Περιεχόµενα Εισαγωγή Παραδοσιακές / Συµβατικές Πηγές Ενέργειας Το κάρβουνο Το πετρέλαιο Το φυσικό αέριο Η πυρη

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝ ΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟ ΟΜΗΣ ΜΑΘΗΜΑ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ: ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΦΕΛΕΚΙ ΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΟΝΙΤΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 Περιεχόµενα Εισαγωγή Παραδοσιακές / Συµβατικές Πηγές Ενέργειας Το κάρβουνο Το πετρέλαιο Το φυσικό αέριο Η πυρηνική ενέργεια Ήπιες Μορφές Ενέργειας Είδη ήπιων µορφών ενέργειας Αιολική ενέργεια Βιοµάζα Υδραυλική Ενέργεια Γεωθερµική ενέργεια Ηλιακή ενέργεια Πλεονεκτήµατα και Μειονεκτήµατα των Ήπιων Μορφών Ενέργειας Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Το φαινόµενο του θερµοκηπίου Ύψος και απόκλιση του ήλιου κατά τη διάρκεια του έτους Μέση ηµερήσια ενεργειακή απολαβή από τον Ήλιο Ηλιοφάνεια Τυπικό µετεωρολογικό έτος Ποικιλοµορφία εφαρµογών Κόστος Φωτοβολταϊκά Φωτοβολταϊκή τεχνολογία Ιστορική αναδροµή Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο Φωτοβολταϊκές Βασικές Μονάδες Τρόπος Λειτουργίας Ανάλυση οµής Χαρακτηριστικά Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων Πλεονεκτήµατα και Μειονεκτήµατα Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων Κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστηµάτων

3 Α. Αποµονωµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα Β. Φωτοβολταϊκά συστήµατα συνδεδεµένα στο δίκτυο Συλλογή Ηλιακού Φωτός Μορφές Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας Εκπαιδευτικό Πρόγραµµα Επενδυτικές ευκαιρίες Νοµοθετικό πλαίσιο Χρήσεις Φωτοβολταϊκά στις στέγες Παράγοντες Ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών στην Ελλάδα Προσθήκη φωτοβολταϊκών σε κατοικία Καταλληλότητα κτιρίων για προσθήκη φωτοβολταϊκών Βήµατα / προεργασία για την εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού συστήµατος σε κατοικία Κάλυψη ενεργειακών αναγκών σε κατοικία Προδιαγραφές φωτοβολταϊκών πλαισίων για την ευρωπαϊκή αγορά Κόστος φωτοβολταϊκών συστηµάτων Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών Επίλογος Βιβλιογραφία Ευρετήριο Πινάκων Πίνακας 1: Κυριότερες µορφές ήπιων µορφών ενέργειας και οι πιο διαδεδοµένες επιλογές αξιοποίησής τους Πίνακας 2: Προέλευση ηλεκτρικής ενέργειας Πίνακας 3: Απώλειες από σκίαση Πίνακας 4: Ενδεικτική απόδοση ανάλογα µε τον προσανατολισµό και την κλίση Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα 1: Αξιοποίηση ενέργειας από τον προϊστορικό άνθρωπο Εικόνα 2: Ήπιες µορφές ενέργειας, προέρχονται από φυσικές διαδικασίες και είναι «καθαρές» Εικόνα 3: Τυπική µορφή πύργου ανεµογεννήτριας Εικόνα 4: Αιολικό πάρκο Σητείας Εικόνα 5: Απεικόνιση γεωθερµικού συστήµατος σε κατοικία Εικόνα 6: Αριστερά: Φωτοβολταϊκο πάρκο. εξιά: Ηλιακό πλοίο

4 Εικόνα 7: Ηλιακό αυτοκίνητο Εικόνα 8: Απλοποιηµένη παράσταση λειτουργίας ηλιακού θερµοσίφωνα Εικόνα 9: Το φαινόµενο του θερµοκηπίου Εικόνα 10: Φωτοβολταϊκό στοιχείο Εικόνα 11: Φωτοβολταϊκό πλαίσιο Εικόνα 12: Γραφική απεικόνιση της Φωτοβολταϊκής συστοιχίας Εικόνα 13: Υβριδικό φωτοβολταϊκό συστήµα 1. Φωτοβολταϊκά πλαίσιοα, 2. Πίνακας ελέγχου, 3. Αντιστροφέας (inverter), 4. Μετρητής ΕΗ Εικόνα 14: Επάνω: ιασυνδεδεµένο σύστηµα Κάτω: Αυτόνοµο σύστηµα Εικόνα 15: Λογότυπο εκπαιδευτικού προγράµµατος Ευρετήριο ιαγραµµάτων ιάγραµµα 1: Κυριότερες µορφές ενέργειας ιάγραµµα 2: Γραφική παράσταση της συνάρτησης φασµατικής κατανοµής της πυκνότητας ισχύος της ακτινοβολίας του µαύρου σώµατος που περιγράφει την ηλιακή ακτινοβολία ιάγραµµα 3: Σχετικό κόστος ήπιων µορφών και συµβατικών µορφών ενέργειας ιάγραµµα 4: Κόστος για διάφορες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής ιάγραµµα 5: Κύκλος ζωής φωτοβολταϊκών στοιχείων

5 Εισαγωγή Η ενέργεια είναι γνωστή στον άνθρωπο από εκατοµµύρια χρόνια πριν. Οι πρόγονοί µας σ τα πρώτα χρόνια της ζωής τους πάνω στη γη, δε γνώριζαν πολλά πράγµατα για τη χρήση της ενέργειας. Χρησιµοποιούσαν µόνο τη µυϊκή τους δύναµη και αργότερα τη µυϊκή δύναµη των ζώων. Η πρώτη της µορφή που αξιοποίησε ο άνθρωπος ήταν η θερµική µε τη µορφή της καύσης. Στην πορεία του χρόνου διαπίστωσαν ότι ο άνεµος, η φωτιά και τ ο νερό είχαν ενέργεια που µπορούσαν να την εκµεταλλευτούν. Η διαπίστωση αυτή οδήγησε τους ανθρώπους στο σχεδιασµό και την δηµιουργία εργαλείων και µηχανών µε τα οποία µείωσαν τον προσωπικό τους µόχθο (ανεµόµυλοι, υδραυλικοί τροχοί κ.ά). Αρκετά αργότερα εµφανίστηκαν οι θερµικές µηχανές και µετά η ατµοµηχανή. Στη συνέχεια η τεχνολογική εξέλιξη ήταν ραγδαία. Εικόνα 1: Αξιοποίηση ενέργειας από τον προϊστορικό άνθρωπο. 1 Η ενέργεια είναι ένα φυσικό µέγεθος που το αντιλαµβανόµαστε κυρίως από τα αποτελέσµατά της, που είναι γνωστά σαν έργο. Εµφανίζεται σαν δυναµική ενέργεια σε ένα τεντωµένο ελατήριο σαν κινητική για αντικείµενα που πέφτουν από ψηλά σαν θερµική στον λέβητα µιας ατµοµηχανής σαν ηλεκτρική στις πρίζες του σπιτιού µας σαν ηλιακή στις ακτίνες του Ήλιου σαν χηµική στη βενζίνη που καίγεται ή σαν πυρηνική στα καύσιµα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. 1 Ντούσης Ηρακλής, Ενέργεια και ισχύς ( CE%B5%CE%B9%CE%B1_%CE%BA%CE%B1%CE%B9_%CE%B9%CF%83%CF%87%CF%8D%CF %82.pdf) - 4 -

6 ιάγραµµα 1: Κυριότερες µορφές ενέργειας

7 Παραδοσιακές / Συµβατικές Πηγές Ενέργειας Σε αυτή την κατηγορία υπάρχουν πηγές ενέργειας που είναι γνωστές σε όλους µας, καθώς χρησιµοποιούνται σε καθηµερινή σχεδόν βάση. Οι κυριότεροι εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας είναι τα ορυκτά καύσιµα, που περιλαµβάνουν το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και το κάρβουνο. Χρησιµοποιούνται συνήθως ως καύσιµα για θέρµανση ή παραγωγή ενέργειας (π.χ. Ηλεκτρισµού). Ειδικά το πετρέλαιο χρησιµοποιείται και για την παραγωγή χηµικών ή άλλων προϊόντων. Προέρχονται από υδρογονάνθρακες, δηλαδή οργανικές χηµικές ουσίες, οι οποίες προκύπτουν από την αποσύνθεση φυτών και ζώων µέσα στο έδαφος. Συνήθως το φυσικό αέριο συναντάται µαζί µε το πετρέλαιο, µέσα σε πόρους του υπεδάφους ψηλότερα από τις κοιλότητες όπου βρίσκεται παγιδευµένο το πετρέλαιο. Ο τελευταίος µεγάλος εκπρόσωπος αυτής της κατηγορίας είναι η πυρηνική ενέργεια, που είναι η πλέον χαρακτηριστική µη ήπια µορφή ενέργειας. Το κάρβουνο 2 Το κάρβουνο αποτέλεσε για πολλά χρόνια, µέχρι σήµερα, την κύρια καύσιµη ύλη. Σ αυτό βασίστηκε κατά κύριο λόγο, η βιοµηχανική επανάσταση. Μεγάλο µέρος της σηµερινής παγκόσµιας βιοµηχανικής παραγωγής βασίζεται στην ενέργεια από την καύση του ορυκτού άνθρακα. Ο άνθρακας είναι από τα απλά σώµατα ή στοιχεία της χηµείας. Βρίσκεται στη φύση, άλλοτε ελεύθερος και άλλοτε ενωµένος χηµικά µε αλλά στοιχεία. Σε ελεύθερη κατάσταση εµφανίζεται ως αδάµαντας, ως γραφίτης και ως άµορφος. Οι άµορφοι άνθρακες διαιρούνται σε φυσικούς και τεχνητούς. Οι φυσικοί άνθρακες ή γαιάνθρακες ή ορυκτοί άνθρακες βρίσκονται µέσα στη Γη. Προέρχονται από φυτά τα 2 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

8 οποία έζησαν πριν από εκατοµµύρια ή χιλιάδες χρόνια και έχουν κύριο συστατικό τον άνθρακα. Καταπλακώθηκαν από τότε σε µεγάλο βάθος, και εκεί υπό την επίδραση της θερµότητας της Γης και των µεγάλων πιέσεων των πάνω στρωµάτων απανθρακώθηκαν σιγά σιγά. Οι γαιάνθρακες δεν αποτελούνται από καθαρό άνθρακα, αλλά περιέχουν ενώσεις του άνθρακα µε υδρογόνο, άζωτο και θείο καθώς και ανόργανες ουσίες που δεν καίγονται και αποτελούν την λεγόµενη τέφρα. Ανάλογα µε τη χρονική περίοδο από τότε που άρχισε η απανθράκωση, ανάλογα δηλαδή µε τη γεωλογική ηλικία τους, περιέχουν µικρότερο ή µεγαλύτερο ποσοστό άνθρακα και διακρίνονται έτσι στα εξής τέσσερα είδη: 1) άνθρακα, 2) λιθάνθρακα, 3) λιγνίτη και 4) τύρφη. Οι λιθάνθρακες (ή πετροκάρβουνο) είναι νεότεροι στην ηλικία γαιάνθρακες. Περιέχουν % άνθρακα. Έχουν χρώµα µαύρο και λάµψη σχεδόν µεταλλική. Χρησιµοποιούνται ως καύσιµη ύλη στα εργοστάσια και ως πρώτη ύλη για την παρασκευή του φωταερίου και του κοκ. Οι µεγαλύτερες ποσότητες λιθάνθρακα βρίσκονται στις ΗΠΑ, στη Ρωσία και στην Ασία, µικρότερες στην Ευρώπη και ακόµα µικρότερες στην Αυστραλία και στην Αφρική. Ο λιγνίτης είναι ακόµη νεότερος σε ηλικία. Περιέχει 60 70% άνθρακα. Έχει συνήθως καστανό χρώµα ή µαύρο, είναι εύθραυστος, χωρίς λάµψη, διατηρεί δε συχνά την υφή του ξύλου, από το οποίο προήλθε. Καίγεται µε φλόγα έντονη, και βγάζει καπνό µε δυσάρεστη οσµή. Οι λιγνίτες χρησιµοποιούνται πολύ πλατιά ως πηγή θερµαντικής ενέργειας στις βιοµηχανικές εγκαταστάσεις. Επειδή βρίσκονται σχετικά κοντά στην επιφάνεια της Γης, η εξαγωγή τους γίνεται µε µικρό κόστος. Το πετρέλαιο 3 3 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

9 Υγρό καύσιµο, πού έχει στην εποχή µας τη µεγαλύτερη διάδοση από όλα τα καύσιµα και είναι η σπουδαιότερη πηγή ενέργειας. H εκµετάλλευση του άρχισε το τέλος του 15ου αιώνα. Έχει χρώµα καστανό ή σταχτοκίτρινο ή κάποτε και µελανό, ιδιάζουσα οσµή και ειδικό βάρος 0,85 0,86 κατά µέσο όρο, γιατί υπάρχουν πολλά είδη πετρελαίου, ανάλογα µε τον τόπο εξαγωγής τους. Από χηµική άποψη, το πετρέλαιο θεωρείται µίγµα υδρογονανθράκων. Αποτελείται δηλ. από ουσίες, πού έχουν συστατικά τους τον άνθρακα και το υδρογόνο. Το πετρέλαιο αναφλέγεται και παράγει φλόγα µε µεγάλη λάµψη και ισχυρή θερµότητα. Η δεύτερη ιδιότητα του, δηλαδή η υψηλή θερµική του ικανότητα, έδωσε στο πετρέλαιο τεράστιες δυνατότητες να χρησιµοποιηθεί ως πηγή ενέργειας. Η εποχή µας θεωρείται περίοδος της βασιλείας του πετρελαίου, όπως η προηγούµενη εποχή ήταν περίοδος της βασιλείας του άνθρακα. Το ονόµασαν ρευστό χρυσό και µαύρο χρυσό. Στους δυο µεγάλους πολέµους του αιώνα µας, ιδιαίτερα όµως στο Β Παγκόσµιο Πόλεµο, το πετρέλαιο έπαιξε σηµαντικό ρόλο, ως πηγή κινητικής ενέργειας, για τις θαλάσσιες, επίγειες και εναέριες, µαχητικές και µεταγωγικές επιχειρήσεις. Γι αυτό, το ονόµασαν «αίµα του πολέµου». Λέγεται, ότι οι σύµµαχοι κέρδισαν τον Α Παγκόσµιο Πόλεµο «πλέοντας σε ωκεανό πετρελαίου». Εκατοµµύρια τόνοι πετρελαιοειδών καταναλώθηκαν στο Β Παγκόσµιο Πόλεµο. Ιδιαίτερα, η κατανάλωση της αεροπορίας ήταν τροµακτική. Στην καθηµερινή µας ζωή, το πετρέλαιο τροφοδοτεί σήµερα εκατοµµύρια κινητήρες εσωτερικής καύσεως, πού κινούν κυρίως τα µέσα συγκοινωνίας στην ξηρά, στον αέρα και στη θάλασσα. Η εισαγωγή του πετρελαίου στη βιοµηχανική ζωή έχει ιστορία µόλις 100 χρονών. Κι όµως το θαυµάσιο αυτό υγρό υπάρχει στην επιφάνεια της γης, τουλάχιστον από τότε πού υπάρχει κι ο άνθρωπος. Ωστόσο, οι φωτιστικές ιδιότητες του πετρελαίου γίνονται γνωστές µόνο σχετικά πρόσφατα και µόλις το 1815 η Πράγα άρχισε να φωτίζεται µε πετρέλαιο, το Βουκουρέστι από το 1856, κι από το 1860 και η Αθήνα. Τα κοιτάσµατα του πετρελαίου βρίσκονται µέσα στα πετρώµατα της γης, κυρίως στις κορυφές αντικλινών. Στο κάτω µέρος της φλέβας υπάρχει νερό, ψηλότερα το πετρέλαιο και στην κορυφή αέριο. Συνήθως, κοντά σε κοιτάσµατα πετρελαίου, υπάρχει άσφαλτος, ορυκτό αλάτι, γύψος και, στην επιφάνεια, το έδαφος είναι γυµνό, γιατί τα πετρελαιοειδή κάνουν αδύνατη τη βλάστηση. Αυτές είναι και οι κυριότερες ενδείξεις, ότι µπορεί να υπάρχουν κοιτάσµατα πετρελαίου σε µια περιοχή. Με γεωτρήσεις ανοίγονται αρτεσιανά φρέατα και το πετρέλαιο αναπηδά, συχνά µε ορµή, σε µεγάλο ύψος. Άλλοτε όµως γίνεται άντληση ή εισάγεται στο κοίτασµα νερό µε µεγάλη πίεση κι αυτό αναγκάζει το πετρέλαιο, πού επιπλέει µέσα στη φλέβα, να αναβλύσει

10 Οι µεγαλύτερες πετρελαιοπηγές του κόσµου υπάρχουν στη Β. Αµερική, στη Βενεζουέλα, στον Καύκασο, στην Περσία, στο Μεξικό, στην Αραβία, στο Ιράκ, στην Ινδονησία, στη Ρουµανία και µικρότερες σε άλλες χώρες. Στην Ελλάδα, ανακαλύφτηκαν το 1974 αξιόλογα κοιτάσµατα πετρελαίου, στην περιοχή της Θάσου. Υπάρχουν επίσης ενδείξεις για κοιτάσµατα στην Ήπειρο, Μακεδονία, Θράκη και Επτάνησα. Στη. Ελλάδα υπάρχουν µερικές αναβλύσεις πετρελαίου όπως στο Κερί Ζακύνθου και στους Παξούς, και κοιτάσµατα ορυκτού άλατος και γύψου στην Ήπειρο. Η καύση του άνθρακα, του πετρελαίου και των παραγώγων του δίδει διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), οξείδια του αζώτου (NOx) και θείου (SOx). Αυξηµένες ποσότητες των παραπάνω αερίων αποτελούν πια µόνιµη απειλή για το µέλλον µας, αφού εξαιτίας αυτών προκαλείται το φαινόµενο του θερµοκηπίου. Το φυσικό αέριο 4 Αποτελεί σηµαντική πηγή ενέργειας που είναι κατάλληλη για βιοµηχανική και οικιακή χρήση (θέρµανση, µαγείρεµα κ.λ.π.). Είναι αέριο καύσιµο, όπως και το φωταέριο το οποίο παράγεται τεχνητά. Το φυσικό αέριο σχηµατίστηκε πριν από εκατοµµύρια χρόνια, µε τις ίδιες διεργασίες µε τις οποίες παράχθηκαν το πετρέλαιο και τα άλλα ορυκτά καύσιµα. Συχνά, κοντά σε γεωτρήσεις για την εξόρυξη πετρελαίου ανακαλύπτονται κοιτάσµατα φυσικού αερίου. Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από µεθάνιο, που είναι ο ελαφρύτερος υδρογονάνθρακας, αναµεµειγµένο µε µικρές ποσότητες άλλων αέριων υδρογονανθράκων, όπως αιθάνιο, προπάνιο και βουτάνιο. Η Κοινοπολιτεία Ανεξάρτητων Κρατών (πρώην Σοβιετική Ένωση), οι Ηνωµένες Πολιτείες και ο Καναδάς παράγουν το µεγαλύτερο µέρος του φυσικού αερίου παγκοσµίως. 4 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

