση διακοπής της ηλεκτροδότησης από το δίκτυο της ΔΕΗ. Κάθε κινητή βάση έχει τη δυνατότητα σύνδεσης έως 46 τεμάχια Φ/Β πλαισίων διάστασης όπως τα επιλεχθέντα. Έτσι θα χρησιμοποιηθούν 10 τεμάχια κινητών βάσεων στις οποίες θα κατανείμουμε κατά το δυνα- 88

90 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων τόν ομοιόμορφα τα Φ/Β πλαίσια. Έτσι σε 6 βάσεις θα τοποθετηθούν 44 Φ/Β πλαίσια συνολικής ισχύος Wp και σε τέσσερις βάσεις θα τοποθετηθούν 45 Φ/Β πλαίσια συνολικής ισχύος Wp. Για την επιλογή των αναστροφέων αποφασίστηκε η επιλογή από 10 τεμάχια τριφασικών αναστροφέων ονοματικής ισχύος 10ΚW και ο- νομαστικής ισχύος DC W. H επιλογή έγινε με γνώμονα την απλοποίηση της εγκατάστασης μιας και θα απαιτείται ένας αναστροφέας ανά κινητή βάση, ο οποίος θα τοποθετηθεί πάνω σ αυτή. Με τον τρόπο αυτό θα ελαχιστοποιήσουμε τις απώλειες μεταφοράς στην πλευρά του συνεχούς ρεύματος. Επιπλέον η επιλογή τριφασικού αναστροφέα μας εξασφαλίζει ισοκατανομή φορτίου στις φάσεις, ασχέτους του αριθμού των αντιστροφέων (αν και ανισοκατανομή φορτίου έως 20% είναι αποδεκτή από την ΔΕΗ). Χωροταξική διάταξη των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την παραγωγή ενέργειας από τον Φ/Β σταθμό είναι τα φαινόμενα σκίασης. Έτσι λοιπόν θα πρέπει να τοποθετηθούν οι βάσεις σε τέτοια απόσταση η μια από την άλλη, ώστε να αποφεύγονται τα μεταξύ τους φαινόμενα σκίασης. Θα πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι θεωρητικά κατά τη δύση του ηλίου η σκιά ενός αντικειμένου εκτείνεται, εάν ο ήλιος δύει οριζόντια στη θάλασσα, στο άπειρο. Εικόνα 15: Διάταξη κινητών βάσεων 89

91 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Για το λόγο αυτό η βέλτιστη τεχνοοικονομικά απόσταση μεταξύ των δύο βάσεων δίνεται στο παραπάνω σχήμα όπου η γωνία βο μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής. Έτσι, λοιπόν βάσει του σχήματος και για μέγιστη γωνία κατακόρυφης κλίσης των πλαισίων τις 75 (από τα δεδομένα του κατασκευαστή) η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των Φ/Β πλαισίων των βάσεων υπολογίζεται ως εξής: Θ 1 = 75 Β= 3,01m. (Στη βάση που επιλέχ ηκε, τοπο ετούνται τρείς σειρές πλαίσια σε οριζόντια διάταξη. Ενδιάμεσα στα πλαίσια προβλέπεται και το κενό που δημιουργούν τα εξαρτήματα συγκράτησης τους και είναι 2 m. Έτσι έχουμε Β = (3 x 0,99)+0,02+0,02=3,01m). Θ 2 =25,65 (Για την περιοχή της Άρτας) Έτσι λοιπόν Α =Βsin(Θ 1 )=2,91 m και Γ=Α/tan(Θ 2 )= 6,05 m. Από τα παραπάνω καταλήγουμε πως η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κινητών βάσεων είναι 6,05 m. Η διάμετρος περιστροφής των κινητών βάσεων είναι 15,6. Έτσι η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των κινητών βάσεων είναι 21,65 m. Κατόπιν αυτών ορίζουμε τη χωροταξική διάταξη των βάσεων πάνω στο χώρο του γηπέδου. Ομαδοποίηση Φ/Β πλαισίων Για την ομαδοποίηση των πλαισίων καθοριστικός παράγοντας είναι τα χαρακτηριστικά των πλαισίων (τάσης και έντασης) όπως επίσης και τα χαρακτηριστικά των αντιστροφέων. Στο συγκεκριμένο έργο οι αντιστροφείς που χρησιμοποιούμε έχουν την δυνατότητα σύνδεσης πλαισίων με τάση εισόδου 250~600 V και μέγιστη ένταση 45Α. Σε ότι αφορά τα πλαίσια τα χαρακτηριστικά τους είναι: Ονομαστική ισχύς 220 Wp. Τάση ανοιχτού κυκλώματος 36,5 V. Ένταση ρεύματος βραχυκύκλωσης 8,3 Α. Τάση λειτουργίας 28,9 V. Ένταση ρεύματος λειτουργίας 7,6 Α. Για την ομαδοποίηση των πλαισίων και την δημιουργία των string (αριθμός πλαισίων συνδεδεμένων στη σειρά) λαμβάνουμε υπ όψιν τους εξής παράγοντες: 90