11 Η πυρηνική ενέργεια 5 Από το 1945 και µετά προστέθηκε στις µεγάλης ισχύος πηγές ενέργειας η πυρηνική, στην οποία αρχικά βασίστηκαν πολλές ελπίδες. Η Γαλλία είναι µία από τις χώρες που έδωσαν µεγάλη έµφαση στην ανάπτυξη της, χρησιµοποιώντας, κατά την περίοδο της δεκαετίας του 70, το µη πειστικό πια επιχείρηµα της παραγωγής καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας. Σήµερα αντιλαµβανόµαστε µε απόγνωση την αδυναµία µας να λύσουµε το πρόβληµα της ανεξέλεγκτης διασποράς της ή της δήθεν διασφαλισµένης αποθήκευσης των πυρηνικών αποβλήτων, και αισθανόµαστε τρόµο για τα ολοένα και πιο πιθανά πυρηνικά ατυχήµατα. Από τα πιο σηµαντικά, εκείνο στον πυρηνικό σταθµό του Three Mile Island της Πενσυλβάνιας (ΗΠΑ) τον Απρίλιο του 1979, στο Τσέρνοµπιλ της Ρωσίας τον Απρίλιο του 1986 και πιο πρόσφατα στη Φουκοσίµα της Ιαπωνίας, τροµοκράτησαν όλο τον κόσµο, ο οποίος συνειδητοποίησε µε φρίκη την ανικανότητα του να αντιµετωπίσει έναν ύπουλο και αόρατο εχθρό, που µόνιµα τον απειλεί µε αφανισµό. Η πυρηνική ενέργεια προορίζεται, στον βαθµό που έχει αναπτυχθεί σήµερα, µόνο για παραγωγή ηλεκτρισµού βάσεως, δηλαδή παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος χωρίς διακυµάνσεις ζήτησης. Καλύπτει το 4 5% της παγκόσµιας ενεργειακής απαίτησης (Εγκαταστηµένη ισχύς ~180 GW). Η παραγόµενη ισχύς σε πυρηνικά εργοστάσια της Ευρώπης ανέρχεται σε ~110 GW, µε πρωτοπόρο τη Γαλλία, µε ~60 GW. Ο περιορισµός των ποσοτήτων του βασικού υλικού (Ουράνιο 235), τα πυρηνικά απόβλητα και η απειλητική πιθανότητα ολοσχερούς καταστροφής του κόσµου µας, είτε από την υποτιθέµενα υπό έλεγχο πυρηνική αντίδραση, είτε από την ανεξέλεγκτη διασπορά των πυρηνικών όπλων, βάζουν φρένο στη χρήση της. 5 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

12 Όλες οι υψηλής ισχύος συµβατικές πηγές ενέργειας, εκτός από την αδιαµφισβήτητη προσφορά τους στην ανάπτυξη της τεχνολογίας και της επιστήµης και την µεγάλη συµβολή τους στη βελτίωση της διαβίωσης του ανθρώπου, συνδέονται δυστυχώς µε πολύ σοβαρές και µόνιµες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Έτσι, ενισχύεται συνεχώς η διάθεση για µερική έστω, σ αυτή τη φάση, αντικατάσταση τους µε άλλες πηγές ενέργειας, που να µη ρυπαίνουν και να µπορούν να ενσωµατώνο-νται φιλικά στο περιβάλλον

13 Ήπιες Μορφές Ενέργειας. Οι ήπιες µορφές ενέργειας ή ανανεώσιµες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), ή νέες πηγές ενέργειας, ή πράσινη ενέργεια είναι µορφές εκµεταλλεύσιµης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεµος, η γεωθερµία, η κυκλοφορία του νερού, ο ήλιος, η βιοµάζα, οι οργανικές ύλες και άλλες. 6, 7 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. εύτερον, 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.γενικά, θεωρούνται ως οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας. Ως Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας ορίζονται διότι οι συγκεκριµένες ενεργειακές πηγές υπάρχουν σε αφθονία στο φυσικό περιβάλλον και αναπληρώνονται µέσω των φυσικών κύκλων. Έτσι, οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας θεωρούνται από πολλούς µία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβληµάτων που αντιµετωπίζει η Γη. 8, 9 Ο χαρακτηρισµός «ανανεώσιµες» είναι κάπως καταχρηστικός, µιας και ορισµένες από αυτές τις πηγές, όπως η γεωθερµική ενέργεια δεν ανανεώνονται σε κλίµακα χιλιετιών. Πρόκειται για τις πρώτες µορφές ενέργειας που χρησιµοποίησε ο άνθρωπος, σχεδόν αποκλειστικά, µέχρι τις αρχές του 20 ου αιώνα, οπότε και στράφηκε στην εντατική χρήση του άνθρακα και των υδρογονανθράκων. Σε κάθε περίπτωση, οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας έχουν µελετηθεί ως λύση στο πρόβληµα της αναµενόµενης εξάντλησης των (µη 10, 11 ανανεώσιµων) αποθεµάτων ορυκτών καυσίµων Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

14 Χρησιµοποιούνται είτε άµεσα (κυρίως για θέρµανση) είτε µετατρεπόµενες σε άλλες µορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισµό ή µηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκµεταλλεύσιµο ενεργειακό δυναµικό από τις ήπιες µορφές ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της παγκόσµιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας. Η υψηλή όµως µέχρι πρόσφατα τιµή των νέων ενεργειακών εφαρµογών, τα τεχνικά προβλήµατα εφαρµογής καθώς και πολιτικές και οικονοµικές σκοπιµότητες που έχουν να κάνουν µε τη διατήρηση της κατάστασης ως έχει στον ενεργειακό τοµέα, εµπόδισαν την εκµετάλλευση έστω και µέρους αυτού του δυναµικού. 12 Είδη ήπιων µορφών ενέργειας ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΙΟΛΙΚΗ ΗΛΙΑΚΗ Υ ΡΑΥΛΙΚΗ Κυµάτων Παλιρροϊκή Θ Ωκεανών Οσµωτική ΒΙΟΜΑΖΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ Εικόνα 2: Ήπιες µορφές ενέργειας, προέρχονται από φυσικές διαδικασίες και είναι «καθαρές». 13, 14 Αιολική ενέργεια Η εκµετάλλευση της ενέργειας του ανέµου υπήρξε από την αρχαιότητα µια λύση για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του ανθρώπου. Χρησιµοποιήθηκε παλιότερα για την άντληση νερού από πηγάδια καθώς και για µηχανικές εφαρµογές (για παράδειγµα η άλεση στους ανεµόµυλους). Έχει αρχίσει να χρησιµοποιείται ευρέως για ηλεκτροπαραγωγή. Για την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας χρησιµοποιούµε σήµερα τις ανεµογεννήτριες, οι Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

15 οποίες µετατρέπουν αρχικά την αιολική ενέργεια σε µηχανική και ακολούθως σε ηλεκτρική. Η σπουδαιότερη εφαρµογή των ανεµογεννητριών είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που διοχετεύεται στη συνέχεια στο ηλεκτρικό δίκτυο της χώρας. Εικόνα 3: Τυπική µορφή πύργου ανεµογεννήτριας. 15 Στη περίπτωση αυτή ένα αιολικό πάρκο, (µια συστοιχία πολλών ανεµογεννητριών) εγκαθίσταται και λειτουργεί σε µια συγκεκριµένη θέση µε υψηλό αιολικό δυναµικό (δηλαδή µέση ετήσια ταχύτητα ανέµου) και διοχετεύει το σύνολο της παραγωγής του στο ηλεκτρικό δίκτυο (διασυνδεδεµένο σύστηµα). Υπάρχει βέβαια και η δυνατότητα οι ανεµογεννήτριες να λειτουργούν αυτόνοµα για την κάλυψη ή τη συµπλήρωση των ενεργειακών αναγκών αποµακρυσµένων εξοχικών κατοικιών, βιοµηχανικών µονάδων, ιστιοφόρων πλοίων, τροχόσπιτων κ.τ.λ. Στη προκειµένη περίπτωση µιλάµε για αυτόνοµο σύστηµα (µη διασυνδεδεµένο µε το δίκτυο της.ε.η). Στις περιπτώσεις αυτές, για να αντιµετωπιστεί το πρόβληµα της άπνοιας ή οι αυξηµένες ανάγκες σε ενέργεια κάποιες ώρες, η ενέργεια αποθηκεύεται σε ηλεκτρικούς συσσωρευτές (µπαταρίες) και χρησιµοποιείται όταν χρειάζεται. Είναι επίσης δυνατό, παράλληλα µε τις ανεµογεννήτριες, να γίνεται χρήση φωτοβολταϊκών συστοιχιών (υβριδικά συστήµατα). Ένα από τα µεγαλύτερα υβριδικά συστήµατα στον Ελλαδικό χώρο είναι αυτό της Ι.Μ. Σίµωνος Πέτρας (1992). Το παραπάνω σύστηµα περιλαµβάνει υδροηλεκτρικό σταθµό 40KVA και φωτοβολταϊκό σύστηµα 45KW peak. Με την αναβάθµιση του, επιτεύχθηκε ο διπλασιασµός της ισχύος 15 Ντούσης Ηρακλής, Ενέργεια και ισχύς ( CE%B5%CE%B9%CE%B1_%CE%BA%CE%B1%CE%B9_%CE%B9%CF%83%CF%87%CF%8D%CF %82.pdf

16 του σε 90KW, και συνεχή ροή ρεύµατος µε τάση V. Πρόκειται για έργο , ενταγµένο στο Γ ΚΠΣ. Το συνολικό κόστος για την αγορά και εγκατάσταση µιας µικρής ανεµογεννήτριας είναι της τάξης των 3000 Ευρώ ανά ΚW και περιλαµβάνει το κόστος αγοράς του συστήµατος της Α/Γ (Α/Γ, µπαταρίες, inverter και παρελκόµενα) τα κόστη µεταφοράς τοποθέτησης και σύνδεσης µε το δίκτυο (όταν απαιτείται). Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεµο, µε τις οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα πτερυγίων, ανεµογεννήτριες, βρίσκεται σήµερα σε θεαµατική εξέλιξη. Οι προηγµένες τεχνολογικά χώρες, µε πρωτοπόρο την ανία, έχουν αναπτύξει σε σηµαντικό βαθµό την αξιοπιστία και την απόδοση των µηχανών αυτών. Μέσα στην πρώτη δεκαετία του 21 ου αιώνα στις ΗΠΑ η εγκαταστηµένη ισχύς, ξεπέρασε το 1,5GW, ενώ στην Αγγλία, στην Ολλανδία και την Γερµανία οι προοπτικές στόχευαν στην κάλυψη του 4% της εσωτερικής παραγωγής, µέχρι το Το αιολικό δυναµικό βρίσκεται σε επιθυµητά επίπεδα κυρίως στις νησιωτικές και παράλιες περιοχές της χώρας µας. Η µέση τιµή ετήσιας ταχύτητας ανέµου είναι διαθέσιµη από τον αιολικό χάρτη της Ελλάδας που έχει εκπονηθεί και διατίθεται από το ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιµης Πηγής Ενέργειας/ www. cres.gr) Στα νησιά του Αιγαίου το αιολικό δυναµικό παρουσιάζει µια µέση ετησίως τιµή, από 7 έως 11m/sec, το οποίο υπερκαλύπτει τις απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια των νησιών αυτών. Γι αυτό το λόγο, ο νησιωτικός χώρος αποτελεί ιδανικό πεδίο εφαρµογής της τεχνολογίας των αιολικών συστηµάτων. Εικόνα 4: Αιολικό πάρκο Σητείας. 16 Στη χώρα µας, λειτουργούν αρκετά αιολικά πάρκα, µε δυνατότητα ισχύος από µερικές εκατοντάδες kw έως µερικά MW, κυρίως διασυνδεδεµένα µε το δίκτυο της ΕΗ. Η συνολική εγκατεστηµένη ισχύς βρίσκεται ακόµα σε χαµηλό επίπεδο,~ 276MW (2002). Η

17 ΕΗ έχει εγκαταστήσει στον Ελλαδικό χώρο, 24MW, και από αυτά αρκετά στα νησιά (Κύθνος 5x20 kw, Μύκονος 100kW, Κάρπαθος 175 kw κ.α.). Τα υπόλοιπα έχουν εγκατασταθεί από άλλους φορείς, κυρίως από την Τοπική Αυτοδιοίκηση και ιδιώτες. Στην Κρήτη, όπου η ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των µονάδων της ΕΗ φτάνει τα 515MW, λειτουργούν ήδη σε αρκετές περιοχές του νησιού µερικά µεγάλα αιολικά πάρκα, συνολικής ισχύος 96 MW (Λασίθι: Μονή Τοπλού (6,6 MW, Μιτάτο (10,2MW), περιοχή Αχλαδιάς (συνολικά, ~30ΜW), Χαντράς (9,9MW), Ξερολίµνη (10,2MW), Χώνος (συνολικά, ~20 MW) κ.α. µικρότερα. Ηράκλειο: Μεγάλη βρύση (~5MW), Πρινιάς 3,4MW)). 17, 18 Βιοµάζα Χρησιµοποιεί τους υδατάνθρακες των φυτών (κυρίως αποβλήτων της βιοµηχανίας ξύλου, τροφίµων και ζωοτροφών και της βιοµηχανίας ζάχαρης) µε σκοπό την αποδέσµευση της ενέργειας που δεσµεύτηκε από το φυτό µε τη φωτοσύνθεση. Ακόµα µπορούν να χρησιµοποιηθούν αστικά απόβλητα και απορρίµµατα. Χρησιµοποιείται για την παραγωγή βιοαιθανόλης και βιοαέριου, που είναι καύσιµα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα παραδοσιακά. Είναι µια πηγή ενέργειας µε πολλές δυνατότητες και εφαρµογές που θα χρησιµοποιηθεί ευρύτερα στο µέλλον. Με τον όρο βιοµάζα εννοούµε τα: - Υπολείµµατα γεωργικών και δασικών βιοµηχανιών (πυρηνόξυλο, πριονίδια, καυσόξυλα, κουκούτσια κλπ). - Υποπροϊόντα ή κατάλοιπα της γεωργικοκτηνοτροφικής δραστηριότητας (άχυρο σιτηρών, βαµβακοστελέχη, κλαδοδέµατα, κοπριά ζώων κλπ). - Οργανικά απόβλητα βιοµηχανιών, αστικά λύµατα και απορρίµµατα. 17 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

18 - Προϊόντα ενεργειακών καλλιεργειών, γεωργικών και δασικών ειδών (σόργο το ζαχαρούχο, ευκάλυπτος, ελαιοκράµβη, καλάµι, αγριαγκινάρα, µίσχανθος κλπ). - Φυτείες ειδικά για να χρησιµοποιηθούν ως πηγή ενέργειας Η βιοµάζα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή καυσίµων: - Στερεών (καυσόξυλα, ψιλοτεµαχισµένα υπολείµµατα φυτών και δένδρων). - Υγρών (βιοντήζελ, αιθανόλη). - Αερίων (βιοαέριο). Επίσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για: - Θέρµανση θερµοκηπίων. - Ξήρανση γεωργικών και δασικών προϊόντων. - Κάλυψη θερµικών αναγκών γεωργικών και κτηνοτροφικών µονάδων ή άλλων βιοµηχανιών. - Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για κάλυψη ιδίων αναγκών ή για την πώληση στη ΕΗ. - Τηλεθέρµανση και τηλεψύξη χωριών και πόλεων που βρίσκονται κοντά σε τόπους παραγωγής βιοµάζας. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι για την καύση της βιοµάζας µπορούν να χρησιµοποιηθούν: τυπικό τζάκι µε απόδοση 20 30%, ενεργειακό τζάκι που θερµαίνει και άλλους χώρους ή νερό µε απόδοση 80 85% και κόστους , σόµπα ξύλου ή pellets δηλαδη συσσωµατώµατα βιοµάζας µε απόδοση 90% και κόστους Τα pellets που είναι διαθέσιµα στην Ελληνική αγορά είναι εισαγωγής, παρέχονται σε σάκους των 15 κιλ., κοστίζουν /ton ενώ στην Ευρώπη στοιχίζουν 170 /ton. Η βιοµάζα καλύπτει σήµερα το 14% της παγκόσµιας παραγωγής. Η καύση αποτελεί ουδέτερη λίγο-πολύ διαδικασία, από την άποψη του φαινοµένου του θερµοκηπίου, αρκεί να αντικαθίστανται αµέσως τα χρησιµοποιούµενα φυτά, κυρίως τα δένδρα. Μονάδα συµπαραγωγής µε καύσιµο βιοαέριο υπάρχει εγκατεστηµένη στα Άνω Λιόσια Αττικής

19 Υδραυλική Ενέργεια Είναι η ενέργεια που προέρχεται από υδατοπτώσεις, ή ροή ποταµών. Είναι µια παραδοσιακή πηγή ενέργειας που χρησιµοποιείται εδώ και πολλά χρόνια από τον άνθρωπο. Το νερό πέφτοντας από κάποιο ύψος ή ρέοντας µε µεγάλη ταχύτητα µπορεί να περιστρέψει τροχούς µε πτερύγια (υδροστροβίλους), µε αποτέλεσµα την παραγωγή µηχανικού έργου ή ηλεκτρικού ρεύµατος (υδροηλεκτρικοί σταθµοί). 19 Στη χώρα µας λειτουργούν µερικοί µεγάλοι υδροηλεκτρικοί σταθµοί και πολλοί µικρότεροι, ενώ υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης και άλλων σε πολλές περιοχές της χώρας όπου υπάρχουν µικρά και µεγάλα υδατορεύµατα. Επισηµαίνεται η υπεροχή των µικροϋδροενεργειακών προσόντων κυρίως του ορεινού τόξου της Ηπείρου - Μακεδονίας Θράκης και της οροσειράς της Πίνδου, που αρχίζει από τη Μακεδονία, τη Θεσσαλία και φθάνει µέχρι τη Στερεά, αλλά και οι µεγάλες δυνατότητες των ορεινών όγκων της Πελοποννήσου και της Κρήτης. 20 Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται ραγδαία η τεχνική των «Μικρών Υδροηλεκτρικών», ισχύος µέχρι 10ΜW, τα οποία εγκαθίστανται σε µικρά σχετικά ρέµατα και έχουν περιορισµένη επίπτωση στο περιβάλλον, αφού περιλαµβάνουν µια µικρή υδροληψία, έναν αγωγό υπό πίεση και τον υδροστρόβιλο. 21 Εκτός των παραπάνω, νερόµυλοι, πριονιστήρια, κλωστοϋφαντουργεία και άλλοι µηχανισµοί υδροκίνησης συνεχίζουν ακόµα και σήµερα να χρησιµοποιούν τη δύναµη του 19 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