92 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Στον ίδιο αναστροφέα φροντίζουμε να δημιουργούμε ομάδες με τον ίδιο αριθμό πλαισίων έτσι ώστε να έχουμε στα άκρα κάθε string την ίδια τάση. Να σημειώσουμε εδώ ότι υπάρχουν inverters στην αγορά, οι οποίοι έχουν την δυνατότητα να συνδέονται με δύο διαφορετικές σε αριθμό πλαισίων συστοιχίες. Τα strings που θα δημιουργήσουμε θα πρέπει να έχουν τάση στα άκρα τους (τάση ανοιχτού κυκλώματος) που να βρίσκεται εντός των ορίων λειτουργίας του αναστροφέα. Η τάση στα άκρα κάθε string προσπαθούμε να πλησιάζει κατά το δυνατό στα υψηλότερα όρια του εύρους λειτουργίας του αναστροφέα. Με τον τρόπο αυτό πετυχαίνουμε καλύτερη απόδοση του συστήματος λαμβάνοντας υπ όψιν ότι η χαμηλότερη ακτινοβολία δημιουργεί χαμηλότερη τάση στα Φ/Β πλαίσια. Μειούμενη όμως η τάση στα άκρα των strings κάτω από ένα κρίσιμο όριο, χαρακτηριστικό για κάθε αναστροφέα, αυτός τίθεται εκτός λειτουργίας. Έτσι λοιπόν όσο πιο μεγάλη είναι η τάση λειτουργίας έπειτα από την ομαδοποίηση, τόσο πιο χαμηλή θα είναι η κρίσιμη ακτινοβολία που θα θέτει εκτός λειτουργίας τον αναστροφέα. Η ομαδοποίηση θα πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην υπερβαίνουμε την μέγιστη ένταση που ορίζει ο κατασκευαστής των αναστροφέων. Η ονομαστική ισχύς εισόδου συνεχούς ρεύματος δίνεται από τον κατασκευαστή. Όλοι οι αναστροφείς έχουν την δυνατότητα υπερφόρτισης σε ποσοστό που στους περισσότερους κατασκευαστές είναι 20%. Θα πρέπει να λάβουμε υπ όψιν εδώ κατά το σχεδιασμό ότι υπερφόρτιση πάνω από το 110% εγκυμονεί πάρα πολλούς κινδύνους να τίθεται συχνά εκτός λειτουργίας ο αναστροφέας (λόγω λειτουργίας εκτός ορίων), ιδιαίτερα τις ημέρες με ηλιοφάνεια και χαμηλές θερμοκρασίες. Καλωδιώσεις Στην παράγραφο αυτή θα σχεδιάσουμε την όδευση των καλωδιώσεων κύριων και βοηθητικών. Βασικό κριτήριο για τον σχεδιασμό αυτό είναι οι μικρότερες κατά το δυνατό αποστάσεις. Στη συνέχεια θα προχωρήσουμε στην διαστασιολόγηση των καλωδιώσεων λαμβάνοντας υπ όψιν την εγκατεστημένη ισχύ και την συνολική πτώση τάσεως η οποία δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 1.5%. Για την κίνηση των κινητών βάσεων χρησιμοποιούνται κινητήρες συνολικής ισχύος 450 W σε κάθε βάση. Έτσι η συνολική ισχύς των κινητήρων είναι 4500 W. Οι κινητές βάσεις διαθέτουν διάταξη 91

93 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων προστασίας από τα καιρικά φαινόμενα. Έτσι όταν η ταχύτητα του ανέμου υπερβεί ένα κρίσιμο μέγεθος που ορίζει ο κατασκευαστής οι κινητές βάσεις, φέρουν τα φωτοβολταικά πλαίσια σε οριζόντια διάταξη. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να εξασφαλίζεται διάταξη συνεχούς ηλεκτρικής τροφοδοσίας ακόμη και στην περίπτωση διακοπής της ηλεκτρικής τροφοδοσίας από το δίκτυο. Τέλος, θα χρησιμοποιηθούν καλωδιώσεις για τον περιμετρικό φωτισμό, για το σύστημα καμερών, για το σύστημα συναγερμού, για τα συστήματα παρακολούθησης, για τα συστήματα προστασίας των tracker και για τα συστήματα μετεωρολογικού σταθμού. Αντικεραυνική προστασία Για την αντικεραυνική προστασία θα κατασκευαστεί διάταξη προστασίας έναντι άμεσων πληγμάτων και προστασία έναντι κρουστικών υπερτάσεων. Για την άμεση αντικεραυνική προστασία προβλέπεται η κατασκευή ισοδυναμικού πλέγματος γείωσης με την οποία θα συνδεθούν όλες οι κινητές βάσεις και ο οικίσκος από λάμα χαλκού διαστάσεων 30x2 mm 2, ενώ θα κατασκευαστεί και αλεξικέραυνο με ιστό ύψους 9 m στον οποίο θα τοποθετηθεί κεφαλή τύπου pulsar με ακτίνα δράσης 90 m. Στην κεφαλή του αλεξικέραυνου θα συνδεθεί αγωγός καθόδου διαμέτρου 12 mm, ο οποίος θα συνδεθεί με τρίγωνο γείωσης που θα κατασκευαστεί στη βάση του αλεξικέραυνου. Τα ηλεκτρόδια του τριγώνου θα είναι μήκους 2 m το καθένα και θα τοποθετηθούν σε απόσταση 2,5 m. Το σύστημα του αλεξικέραυνου θα συνδεθεί με το πλέγμα ισοδυναμικής γείωσης. Χωματουργικές εργασίες Πριν από την έναρξη των εργασιών εγκατάστασης απαιτείται η διαμόρφωση του χώρου. Έτσι προχωρούμε με τη βοήθεια χωματουργικού μηχανήματος, αρχικά στην εκχέρσωση του χώρου εγκατάστασης όπως επίσης και στην εξομάλυνση του εδάφους ώστε να είναι εφικτή η κατασκευή όπως και η λειτουργία των κινητών βάσεων. Στη συνέχεια προχωρούμε στην κατασκευή των βάσεων, την κατασκευή της περίφραξης και την κατασκευή του οικίσκου, την κατασκευή του τοιχίου της μετρητικής διάταξης της ΔΕΗ, τις βάσεις τοποθέτησης των υποπινάκων, την κατασκευή της βάσης του α- λεξικέραυνου και την κατασκευή των ιστών στήριξης των καμερών, φωτισμού και αισθητήρων συναγερμού. Πριν την κατασκευή ξυλοτύπων κάνουμε τις απαραίτητες εκσκαφές. 92