20 νερού, συµβάλλοντας σηµαντικά στην ανάπτυξη της οικονοµία πολλών περιοχών της χώρας, µε τρόπο απόλυτα φιλικό προς το περιβάλλον. 22 Υδροδυναµική ενέργεια. 23 Είναι τα γνωστά υδροηλεκτρικά έργα, που στο πεδίο των ήπιων µορφών ενέργειας εξειδικεύονται περισσότερο στα µικρά υδροηλεκτρικά. Είναι η πιο διαδεδοµένη µορφή ανανεώσιµης ενέργειας. Άλλες περιπτώσεις εκµετάλλευσης του νερού για την παραγωγή ενέργειας είναι οι ακόλουθες: 24 Ενέργεια από παλίρροιες. 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. 25 Ενέργεια από κύµατα. Εκµεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυµάτων της θάλασσας. Ενέργεια από τους ωκεανούς. Εκµεταλλεύεται τη διαφορά θερµοκρασίας ανάµεσα στα στρώµατα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερµικών κύκλων. Βρίσκεται στο στάδιο της έρευνας. 26 Η θάλασσα µπορεί να µας προσφέρει τεράστια ποσά ενέργειας. Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για να εκµεταλλευτούµε την ενέργεια της θάλασσας: 27, 28,29 22 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

21 Ενέργεια κυµάτων ή παλιρροϊκών κινήσεων. 30, 31, 32, 33 Μία εναλλακτική πηγή ενέργειας η οποία βρίσκεται ακόµα στο στάδιο της έρευνας είναι η ενέργεια που µας δίνουν τα κύµατα ή η παλίρροια. Τα κύµατα δουλεύουν όπως τα ρολόγια και µεταφέρουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας µαζί τους. Η µέθοδος που χρησιµοποιείται συχνότατα, είναι η δόµηση µικρών λεκανών που συλλέγουν το νερό στη διάρκεια των υψηλών παλιρροιακών κυµάτων. Όταν τα νερά των κυµάτων υποχωρούν το νερό απελευθερώνεται µέσα από ανοίγµατα που περιέχουν τουρµπίνες και που δίνουν ώθηση στις ηλεκτρικές γεννήτριες. Οι δυνατότητες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα κύµατα υπολογίζεται σε 2,9 εκατ. MW. Μειονέκτηµα είναι τα µαζικά φράγµατα που πρέπει να χτιστούν αρχικά. Μόλις όµως ολοκληρωθεί η κατασκευή, η λειτουργία είναι οικονοµική και παρέχει συνέχεια ενέργεια. Η παραγωγή ενέργειας από τα κύµατα ή τις παλιρροϊκές κινήσεις, έχει αξιοποιηθεί σε συγκεκριµένες θέσεις, κυρίως στις βόρειες θάλασσες. Στη Βρετάνη της Γαλλίας λειτουργεί από το 1966 σταθµός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ισχύος 240MW. Η κινητική ενέργεια των κυµάτων της θάλασσας εκµεταλλεύεται ώστε να περιστραφεί µια τουρµπίνα. 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. Στην παλιρροϊκή ενέργεια εκµεταλλευόµαστε 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 εκατοντάδες χρόνια πριν, αφού µε τα νερά που δεσµεύονταν στις εκβολές ποταµών από την παλίρροια, κινούνταν νερόµυλοι. 34, 35,36 30 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

22 Ενέργεια από θερµοκρασιακές διαφορές του νερού των ωκεανών. Η θερµική ενέργεια των ωκεανών µπορεί 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 3,5 o C ώστε να είναι εκµεταλλεύσιµη από µια θερµική µηχανή. Τα πλεονεκτήµατα από τη χρήση της ενέργειας των ωκεανών, εκτός από "καθαρή" και ανανεώσιµη πηγή ενέργειας, µε τα γνωστά ευεργετήµατα, είναι το σχετικά µικρό κόστος κατασκευής των απαιτούµενων εγκαταστάσεων, η µεγάλη απόδοση (40 70 kw ανά µέτρο µετώπων κύµατος). Στα µειονεκτήµατα αναφέρεται το κόστος µεταφοράς της ενέργειας στη στεριά. Οσµωτική ενέργεια. 37, 38,39 Το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας µε τη µέθοδο της ώσµωσης θα κατασκευάσει η Νορβηγία, αξιοποιώντας τις διαφορές ωσµωτικής πίεσης που εµφανίζονται µεταξύ γλυκού και αλµυρού νερού στο δέλτα ενός ποταµού. Η κρατική εταιρεία Statkraft ανέλαβε το έργο. Σε ένα ωσµωτικό εργοστάσιο ενέργειας, το θαλασσινό νερό χωρίζεται από το γλυκό µε µία µεµβράνη. Το θαλασσινό νερό αντλεί το γλυκό νερό µέσω της µεµβράνης, αυξάνοντας έτσι την πίεση από τη µεριά του αλµυρού νερού. Η ενισχυµένη πίεση, µε τη σειρά της, δηµιουργεί ενέργεια, κινώντας τουρµπίνα. «Η ωσµωτική ενέργεια είναι πολλά υποσχόµενη. Είναι πραγµατικά καθαρή, καθώς δεν εκπέµπει καθόλου καυσαέρια και θα µπορούσε να καταστεί ανταγωνιστική µέσα στα ερχόµενα χρόνια», είπε ο επικεφαλής της Statkraft, Μπαρντ Μίκελσεν. Η εταιρεία εκτιµά ότι η καινοτόµος τεχνολογία µπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή τεραβατώρων παγκοσµίως. Η ενέργεια αυτή είναι αντίστοιχη

23 µε το σύνολο της υδροηλεκτρικής παραγωγής της Νορβηγίας, πολλαπλασιασµένο επί 13. Το πρωτότυπο πειραµατικό εργοστάσιο, που κατασκευάζεται στο Χούρουµ της ΝΑ Νορβηγίας, θα παράγει µεταξύ 2 και 4 κιλοβατώρων. Η κατασκευή θα έχει ολοκληρωθεί σε ένα έτος. 40, 41,42 Γεωθερµική ενέργεια 43, 44 Εικόνα 5: Απεικόνιση γεωθερµικού συστήµατος σε κατοικία. 45 Μορφή ενέργειας που λαµβάνεται από την εκµετάλλευση της θερµότητας από τα έγκατα της Γης, της θερµότητα που παράγεται από τη ραδιενεργό αποσύνθεση των πετρωµάτων της γης. Στο εσωτερικό της λιθόσφαιρας και στα στρώµατα που βρίσκονται κάτω από τον γήινο φλοιό τα πετρώµατα έχουν υψηλή θερµοκρασία (από 35 ο C-350 ο C), η οποία αυξάνεται ανάλογα µε το βάθος. Είναι εκµεταλλεύσιµη εκεί όπου η θερµότητα αυτή ανεβαίνει µε φυσικό τρόπο στην επιφάνεια, όπως στους θερµοπίδακες ή στις πηγές ζεστού νερού. Η γεωθερµία είναι µία ήπια και ανανεώσιµη ενεργειακή πηγή, που µπορεί µε τις σηµερινές τεχνολογικές δυνατότητες να καλύψει ενεργειακές ανάγκες θέρµανσης, αλλά και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε ορισµένες περιπτώσεις. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε απευθείας για θερµικές εφαρµογές είτε για την παραγωγή ηλεκτρισµού Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ Greenpeace

24 Στις περιπτώσεις που τα γεωθερµικά ρευστά έχουν υψηλή θερµοκρασία (πάνω από 150 ο C), η γεωθερµική ενέργεια χρησιµοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν η θερµοκρασία είναι χαµηλότερη, η γεωθερµική ενέργεια αξιοποιείται για τη θέρµανση κατοικιών, θερµοκηπίων, κτηνοτροφικών µονάδων, ιχθυοκαλλιεργειών κ.λπ. Η χώρα µας, λόγω της διαµόρφωσης του υπεδάφους, είναι πλούσια σε γεωθερµική ενέργεια, κυρίως κατά µήκος του ηφαιστειακού τόξου του νοτίου Αιγαίου (Μήλος, Νίσυρος, Σαντορίνη). Οι γεωθερµικές αντλίες θερµότητας (ΓΑΘ) αξιοποιούν τη θερµότητα της γης προκειµένου να επιτύχουν ενεργειακά αποδοτική θέρµανση ή/και ψύξη κτιρίου. Κατά τη διάρκεια του χειµώνα οι γεωθερµικές αντλίες θερµότητας αφαιρούν θερµότητα από το έδαφος την οποία αποδίδουν στο σύστηµα θέρµανσης του κτιρίου. Η διαδικασία αυτή µπορεί να αναστραφεί το καλοκαίρι, οπότε οι γεωθερµικές αντλίες θερµότητας αφαιρούν θερµότητα από το κτίριο ή αλλιώς παρέχουν ψύξη σε αυτό. Η αξιοποίηση του ενεργειακού δυναµικού του εδάφους, γίνεται µε συνδυασµό υδρόψυκτων αντλιών θερµότητας και εναλλάκτη θερµότητας εδάφους. Ο εναλλάκτης εδάφους περιλαµβάνει σωλήνες τοποθετηµένους στο έδαφος, ή µέσα σε φρεάτια γεωτρήσεων στις οποίες κυκλοφορεί νερό σε κλειστό κύκλωµα. Οι σωλήνες αυτοί τοποθετούνται είτε οριζόντια σε µικρό βάθος (περίπου 2m), όταν υπάρχει µεγάλη επιφάνεια οικοπέδου είτε κατακόρυφα σε µεγάλο βάθος (80-100m). Οι γεωθερµικές αντλίες θερµότητας συνδυάζονται µε σύστηµα θέρµανσης- ψύξης χαµηλής θερµοκρασίας (ενδοδαπέδιο, παροχή αέρα µέσω αεραγωγών, Fan Coils, κ.λ.π.) λειτουργούν όµως και µε καλοριφέρ. Η Ισλανδία καλύπτει το 80-90% των ενεργειακών της αναγκών, όσον αφορά στη θέρµανση και το 20%, όσον αφορά στον ηλεκτρισµό µε γεωθερµική ενέργεια. Απογοητευτικά χαµηλό είναι το επίπεδο αξιοποίησης του πλούσιου γεωθερµικού δυναµικού της Ελλάδας. Οι γεωθερµικές µονάδες µπορεί να απαιτούν υψηλότερη αρχική επένδυση, αλλά το κόστος του καυσίµου είναι µηδενικό. Περιπτώσεις στις οποίες µπορούµε να εκµεταλλευτούµε την γεωθερµική ενέργεια είναι οι παρακάτω: Θέρµανση θερµοκηπίων και κτηνοτροφικών µονάδων. Θέρµανση, ψύξη και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης (γεωθερµική αντλία θερµότητας). Τηλεθέρµανση

25 Ιχθυοκαλλιέργειες. Ξήρανση αγροτικών προϊόντων. Αφαλάτωση νερού (θαλασσινού ή γεωθερµικού). 46, 47 Ηλιακή ενέργεια 48, 49 Εικόνα 6: Αριστερά: Φωτοβολταϊκο πάρκο. εξιά: Ηλιακό πλοίο. Εικόνα 7: Ηλιακό αυτοκίνητο. Η κύρια και πρωταρχική πηγή ενέργειας για τη Γη είναι ο Ήλιος. Η ακτινοβολία του Ήλιου έχει τροφοδοτήσει και εξακολουθεί να τροφοδοτεί µε ενέργεια όλες σχεδόν τις ανανεώσιµες και µη ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Είναι γνωστό ότι η ηλιακή ακτινοβολία, όχι µόνο δίνει φως αλλά επίσης, θερµαίνει τα σώµατα στα οποία προσπίπτει. Λιγότερο γνωστό είναι ότι η ηλιακή ακτινοβολία αλλάζει και τις ιδιότητες κάποιων υλικών (των ηµιαγωγών) που παράγουν έτσι ηλεκτρικό ρεύµα. Η ενέργεια που παρέχεται στον άνθρωπο από την ηλιακή ακτινοβολία έχει δύο µορφές: την θερµική ενέργεια (θερµικά ηλιακά συστήµατα, παθητικά ηλιακά συστήµατα) και την ηλεκτρική ενέργεια (φωτοβολταϊκά συστήµατα). 46 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

26 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 Ενέργειας από το ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Θερµικά ηλιακά συστήµατα: Όσον αφορά την αξιοποίηση της θερµικής ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία, οι µέθοδοι και τα αποτελέσµατα είναι γνωστά. Μιλάµε για τους ηλιακούς θερµοσίφωνες που συλλέγουν ακτινοβολία µε απώτερο σκοπό την θέρµανση µικρών ποσοτήτων νερού που προορίζονται για οικιακή χρήση (λουτρό, λάντζα κ.τ.λ.), ή µεγάλων ποσοτήτων που χρησιµοποιούνται στις βιοµηχανίες και σε πισίνες. Μπορούµε να πούµε ότι ειδικά για την Ελλάδα, η οποία έχει µακρές και έντονες περιόδους ηλιοφάνειας, το ζεστό νερό είναι ταυτισµένο µε τον ηλιακό θερµοσίφωνα και άρα άµεσα συνδεόµενο µε την ηλιακή ακτινοβολία. Εικόνα 8: Απλοποιηµένη παράσταση λειτουργίας ηλιακού θερµοσίφωνα. Παθητικά ηλιακά συστήµατα: Παθητικά ηλιακά συστήµατα είναι όλα εκείνα τα κατάλληλα σχεδιασµένα και συνδυασµένα µεταξύ τους δοµικά στοιχεία των κτιρίων που υποβοηθούν την εκµετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για το φυσικό φωτισµό των κτιρίων, για τη θέρµανσή τους το χειµώνα και για το δροσισµό τους το καλοκαίρι. Αυτό αποτελεί την αρχή της Βιοκλιµατικής Αρχιτεκτονικής, και µπορεί να εφαρµοσθεί τόσο σε καινούργια, όσο και σε ήδη υπάρχοντα κτίρια. Στην Ελλάδα παραδείγµατα εφαρµογής παθητικών ηλιακών συστηµάτων εντοπίζονται κυρίως σε νέες κατοικίες και σε ανακαινισµένα κτίρια. Μια από τις µεγαλύτερες εφαρµογές παθητικών ηλιακών συστηµάτων είναι το Ηλιακό Χωριό στην Πεύκη Αττικής

27 O τρίτος τρόπος συνεισφοράς της ηλιακής ακτινοβολίας στην ενεργειακή παραγωγή και κατανάλωση, είναι µέσω του ηλεκτρικού ρεύµατος που παράγεται µε τα φωτοβολταϊκά στοιχεία (ή ηλιακά κύτταρα). Είναι διατάξεις ηµιαγωγών ή οργανικών υλικών, που µετατρέπουν την ηλεκτρο-µαγνητική ακτινοβολία (όπως το φως του ήλιου) σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς τάσεως (DC). ιακρίνονται στα φωτοβολταϊκά στοιχεία ηµιαγωγών (ανόργανων όπως πυριτίου), που έχουν υψηλή απόδοση και κυριαρχούν στην αγορά, και στα οργανικά φωτοβολταϊκά στοιχεία, τα οποία βρίσκονται ακόµη σε στάδιο έρευνας, µε χαµηλή απόδοση. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο (photovoltaic cell) ηµιαγωγών είναι, γενικά, ένα σύστηµα δύο ηµιαγωγών σε επαφή, που όταν φωτίζεται, παράγει στα δύο άκρα του, συνεχή ηλεκτρική τάση. Τα δύο στρώµατα αποτελούνται από το ίδιο βασικό υλικό, συνήθως Πυρίτιο (Si). Το ένα στρώµα είναι ηµιαγωγός τύπου n και το άλλο τύπου p (έχει δηλ. ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο σθένους ανά άτοµο). Η συνολική διάταξη λέγεται επαφή τύπου p-n. Εξωτερικά τοποθετούνται κατάλληλα ηλεκτρόδια. Η κατασκευή έχει τη µορφή µιας σχεδόν τετράγωνης πλάκας, ώστε η εσωτερική επαφή των ηµιαγωγών να καταλαµβάνει όλη την επιφάνεια του πλακιδίου. Όταν το στοιχείο αυτό φωτίζεται, ένα ποσοστό φωτονίων που απορροφούνται, κυρίως στην περιοχή της επαφής, παράγουν επιπλέον ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές. Το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο της επαφής ωθεί τους φορείς αυτούς στους χώρους που επικρατούν οι όµοιοί τους φορείς, δηλαδή τα ηλεκτρόνια στη µεριά του ηµιαγωγού τύπου n και τις οπές στη µεριά του ηµιαγωγού τύπου p. Το συνολικό ρεύµα των φορέων αυτών αποτελεί το φωτόρευµα. Όταν οι εξωτερικές επαφές του φωτοβολταϊκού στοιχείου συνδεθούν σε αντίσταση κατανάλωσης, διέρχεται µέσα απ αυτήν µέρος του φωτορεύµατος. Το ρεύµα µέσα απ την εξωτερική αντίσταση και η τάση στα άκρα της, έχουν τιµές που επιτρέπουν να θεωρήσουµε το φωτοβολταϊκό το στοιχείο ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Πριν προχωρήσουµε στην ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών στοιχείων και συστηµάτων, θα πρέπει να αναφέρουµε µερικά χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας που καταδεικνύουν και την σηµασία της στον ενεργειακό τοµέα. Στην ενότητα που ακολουθεί θα ασχοληθούµε µε αυτές τις πηγές. Για τις τέσσερις πρώτες κατηγορίες υπάρχουν αναφορές και µερικά ενδεικτικά στοιχεία

28 Εκτενέστερη αναφορά γίνεται στην ηλιακή ενέργεια η οποία αποτελεί και την γενεσιουργό αιτία για την παραγωγή της Φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής ενέργειας. Όσον αφορά την ηλιακή ενέργεια παρατίθενται πληροφορίες για τα εξής: Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία του Ήλιου Ηλιακή σταθερά Το φάσµα της Ηλιακής ακτινοβολίας Το φαινόµενο του θερµοκηπίου Ύψος και απόκλιση του Ήλιου κατά τη διάρκεια του έτους Μέση ηµερήσια ενεργειακή απολαβή από τον Ήλιο Ηλιοφάνεια Τυπικό µετεωρολογικό έτος Συντεταγµένες της θέσης του ήλιου Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία Η ακτινοβολούµενη από ένα σώµα, ισχύς ανά µονάδα επιφάνειας και µονάδα περιοχής µηκών κύµατος (w/ m².nm), που συµβολίζεται ως Ελ,Τα, ονοµάζεται συνάρτηση της φασµατικής κατανοµής της πυκνότητας ισχύος. Εξαρτάται από το µήκος κύµατος λ, τη θερµοκρασία του σώµατος Τ, και τη φύση του σώµατος. Ο M. Planck, µελέτησε την ακτινοβολούµενη από τα σώµατα ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία ακτινοβολία, θεωρώντας ένα ιδανικό σώµα - πρότυπο, το µέλαν σώµα. Χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα, να απορροφά πλήρως κάθε ακτινοβολία που προσπίπτει επάνω του, οποιουδήποτε µήκους κύµατος. Ταυτόχρονα, το φάσµα της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας ακτινοβολίας που το ίδιο το σώµα εκπέµπει, παρουσιάζει ένα µέγιστο, η θέση και το µέγεθος του οποίου εξαρτώνται από τη θερµοκρασία του. Η αναλυτική έκφραση της Ελ,Τ στην οποία κατέληξε ο Planck, έχει την µορφή: E λ, Τ 2τhc = 5 l 2 1 hc exp λkt 1 Η εξάρτηση της κατανοµής στην περίπτωση του πραγµατικού σώµατος υπεισέρχεται µε ένα συντελεστή, ελ,τ, που ονοµάζεται συντελεστής εκποµπής (emissivity). Σύµφωνα µε το θεώρηµα του Kirchhoff ισχύει ότι: {Επραγµ* λ,τ= ελ,τ Εµέλανοςλ, Τ} Η προσαρµογή της θεωρητικής καµπύλης του µέλανος σώµατος στην πραγµατική καµπύλη του ηλιακού φωτός, δίδει ως θερµοκρασία επιφάνειας του ήλιου, την Τ ~ 5800 Κ

29 Όταν η θερµοκρασία του µέλανος σώµατος αυξάνει, τότε η τιµή του µεγίστου αυξάνει και ταυτόχρονα, το µήκος κύµατος λµεγ, που αντιστοιχεί στο µέγιστο εκποµπής, µετατοπίζεται ακολουθώντας ένα νόµο, που αναφέρεται ως νόµος µετατοπίσεως των µεγίστων ή νόµος του Wien: {λµεγ Τ= 2.897,8 µm.κ= σταθερή} Στο σχήµα δείχνεται η καµπύλη ευαισθησίας του οφθαλµού του ανθρώπου, η οποία εµφανίζει µέγιστο στο σηµείο όπου λ=555nm. ιάγραµµα 2: Γραφική παράσταση της συνάρτησης φασµατικής κατανοµής της πυκνότητας ισχύος της ακτινοβολίας του µαύρου σώµατος που περιγράφει την ηλιακή ακτινοβολία. Ηλιακή Σταθερά Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, που αφορά αποκλειστικά την Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία (Η/Μ) µετρούµενη σε απόσταση 1AU από τον Ήλιο, λέγεται ηλιακή σταθερά. Η αποδεκτή τιµή της είναι 1367 W/m² (1970) και συµβολίζεται µε την συντετµηµένη µορφή ΑΜ0 (Air Mass 0). Μετρήσεις από δορυφόρους έχουν δώσει ελαφρώς διαφορετικές τιµές στην περιοχή, W/m². Σε κάθε περίπτωση, απαιτείται τελική αναγωγή των τιµών αυτών στις συνθήκες ορισµού της ηλιακής σταθεράς, δηλαδή αναγωγή στη συγκεκριµένη µέση απόσταση Γης- Ήλιου 1AU. Το φάσµα της ηλιακής ακτινοβολίας Το φάσµα του ηλιακού φωτός, πριν αυτό εισέλθει στην ατµόσφαιρα της γης, το οποίο χαρακτηρίζεται ως ΑΜ0, εκτείνεται πρακτικά από 0,1µm (ακτίνες χ) µέχρι 100m (µακρά ραδιοκύµατα). Το τµήµα του που αφορά τις πρακτικές εφαρµογές στη γη περιορίζεται στο διάστηµα 0,3 3 µm, µέρος δε αυτού αποτελεί η περιοχή του ορατού φάσµατος (0,4 0,75µm). Το ηλιακό φάσµα έξω από την ατµόσφαιρα της γης προσεγγίζεται µε το

30 φάσµα µέλανος σώµατος θερµοκρασίας ΤH~5800Κ, µε µέγιστο µήκος κύµατος λµεγ~480nm. Όταν οι ηλιακές ακτίνες διαγράφουν διαφορετική πορεία µέσα στην ατµόσφαιρα προκύπτει και διαφορετικό φάσµα. Σε αυτήν την περίπτωση η ποσοτική δράση της ατµόσφαιρας είναι διαφορετική. Ως παράδειγµα παίρνουµε τα φάσµατα ΑΜ1, ΑΜ1,5 και ΑΜ2 που αφορούν το ηλιακό φως όπως αυτό καταµετρείται στην επιφάνεια της γης, και αφού το φως διατρέξει µια φορά, µια και µισό (περίπου) και δύο φορές αντίστοιχα, το πάχος της ατµόσφαιρας. Γεωµετρικά, στις τρεις περιπτώσεις αυτές, οι ακτίνες διαπερνούν την ατµόσφαιρα, µε γωνίες 0, 45 και 60 ως προς την κατακόρυφη του τόπου. Γενικά, ο αριθµός που ακολουθεί τα αρκτικόλεξα ΑΜ, δηλώνει πόσες φορές χωράει το πάχος της γήινης ατµόσφαιρας, στο µήκος που διανύει το φως µέσα στην ατµόσφαιρα τη δεδοµένη χρονική στιγµή που αναφέρεται η ένταση της απ ευθείας ακτινοβολίας. Μ άλλα λόγια εκφράζει την απόσταση που διανύει η απ ευθείας συνιστώσα της ηλιακής ακτινοβολίας, µε µονάδα µήκους το πάχος της γήινης ατµόσφαιρας. Όταν το ηλιακό φάσµα λαµβάνεται και καταγράφεται σε διάταξη από την επιφάνεια της γης, εµφανίζει, εκτός από τις απορροφήσεις που οφείλονται στον ίδιο τον ήλιο, αφ ενός µια γενικότερη ελάττωση της έντασης του σ όλα τα µήκη κύµατος, αφ ετέρου νέες χαρακτηριστικές περιοχές απορρόφησης, οι οποίες δεν εµφανίζονται σε φάσµα της ηλιακής ακτινοβολίας, εκτός ατµόσφαιρας. Άρα, αυτές οι απορροφήσεις οφείλονται στη δράση των µορίων των αερίων συστατικών της ατµόσφαιρας της γης. Αναλυτικότερα, η ελάττωση της έντασης του ηλιακού φωτός, κατά την αρχική κατεύθυνση του καθώς αυτό διαπερνά την γήινη ατµόσφαιρα, οφείλεται σε δύο αιτίες: 1 στη σκέδαση του φωτός, η οποία χαρακτηρίζεται από απουσία γραµµών απορρόφησης 2 σε µοριακές διεγέρσεις, µε χαρακτηριστικές γραµµές ή ταινίες (περιοχές) απορρόφησης. Πλεονεκτήµατα και Μειονεκτήµατα των Ήπιων Μορφών Ενέργειας. Πλεονεκτήµατα 50, 51 Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά µηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα

31 εν 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 ανάγκες του τοπικού πληθυσµού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες µονάδες παραγωγής (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για µεταφορά της σε µεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισµός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει µεγάλο χρόνο ζωής. Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήµατα 52, 53 Έχουν αρκετά µικρό συντελεστή απόδοσης. Γι αυτό το λόγο µέχρι τώρα χρησιµοποιούνται σαν συµπληρωµατικές πηγές. 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 άποψη 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. Το φαινόµενο του θερµοκηπίου Το µεγαλύτερο ποσοστό της ηλιακής ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας που φτάνει στα όρια της ατµόσφαιρας, την διαπερνά και φτάνει στην επιφάνεια της. Εκεί ένα µέρος της ανακλάται και το υπόλοιπο απορροφάται, συµβάλλοντας στην διατήρηση µιας σχετικά υψηλής µέσης θερµοκρασίας στην επιφάνεια του πλανήτη. Ταυτόχρονα, η γη ακτινοβολεί ως σώµα µέσης θερµοκρασίας περίπου 15 C και εκπέµπει απ όλη την επιφάνεια της,

32 σφαιρικά, προς το σύµπαν, ακτινοβολία αντίστοιχη της θερµοκρασίας της. Στην κατάσταση θερµοκρασιακής ισορροπίας που έχει αποκατασταθεί µέσα στα προηγούµενα 5 δισεκατοµµύρια χρόνια, το ενεργειακό ισοζύγιο επιβάλλει την ισότητα της εκπεµπόµενης από την γη πυκνότητας ισχύος, µε την απορροφούµενη απ αυτή πυκνότητα ισχύος ηλιακού φωτός. Στην αποκατάσταση της ισορροπίας κατά το ενεργειακό ισοζύγιο, παίζει πολύ σηµαντικό ρόλο η γήινη ατµόσφαιρα. Με απλούς υπολογισµούς ενεργειακού ισοζυγίου προκύπτει ότι η γη θα είχε µέση θερµοκρασία επιφάνειας γύρω στους -15 C αν δεν υπήρχε η ατµόσφαιρα. Το επιχείρηµα αυτό ενισχύεται από την κατάσταση που επικρατεί σήµερα στη σελήνη. Η γη, πιθανότατα, θα ήταν ένας άγονος, παγωµένος και αφιλόξενος πλανήτης, µε σχετικά µεγάλες θερµοκρασιακές διαφορές µεταξύ φωτισµένου και σκιασµένου µέρους του. Αντ αυτής της κατάστασης, η ύπαρξη των αερίων της ατµόσφαιρας, δηλαδή των CO 2, Η 2 O, CH 4, Ν 2 O, O 3 κ.α., µε την ιδιαίτερη απορροφητική τους δράση στα µεγάλα µήκη κύµατος, όπου αντιστοιχεί η ακτινοβολία της γης, συντελούν στην αποκατάσταση µιας µέσης επιφανειακής θερµοκρασίας, ίσης µε +15 ο C. Το αποτέλεσµα αυτό αποτελεί το κανονικό φαινόµενο θερµοκηπίου στην ατµόσφαιρα. Ο χαρακτηρισµός κανονικό φαινόµενο, αφορά την θετική συµβολή της ατµόσφαιρας στη θερµοκρασιακή ισορροπία του πλανήτη γη. Η αύξηση της πυκνότητας των αερίων συστατικών της ατµόσφαιρας προκαλεί απόκλιση από το κανονικό φαινόµενο θερµοκηπίου. Εικόνα 9: Το φαινόµενο του θερµοκηπίου. Τα τελευταία χρόνια οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες [βιοµηχανίες, αυτοκίνητα κ.α.] έχουν αυξήσει σηµαντικά τις συγκεντρώσεις των αερίων των κατώτερων στρωµάτων της ατµόσφαιρας «αέρια θερµοκηπίου» (κυρίως υδρατµοί, διοξείδιο του άνθρακα και µεθάνιο) - µε αποτέλεσµα την αύξηση της απορροφούµενης ακτινοβολίας και την

33 επακόλουθη θερµοκρασιακή µεταβολή. Υπολογίζεται ότι η µέση θερµοκρασία της Γης έχει αυξηθεί κατά 0,5 µε 0,6 ο C από το 1880, λόγω της έξαρσης του φαινοµένου του θερµοκηπίου και µέχρι το έτος 2100, εάν δεν ληφθούν µέτρα, η αύξηση της θερµοκρασίας θα είναι από 1,5 4,5 ο C. Αναλυτικότερα, «Φαινόµενο του θερµοκηπίου» ονοµάζεται η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέµπει ο ήλιος από την ατµόσφαιρα µε αποτέλεσµα η θερµοκρασία της ατµόσφαιρας να αυξάνεται. Ένα µέρος της ηλιακής ακτινοβολίας περνά αναλλοίωτο στην ατµόσφαιρα, φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους και ακτινοβολείται σαν µεγάλου µήκους υπέρυθρη ακτινοβολία. Ένα µέρος αυτής απορροφάται από την ατµόσφαιρα, τη θερµαίνει και επανεκπέµπεται στην επιφάνεια του εδάφους. Το φαινόµενο αυτό, που επιτρέπει τη διέλευση της ακτινοβολίας αλλά ταυτόχρονα την εγκλωβίζει, µοιάζει µε τη λειτουργία ενός θερµοκηπίου και ο Γάλλος µαθηµατικός Fourier το ονόµασε το 1822 «Φαινόµενο Θερµοκηπίου». Αποτελεί µια φυσική διεργασία που εξασφαλίζει στη Γη µια µέση θερµοκρασία γύρω στους 15 ο C ενώ η θερµοκρασία θα ήταν -18 ο C χωρίς αυτό. Όµως τα τελευταία χρόνια λέγοντας «Φαινόµενο Θερµοκηπίου» δεν αναφερόµαστε στη φυσική διεργασία, αλλά στην έξαρση αυτής, λόγω της ρύπανσης της ατµόσφαιρας από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Η κλιµατική αλλαγή συνιστά καίρια απειλή για το φυσικό περιβάλλον µε πολλαπλές επιπτώσεις, όπως η άνοδος της στάθµης της θάλασσας, οι υψηλότερες ακραίες θερµοκρασίες, οι ξηρασίες και οι ραγδαίες και συχνές καταιγίδες. Η αλλαγή του κλίµατος ενδέχεται επίσης να οδηγήσει στην εξαφάνιση του 15 37% των ειδών που ζουν πάνω στον πλανήτη µέχρι το Η αλόγιστη χρήση µη ανανεώσιµων πηγών ενέργειας αναγνωρίζεται ως ο κυριότερος παράγοντας δηµιουργίας σωρείας προβληµάτων, που οδήγησαν σε οικολογική κρίση τον πλανήτη. Η αλλαγή στάσεων και συµπεριφορών σε σχέση µε την αεϊφορική χρήση της ενέργειας, πρέπει να απασχολήσει τον άνθρωπο. Κατά προσέγγιση, το 88% της παγκόσµιας ζήτησης σε ενέργεια καλύπτεται µε τη χρήση ορυκτών καυσίµων (πετρέλαιο: 44%, γαιάνθρακες: 24%, φυσικό αέριο: 23%). Η περιβαλλοντική αυτή αλλαγή γίνεται αισθητή ως αργή αλλά σαφής αύξηση της µέσης θερµοκρασίας επιφανείας του πλανήτη µας. Μία αύξηση της µέσης θερµοκρασίας της επιφάνειας του πλανήτη µας, µόλις 3 C, θα δηµιουργήσει έντονη διατάραξη των περιβαλλοντικών συνθηκών στην επιφάνεια της γης, µετατόπιση των κλιµατικών ζωνών, λιώσιµο των πάγων των βουνών της εύκρατης ζώνης άρα απώλεια φυσικών ταµιευτήρων νερού-αύξηση της στάθµης της θάλασσας, µε συνακόλουθες επιπτώσεις στις παράκτιες πόλεις, εγκαταστάσεις και καλλιέργειες κ.λ.π. Ο αντίλογος, ότι η αύξηση των υδρατµών

34 θα αυξήσει την ανακλαστικότητα των ηλιακών ακτινών και άρα θα µειώσει τις επιπτώσεις της προκαλούµενης απόκλισης από το κανονικό φαινόµενο του θερµοκηπίου, δεν δρα καθησυχαστικά. Παρατηρήσεις των τελευταίων δεκαετιών, δείχνουν σαφή αύξηση της µέσης θερµοκρασίας της επιφάνειας του πλανήτη, κατά ~0,25 C. Αν µάλιστα συνεχιστεί η επιβάρυνση της ατµόσφαιρας, η δράση του φαινόµενου του θερµοκηπίου θα έχει διπλασιαστεί µέχρι το 2040, όπως προκύπτει µε ανάλυση ρεαλιστικών σεναρίων. Ένα τέτοιο ενδεχόµενο θα έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της µέσης θερµοκρασία επιφάνειας της γης κατά 2 10 C, ανάλογα µε τη γεωγραφική ζώνη, µε αποτέλεσµα τις επιπτώσεις που αναφέρθηκαν προηγουµένως. Ύψος και απόκλιση του ήλιου κατά τη διάρκεια του έτους Η µεσουράνηση του ήλιου για τόπους που βρίσκονται στον ίδιο µεσηµβρινό συµβαίνει προφανώς την ίδια στιγµή, ο ήλιος όµως βρίσκεται σε διαφορετικό ύψος στους διάφορους αυτούς τόπους. Άρα το µέγιστο ύψος του ήλιου σ ένα τόπο, δηλαδή η µεσουράνηση του, εξαρτάται από το γεωγραφικό του πλάτος (γ.π.). Αυτό το ύψος αλλάζει από µέρα σε µέρα κατά τη διάρκεια του έτους, και οι τιµές που παίρνει κυµαίνονται µέσα σ ένα εύρος 23,5 πάνω και κάτω από το γεωγραφικό του πλάτος. Στο παρακάτω σχήµα εµφανίζεται η κίνηση της γης γύρω απ τον ήλιο (περιφορά), σε τροχιά που ονοµάζεται ελλειπτική. Σε αυτή τη τροχιά προσθέτουµε και την τροχιά περί τον άξονα της (περιστροφή). Ο ισηµερινός, ως επίπεδο, σχηµατίζει µε το επίπεδο της ελλειπτικής δίεδρη γωνία, µε αντίστοιχη γωνία ίση µε 23,5. Έτσι καθώς η γη αλλάζει θέση στην τροχιά της περί τον ήλιο, αλλάζει η θέση µεσουράνησης του ήλιου στον τόπο αυτό. Για το βόρειο ηµισφαίριο, η χαµηλότερη θέση µεσουράνησης του ήλιου αντιστοιχεί στις 22 εκεµβρίου, ενώ η υψηλότερη στις 21 Ιουνίου. Στις 21 Μαρτίου και 22 Σεπτεµβρίου, η ηµέρα έχει ίση διάρκεια µε τη νύκτα (Ισηµερίες). Τα παραπάνω προκύπτουν µε περισσότερο παραστατικό τρόπο, αν εξετάζουµε τα γεγονότα ως παρατηρητές επί της γης. Απ αυτή τη σκοπιά, η εικόνα που σχηµατίζουµε για την ηµερήσια κίνηση του ήλιου, ως συνέπεια της περιστροφής της γης γύρω απ τον άξονα της, είναι ότι ο ήλιος, µαζί µε τα υπόλοιπα αστέρια του σύµπαντος, φαίνονται να είναι τοποθετηµένα σε µια σφαίρα (Ουράνια σφαίρα), που περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της γης, µε αντίθετη φορά απ ότι η γη. Η κατακόρυφη του τόπου, µε κατεύθυνση προς τα πάνω, προσδιορίζει επί της ουρανίου σφαίρας, το Ζενίθ (ζ), του τόπου. Το αντιδιαµετρικό σηµείο λέγεται Ναδίρ (ν) του τόπου