94 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Κατασκευή οικοδομικού μέρους κινητών βάσεων Για την κατασκευή των βάσεων αυτών ο κατασκευαστής των βάσεων δεν προβλέπει εκσκαφές. Παράλληλα λόγω της κυκλικής του μορφής χρησιμοποιείται μεταλλικό καλούπι για την διαμόρφωση. Για την όδευση των καλωδίων στο κέντρο της βάσης όπου θα τοποθετηθεί ο αναστροφέας και ο πίνακας ελέγχου της κινητής βάσης τοποθετούμε εύκαμπτους αγωγούς (σπιράλ) για την όδευση των καλωδίων έναν για τα ι- σχυρά και έναν για τα ασθενή ρεύματα (κύκλωμα τηλεπαρακολούθησης διάταξη προστασίας της βάσης από ανέμους, αισθητήρια θερμοκρασίας πλαισίων και ηλιακής ακτινοβολίας). Για τον σκοπό αυτό κάνουμε εκσκαφή στενού αυλακιού από το κέντρο της βάσης έως ως το άκρο της και με κατεύθυνση προς τη θέση του υποπίνακα. Στη συνέχεια τοποθετούμε τους εύκαμπτους σωλήνες (αφού ρίξουμε περιμετρικά ψιλή άμμο και ξαναεπιχώνουμε. Τοποθετούμε τα μεταλλικά καλούπια και τοποθετούμε τον οπλισμό που ορίζει ο κατασκευαστής των κινητών βάσεων. Με την ολοκλήρωση κατασκευάζουμε βάση ρίχνοντας σκυρόδεμα κατηγορίας C20/25 όπως ορίζεται στη στατική μελέτη των βάσεων. Κατασκευή περίφραξης Η περίφραξη θα κατασκευαστεί από πλέγμα γαλβανιζέ με άνοιγμα οπής 50Χ50 mm, πάχους 2.5 mm και ύψους 2 m. Η στήριξη θα γίνει με σωλήνες γαλβανιζέ 1 1/2" μήκους 3 m πακτωμένοι κατά 50 cm εντός της βάσεως. Στην απόληξη της θα είναι κεκλιμένη κατά 40 με φορά προς το πάρκο. Εκεί θα τοποθετηθούν τρεις σειρές αγκαθωτό σύρμα. Ανά δύο σωλήνες θα δημιουργούνται προεντάσεις χιαστί με σύρμα περιφράξεως. Σε κάθε αλλαγή διεύθυνσης, όπως και στα ευθύγραμμα τμήματα της περίφραξης και ανά 40 m μήκους θα τοποθετηθούν κολώνες από κοιλοδοκό 120x120x6 mm και μήκους 3 m οι οποίοι θα τοποθετηθούν εντός πέλματος από σκυρόδεμα κατηγορίας C16/20-0,3 m 3. Στις κολώνες όπως και στους σωλήνες θα τοποθετηθούν πλαστικές τάπες στις απολήξεις τους. Για την στήριξή της θα κατασκευαστεί βάση από οπλισμένο σκυρόδεμα κατηγορίας C16/20. O οπλισμός θα φέρει δύο τεμάχια σίδερα Φ8 και πλέγμα. Οι διαστάσεις της βάσης θα είναι 30Χ20 cm και θα ενταφιαστεί κατά 10 cm. Θα κατασκευαστεί συρόμενη τύπου ΑΣΚΟ από δομικό χάλυβα κατά ΕΝ10025 διαστάσεων 2000x5000 mm αποτελούμενη από περιμετρικό κοιλοδοκό 100x40x3 με τρείς φάσες 80x40x20 με ράουλα και υποδοχή για κλείσιμο. 93

95 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Κατασκευή βάσεων υποπινάκων Πριν την κατασκευή των βάσεων θα κατασκευαστούν φρεάτια στο πίσω μέρος της βάσης, όπου θα καταλήγουν οι καλωδιώσεις από τις κινητές βάσεις. Οι βάσεις θα κατασκευαστούν από οπλισμένο σκυρόδεμα κατηγορίας C16/20 διαστάσεων 40x70x130 και θα κατασκευαστούν ενταφιασμένοι κατά 10 cm. Πριν την εφαρμογή του σκυροδέματος, τοποθετούμε εύκαμπτους σωλήνες που καταλήγουν στο φρεάτιο για την ό- δευση των καλωδίων από τους υποπίνακες στο φρεάτιο. Κατασκευή βάσης οικίσκου Για την κατασκευή της βάσης του οικίσκου ακολουθείται η ίδια φιλοσοφία με την κατασκευή των βάσεων των υποπινάκων. Έτσι κατασκευάζουμε βάση 3,5Χ4,5Χ0,3 m ενταφιασμένη κατά 10 cm και δύο φρεάτια εκατέρωθεν της βάσης. Κατασκευή βάσης αλεξικέραυνου Σύμφωνα με τις οδηγίες του προμηθευτή του ιστού του αλεξικέραυνου, γίνεται εκσκαφή τάφρου 1Χ1Χ0,9 m και κατασκευάζεται βάση διαστάσεων 1Χ1Χ1 m. Για την κατασκευή χρησιμοποιείται ο οπλισμός που προδιαγράφεται από τον κατασκευαστή του ιστού, κατασκευάζεται ο ξυλότυπος ώστε να εξέχει από το έδαφος 10 cm και τοποθετείται η αγκύρωση και το σκυρόδεμα. Κατασκευή τοιχίου τοποθέτησης μετρητικής διάταξης. Η κατασκευή γίνεται σύμφωνα με το έντυπο επισκόπησης της ΔΕΗ. Κατασκευάζεται από οπλισμένο σκυρόδεμα και δίπλα του κατασκευάζεται φρεάτιο για την όδευση των καλωδίων. Κατασκευή ιστών καμερών φωτισμού. Στα σημεία τοποθέτησης των ιστών, τοποθετούνται ιστοί από γαλβανιζέ 2 ιντσών και μήκους 3 m. Πακτώνονται στο έδαφος και παράλληλα για την σταθεροποίησή τους, γίνεται και ενίσχυση με σκυρόδεμα. Για την όδευση των καλωδίων εμπρός από κάθε ιστό τοποθετείται φρεάτιο. 94

96 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Τοποθέτηση Καλωδιώσεων. Για την τοποθέτηση των καλωδιώσεων ανοίγονται τάφροι στα σημεία όδευσης των καλωδιώσεων που καταλήγουν στα φρεάτια που έχουν κατασκευαστεί. Εντός των τάφρων τοποθετούνται σωλήνες pvc (ένας για τα ισχυρά και ένας για τα ασθενή ρεύματα) και αφού περιβληθούν με ψιλή άμμο επιχώνονται ξανά. Εντός τάφρων (με επίχωση μόνο) τοποθετούνται και οι αγωγοί γειώσεων όπως και οι αγωγοί του πλέγματος της αντικεραυνικής προστασίας. Στη συνέχεια τοποθετούνται οι καλωδιώσεις σύμφωνα με την μελέτη εφαρμογής. Συναρμολόγηση Βάσεων Οι βάσεις συναρμολογούνται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Λόγω του χαμηλού ύψους τους, είναι δυνατή η εύκολη τοποθέτηση των πλαισίων σε πλήρως συναρμολογημένη βάση. Έτσι μετά την συναρμολόγηση των βάσεων τοποθετούνται οι κινητήρες τους, ο πίνακας ελέγχου και γίνονται οι ηλεκτρολογικές συνδέσεις των κινητήρων και του αισθητήρα κίνησης. Τοποθέτηση Φ/Β Πλαισίων και Αντιστροφέων Για την τοποθέτηση των Φ/Β πλαισίων, θα πρέπει πρώτα να γίνει ομαδοποίηση. Είδαμε στην προηγούμενη παράγραφο πως ομαδοποιούμε τα πλαίσια σε strings. Από την κατασκευή του όμως κάθε πάνελ έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά τάσης και έ- ντασης. Τα χαρακτηριστικά αυτά προκύπτουν από έλεγχο ένα προς ένα στο εργοστάσιο κατασκευής. Τα αποτελέσματα του ελέγχου (flashing report) συνοδεύουν τα πάνελ και παραδίδονται στον εγκαταστάτη από τον προμηθευτή. Είναι προφανές ότι σε ένα string, το πάνελ που έχει σαν χαρακτηριστικό τη μικρότερη σε ένταση ρεύματος θα καθορίσει και την ένταση του ρεύματος σε ολόκληρο το string. Έτσι λοιπόν από το flashing report, κατατάσσουμε τα πάνελ κατ αύξουσα σειρά ως προς την ένταση του ρεύματος και στη συνέχεια τα χωρίζουμε σε ομάδες των 15 πάνελς όπως προέκυψε στην μελέτη εφαρμογής για τον συγκεκριμένο τύπο αναστροφέα. Στη συνέχεια και χρησιμοποιώντας ειδικά τεμάχια που συνοδεύουν τις κινητές βάσεις, βιδώνουμε τα πάνελς πάνω στις βάσεις (στα σημεία που προβλέπει ο κατασκευαστής των πάνελ) κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα πάνελς της ιδίας ομάδας (string) να είναι δίπλα-δίπλα και να είναι δυνατή η σύνδεσή τους με το μικρότερο δυνατό μήκος 95

97 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων καλωδίου. Αφού τοποθετήσουμε τα πάνελς, τοποθετούμε και τον αναστροφέα. Για την σύνδεση με τον αναστροφέα θα πρέπει να παρεμβάλουμε: Ασφάλεια σε κάθε string. Διακόπτη συνεχούς ρεύματος. Προστασία έναντι κρουστικών υπερτάσεων. Το μέγεθος της ασφάλειας από την ένταση του ρεύματος βραχυκύκλωσης I sc των πάνελ (δίνεται από τον κατασκευαστή των πάνελ) και είναι ίση με 1,5*Ι sc. Έτσι πριν τον αναστροφέα θα πρέπει να παρεμβληθεί πίνακας που να περιέχει τα παραπάνω στοιχεία. Επειδή ο αναστροφέας που επιλέξαμε διαθέτει ενσωματωμένο πίνακα με διακόπτη DC και μέχρι έξι ανεξάρτητα κυκλώματα με ασφάλειες, κατά την σύνδεση στον πίνακα που τοποθετήθηκε χρησιμοποιήθηκε μόνο διάταξη προστασίας έναντι κρουστικών υπερτάσεων DC. Οι συνδέσεις των καλωδίων έγιναν με στεγανούς ταχυσυνδέσμους που αφού τοποθετήθηκαν στα καλώδια στη συνέχεια συνδέθηκαν μεταξύ τους. Οι συνδέσεις αυτές απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή δεδομένου του ότι στα άκρα του κάθε string από την στιγμή που θα συνδεθούν τα πάνελ μεταξύ τους έχουμε τάση της τάξης των 500V. Πριν την σύνδεση των πάνελ μεταξύ τους ελέγχουμε την λειτουργία του μετρώντας την τάση στα άκρα του κάθε πάνελ. Τοποθέτηση Πινάκων Με την ολοκλήρωση των εγκαταστάσεων τοποθετούμε και συνδέουμε τους πίνακες. Οι πίνακες κατασκευάζονται σύμφωνα με την νομοθεσία και περιέχουν όλες τις α- σφαλιστικές διατάξεις που απαιτούνται. 4.5 Πολεοδομικά στοιχεία Αδειοδότηση Στο παρακάτω κεφάλαιο γίνεται μια σύνοψη των αδειοδοτικών σταδίων και καταγράφονται ορισμένα κομβικά σημεία της διαδικασίας αδειοδότησης. Ορίζεται, ως ε- θνικός στόχος, η κάλυψη με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) του 40% τουλάχιστον της ακαθάριστης κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας ως το Σε σχέση με την συνδρομή των Φ/Β συστημάτων στην επίτευξη του στόχου αυτού είναι συνολικά 2,200 MWp ως το Να σημειώσουμε εδώ ότι, από την κοινοτική νομοθεσία προβλέπεται η δυνατότητα αναθεώρησης των ενδεικτικών στόχων για κάθε τεχνολο- 96