35 Το επίπεδο που περνά απ τον τόπο, που είναι κάθετο στην κατακόρυφη του τόπου, αποτελεί το οριζόντιο επίπεδο του τόπου. Η τροχιά του ήλιου γύρω απ τη γη, κατά τις ισηµερίες, είναι µέγιστος κύκλος της ουράνιας σφαίρας, µε ζενίθια γωνία ίση µε το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Την ίδια µέρα, τα τόξα ηµέρας και νύκτας είναι ίσα. Κατά την ετήσια φαινόµενη κίνηση του, ο ήλιος αλλάζει συνεχώς ηµερήσιο κύκλο και το ύψος µεσουράνησης του αυξάνει µέρα µε την µέρα, από την ελάχιστη τιµή (90 -γπ) - 23,5 (21 εκεµβρίου), µέχρι τη µέγιστη τιµή (90 -γ.π) + 23,5 (21 Ιουνίου). Τότε έχουµε τη µέγιστη µέρα, και αντίστοιχα την ελάχιστη νύκτα του έτους για τον τόπο εκείνο. Οι έννοιες της ηµέρας και νύκτας καθορίζονται από τα αντίστοιχα τόξα, πάνω και κάτω από το επίπεδο του ορίζοντα. Στις ισηµερίες (Εαρινή, 21 Μαρτίου και Φθινοπωρινή, 21 Σεπτεµβρίου), η απόκλιση του ήλιου γίνεται µηδέν και το ύψος µεσουράνησης του ίσο µε 90 -γπ. Μέση ηµερήσια ενεργειακή απολαβή από τον Ήλιο Η ενέργεια ανά m² που φτάνει σε ορισµένο τόπο στην επιφάνεια της Γης µέσα σε µια µέρα, εξαρτάται από την κλίση της συλλεκτικής επίπεδης επιφάνειας, το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, τη µέρα του χρόνου και από τα διάφορα αέρια, υγρά και στερεά αιωρήµατα της ατµόσφαιρας κατά την ηµέρα εκείνη. Οι συλλεκτικές επιφάνειες των µετρητικών οργάνων (αισθητήρων), µπορεί να προσανατολιστούν σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του πειράµατος και τις προδιαγραφές των οργάνων. Προκειµένου όµως να υπάρχουν συγκρίσιµα στοιχεία, σε διεθνή κλίµακα, αναφερόµαστε συνήθως σε µετρήσεις µε αισθητήρες οι οποίοι τοποθετούνται µε τη συλλεκτική τους επιφάνεια οριζόντια. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι µέσες ηµερήσιες τιµές της πυκνότητας ισχύος και της πυκνότητας ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας, σε οριζόντια επιφάνεια, µέσα σε κάθε µήνα και µέσα στο χρόνο. Προκειµένου, µάλιστα, να αξιοποιηθούν σε πρακτικές εφαρµογές (ενεργειακές µελέτες), απαιτούνται µετρήσεις για µια διάρκεια πολλών ετών (π.χ. 30 ετών). Σηµειώνεται ότι µπορεί να παρατηρηθούν µικρότερες ή και µεγαλύτερες τιµές πυκνότητας ισχύος, σε κάποια χρονική περίοδο της ηµέρας, εξ αιτίας της παρουσίας σύννεφων

36 Ηλιοφάνεια Εκτός από την µέση ηµερήσια ενέργεια από τον ήλιο σε µηνιαία και ετήσια βάση, σε οριζόντιο επίπεδο, χαρακτηριστικό στοιχείο µιας περιοχής είναι η ηλιοφάνεια της. Αυτή εξαρτάται βεβαίως από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και από την θέση και την διαµόρφωση της περιοχής. Τα χαρακτηριστικά αυτά πιθανόν να ευνοούν την ανάπτυξη νεφώσεων, µε αποτέλεσµα την µείωση των ηλιόλουστων ηµερών. Η ηλιοφάνεια εκφράζεται σε πλήθος ω-ρών κατά µήνα και ανά έτος κατά τις οποίες ο ήλιος είναι ορατός στον ουρανό. Καταχωρούνται σε σύνολα ανά µήνα και ανά έτος. Στην Ελλάδα, η περιοχή µε τη µεγαλύτερη ηλιοφάνεια, είναι η περιοχή της Ιεράπετρας, στο νοτιοανατολικό µέρος της Κρήτης, µε 3108 ώρες ετησίως. Ένα από τα πιο γνωστά όργανα που χρησιµοποιήθηκε ευρύτατα στο παρελθόν για τον προσδιορισµό της ηλιοφάνειας σ ένα τόπο, είναι ο ηλιογράφος. Αποτελείται από µια γυάλινη σφαίρα, η οποία συγκεντρώνει τις ηλιακές ακτίνες σε ορισµένο σηµείο (είδωλο του ήλιου). Κατά τη διάρκεια της ηµέρας, το είδωλο αλλάζει θέση ακολουθώντας αντίστοιχη τροχιά µε τον ήλιο. Ειδικό χαρτί τοποθετείται στην επιφάνεια κίνησης του ειδώλου του ήλιου. Όσο ο ήλιος δεν καλύπτεται από σύννεφα, η µεγάλης πυκνότητας ισχύς του φωτός στην επιφάνεια του ειδώλου προκαλεί κάψιµο του χαρτιού, κάτι που δεν συµβαίνει αν ο ήλιος σκιάζεται. Άρα, πάνω στο χαρτί καταγράφεται ως µαύρη λουρίδα, το τµήµα του τόξου του ήλιου κατά το οποίο αυτός δεν σκιαζόταν, άρα και το ποσοστό των ωρών ηλιοφάνειας για την ηµέρα εκείνη. Για την µέτρηση της ηλιοφάνειας αναφέρεται και άλλη διάταξη, στην οποία συνδυάζονται δύο οπτικοί αισθητήρες, εκ των οποίων ο ένας σκιάζεται ώστε να µη δέχεται την απ ευθείας ακτινοβολία. Η διαφορά µεταξύ των ενδείξεων παρέχει την πληροφορία περί ηλιοφάνειας

37 Το ηλιακό φως που φτάνει στην επιφάνεια της γης, αποτελείται από δύο συνιστώσες. Την άµεση, που αφορά τις ακτίνες που φτάνουν απευθείας από τον ήλιο και από την διάχυτη, που αφορά τις ακτίνες που φτάνουν στην επιφάνεια αφού υποστούν πολλαπλές σκεδάσεις στα αέρια συστατικά της ατµόσφαιρας. Τυπικό µετεωρολογικό έτος Η καταγραφή των τιµών της πυκνότητας της ηλιακής ακτινοβολίας καθώς και άλλων χαρακτηριστικών µεγεθών σε ένα τόπο όπως θερµοκρασία, υγρασία κ.λ.π. µπορεί να αξιοποιηθεί σε ενεργειακές µελέτες. Αυτές αφορούν σε κτιριακές κατασκευές, σε κλιµατιστικά µηχανήµατα, σε µελέτες εγκατάστασης ηλιακών συστηµάτων θέρµανσης νερού ή ηλιακών ηλεκτρικών εργοστασίων, σε φωτοβολταϊκά συστήµατα κ.ά. Οι τιµές πρέπει να αναφέρονται σε µια µακρά περίοδο µετρήσεων. Συνήθως χρησιµοποιούνται ωριαίες µετρήσεις στον συγκεκριµένο τόπο, για µια χρονική περίοδο τριάντα ετών. Μ αυτό τον τρόπο, δηµιουργούνται οι βάσεις δεδοµένων της περιοχής. ηµιουργείται δηλαδή, το λεγόµενο έτος αναφοράς για τον τόπο. ύο είναι οι βασικοί τρόποι δηµιουργίας έτους αναφοράς, εκ των οποίων ο δεύτερος ευρίσκει ευρύτερη χρήση. - Από τις µηνιαίες τιµές εκάστου µεγέθους, π.χ. της µέσης ηµερήσιας ηλιακής απολαβής, της ηλιοφάνειας, της θερµοκρασίας κ.λ.π., για τριάντα συνεχόµενα έτη, προκύπτουν οι µέσες τιµές ανά µήνα για όλο το έτος. Ονοµάζεται Μετεωρολογικό Έτος για Ενεργειακούς Υπολογισµούς (Weather Year For Energy Calculations W.Y.E.C.). - Προσδιορίζεται ο στατιστικά πιο πιθανός µήνας µεταξύ των όµοιων του των τελευταίων τριάντα ετών, και αυτός αποτελεί τον αντίστοιχο µήνα αναφοράς

38 Το σύνολο των δώδεκα µηνών αναφοράς για τον ορισµένο τόπο, αποτελεί το έτος αναφοράς και ονοµάζεται ιδιαιτέρως, Τυπικό Μετεωρολογικό Έτος (Typical Meteorological Year T.M.Y.). Προτείνεται επίσης η χρήση ενός συντοµευµένου έτους αναφο-ράς (Sort Reference Year S.R.Y.), βασισµένου σε ωριαία δεδοµένα δεκατεσσάρων αντιπροσωπευτικών εβδοµάδων του έτους. Ποικιλοµορφία εφαρµογών. 54 Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των ήπιων µορφών ενέργειας είναι οι µεγάλες περιφερειακές διακυµάνσεις. Η ηλιακή ενέργεια ποικίλλει σηµαντικά όσον αφορά την τιµή της ετήσιας µέσης ηλιακής ακτινοβολίας. Σε τροπικές περιοχές, η τιµή της είναι 3 φορές µεγαλύτερη από εκείνης των εύκρατων περιοχών. Η γεωθερµική ενέργεια και τα µικρά υδροηλεκτρικά είναι ακόµα εντονότερα σε εντοπιότητα. Ενώ οι πηγές βιοµάζας είναι ευρέως διαθέσιµες, η χρήση του εδάφους και οι κλιµατικές διαφορές έχουν ως αποτέλεσµα σηµαντικές διαφορές στην κλίµακα και στον τύπο της εφαρµογής (καύση, αεριοποίηση, και άλλα). Η αιολική ενέργεια είναι επίσης ευρέως διαδεδοµένη αλλά τα αιολικά συστήµατα διαφέρουν ουσιαστικά και από περιφέρεια σε περιφέρεια αλλά και εντός της ίδιας περιφέρειας, καθώς ακόµα και µικρές διακυµάνσεις στην ταχύτητα του ανέµου µπορούν να έχουν επίδραση στην ενεργειακή παραγωγή. Ως αποτέλεσµα, οι δυνατότητες των ήπιων µορφών ενέργειας τείνουν να διαφοροποιηθούν γεωγραφικά. Επιπλέον, υπάρχει ποικιλοµορφία στις τεχνολογικές µεθόδους εκµετάλλευσής τους, ενώ ορισµένες τεχνολογίες είναι περισσότερο εξελιγµένες και «ώριµες» για χρήση µεγάλης κλίµακας, άλλες θεωρούνται ευνοϊκές για τοπική αξιοποίηση και άλλα. Εποµένως, η κατανόηση της προόδου και των µελλοντικών δυνατοτήτων απαιτεί µεγάλη προσοχή στις ίδιες τις τεχνολογίες. Στον πίνακα 1 αναφέρονται οι κυριότερες µορφές ήπιων µορφών ενέργειας και οι πιο διαδεδοµένες επιλογές αξιοποίησής τους. 54 Χριστοφής Ι. Κορωναίος, Επισκέπτης Καθηγητής, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ιδακτικές Σηµειώσεις, ιεπιστηµονικό - ιατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών (.Π.Μ.Σ.), «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ», Αθήνα, Μάρτιος 2012, σελ

39 Πίνακας 1: Κυριότερες µορφές ήπιων µορφών ενέργειας και οι πιο διαδεδοµένες επιλογές αξιοποίησής τους. Πηγή Τεχνικά Εκµεταλλεύσιµη (TWh/έτος) Επιλογές ενεργειακών µετατροπών Ηλιακή Ενέργεια Φωτοβολταϊκά, σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, ηλιακοί θερµοσίφωνες Αιολική Ενέργεια Μεγάλης και µικρής κλίµακας σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, αντλίες νερού Ενέργεια κυµάτων Μεγάλος αριθµός εφαρµογών Ενέργεια παλίρροιας >3.500 Φράγµατα, εκµετάλλευση παλιρροιακών κυµάτων Γεωθερµία Hot dry rock, magma, υδροθερµία, Geopressed Βιοµάζα Καύση, αεριοποίηση, πυρόλυση, χώνευση, βιοκαύσιµα για παραγωγή θερµότητας-ηλεκτρισµού Ωστόσο, παρά τις µεγάλες δυνατότητες αξιοποίησής τους, οι ήπιες µορφές ενέργειας καλύπτουν µονάχα ένα µικρό µέρος από τις σύγχρονες ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία και αποτελεί τη συνηθέστερη µορφή ενέργειας, µαζί µε την ενέργεια για µετακινήσεις και θέρµανση. Έτσι, το µεγαλύτερο ποσοστό της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίµων (στερεών, υγρών, αερίων). Πίνακας 2: Προέλευση ηλεκτρικής ενέργειας. Πηγή Εγκατεστηµένη Ισχύς (MW) Ετήσια Παραγόµενη Ενέργεια (TWh/έτος) Βιοµάζα Αιολική Ενέργεια Γεωθερµία Μικρά Υδροηλεκτρικά Ηλιακά Φωτοβολταϊκά Ηλιακά Θερµικά 350 0,2 Συνολικά (ΑΠΕ) ,2-38 -

40 Παρ όλη την κλίµακα της δυναµικής, η τωρινή συνεισφορά των ανανεώσιµων πηγών ενέργεια είναι µέτρια. Οι ήπιες µορφές ενέργειας υπολογίζεται ότι προµηθεύουν περίπου 17% της παγκόσµιας ενέργειας, η περισσότερη από την οποία προέρχεται από µεγάλες υδροηλεκτρικές µονάδες και την παραδοσιακή χρήση βιοµάζας και αγροτικών αποβλήτων στις αναπτυσσόµενες χώρες αυτές όµως καταναλώνουν το 18% του ηλεκτρισµού και το 14% της πρωτογενούς παραγωγής αντίστοιχα. Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή και οι «νέες µορφές» βιοµάζας (ενεργειακά φυτά, κ.α.) συνεισφέρουν σηµαντικά λιγότερο γύρω στο 3% του ηλεκτρισµού και στο 2% της πρωτογενούς παραγωγής. Ένα από τα πιο σηµαντικά θέµατα για την ανάπτυξη των ΑΠΕ είναι το κόστος τους (διάγραµµα 3). Πολλές τεχνολογίες είναι στις µέρες µας ελάχιστα ή και σηµαντικά ακριβότερες από την µικρού κόστους εκµετάλλευση των ορυκτών καυσίµων. ιάγραµµα 3: Σχετικό κόστος ήπιων µορφών και συµβατικών µορφών ενέργειας. ιάγραµµα 4: Κόστος για διάφορες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής Σύµφωνα µε µελέτη του 1999, το µέσο κόστος παραγωγής ηλεκτρισµού στην Ευρώπη κυµαίνεται από σε /kwh. Το χαµηλότερο ειδικό κόστος το έχουν οι σταθµοί παραγωγής συνδυασµένου κύκλου µε αέρια καύσιµα. Όµως, ο ηλεκτρισµός που παράγεται από την αιολική και την πυρηνική ενέργεια κοστίζει ουσιαστικά το ίδιο: µεταξύ

41 /kwh. Αυτό δείχνει τη σχετική σπουδαιότητα που έχει αποκτήσει η αιολική ενέργεια τα τελευταία χρόνια ως σοβαρός ανταγωνιστής -και από άποψη κόστους- της πυρηνικής ενέργειας και της ενέργειας από ορυκτά καύσιµα. Είναι λοιπόν προτιµότερο, από κάθε άποψη, ο άνθρωπος να βασιστεί είτε στις ανανεώσιµες µορφές ενέργειας, είτε στην πυρηνική σύντηξη, είτε σε συνδυασµό των δύο, έτσι ώστε να µη βρεθεί µπροστά σε µια δραµατική µείωση του πληθυσµού του. Παρόλα αυτά, προς το παρόν, δεν είναι σαφές κατά πόσο η δεύτερη λύση είναι εφικτή και πρακτικώς εφαρµόσιµη σε συστήµατα ελεγχόµενης παροχής ενέργειας. Κατά συνέπεια εµφανίζεται ως επείγουσα η ανάγκη για επέκταση της ήδη γνωστής, αρκετά περιορισµένης πάντως, τεχνολογίας εκµετάλλευσης ανανεώσιµων ενεργειακών πόρων. Είναι αλήθεια πως τα περισσότερα συστήµατα που χρησιµοποιούν τέτοιες µορφές ενέργειας απαιτούν πρόσθετη ενέργεια από µη ανανεώσιµες πηγές, έτσι ώστε να εξοµαλύνονται διαφορές στην παραγωγή. Φυσικά, εφόσον η πυρηνική σύντηξη καταλήξει σε τεχνικώς βιώσιµη λύση, θα πρέπει να γίνει έρευνα σε βάθος για το πόσο καλά µπορούν να συνδυαστούν τα πλεονεκτήµατά της, µε τα αντίστοιχα των ανανεώσιµων µορφών και φυσικά να επιτευχθεί ο βέλτιστος συνδυασµός των δύο. Από τα πρώτα χρόνια της εµφάνισης του ανθρώπου στη γη, η περίοδος κατά την οποία χρησιµοποιήθηκαν µη ανανεώσιµες πηγές ενέργειας (φυσικά καύσιµα), είναι αµελητέα. Κόστος Τα τελευταία είκοσι χρόνια το κόστος των ήπιων µορφών ενέργειας παρουσιάζει διαρκή πτώση και ειδικά η αιολική και υδροηλεκτρική ενέργεια, αλλά και η βιοµάζα, µπορούν πλέον να ανταγωνίζονται παραδοσιακές πηγές ενέργειας. Ενδεικτικά, στην Ευρωπαϊκή Ένωση το 2010 το 25% της ενέργειας θα προέρχεται από ανανεώσιµες πηγές (κυρίως υδροηλεκτρική και βιοµάζα)