98 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων γία ανά διετία ή και νωρίτερα αν χρειαστεί, και επομένως μπορεί μελλοντικά να υ- πάρξουν διορθωτικές κινήσεις προς αυτή την κατεύθυνση. Οι επενδύσεις σε φωτοβολταϊκά συστήματα δεν επιδοτούνται πλέον ως προς το αρχικό κόστος εγκατάστασης και διασύνδεσης και ως εκ τούτου ο δυνητικός επενδυτής θα πρέπει προτού εκκινήσει την διαδικασία αδειοδότησης να έχει διερευνήσει το κόστος της επένδυσης και τη δυνατότητα χρηματοδότησης είτε από το τραπεζικό σύστημα είτε από μόνος του. Στην παρούσα φάση διακρίνονται οι εξής κατηγορίες α- δειοδότησης ανάλογα με την θέση εγκατάστασης και την ισχύ ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. 1. Συστήματα ως 10kWp σε στέγες κτιρίων. 2. Φωτοβολταϊκά Συστήματα σε Βιομηχανικές Στέγες. 3. Φωτοβολταϊκά Συστήματα σε Αγροτεμάχια Συστήματα ως 10 kwp σε στέγες κτιρίων Από 1η Ιουλίου 2009 ισχύει ένα πρόγραμμα για την εγκατάσταση μικρών φωτοβολταϊκών συστημάτων στον οικιακό-κτιριακό τομέα. Με το πρόγραμμα αυτό δίνονται κίνητρα με τη μορφή ενίσχυσης της παραγόμενης ηλιακής κιλοβατώρας, ώστε ο οικιακός καταναλωτής να κάνει απόσβεση του συστήματος που εγκατέστησε και να έχει και ένα λογικό κέρδος. Αφορά οικιακούς καταναλωτές ή πολύ μικρές επιχειρήσεις που επιθυμούν να εγκαταστήσουν φωτοβολταϊκά ισχύος έως 10 κιλοβάτ (kwp) στο δώμα ή τη στέγη νομίμως υφισταμένου κτιρίου, συμπεριλαμβανομένων στεγάστρων βεραντών, προσόψεων και σκιάστρων, καθώς και βοηθητικών χώρων του κτιρίου, όπως αποθήκες και χώροι στάθμευσης. Σε σχέση με τις μικρές επιχειρήσεις αυτές θα πρέπει να είναι ως 10 άτομα και έχει κύκλο εργασιών και σύνολο ενεργητικού ως 2 εκ. ετησίως. Για να ενταχθούν στο πρόγραμμα, θα πρέπει να έχουν στην κυριότητά τους το χώρο στον οποίο εγκαθίσταται το φωτοβολταϊκό σύστημα. Από τον Σεπτέμβριο του 2010, το πρόγραμμα αφορά όλη την Επικράτεια. Ως μέγιστη ισχύς των φωτοβολταϊκών συστημάτων στο πλαίσιο του προγράμματος ορίζεται: Για την ηπειρωτική χώρα, τα διασυνδεδεμένα με το Σύστημα Νησιά, την Κρήτη τα 10 kwp. Τα λοιπά μη διασυνδεδεμένα Νησιά, τα 5 kwp. 97

99 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Για τις πολυκατοικίες θα πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω όροι. Είτε να συμφωνήσουν εγγράφως οι υπόλοιποι ιδιοκτήτες, είτε το φωτοβολταϊκό να εγκατασταθεί εξ ονόματος όλων των ιδιοκτητών (τους οποίους στην περίπτωση αυτή εκπροσωπεί ο διαχειριστής). Σε κάθε πολυκατοικία μπορεί να μπει ένα μόνο σύστημα. Αν η ταράτσα είναι κοινόκτητη και οι κύριοι του χώρου αυτού θέλουν να την παραχωρήσουν σε κάποιο άλλο ιδιοκτήτη του κτιρίου που δεν έχει δικαιώματα στην ταράτσα, μπορούν να το κάνουν. Αν το σύστημα μπει σε στέγαστρο βεράντας διαμερίσματος, προφανώς μπορούν να μπουν περισσότερα του ενός συστήματα σε μια πολυκατοικία. Όλη η παραγόμενη από το φωτοβολταϊκό ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο της ΔΕΗ και ο οικιακός μικροπαραγωγός ενέργειας πληρώνεται γι αυτή με 55 λεπτά την κιλοβατώρα (0,55 /kwh), τιμή που είναι εγγυημένη για 25 χρόνια. Ο οικιακός μικροπαραγωγός ενέργειας συνεχίζει να αγοράζει ρεύμα από τη ΔΕΗ και να το πληρώνει στην τιμή που το πληρώνει και σήμερα (περίπου λεπτά την κιλοβατώρα). Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι η ΔΕΗ θα εγκαταστήσει ένα νέο μετρητή για να καταγράφει την παραγόμενη ενέργεια. Αν, για παράδειγμα, στο δίμηνο το φωτοβολταϊκό παράγει ηλεκτρική ενέργεια αξίας 300 και στο κτίριο καταναλώνεται ενέργεια αξίας 100, θα έρθει πιστωτικός λογαριασμός 200, ποσό που θα καταθέσει η ΔΕΗ στον τραπεζικό λογαριασμό του ιδιοκτήτη του φωτοβολταϊκού. Για την εγκατάσταση οικιακών φωτοβολταϊκών, δεν απαιτείται πλέον καμία άδεια (με εξαίρεση διατηρητέα κτίρια και παραδοσιακούς οικισμούς όπου απαιτείται η έ- γκριση της Επιτροπής Πολεοδομικού και Αρχιτεκτονικού Ελέγχου (ΕΠΑΕ). Σύμφωνα με την ΥΑ36720/ Έγκριση ειδικών όρων για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών και ηλιακών συστημάτων σε κτίρια και οικόπεδα εντός σχεδίου περιοχών και σε οικισμούς (ΦΕΚ 376/ ) δεν χρειάζεται πλέον ούτε η άδεια εργασιών μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία, όπως ίσχυε μέχρι πρότινος. Απλώς γνωστοποιεί κανείς την έναρξη εργασιών στη 5ΕΗ όταν καταθέτει εκεί φάκελο για σύνδεση του συστήματος με το δίκτυο Οικιακοί Παραγωγοί Δύο είναι οι προϋποθέσεις για να ενταχθεί κανείς στο πρόγραμμα: 1. Να έχει μετρητή της ΔΕΗ στο όνομά του (ή στον κοινόχρηστο λογαριασμό της πολυκατοικίας αν επιλεγεί η συλλογική εγκατάσταση). 98