42 Φωτοβολταϊκά Φωτοβολταϊκή τεχνολογία 56 Ιστορική αναδροµή Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο έγινε γνωστό το 1839 από τον Γάλλο επιστήµονα Becquerel, που ήταν µόλις 19 ετών. Κάνοντας πειράµατα πάνω στις χηµικές αντιδράσεις διαφόρων στοιχείων παρατήρησε ότι τα διάφορα µίγµατα απέδιδαν µεγαλύτερη ηλεκτρική έξοδο όταν τα εξέθετε στο ηλιακό φως. Το επόµενο βήµα µπροστά έγινε το 1870 όταν ο Γερµανός φυσικός Χερτς µελέτησε το φαινόµενο στα στερεά υλικά και συγκεκριµένα στο Σελήνιο και βρήκε αποδόσεις του υλικού της τάξης του 1-2%. Το 1937 κατασκευάστηκε φωτοβολταϊκό στοιχείο από θειούχο µόλυβδο (PbS) από τους Fischer & Godden. Το 1939 κατασκευάστηκε φωτοβολταϊκό στοιχείο από Σελήνιο (Se) µε απόδοση 1%. Το 1941 κατασκευάστηκε το πρώτο φωτοβολταϊκό στοιχείο από πυρίτιο (Si). Στην δεκαετία ο Τσοχράλσκι ανέπτυξε τη διαδικασία παραγωγής µονοκρυστάλλων πυριτίου υψηλής καθαρότητας που έφτανε σε απόδοση κοντά στο 4%. Τα επόµενα χρόνια οι εξελίξεις ήταν ραγδαίες και έφεραν την επιστήµη των φωτοβολταϊκών πολύ κοντά στην σηµερινή της κατάσταση. Το 1954 οι Fuller, Pearson, Chapin ανακοίνωσαν την πρώτη κατασκευή φωτοβολταϊκού στοιχείου Si µε σχηµατισµό επαφής p-n, µε διάχυση και απόδοση 6%. Εκείνη την περίοδο τα φωτοβολταϊκά βγήκαν ουσιαστικά από τα εργαστήρια και άρχισε σιγά σιγά να διευρύνεται η χρήση τους. Το 1956 έγιναν εµπορικές κατασκευές, κυρίως από κρυσταλλικό πυρίτιο (c-si). Στα τέλη της δεκαετίας του 50 (1958) όµως πρωτοχρησιµοποιήθηκε για πρακτικούς σκοπούς, αρχικά σε διαστηµικές εφαρµογές, για τηλεπικοινωνιακούς σκοπούς στον αµερικάνικο διαστηµικό δορυφόρο Vanguard. Την ίδια χρονιά εκτοξεύτηκε Ρωσικός δορυφόρος µε µοναδική πηγή ενέργειας τα ηλιακά στοιχεία. Σήµερα αυτή η τεχνολογία χρησιµοποιείται σε όλους τους δορυφόρους. Η παραγόµενη ενέργεια κόστιζε τότε περίπου 100 φορές περισσότερο απ ότι η ενέργεια που παραγόταν µε συµβατικό τρόπο. Αυτές οι κατασκευές είχαν µικρή απόδοση της τάξης του 5-10 % και πολύ µεγάλο κόστος, περίπου 1000$ το Wp. Η πρώτη εφαρµογή των φωτοβολταϊκών στοιχείων έγινε στην τέχνη της φωτογραφίας, και συγκεκριµένα στην 56 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Τχης ( Β), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

43 υλοποίηση του φωτόµετρου. Με την πάροδο όµως του χρόνου το κόστος των φωτοβολταϊκών στοιχείων αρχίζει να µειώνεται, έτσι όλο και περισσότερα είδη εφαρµογών µε τη χρήση φωτοβολταϊκών συστηµάτων γίνονται οικονοµικά και ανταγωνιστικά, σε σχέση µε τη χρήση συµβατικών µορφών ενέργειας. Παράλληλα, η αυξανόµενη ευαισθησία της κοινής γνώµης για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τις συµβατικές µεθόδους παραγωγής και χρήσεις ενέργειας, σε συνδυασµό µε τα πλεονεκτήµατα των φωτοβολταϊκών συστηµάτων, έχει ως αποτέλεσµα αυτά να αποτελούν µια από τις πιο πολλά υποσχόµενες ενεργειακές τεχνολογίες για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Το 1959 κατασκευάστηκε φωτοβολταϊκό στοιχείο από CdS µε απόδοση 5%, το 1972 έχουµε την κατασκευή ιώδους ηλιακού στοιχείου Si µε απόδοση 14% από τους Lindmayer & Allison και το 1977 την κατασκευή ηλιακού στοιχείου από GaAs µε απόδοση 16% από τον Kameth. Το 1981 γίνεται η πτήση πάνω από την Μάγχη του αεροπλάνου Solar Challenger, εξοπλισµένου µε φωτοβολταϊκά στοιχεία Si συνολικής ισχύος 2,7kW και το 1983 έχουµε την έναρξη λειτουργίας φωτοβολταϊκού σταθµού ισχύος 1MW στην Βικτροβίλ. Η 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. Έτσι τα φωτοβολταϊκά άρχισαν να χρησιµοποιούνται για διάφορες µακρινές εγκαταστάσεις εκτός δικτύου όπως τηλεπικοινωνιακοί αναµεταδότες, σήµατα σιδηροδρόµων, φωτισµός. Στη δεκαετία του 80 χρησιµοποιήθηκαν για υπολογιστές, ρολόγια, ραδιόφωνα, αντλίες νερού σε αγροτικές και αποµακρυσµένες οικίες. Σε υψηλής βιοµηχανικής ανάπτυξης κράτη, τα ενωµένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήµατα χρησιµοποιούνται σε οικιακής και εµπορικής φύσεως ανάγκες. Το φωτοβολταϊκό φαινόµενο 57 Φωτοβολταϊκό φαινόµενο ονοµάζεται η άµεση µετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική τάση. Για ευκολία, συνήθως χρησιµοποιείται η συντοµογραφία Φ/Β για τη λέξη φωτοβολταϊκό (photovoltaic - PV). Φωτόνια µε κατάλληλη ενέργεια (hν Εg), τα οποία εισχωρούν στο σώµα της επαφής p-n απορροφώνται από τα ηλεκτρόνια της ζώνης σθένους, τα οποία ενεργειακά εντάσσονται στην ζώνη αγωγιµότητας. 57 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Ταγµατάρχης ( ιαβιβάσεων), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

44 Στη ζώνη σθένους µένει αντίστοιχος αριθµός οπών. Βασική προϋπόθεση δηµιουργίας ηλεκτρικής τάσης στα άκρα των δύο ηµιαγωγών της επαφής p-n, είναι τα δηµιουργούµενα ζεύγη ηλεκτρονίων- οπών να κατορθώσουν να φτάσουν στους χώρους όπου υπερτερούν οι αντίστοιχοι φορείς. Μόνο στο φιλικό περιβάλλον των όµοιων τους φορέων µπορούν να επιζήσουν επί µακρό χρόνο, διατηρώντας φορτισµένα τα άκρα της διάταξης. Ζεύγη ηλεκτρονίων- οπών δηµιουργούνται σ όλο το χώρο των σε επαφή ηµιαγωγών, µε δύο βασικούς τρόπους. Πρώτον, θερµικά (εξ αιτίας του ότι η διάταξη βρίσκεται σε ορισµένη θερµοκρασία) και δεύτερον, µε τη δράση εξωτερικού φωτισµού, κατάλληλου µήκους κύµατος. Μεταξύ των ζευγών αυτών υπάρχουν και αρκετά µε ιδιαίτερα σπουδαίο µέλλον. Είναι εκείνα που δηµιουργούνται αφ ενός µέσα στην περιοχή επαφής, όπου προϋπάρχει το ισχυρό ενδογενές ηλεκτρικό πεδίο (περιοχή απογύµνωσης), αφ ετέρου, έξω απ αυτήν µεν, πολύ κοντά δε στα σύνορα µε τις περιοχές τύπου n και p αντίστοιχα. Οι φορείς που θα δηµιουργηθούν στις παραπάνω περιοχές είναι οι µόνοι τελικά που έχουν πολύ µεγάλη πιθανότητα να φτάσουν στις περιοχές όπου µπορούν να επιζήσουν. Όλοι οι υπόλοιποι θα συναντήσουν, κατά πάσα πιθανότητα, κάποιο αντίθετο φορέα µε τον οποίο θα επανασυνδεθούν, και άρα δεν πρόκειται να συµβάλουν στη δηµιουργία ηλεκτρικού ρεύµατος µέσα στην ηµιαγωγική διάταξη. Απ τη στιγµή που δηµιουργούνται οι ευκίνητοι ηλεκτρικοί φορείς στην περιοχή απογύµνωσης ή εισέρχονται σ αυτήν από τις γειτονικές περιοχές, δέχονται ισχυρές ηλεκτρικές δυνάµεις από το ενδογενές ηλεκτρικό πεδίο, µε αποτέλεσµα να ωθούνται ταχύτατα προς τους χώρους που περιέχουν τους όµοιους τους φορείς, ως φορείς πλειονότητας. ηµιουργείται συνεπώς στο εσωτερικό της επαφής p-n, ένα ισχυ-ρό ηλεκτρικό ρεύµα, που ονοµάζεται φωτόρευµα. Οι πρόσθετοι αυτοί φορείς φορτίζουν τους χώρους στους οποίους φτάνουν µε πλεονάζοντα φορτία. Ο χώρος n φορτίζεται από τα αφικνούµενα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια (-) και ο χώρος p από τις αφικνούµενες πλεονάζουσες οπές (+). Η δηµιουργία του φωτορεύµατος σε συνδυασµό µε επαρκή ηλεκτρική τάση στα άκρα της διάταξης αποτελεί το φωτοβολταϊκό φαινόµενο. Ανεξάρτητα από το µέγεθος του, ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο πυριτίου θερµοκρασίας 25 ο C, εµφανίζει περίπου, 0,6 Volt, κάτω από συνθήκες ανοιχτού κυκλώµατος, δηλαδή, χωρίς να συνδεθεί στα άκρα του, ηλεκτρική αντίσταση. Η τάση αυτή εξαρτάται έντονα από τη θερµοκρασία της κυψελίδας. Το µέγιστο ηλεκτρικό ρεύµα που αποδίδει εξαρτάται από την απόδοση, τη θερµοκρασία και το µέγεθός του. Μάλιστα, αποδεικνύεται ανάλογο µε την ένταση της ΗΜ ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια του. Η µέγιστη ηλεκτρική ισχύς που µπορεί να αποδώσει ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο εξαρτάται από το υλικό, τη θερµοκρασία κυψελίδας και την πυκνότητα ισχύος της

45 ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας (W/m 2 ). Παραδείγµατος χάριν, ένα τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο κρυσταλλικού Πυριτίου, µε έκταση επιφάνειας 10cmx10cm, σε ηλιακό φωτισµό 1000 W/m 2 και θερµοκρασία κυψελίδας 25 ο C, µπορεί να αποδώσει µέγιστη ισχύ, περίπου 1,5Watt. Φωτοβολταϊκές Βασικές Μονάδες Συνήθως τα ηλιακά στοιχεία σε µια βασική µονάδα συνδέονται µεταξύ τους σε µια βασική σειρά. Αυτό οφείλεται στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του κάθε ηλιακού στοιχείου. Ένα τυπικό (διαµέτρου 4 ιντσών) ηλιακό στοιχείο κρυσταλλικού πυριτίου ή ένα (10cm Χ 10cm) πολυκρυσταλλικό στοιχείο θα παρέχουν κάτω από κανονικές συνθήκες ισχύ µεταξύ 1 και 1,5 W, εξαρτώµενη από την απόδοση του ηλιακού στοιχείου. Αυτή η ισχύς παρέχεται συνήθως υπό τάση 0,5 ή 0,6 V. Από τη στιγµή που υπάρχουν πολύ λίγες εφαρµογές, οι οποίες µπορούν να λειτουργούν σε αυτή την τάση, η άµεση λύση είναι να συνδεθούν τα ηλιακά στοιχεία σε σειρά. Ο αριθµός των ηλεκτρικών στοιχείων µέσα σε µια βασική µονάδα ρυθµίζεται από την τάση της βασικής µονάδας. Η ονοµαστική τάση λειτουργίας του συστήµατος συνήθως πρέπει να ταιριάζει µε την ονοµαστική τάση του υποσυστήµατος αποθήκευσης. Οι περισσότερες εκ των φωτοβολταϊκών βασικών µονάδων, που κατασκευάζονται βιοµηχανικά έχουν, εποµένως, σταθερές διατάξεις, οι οποίες µπορούν να συνεργασθούν ακόµη και µε µπαταρίες των 12Volt. Προνοώντας για κάποια υπέρταση προκειµένου να φορτιστεί η µπαταρία και να αντισταθµιστεί χαµηλότερη έξοδος, κάτω από συνθήκες χαµηλότερες των κανονικών, έχει βρεθεί ότι µια οµάδα των 33 έως 36 ηλιακών στοιχείων σε σειρά συνήθως εξασφαλίζουν αξιόπιστη λειτουργία. Έτσι η ισχύς των βασικών µονάδων πυριτίου συνήθως κυµαίνεται µεταξύ 40 και 60 W. Οι παράµετροι της βασικής µονάδας καθορίζονται από τον κατασκευαστή κάτω από τις ακόλουθες κανονικές συνθήκες: Ακτινοβολία 1 ΚW/m 2 Φασµατική κατανοµή ΑΜ 1,5 Θερµοκρασία ηλιακού στοιχείου 25 C Πρόκειται για τις ίδιες συνθήκες µε αυτές που χρησιµοποιούνται για να χαρακτηρισθούν τα ηλιακά στοιχεία. Η ονοµαστική έξοδος συνήθως ονοµάζεται ισχύς κορυφής µιας βασικής µονάδας και εκφράζεται σε W κορυφής (W). Τα τρία περισσότερο σηµαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά µιας βασικής µονάδας είναι το ρεύµα βραχυκυκλώµατος, η τάση ανοικτού κυκλώµατος και το σηµείο µέγιστης ισχύος σε

46 συνάρτηση µε τη θερµοκρασία και την ακτινοβολία. Αυτές οι χαρακτηριστικές µοιάζουν µε τη χαρακτηριστική Ι-V ενός ηλιακού στοιχείου, ωστόσο υπάρχουν συγκεκριµένες ιδιοµορφίες. Τρόπος Λειτουργίας. Το ηλιακό φως είναι ουσιαστικά µικρά πακέτα ενέργειας που λέγονται φωτόνια. Τα φωτόνια περιέχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας ανάλογα µε το µήκος κύµατος του ηλιακού φάσµατος. Το γαλάζιο χρώµα ή το υπεριώδες για παράδειγµα έχουν περισσότερη ενέργεια από το κόκκινο ή το υπέρυθρο. Η παραγωγή του ηλεκτρικού ρεύµατος σε ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα οφείλεται στην ιδιαίτερη συµπεριφορά ορισµένων υλικών, όταν πάνω τους προσπίπτει ηλιακή ακτινοβολία. Συγκεκριµένα, στοιχεία όπως το γερµάνιο, το σελήνιο και το πυρίτιο έχουν την ιδιότητα όταν προσπέσει φως πάνω τους, να δηµιουργούν µια µικρή διαφορά δυναµικού, ανάµεσα στην επιφάνεια που βρίσκεται στο φως και στην επιφάνεια που βρίσκεται στη σκιά. Τα στοιχεία αυτά αποτελούν τη βάση για τα φωτοβολταϊκά κύτταρα, τα οποία παράγουν ρεύµα µε την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι αποδόσεις των φωτοβολταϊκών κυττάρων είναι της τάξης του 10%, που σηµαίνει ότι ένα τεράστιο ποσό ενέργειας διαφεύγει. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα κατάλληλα συνδεδεµένα µεταξύ τους αποτελούν τα φωτοβολταϊκά συστήµατα. Όταν λοιπόν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο (που είναι u959 ουσιαστικά ένας ηµιαγωγός ), άλλα ανακλώνται, άλλα το διαπερνούν και άλλα απορροφώνται από το φωτοβολταϊκό. Αυτά τα τελευταία φωτόνια είναι που παράγουν ηλεκτρικό ρεύµα. Τα φωτόνια αυτά αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια του φωτοβολταϊκού να µετακινηθούν σε άλλη θέση και ως γνωστόν ο ηλεκτρισµός δεν είναι τίποτε άλλο παρά κίνηση ηλεκτρονίων. Σ αυτή την απλή αρχή της φυσικής λοιπόν βασίζεται µια από τις πιο εξελιγµένες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρισµού στις µέρες µας. Τα φωτοβολταϊκά είναι συστήµατα τα οποία όταν εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία µετατρέπουν ένα 12 17% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική (µε τη σηµερινή τεχνολογία, η οποία συνεχώς βελτιώνεται). Το πόσο ακριβώς είναι αυτό το ποσοστό εξαρτάται από την τεχνολογία που χρησιµοποιούµε. Υπάρχουν π.χ. τα λεγόµενα µονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα φωτοβολταϊκά «λεπτού υµενίου» (thin-film, όπως είναι τα άµορφα, τα CIS, κ.λπ), καθώς και τα λεγόµενα «υβριδικά», τα οποία συνδυάζουν τις τεχνολογίες των άµορφων και των µονοκρυσταλλικών, αξιοποιώντας τα πλεονεκτήµατα και των δυο τεχνολογιών. Η επιλογή

47 του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιµου χώρου ή ακόµα και της οικονοµικής ευχέρειας του χρήστη. Ανάλυση οµής. Το φωτοβολταϊκό σύστηµα αποτελείται από τα ακόλουθα τµήµατα: (α) Τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια (φωτοβολταϊκό πλαίσιο) µε τη Βάση στήριξης και ίσως (tracker), σύστηµα παρακολούθησης της ηλιακής τροχιάς. (β) Μπαταρίες συσσωρευτές φωτοβολταϊκών (γ) Ρυθµιστή φόρτισης για τον έλεγχο και προστασία των µπαταριών. (δ) Μετατροπέα τάσεως dc (12v/24v/48v) inverter για µετασχηµατισµό στα 220V AC. Μια τυπική συστοιχία αποτελείται από ένα ή περισσότερα φωτοβολταϊκά πλαίσια ηλεκτρικά συνδεδεµένα µεταξύ τους. Όταν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία τότε αυτά µετατρέπουν ένα 10% περίπου της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική και γίνεται αθόρυβα, αξιόπιστα και δίχως καµία επιβάρυνση για το περιβάλλον. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια αποτελούνται από κατάλληλα επεξεργασµένους δίσκους πυριτίου (ηλιακά στοιχεία= solar cells) που βρίσκονται ερµητικά σφραγισµένοι µέσα σε πλαστική ύλη για να προστατεύονται από τις καιρικές συνθήκες όπως η υγρασία. Η µπροστινή όψη του πλαισίου προστατεύεται από ανθεκτικό γυαλί. Η κατασκευή αυτή, που δεν ξεπερνά σε πάχος τα 4 5 mm, τοποθετείται συνήθως σε πλαίσιο αλουµινίου, όπως στους υαλοπίνακες των κτιρίων. Τα εσωτερικά είναι διασυνδεδεµένα εν σειρά και παράλληλα ανάλογα µε την εφαρµογή. Φωτοβολταϊκό στοιχείο: Η ηλεκτρονική διάταξη που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δέχεται ακτινοβολία. Λέγεται ακόµα φωτοβολταϊκό κύτταρο ή φωτοβολταϊκή κυψέλη (PV cell). Εικόνα 10: Φωτοβολταϊκό στοιχείο

48 Φωτοβολταϊκό πλαίσιο: Ένα σύνολο φωτοβολταϊκών στοιχείων που είναι ηλεκτρονικά συνδεδεµένα. Αποτελεί τη βασική δοµική µονάδα της φωτοβολταϊκής γεννήτριας (PV module). Εικόνα 11: Φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Φωτοβολταϊκό πανέλο: Ένα ή περισσότερα φωτοβολταϊκά πλαίσια, που έχουν προκατασκευαστεί και συναρµολογηθεί σε ενιαία κατασκευή, έτοιµη για να εγκατασταθεί σε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση (PV panel). Φωτοβολταϊκή συστοιχία: Μια οµάδα από φωτοβολταϊκά πλαίσια ή πανέλα µε ηλεκτρική αλληλοσύνδεση, τοποθετηµένα συνήθως σε κοινή κατασκευή στήριξης (PV array). Εικόνα 12: Γραφική απεικόνιση της Φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Φωτοβολταϊκή γεννήτρια: Το τµήµα µιας φωτοβολταϊκή εγκατάστασης που περιέχει φωτοβολταϊκά στοιχεία και παράγει συνεχές ρεύµα (PV generator)