100 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 2. Να καλύπτει μέρος των αναγκών σε ζεστό νερό από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (π.χ. ηλιακό θερμοσίφωνα, βιομάζα, γεωθερμική αντλία θερμότητας). Μια ιδιαίτερα σημαντική ρύθμιση είναι ότι ο οικιακός παραγωγός ηλιακού ηλεκτρισμού δεν θεωρείται πια επιτηδευματίας, με άλλα λόγια απαλλάσσεται από το άνοιγμα βιβλίων στην εφορία. Όπως αναφέρει η σχετική κοινή υπουργική απόφαση, δεν υφίστανται για τον κύριο του φωτοβολταϊκού συστήματος φορολογικές υποχρεώσεις για τη διάθεση της ενέργειας αυτής στο δίκτυο. Με άλλα λόγια, τα όποια έσοδα έχει ο οικιακός μικροπαραγωγός από την πώληση της ενέργειας δεν φορολογούνται Μικρές Επιχειρήσεις Προκειμένου να ενταχθούν οι πολύ μικρές επιχειρήσεις στο πρόγραμμα θα πρέπει πρωτύτερα να μην έχει πάρει κάποια άλλη επιδότηση για το φωτοβολταϊκό από εθνικά ή κοινοτικά προγράμματα. Τα όποια έσοδα έχει η επιχείρηση από την πώληση της ενέργειας δεν φορολογούνται, με την προϋπόθεση ότι τα κέρδη εμφανίζονται σε ειδικό λογαριασμό αφορολόγητου αποθεματικού. Σε περίπτωση διανομής ή κεφαλαιοποίησής τους, ισχύει η τρέχουσα φορολογία για τα κέρδη που διανέμονται. Σημειώνουμε ότι η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών ισχύος άνω των 10 kwp σε εμπορικέςβιομηχανικές στέγες, διέπεται από άλλους κανόνες και ισχύουν γι αυτά τα συστήματα άλλα κίνητρα Φωτοβολταϊκά Συστήματα σε Βιομηχανικές Στέγες (>10kWp) Ο Ν.3851/2010 και η ΥΑ 36720/ (ΦΕΚ 376/ ) επιτρέπουν την ε- γκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων κάθε ισχύος στο δώμα ή τη στέγη νομίμως υφισταμένου κτιρίου, συμπεριλαμβανομένων στεγάστρων βεραντών, προσόψεων και σκιάστρων, καθώς και βοηθητικών χώρων του κτιρίου, όπως αποθήκες και χώροι στάθμευσης. Για τα συστήματα αυτά δεν απαιτείται περιβαλλοντική αδειοδότηση, ενώ για συστήματα ισχύος έως 1 MWp δεν απαιτείται και άδεια παραγωγής ή άλλη διαπιστωτική απόφαση. Για συστήματα >1 MWp απαιτείται άδεια παραγωγής από τη ΡΑΕ (η οποία συνοδεύεται και από δύο ακόμη άδειες: την άδεια εγκατάστασης και την άδεια λειτουργίας τις οποίες εκδίδει η αρμόδια Περιφέρεια). Για συστήματα με ισχύ από 10 kwp έως 100 kwp τα μόνα βήματα που απαιτούνται είναι: 99

101 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Η προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Η υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ. Για συστήματα με ισχύ από 100 kwp έως kwp (1 MWp) τα βήματα που απαιτούνται είναι: Η έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία. Η προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Η υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ. Για συστήματα με ισχύ μεγαλύτερη από 1 MWp τα βήματα που απαιτούνται είναι: Η έκδοση άδειας παραγωγής από τη ΡΑΕ (Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας). Η άδεια εγκατάστασης από την Περιφέρεια. Η έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία. Η προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Η υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ και τελικά έκδοση άδειας λειτουργίας από την Περιφέρεια. Τα παραπάνω ισχύουν μόνο για το ηπειρωτικό δίκτυο, αφού τα αυτόνομα νησιωτικά δίκτυα θεωρούνται κορεσμένα και θα υπάρχουν κατά διαστήματα ειδικές ρυθμίσεις γι αυτά. Σε κάθε περίπτωση πάντως, στα μη διασυνδεδεμένα νησιά, μιλάμε πάντα για συστήματα με ισχύ μικρότερη των 100 kwp Φωτοβολταϊκά Συστήματα επί εδάφους Για συστήματα με ισχύ έως 500 kwp τα βήματα που απαιτούνται είναι: Η βεβαίωση απαλλαγής από Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ) η οποία χορηγείται από την Περιφέρεια (από την υποχρέωση αυτή εξαιρούνται τα έργα εντός οργανωμένων υποδοχέων βιομηχανικών δραστηριοτήτων) Η έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία. Η προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Η υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ. Για συστήματα με ισχύ έως 500 kwp έως kwp (1 MWp) τα βήματα που απαιτούνται είναι: 100

102 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ) η οποία χορηγείται από την Περιφέρεια (από την υποχρέωση αυτή εξαιρούνται τα έργα εντός οργανωμένων υποδοχέων βιομηχανικών δραστηριοτήτων) έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία. Προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ Για συστήματα με ισχύ μεγαλύτερη από 1 MWp τα βήματα που απαιτούνται είναι: Η έκδοση άδειας παραγωγής από τη ΡΑΕ. Η άδεια εγκατάστασης από την Περιφέρεια (που προϋποθέτει και έγκριση ΕΠΟ όπου αυτή απαιτείται). Η έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την Πολεοδομία. Η προσφορά όρων σύνδεσης από τη ΔΕΗ. Η υπογραφή της σύμβασης αγοροπωλησίας με τον ΔΕΣΜΗΕ. Η έκδοση άδειας λειτουργίας από την Περιφέρεια Παλιές Αιτήσεις (Ν.3468) Ο νέος νόμος επιταχύνει τις διαδικασίες για τις παλιές αιτήσεις που είχαν κατατεθεί στη ΡΑΕ για έκδοση άδειας παραγωγής. Κι αυτό γιατί με το νέο νόμο καταργείται η διαδικασία της Προκαταρκτικής Περιβαλλοντικής Εκτίμησης και Αξιολόγησης (Π- ΠΕΑ) και η περιβαλλοντική αδειοδότηση θα γίνεται πλέον σε ένα ενιαίο στάδιο, αυτό της Έγκρισης Περιβαλλοντικών Όρων (ΕΠΟ). Έτσι, όσες αιτήσεις για άδεια παραγωγής βρίσκονταν στο στάδιο της ΠΠΕΑ, έχοντας περάσει θετικά τα υπόλοιπα κριτήρια αξιολόγησης της ΡΑΕ, έλαβαν άδεια παραγωγής. Όσοι φωτοβολταϊκοί σταθμοί (κυρίως «εξαιρέσεις») βρίσκονταν στο στάδιο της ΕΠΟ και δεν συνεχίζουν να έχουν τέτοια υποχρέωση με βάση τη νέα νομοθεσία, θα πρέπει να λάβουν τώρα μόνο τη βεβαίωση απαλλαγής από την Περιφέρεια και να προχωρήσουν στο επόμενο στάδιο (προσφορά όρων σύνδεσης). Σημειωτέον ότι η βεβαίωση αυτή πρέπει να δοθεί εντός αποκλειστικής προθεσμίας είκοσι (20) ημερών από την αρμόδια περιβαλλοντική αρχή της οικείας Περιφέρειας, μετά την άπρακτη παρέλευση της οποίας θεωρείται αυτή χορηγηθείσα. Ο κάτοχος άδειας παραγωγής μπορεί, μετά από σχετική απόφαση της ΡΑΕ, να μεταβιβάζει την άδειά του σε άλλα φυσικά ή νομικά πρόσωπα. Αντίθετα, οι φωτοβολταϊ- 101