49 Αντιστροφέας (inverter): Ο inverter (αντιστροφέας ή µετατροπέας στα ελληνικά) είναι µία ηλεκτρονική συσκευή που µετατρέπει το συνεχές ρεύµα που παράγουν τα φωτοβολταϊκά σε εναλλασσόµενο αντίστοιχο µε αυτό του δικτύου. Οι αντιστροφείς µπορεί να είναι µικροί (string inverters) ή κεντρικοί, ανάλογα µε τις απαιτήσεις του συστήµατος. Στην τεχνολογία στοιχειοσειρών (string), η φωτοβολταϊκή γεννήτρια χωρίζεται σε επιµέρους επιφάνειες µονάδας και σε κάθε µία από τις επιµέρους "στοιχειοσειρές" αντιστοιχίζεται ένας ξεχωριστός µετατροπέας. Χάρη σε αυτή την τεχνολογία µειώνονται τα έξοδα του συστήµατος, η εγκατάσταση απλοποιείται σηµαντικά και αυξάνεται η ενεργειακή απόδοση καθώς και η διαθεσιµότητα της εγκατάστασης. Οι κεντρικοί µετατροπείς ενδείκνυνται ιδιαίτερα για τη δηµιουργία φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων µε οµοιογενή δοµή (πλαίσια του ίδιου τύπου µε ταυτόσηµο προσανατολισµό και κλίση). Χρησιµοποιούνται για εγκαταστάσεις άνω των 100 kwp και έχουν σχεδιαστεί για εξωτερική χρήση. Η στήριξη των φωτοβολταϊκών πλαισίων γίνεται συνήθως µε βάσεις αλουµινίου ή γαλβανισµένες (ή µε συνδυασµό υλικών). Στο εµπόριο διατίθενται τυποποιηµένες βάσεις για διάφορους τύπους πλαισίων. Τα πιο εξελιγµένα συστήµατα στήριξης πληρούν τις προδιαγραφές DIN 1055, DIN 4113, DIN και έχουν µεγάλη αντοχή στην καταπόνηση. Η τοποθέτηση σε οικόπεδα γίνεται είτε µε τσιµεντένιες βάσεις ή µε πασσαλόπηξη ή µε ειδικές βιδωτές βάσεις. Για τα κτίρια (δώµατα και στέγες) παρέχεται µια µεγάλη ποικιλία τυποποιηµένων βάσεων στήριξης για όλες τις εφαρµογές. Οι ηλιοστάτες. Οι ηλιοστάτες (trackers) είναι συστήµατα στήριξης επί εδάφους που ακολουθούν την πορεία του ήλιου εκµεταλλευόµενοι περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία και αυξάνοντας έτσι την απόδοση του συστήµατος (συνήθως κατά 25% 40%), αυξάνοντας παράλληλα το κόστος και τα λειτουργικά της επένδυσης. ιακρίνονται σε µονοαξονικούς και διαξονικούς και παρέχονται σε µεγάλη ποικιλία µεγεθών. Για να αποφεύγονται οι σκιάσεις µεταξύ τους, απαιτείται µεγαλύτερη έκταση απ ότι για τις σταθερές βάσεις (συνήθως 1,5-3 φορές µεγαλύτερη έκταση). Ρυθµιστής φόρτισης (charge controller): Συσκευή που χρησιµοποιείται σε αυτόνοµα συστήµατα για να ρυθµίζει τη φόρτιση των συσσωρευτών

50 kw (κιλοβάτ): µονάδα ισχύος [1 kw = Watt, 1 MW =1.000 kw] kwp (κιλοβάτ πικ peak): µονάδα ονοµαστικής ισχύος του φωτοβολταϊκού (ίδιο µε kw) kwh (κιλοβατώρα): µονάδα ενέργειας Οι Ηλεκτρικοί Συσσωρευτές 58 Η παραγόµενη από το σύστηµα των φωτοβολταϊκών γεννητριών ηλεκτρική ενέργεια, µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε απ ευθείας είτε σε χρόνο µεταγενέστερο της παραγωγής της, π.χ. κατά την διάρκεια της νύκτας. Άρα, παρουσιάζεται η ανάγκη µιας διάταξης αποθήκευσης της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. Μέχρι στιγµής, η καλύτερη λύση, από πλευράς κόστους πυκνότητας αποταµιευµένης ενέργειας ανά κιλό και όγκο της διάταξης, είναι οι διάφοροι τύποι ηλεκτρικών συσσωρευτών, µεταξύ δε αυτών, οι συσσωρευτές θείου- µολύβδου και οι συσσωρευτές NiCd κ.α. Προς την κατεύθυνση αυτή, εξελίσσονται σχετικά ερευνητικά προγράµµατα, κυρίως στον τοµέα της βιοµηχανίας ηλεκτρικών οχηµάτων, για βελτίωση των διατάξεων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτός από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές, που ονοµάζονται και ηλεκτρικά στοιχεία δεύτερης τάξεως, υπάρχουν και εκείνα τα οποία προσφέρουν την δυναµική ενέργεια που έχει αποθηκευτεί στο εσωτερικό τους, κατά το χρόνο εξέλιξης των χηµικών αντιδράσεων, µεταξύ των χηµικών ενώσεων ή στοιχείων που τέθηκαν σε επαφή. ιακρίνονται από τους συσσωρευτές από το ότι δεν έχουν την δυνατότητα επαναφόρτισης τους (Αποτελούν τα ηλεκτρικά στοιχεία πρώτης κλάσεως) και ως εκ τούτου δεν παρουσιάζουν ενδιαφέρον για φωτοβολταϊκές εφαρµογές. Αποδιδόµενη ενέργεια Η ενέργεια που αποδίδει ένας συσσωρευτής κατά την λειτουργία του µε ορισµένο βάθος εκφόρτισης, δίνεται από τον τύπο, βάση της διατήρησης της ενέργειας: Εκατ = α.β.q.vb Όπου: Εκατ η ενεργειακή κατανάλωση στο φορτίο του καταναλωτή, α οι απώλειες κατά τη ροή του ρεύµατος στο κύκλωµα (εκτός του καταναλωτή), β το βάθος εκφόρτισης, Q η χωρητικότητα, 58 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Ταγµατάρχης ( ιαβιβάσεων), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ. 2008, σελ

51 UB η τάση εκφόρτισης ενός συσσωρευτή, Τα ηλεκτρονικά των φωτοβολταϊκών Η διαχείριση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας στο φωτοβολταϊκό σύστηµα, απαιτεί την παρεµβολή ηλεκτρονικών κατάλληλων για τη βελτιστοποίηση της µεταφοράς του και την προστασία του συσσωρευτή από υπερφόρτιση ή από υπερεκφόρτιση. Από λειτουργικής πλευράς, δύο είναι οι βασικές ηλεκτρονικές διατάξεις: Ο ελεγκτής φόρτισης εκφόρτισης (charge controler) και οι µετατροπείς τάσεως. Ο ελεγκτής φόρτισης µπορεί να είναι τοποθετηµένος σε χωριστή µονάδα σε σχέση µε τις υπόλοιπες διατάξεις, µπορεί όµως να βρίσκεται ενσωµατωµένος µε τον inverter, σε µια ολοκληρωµένη µονάδα. Ο Ελεγκτής Φόρτισης Εκφόρτισης. 59 Η φόρτιση των ηλεκτρικών συσσωρευτών, µέσω µιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας π.χ. φωτοβολταϊκο σύστηµα, ανεµογεννήτρια, Α/Γ ή ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος, Η/ Ζ, απαιτεί συνεχή έλεγχο της κατάστασης φόρτισης τους, ώστε, όταν αυτοί φτάσουν στην κατάσταση µέγιστης φόρτισης να διακόπτεται η διαδικασία. Έτσι, αποφεύγεται η υπέρταση του συσσωρευτή, που έχει ως συνέπεια την έκλυση µεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου, λόγω ηλεκτρόλυσης. Αντίστοιχα, απαιτείται έλεγχος του συσσωρευτή όσο αυτός τροφοδοτεί την κατανάλωση, ώστε να προληφθεί η καταστροφική για τον συσσωρευτή, κατάσταση υπερεκφόρτισης. Γενικά λοιπόν, ο ελεγκτής φόρτισης, στην πιο περιορισµένη του µορφή, εποπτεύει την διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης ώστε να είναι σε θέση να αποµονώνει το σύστηµα αποθήκευσης, αφ ενός από το σύστηµα παραγωγής της ενέργειας, στην περίπτωση της υπερφόρτισης, αφ ετέρου, από το σύστηµα κατανάλωσης, στην περίπτωση της υπερεκφόρτισης. Και στις δύο περιπτώσεις, η διακοπή αυτή προκαλείται, όταν η τάση στα άκρα του συσσωρευτή ξεπεράσει προς τα άνω και αντίστοιχα προς τα κάτω, ορισµένα όρια τάσης (setpoints), όπου ενεργοποιούνται οι ηλεκτρικοί διακόπτες. Μια µονάδα ελέγχου φόρτισης - εκφόρτισης, περιλαµβάνει σύνολο ολοκληρωµένων συστηµάτων είτε microcontrolers, που ελέγχουν ηλεκτρικούς διακόπτες, είτε ηλεκτροµηχανικούς (relays), είτε ηλεκτρονικούς ισχύος (tranzistors bipolar, MOSFET, 59 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Ταγµατάρχης ( ιαβιβάσεων), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ. 2008, σελ

52 thyristors, triacs κ.λ.π.). Σε κάθε περίπτωση, στο κύκλωµα παρεµβάλλεται µια δίοδος για την προστασία του συστήµατος αποθήκευσης από εκφόρτιση. Χαρακτηριστικά Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων. Τα βασικά χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών συστηµάτων, που τα διακρίνουν από τις άλλες ανανεώσιµες µορφές ενέργειας, είναι τα εξής: Η απευθείας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ποσότητες από πολύ µικρές έως πολύ µεγάλες, π.χ. σε επίπεδο µερικών δεκάδων Watt έως και MWatt. Είναι εύχρηστα και εύκολα στην εγκατάστασή τους (τα µικρά συστήµατα µπορούν να εγκατασταθούν από τους ίδιους τους χρήστες). Μπορούν να εγκατασταθούν µέσα στις πόλεις και δεν προσβάλλουν αισθητά το περιβάλλον. Μπορούν να συνδυαστούν µε άλλες πηγές ενέργειας (υβριδικά συστήµατα). Μπορούν να επεκταθούν ανά πάσα στιγµή, για να αντιµετωπίσουν τις αυξηµένες ανάγκες των χρηστών. Έχουν αθόρυβη λειτουργία και µηδενικές εκποµπές ρύπων. Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν µηδενικές. Έχουν µεγάλη διάρκεια ζωής και µεγάλη αξιοπιστία. Μειονέκτηµά τους είναι το υψηλό κόστος επένδυσης, χωρίς όµως αυτό να είναι και απαγορευτικό αναµφίβολα, πάντως, το µεγαλύτερο πλεονέκτηµα των φωτοβολταϊκών συστηµάτων είναι η ενεργειακή ανεξαρτησία του χρήστη, όπου και να βρίσκεται αυτός. Πλεονεκτήµατα και Μειονεκτήµατα Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων. Πλεονεκτήµατα: Τα κυριότερα πλεονεκτήµατα των φωτοβολταϊκών συστηµάτων είναι τα εξής: 60 Μηδενική ρύπανση της ατµόσφαιρας και του εδάφους. Αθόρυβη λειτουργία. Αξιοπιστία και µεγάλη διάρκεια ζωής (τουλάχιστον 25 χρόνων). Είναι ανεξάρτητα (δεν έχουν ανάγκη καυσίµων) και ενδείκνυται για ενεργειακή κάλυψη αποµακρυσµένων περιοχών

53 Η τιµή της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχουν είναι ανεξάρτητη από τις τιµές των καυσίµων. Υπάρχει δυνατότητα επέκτασης του σταθµού παραγωγής ενέργειας και δυνατότητα µεταφοράς, ανάλογα µε τις ανάγκες των κατοίκων. Απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Σχετικά εύκολη µέθοδος κατασκευής των φωτοβολταϊκών στοιχείων από πρώτες ύλες που αφθονούν. Έχουν πολύ καλή απόδοση σε µεγάλο υψόµετρο λόγω της αυξηµένης έκθεσης στον ήλιο. Η αποκατάσταση της λειτουργίας σε περίπτωση βλάβης γίνεται εύκολα λόγω της σπονδυλωτής µορφής του συστήµατος. Έχουν αρκετά µεγάλη αναλογία παραγόµενης ισχύος προς το βάρος του συστήµατος (100W/Kg), που είναι σηµαντική ιδιότητα για τις διαστηµικές εφαρµογές. Συνήθως, τα φωτοβολταϊκά συστήµατα τοποθετούνται σε αποµακρυσµένες περιοχές γιατί η επιφάνεια που καλύπτουν είναι εξαιρετικά µεγάλη. Στην περίπτωση της τοποθέτησής τους σε οροφές αξιοποιείται η διαθέσιµη επιφάνεια. Όσον αφορά την αισθητική των εγκαταστάσεων, για τα συστήµατα που βρίσκονται εκτός οικισµών υπάρχει η δυνατότητα «απόκρυψης» µε φυσικά µέσα, ενώ έχει υπάρξει πρόοδος και στην αισθητική των συστηµάτων που τοποθετούνται σε κτίρια. 61 Τα φωτοβολταϊκά συνεπάγονται σηµαντικά οφέλη για το περιβάλλον και την κοινωνία. Οφέλη για τον καταναλωτή, για τις αγορές ενέργειας και για τη βιώσιµη ανάπτυξη και είναι µία από τις πολλά υποσχόµενες 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 µια καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιµη ενεργειακή πηγή. Η ηλιακή ακτινοβολία δεν ελέγχεται από κανέναν και

54 αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιµότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία. Τα φωτοβολταϊκά είναι λειτουργικά καθώς προσφέρουν επεκτασιµότητα της ισχύος τους και δυνατότητα αποθήκευσης της παραγόµενης ενέργειας (στο δίκτυο ή σε συσσωρρευτές) αναιρώντας έτσι το µειονέκτηµα της ασυνεχούς παραγωγής ενέργειας. ίνοντας τον απόλυτο έλεγχο στον καταναλωτή, και άµεση πρόσβαση στα στοιχεία που αφορούν την παραγόµενη και καταναλισκόµενη ενέργεια, τον καθιστούν πιο προσεκτικό στον τρόπο που καταναλώνει την ενέργεια και συµβάλλουν έτσι στην ορθολογική χρήση και εξοικονόµηση της ενέργειας. Η εµπειρία της ανίας έδειξε µείωση της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρισµού από χρήστες φωτοβολταϊκών, της τάξης του 5 10%. Για τις επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρισµού, υπάρχουν ευδιάκριτα τεχνικά και εµπορικά πλεονεκτήµατα από την εγκατάσταση µικρών συστηµάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Όσο περισσότερα συστήµατα παραγωγής ενέργειας εγκατασταθούν και συνδεθούν µε το δίκτυο ηλεκτροδότησης, τόσο περισσότερα είναι τα οφέλη για τις επιχειρήσεις, όπως π.χ. η βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος, η σταθερότητα της ηλεκτρικής τάσης και η µείωση των επενδύσεων για νέες γραµµές µεταφοράς. 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. 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 ηλεκτρικής ενέργειας δεν δοκιµάζεται από δαπανηρές ενεργειακές απώλειες που αντιµετωπίζει το ηλεκτρικό δίκτυο (απώλειες, οι οποίες στην Ελλάδα ανέρχονται σε 12% 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 και στη µείωση του συνολικού κόστους της ηλεκτροπαραγωγής, δεδοµένου ότι η κάλυψη αυτών των αιχµών είναι ιδιαίτερα δαπανηρή

55 Τα φωτοβολταϊκά, εκτός από καθαρή ενέργεια, παρέχουν ακόµη προσέλκυση πελατών και αξιοπιστία σε ένα απελευθερωµένο περιβάλλον. Σε ένα υψηλά ανταγωνιστικό περιβάλλον, οι επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρισµού χρειάζονται κίνητρα για να προσελκύσουν και να διατηρήσουν τους πελάτες τους. Τα προγράµµατα καθαρής ενέργειας µπορούν να είναι ελκυστικά σε αρκετά µεγάλο αριθµό καταναλωτών που ενδιαφέρονται γενικά για το περιβάλλον και ειδικότερα για τις κλιµατικές αλλαγές. Σήµερα οι καταναλωτές στις απελευθερωµένες ενεργειακές αγορές δεν αγοράζουν απλά τη φθηνότερη ηλεκτρική ενέργεια, καθώς υπάρχει πλέον θέµα τόσο ποιότητας όσο και υπηρεσιών. Όσον αφορά στην ποιότητα του ηλεκτρισµού, τα θέµατα είναι ξεκάθαρα: η ενέργεια που χρησιµοποιώ προέρχεται από θερµοηλεκτρικό σταθµό που χρησιµοποιεί ορυκτά καύσιµα και καταστρέφει το περιβάλλον, ενώ µπορεί να προέλθει από µια µονάδα που δεν ρυπαίνει το περιβάλλον. Η αγορά µικρών ποσοτήτων καθαρής ενέργειας ενθαρρύνουν τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Η επιχείρηση που αποδέχεται τα φωτοβολταϊκά συστήµατα θα προσελκύσει πελάτες παραγωγούς που θα χρησιµοποιούν φωτοβολταϊκά και θα πωλούν στη συνέχεια σε αυτή καθαρή ενέργεια. Σε ένα περιβάλλον απελευθερωµένης αγοράς, τέτοιοι πελάτες παραγωγοί µπορεί να βρίσκονται οπουδήποτε. Τα φωτοβολταϊκά µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως δοµικά υλικά παρέχοντας τη δυνατότητα για καινοτόµους αρχιτεκτονικούς σχεδιασµούς, καθώς διατίθενται σε ποικιλία χρωµάτων, µεγεθών, σχηµάτων και µπορούν να παρέχουν ευελιξία και πλαστικότητα στη φόρµα, ενώ δίνουν και δυνατότητα διαφορικής διαπερατότητας του φωτός ανάλογα µε τις ανάγκες του σχεδιασµού. Αντικαθιστώντας άλλα δοµικά υλικά συµβάλλουν στη µείωση του συνολικού κόστους µιας κατασκευής (ιδιαίτερα σηµαντικό στην περίπτωση των ηλιακών προσόψεων σε εµπορικά κτίρια). Τέλος, τα φωτοβολταϊκά παρέχουν κύρος στο χρήστη τους και βελτιώνουν το image των επιχειρήσεων που τα επιλέγουν. Στις πιο αναπτυγµένες αγορές (όπως η ιαπωνική και η γερµανική) τα φωτοβολταϊκά είναι πλέον trendy και must για κάθε νέα κτιριακή εφαρµογή. Μειονεκτήµατα Το µειονέκτηµα των φωτοβολταϊκών είναι το σχετικά υψηλό κόστος αγοράς και η έλλειψη επιδοτήσεων στον οικιακό καταναλωτή (κάτι που ισχύει σήµερα στην Ελλάδα, όχι όµως και σε άλλες χώρες). Τα φωτοβολταϊκά, όπως άλλωστε και όλες οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), έχουν υψηλό αρχικό κόστος επένδυσης και ασήµαντο λειτουργικό κόστος, αντίθετα µε τις συµβατικές ενεργειακές τεχνολογίες που συνήθως έχουν σχετικά