103 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων κοί σταθμοί που απαλλάσσονται από άδεια παραγωγής, δεν επιτρέπεται να μεταβιβάζονται πριν από την έναρξη της λειτουργίας τους. Κατ εξαίρεση, επιτρέπεται η μεταβίβασή τους σε νομικά πρόσωπα, εφόσον το εταιρικό κεφάλαιο της εταιρίας προς την οποία γίνεται η μεταβίβαση κατέχεται εξ ολοκλήρου από το μεταβιβάζον φυσικό ή νομικό πρόσωπο. Ειδικά για τους φωτοβολταϊκούς σταθμούς που εγκαθίστανται από κατ επάγγελμα αγρότες, δεν επιτρέπεται η μεταβίβασή τους πριν από την πάροδο πενταετίας από την έναρξη λειτουργίας τους, εκτός αν πρόκειται για μεταβίβαση λόγω κληρονομικής διαδοχής Γενικά Αδειοδοτικά Ο νέος νόμος (Ν.3851) απλοποιεί κάποιες από τις παλιές διαδικασίες αδειοδότησης. Συγκεκριμένα: Δεν απαιτείται πλέον άδεια παραγωγής ή άλλη διαπιστωτική απόφαση (γνωστή και ως εξαίρεση ) για φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος έως 1 MWp. Για φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος μεγαλύτερης του 1 MWp απαιτείται η έκδοση άδειας παραγωγής η οποία εκδίδεται από τη ΡΑΕ (και όχι από τον υπουργό Περιβάλλοντος, Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής όπως ίσχυε μέχρι σήμερα). Για τα συστήματα που απαιτείται άδεια παραγωγής απαιτείται επίσης η έκδοση άδειας εγκατάστασης και άδειας λειτουργίας (οι οποίες εκδίδονται από την αρμόδια Περιφέρεια) όπως και στο παρελθόν. Δεν απαιτείται περιβαλλοντική αδειοδότηση για συστήματα που εγκαθίστανται σε κτίρια και οργανωμένους υποδοχείς βιομηχανικών δραστηριοτήτων. Για συστήματα που εγκαθίστανται σε γήπεδα (οικόπεδα και αγροτεμάχια), δεν απαιτείται περιβαλλοντική αδειοδότηση για συστήματα έως 500 kwp εφόσον πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις. Για τα συστήματα αυτά, απαιτείται ειδική περιβαλλοντική εξαίρεση ( βεβαίωση απαλλαγής από ΕΠΟ ) από την αρμόδια Περιφέρεια, η οποία, σύμφωνα με το νόμο, δίνεται σε 20 μέρες από την υποβολή της σχετικής αίτησης. Απαιτείται ΕΠΟ για όσα συστήματα εγκαθίστανται σε γήπεδα, εφόσον εγκαθίστανται σε περιοχές Natura, παράκτιες ζώνες (100μ από οριογραμμή αιγιαλού) και σε γήπεδα που γειτνιάζουν σε απόσταση μικρότερη από εκατόν πενήντα (150) μέτρα, με άλλο γήπεδο για το οποίο έχει εκδοθεί άδεια παραγωγής ή απόφαση 102

104 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων ΕΠΟ ή Προσφορά Σύνδεσης φωτοβολταϊκού σταθμού και η συνολική ισχύς των σταθμών υπερβαίνει τα 500 kwp. Για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων δεν απαιτείται οικοδομική άδεια, αλλά έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας από την αρμόδια Διεύθυνση Πολεοδομίας. Για φωτοβολταϊκά συστήματα που εγκαθίστανται σε κτίρια και έχουν ισχύ έως 100 kwp, δεν απαιτείται ούτε αυτή η έγκριση εργασιών δόμησης μικρής κλίμακας, αλλά αρκεί πλέον μια απλή γνωστοποίηση προς τη ΔΕΗ ότι ξεκινά η εγκατάσταση. Η ευνοϊκή αυτή ρύθμιση αφορά τον οικιακό τομέα καθώς και τα μικρά και μεσαία συστήματα που εγκαθίστανται σε κτίρια επιχειρήσεων. Στις συμβάσεις σύνδεσης που συνάπτει ο αρμόδιος διαχειριστής με τους φορείς φωτοβολταϊκών σταθμών που εξαιρούνται από τη λήψη άδειας παραγωγής, καθορίζεται προθεσμία σύνδεσης στο Σύστημα ή δίκτυο, η οποία είναι αποκλειστική, και ορίζεται εγγύηση ή ποινική ρήτρα που καταπίπτει αν ο φορέας δεν υλοποιήσει τη σύνδεση εντός της καθορισθείσας προθεσμίας. Το ύψος της εγγύησης καθορίζεται με υπουργική απόφαση. Από την εγγύηση αυτή απαλλάσσονται όσα έργα αφορούν εγκαταστάσεις σε κτίρια και όσοι σταθμοί έχουν υπογράψει σύμβαση σύνδεσης πριν τις (ημερομηνία ισχύος του νέου νόμου 3851/2010) Περί κατασκευής φωτοβολταϊκών συστημάτων σε γαίες υψηλής παραγωγικότητας Απαγορεύεται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκούς σταθμούς σε αγροτεμάχια της Αττικής που χαρακτηρίζονται ως αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας, καθώς και σε περιοχές της Επικράτειας που έχουν ήδη καθοριστεί ως αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας από εγκεκριμένα Γενικά Πολεοδομικά Σχέδια (Γ.Π.Σ.) ή Σχέδια Χωρικής Οικιστικής Οργάνωσης Ανοιχτής Πόλης (Σ.Χ.Ο.Ο.Α.Π.) του Ν.2508/1997 (ΦΕΚ 124 Α ), καθώς και Ζώνες Οικιστικού Ελέγχου (Ζ.Ο.Ε.) του άρθρου 29 του Ν.1337/1983 (ΦΕΚ 33 Α ), εκτός αν διαφορετικά προβλέπεται στα εγκεκριμένα αυτά σχέδια. Με την επιφύλαξη του προηγούμενου εδαφίου, επιτρέπεται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκούς σταθμούς σε αγροτεμάχια που χαρακτηρίζονται ως αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας. Στην περίπτωση αυτή η άδεια χορηγείται μόνον αν οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί για τους οποίους έχουν ήδη εκδοθεί άδειες παρα- 103

105 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων γωγής ηλεκτρικής ενέργειας ή, σε περίπτωση απαλλαγής, δεσμευτικές προσφορές σύνδεσης από τον αρμόδιο διαχειριστή, καλύπτουν εδαφικές εκτάσεις που δεν υπερβαίνουν το 1% του συνόλου των καλλιεργούμενων εκτάσεων του συγκεκριμένου νομού. Για την εφαρμογή της διάταξης του προηγούμενου εδαφίου χρησιμοποιούνται τα στοιχεία της Ετήσιας Γεωργικής Στατιστικής Έρευνας του έτους 2008 της Γενικής Γραμματείας της Εθνικής Στατιστικής Υπηρεσίας της Ελλάδας. Για τον υπολογισμό της κάλυψης λαμβάνεται υπόψη η οριζόντια προβολή επί του εδάφους των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Με κοινή απόφαση των Υπουργών Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων και Περιβάλλοντος, Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής είναι δυνατόν να ορίζονται όροι και προϋποθέσεις για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών σταθμών σε αγροτεμάχια που χαρακτηρίζονται ως αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας, περιλαμβανομένων της μέγιστης κάλυψης εδάφους ανά σταθμό, των ελάχιστων αποστάσεων από τα όρια του γηπέδου του σταθμού, περιορισμών στον τρόπο θεμελίωσης και υποχρεώσεων για την αποκατάσταση του γηπέδου μετά την αποξήλωση των φωτοβολταϊκών σταθμών Περί Συμβάσεως Αγοραπωλησίας Υπενθυμίζεται ότι ο επενδυτής υπογράφει σύμβαση πώλησης της παραχθείσας ενέργειας με: ΔΕΣΜΗΕ προκειμένου για την Ηπειρωτική Ελλάδα και τα διασυνδεδεμένα νησιά. Με την Δ/νση Διαχείρισης Νήσων (ΔΕΗ) για τα μη διασυνδεδεμένα νησιά. Η σύμβαση δύναται να ενεργοποιηθεί εντός 18 μηνών από την ημερομηνία υπογραφή της. Έπειτα από την πάροδο του διαστήματος ακυρώνεται η σύμβαση και ο επενδυτής εφόσον επιθυμεί δύναται να αιτηθεί την σύναψη σύμβασης όμως με τις τιμές και τους όρους που θα ισχύον την συγκεκριμένη περίοδο διαπραγμάτευσης. 104

106 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 4.6 Φωτογραφικό Υλικό Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί στέγης 105

107 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 106

108 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων επί εδάφους σε κινητές βάσεις-trackers 107

109 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 108

110 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 109

111 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 110

112 Κεφάλαιο 4: Εγκατάσταση Φ/Β Συστημάτων 111

113 Κεφάλαιο 5: Οικονομικά Στοιχεία 5.1 Γενικά Από την άποψη του μέσου μοναδιαίου ενεργειακού κόστους, που υπολογίζεται µε τη χρήση των παραδοσιακών λογιστικών τεχνικών, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από Φ/Β δεν μπορεί ακόμα να ανταγωνιστεί τις αποδοτικές συμβατικές κεντρικές ε- γκαταστάσεις παραγωγής. Εξάλλου, η μεγάλη πλειοψηφία των Φ/Β εγκαταστάσεων μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνταν για εφαρμογές μικρής σχετικά ισχύος σε θέσεις που δεν έχουν άμεση πρόσβαση σε κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο. Στις περιπτώσεις αυτές, τα Φ/Β επιλέγονται επειδή προσφέρουν µια ασφαλή και αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικής ισχύος, και αποτελούν συχνά τη φθηνότερη ενεργειακή επιλογή. Όπως και σε κάθε παρόμοιο αγαθό, η συνολική τιμή αγοράς ενός Φ/Β συστήματος προκύπτει από όλα τα εγγενή κόστη για την παραγωγή των επιμέρους συνιστωσών, τη μεταφορά και την εγκατάστασή τους. Μπορεί επίσης να υπάρξουν κόστη σχετικά µε τη σχεδίαση και την τεχνική μελέτη του συστήματος, καθώς και για την αγορά γης, ειδικά στα έργα μεγάλης κλίμακας. Εντούτοις, υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που πρέπει να εξετάζονται: Οι περισσότεροι κατασκευαστές Φ/Β συστημάτων προσφέρουν κάποια μορφή έκπτωσης για συμφωνίες μαζικής αγοράς. Ο εισαγόμενος από ξένες χώρες εξοπλισμός υπόκειται σε φόρο εισαγωγής. Όταν τα συστήματα αγοράζονται µέσω αντιπροσώπου, συνήθως υφίσταται µια προ&