56 µικρότερο αρχικό επενδυτικό κόστος και υψηλά λειτουργικά κόστη. Παρόλα αυτά, ήδη το κλίµα φαίνεται να αλλάζει. Πολλές χώρες έχουν ξεκινήσει τα τελευταία χρόνια σηµαντικά προγράµµατα ενίσχυσης των φωτοβολταϊκών, µε γενναίες επιδοτήσεις τόσο της αγοράς και εγκατάστασης φωτοβολταϊκών, όσο και της παραγόµενης ηλιακής KWh. Κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστηµάτων. Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα διακρίνονται σε δυο µεγάλες κατηγορίες, τα αποµονωµένα συστήµατα και τα συνδεδεµένα στο δίκτυο συστήµατα. Με τον όρο «δίκτυο» εννοούµε το διακρατικό, εθνικό ή τοπικό δίκτυο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από συµβατικές πηγές. Α. Αποµονωµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα. Είναι τα συστήµατα που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να είναι συνδεδεµένα στο ηλεκτρικό δίκτυο και διακρίνονται σε αυτόνοµα και σε υβριδικά. Αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα. Η απαιτούµενη ηλεκτρική ενέργεια καλύπτεται αποκλειστικά από τη φωτοβολταική συστοιχία και µπορεί να είναι συνεχούς ή εναλλασσόµενης τάσεως. Τα συστήµατα αυτά διακρίνονται σε δύο επί µέρους κατηγορίες: Αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα χωρίς αποθήκευση. Όσο φωτίζεται η φωτοβολταϊκή συστοιχία η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια αποδίδεται απ ευθείας στην κατανάλωση χωρίς να αποθηκεύεται σε ηλεκτρικούς συσσωρευτές. Τα συστήµατα αυτά µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε άντληση νερού για άρδευση καλλιεργειών, που όµως δεν απαιτούν αυστηρά τακτική λειτουργία του συστήµατος. ηλαδή, όταν τα φυτά δεν απαιτούν κρίσιµη ηµερήσια ποσότητα νερού, όπως για παράδειγµα τα ελαιόδεντρα ή τα εσπεριδοειδή. Αντίθετα, είναι τελείως ακατάλληλα για κηπευτικά, τα οποία απαιτούν καθηµερινή άρδευση µε συγκεκριµένη ελάχιστη ποσότητα νερού από φυτό. Αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα µε αποθήκευση. Η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια χρησιµοποιείται για την απ ευθείας τροφοδοσία των ηλεκτρικών συσκευών και η περίσσεια αποθηκεύεται σε ηλεκτρικούς συσσωρευτές, προκειµένου να χρησιµοποιηθεί κατά τη διάρκεια της νύχτας ή όταν έχουµε περιόδους συννεφιάς. Ένα τέτοιο σύστηµα περιλαµβάνει υποχρεωτικά ελεγκτή φόρτισης του συσσωρευτή και σχεδιάζεται µε πρόβλεψη ορισµένων ηµερών αυτονοµίας. Εφ όσον

57 υπάρχουν συσκευές που λειτουργούν µε εναλλασσόµενη τάση θα πρέπει οπωσδήποτε να προστεθεί και ένας µετατροπέας τάσεως DC-AC (Inverter). Τέτοια συστήµατα χρησιµοποιούνται για το φωτισµό δρόµων, αλσυλλίων, αρχαιολογικών χώρων, σε τηλεπικοινωνιακούς αναµεταδώτες, εξοχικές κατοικίες κ.λπ. Τέλος, όταν το φωτοβολταϊκό σύστηµα είναι χωρίς αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας έχει χαµηλό κόστος, αλλά παρουσιάζει τρία σοβαρά µειονεκτήµατα: α) εν µπορεί να λειτουργήσει σε περιόδους χωρίς ηλιοφάνεια. β) εν έχει τη δυνατότητα αυτονοµίας έστω και για µια ηµέρα. γ) Πρέπει οπωσδήποτε να έχει ρυθµιστή ισχύος MPPT. Στην περίπτωση κατά την οποία το φωτοβολταϊκό σύστηµα έχει ηλεκτρικό συσσωρευτή, η αντλία µπορεί να λειτουργήσει και σε περιόδους χωρίς ηλιοφάνεια. Επίσης, δεν απαιτείται ρυθµιστής ισχύος MPPT, γιατί λόγω του συσσωρευτή το σύστηµα λειτουργεί κοντά στο σηµείο µέγιστης ισχύος ΣΜΙ της συστοιχίας. Υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήµατα Η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από το συνδυασµό της φωτοβολταϊκής συστοιχίας µε άλλες βοηθητικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, που µπορεί να είναι ανανεώσιµης µορφής ή/και συµβατικές. Στις περισσότερες των περιπτώσεων στο σύστηµα προβλέπεται αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας σε συσσωρευτή ενώ ένας µεταγωγικός πίνακας αυτοµατισµού καθορίζει την πηγή από την οποία θα φορτιστεί ο συσσωρευτής και θα τροφοδοτηθούν οι συσκευές της εγκατάστασης. Εικόνα 13: Υβριδικό φωτοβολταϊκό συστήµα 1. Φωτοβολταϊκά πλαίσιοα, 2. Πίνακας ελέγχου, 3. Αντιστροφέας (inverter), 4. Μετρητής ΕΗ. Β. Φωτοβολταϊκά συστήµατα συνδεδεµένα στο δίκτυο. Είναι τα συστήµατα που συνδέονται απ ευθείας µε το ηλεκτρικό δίκτυο, το οποίο αποτελεί γι αυτά µια µεγάλη δεξαµενή ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι προφανές ότι στην

58 περίπτωση αυτή δεν απαιτείται ηλεκτρικός συσσωρευτής και ελεγκτής φόρτισης, αλλά µόνο µετατροπέας τάσεως DC-AC. Επίσης, προβλέπεται διπλός µετρητής στα κατανεµηµένα συστήµατα για την καταµέτρηση της εισερχόµενης και εξερχόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. 62 Τα συνδεδεµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα διακρίνονται σε κεντρικού σταθµού και σε κατανεµηµένα: 63 Συνδεδεµένα κεντρικού σταθµού φωτοβολταϊκά συστήµατα. Συνιστούν κεντρικούς φωτοβολταϊκούς σταθµούς µεγάλης ισχύος, των οποίων η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο κεντρικό δίκτυο. Συνδεδεµένα κατανεµηµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα. Τα κατανεµηµένα συστήµατα διακρίνονται σε αυτά που χρησιµοποιούν το δίκτυο ως βοηθητική πηγή ενέργειας και σε εκείνα που λειτουργούν σε συνεχή αλληλεπίδραση µε το δίκτυο. Συνδεδεµένα κατανεµηµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα µε βοηθητική πηγή το δίκτυο. Το δίκτυο καλύπτει µια έκτακτη ενεργειακή ζήτηση ή κάποια αστοχία του φωτοβολταϊκού συστήµατος, οπότε ο σχεδιασµός γίνεται έτσι ώστε το σύστηµα να καλύπτει κατά µέσο όρο τις µηνιαίες ενεργειακές απαιτήσεις της εγκατάστασης. Συνδεδεµένα κατανεµηµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα µε αµφίδροµη λειτουργία. Το σύστηµα σχεδιάζεται ώστε να καλύπτει κατά µέσο όρο τις ετήσιες ενεργειακές απαιτήσεις της εγκατάστασης. Η περίσσεια της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας διαβιβάζεται και πωλείται στο δίκτυο, ενώ όταν το φωτοβολταϊκό σύστηµα αδυνατεί να καλύψει τις ανάγκες της κατανάλωσης η απαιτούµενη ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από το δίκτυο

59 Εικόνα 14: Επάνω: ιασυνδεδεµένο σύστηµα Κάτω: Αυτόνοµο σύστηµα. Ένα κατανεµηµένο σύστηµα έχει περίπου το µισό κόστος σε σύγκριση µε ένα αντίστοιχο αυτόνοµο σύστηµα µε αποθήκευση ή υβριδικό, γιατί δεν περιλαµβάνει ηλεκτρικό συσσωρευτή, ελεγκτή φόρτισης και βοηθητική ηλεκτρική πηγή. Είναι ευνόητο ότι λόγω της διαφοράς τιµής µεταξύ της παραγόµενης φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής ενέργειας (εξερχόµενη από την εγκατάσταση) και της εισερχόµενης ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο της ΕΗ, η πλέον συµφέρουσα οικονοµική επιλογή είναι η πώληση όλης της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας στη ΕΗ και η αγορά όλης της καταναλισκόµενης ενέργειας από αυτήν. 64 Τέλος, ανάλογα µε την εγκατεστηµένη ισχύ, τα φωτοβολταϊκά συστήµατα διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες: 65 Μικρά συστήµατα (1 mwp 100 Wp)

60 Χρησιµοποιούνται σε καταναλωτικά προϊόντα (φορητοί υπολογιστές, ρολόγια, παιχνίδια, ραδιόφωνα, φακοί), τροχόσπιτα, σκάφη αναψυχής, ψύξη, εξωτερικό φωτισµό κήπων κ.λπ. Αυτόνοµα συστήµατα (0,1 200 kwp) Χρησιµοποιούνται για ηλεκτροδότηση κατοικιών και ιερών µονών, αφαλάτωση άντληση καθαρισµό νερού, αγροτικές εφαρµογές (άντληση νερού, ψύξη αγροτικών προϊόντων, ιχθυοκαλλιέργειες), σε συστήµατα σηµατοδότησης οδικής κυκλοφορίας και ναυτιλίας, συστήµατα τηλεπικοινωνιών (τηλέφωνα ανάγκης σε αυτοκινητοδρόµους, ραδιοαναµεταδότες, αναµεταδότες µετεωρολογικών δεδοµένων), συστήµατα εξωτερικού φωτισµού δρόµων, αλσυλλίων, αρχαιολογικών χώρων, αεροδροµίων κ.λπ. Συνδεδεµένα κατανεµηµένα συστήµατα (1,5 20 kwp) Αποτελούν το µεγαλύτερο µέρος της παγκόσµιας αγοράς και χρησιµοποιούνται για την ηλεκτροδότηση κατοικιών και κτιρίων. Συνδεδεµένα κεντρικού σταθµού συστήµατα (> 50 kwp) Είναι σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Συλλογή Ηλιακού Φωτός Ένα σηµαντικό πρόβληµα που αντιµετωπίζει ο σχεδιαστής µιας διάταξης είναι το που θα στερεωθούν οι βασικές µονάδες, αν θα στερεωθούν σε σταθερές θέσεις ή οι προσανατολισµοί τους θα ακολουθούν (ιχνηλατούν) την κίνηση του ηλίου. Στις περισσότερες διατάξεις οι βασικές µονάδες στερεώνονται σ ένα σταθερό κεκλιµένο επίπεδο µε την πρόσοψη προς τον ισηµερινό. Αυτό έχει την αρετή της απλότητας, δηλαδή κανένα κινούµενο τµήµα και χαµηλό κόστος. H άριστη γωνία κλίσης εξαρτάται κυρίως από το γεωγραφικό πλάτος, την αναλογία της διάχυτης ακτινοβολίας στην τοποθεσία και το είδος του φορτίου. Στερεώνοντας τη διάταξη πάνω σε σύστηµα µε δύο άξονες παρακολούθησης του Ηλίου, µπορεί να συλλεχθεί µέχρι 25% περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια ενός έτους, σε σύγκριση µε την εγκατάσταση σταθερής κλίσης. Κάτι τέτοιο όµως αυξάνει την πολυπλοκότητα και έχει ως αποτέλεσµα µια χαµηλότερης αξιοπιστίας και υψηλότερου κόστους συντήρηση. Η µονού άξονα παρακολούθηση (ιχνηλάτηση) είναι λιγότερο σύνθετη αλλά παρουσιάζει µικρότερο κέρδος. Ο προσανατολισµός µπορεί να ρυθµίζεται χειροκίνητα, εκεί που η προσφορά εργασίας είναι διαθέσιµη, αυξάνοντας έτσι τις όποιες απολαβές

61 Έχει υπολογιστεί ότι σε κλίµατα µε ηλιοφάνεια µια διάταξη επίπεδης κινούµενης πλάκας που έχει κατάλληλη ρύθµιση ώστε να στρέφεται προς τον ήλιο δυο φορές την ηµέρα και να παίρνει την κατάλληλη κρίση τέσσερις φορές το χρόνο, µπορεί να συλλαµβάνει το 95% της ενέργειας, που συλλέγετε µε ένα σύστηµα δυο αξόνων παρακολούθησης πλήρως αυτοµατοποιηµένο. Το σύστηµα παρακολούθησης είναι ιδιαίτερα σηµαντικό στα συστήµατα, που λειτουργούν κάτω από συγκεντρωµένο ηλιακό φως. Η δοµή αυτών των συστηµάτων εκτείνεται από έναν απλό σχεδιασµό βασισµένο πάνω σε πλευρικούς ενισχυτικούς καθρέπτες µέχρι τα συγκεντρωτικά συστήµατα, τα οποία χρησιµοποιούν υπερσύγχρονες οπτικές τεχνικές, για να αυξήσουν την είσοδο φωτός προς τα ηλιακά στοιχεία κατά µερικές τάξεις του µεγέθους. Αυτά τα συστήµατα πρέπει να προνοούν για ένα σηµαντικό γεγονός, ότι δηλαδή συγκεντρώνοντας το ηλιακό φως ελαττώνουν το γωνιακό άνοιγµα των ακτίνων, που το σύστηµα µπορεί να δεχθεί. Η παρακολούθηση γίνεται απαραίτητη από τη στιγµή που ο λόγος συγκέντρωσης υπερβαίνει το 10 περίπου και το σύστηµα µπορεί να µετατρέψει µόνο την άµεση συνιστώσα της ηλιακής ακτινοβολίας. Μορφές Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας 66 Τα συστήµατα συνδυασµένης παραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας, γνωστά ως συστήµατα συµπαραγωγής, παράγουν ηλεκτρική (ή/και µηχανική) ενέργεια και θερµική ενέργεια σε ένα ενιαίο, ολοκληρωµένο σύστηµα. Η θερµική ενέργεια που ανακτάται σε ένα σύστηµα Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας (ΣΗΘ) µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη θέρµανση ή ψύξη στη βιοµηχανία ή τα κτίρια. Επειδή η Συµπαραγωγή Ηλεκτρισµού και Θερµότητας εκµεταλλεύεται τη θερµότητα που σε άλλη περίπτωση θα χανόταν κατά τη συµβατική διακριτή παραγωγή ηλεκτρικής ή µηχανικής ενέργειας, η συνολική απόδοση αυτών των ολοκληρωµένων συστηµάτων είναι πολύ µεγαλύτερη από ότι στα µεµονωµένα συστήµατα. Η συµβατική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι από τη φύση της µη αποδοτική, αφού µετατρέπεται µόνο το ένα τρίτο της ενέργειας των καυσίµων σε ωφέλιµη ενέργεια. 66 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Ταγµατάρχης ( ιαβιβάσεων), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ Σελ

62 Η σηµαντική αύξηση της αποδοτικότητας µε τη Συµπαραγωγή Ηλεκτρισµού και Θερµότητας οδηγεί σε µικρότερη κατανάλωση καυσίµων και σε µειωµένες εκποµπές ρύπων σε σχέση µε τη χωριστή παραγωγή ηλεκτρισµού και θερµότητας. Η Συµπαραγωγή Ηλεκτρισµού και Θερµότητας αποτελεί µια οικονοµικά παραγωγική προσέγγιση για τη µείωση των ατµοσφαιρικών ρύπων µέσω της πρόληψης της ρύπανσης, ενώ ο παραδοσιακός έλεγχος της ρύπανσης που επιτυγχάνεται απλά µέσω της επεξεργασίας των καυσαερίων δεν παρέχει κανένα οικονοµικό όφελος και στην πραγµατικότητα µειώνει την απόδοση και την ωφέλιµη παραγωγή ενέργειας. Η αγορά της Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας µπορεί να διακριθεί σε τρεις κύριες κατηγορίες: τις βιοµηχανικές µονάδες, τα ενεργειακά συστήµατα περιοχής και τα µικρής κλίµακας συστήµατα των εµπορικών κτιρίων και κατοικιών. Ο βιοµηχανικός τοµέας αντιπροσωπεύει το µεγαλύτερο µέρος της υφιστάµενης εγκατεστηµένης ισχύος και είναι το τµήµα µε το µεγαλύτερο δυναµικό βραχυ-πρό-θεσµης εξέλιξης. Τα µεγάλα βιοµηχανικά συστήµατα βρίσκονται συνήθως σε βιοµηχανίες απόσταξης πετρελαίου, πετροχηµικών ή χάρτου και πολτού. Εκπαιδευτικό Πρόγραµµα 67 Εικόνα 15: Λογότυπο εκπαιδευτικού προγράµµατος. Το πρόγραµµα απευθύνεται σε µαθητές ηµοτικού (Ε και Στ τάξη) και Γυµνασίου (Α - Γ τάξη). Οι µαθητές παρακολουθώντας το συγκεκριµένο πρόγραµµα θα κατανοήσουν το ρόλο της Επιστήµης και Τεχνολογίας ως πηγή προβληµάτων αλλά και λύσεων, έτσι ώστε να γίνει αντιληπτή η ανάγκη για την καλλιέργεια περιβαλλοντικής κουλτούρας, την προστασία της χλωρίδας και πανίδας, την υιοθέτηση νέων αντιλήψεων και πρακτικών σε

63 καθηµερινό επίπεδο, την αξιοποίηση εναλλακτικών µορφών ενέργειας (ηλιακή ενέργεια, υδροηλεκτρική ενέργεια, αιολική ενέργεια, βιοµάζα, γεωθερµική ενέργεια). Το πρόγραµµα συνδέεται µε το Αναλυτικό Πρόγραµµα Σπουδών και το ιαθεµατικό Ενιαίο Πλαίσιο Προγραµµάτων Σπουδών Φυσικής, Χηµείας και Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης (ΑΠΣ - ΕΠΠΣ). Επενδυτικές ευκαιρίες Νοµοθετικό πλαίσιο 68 - Το Ευρωπαϊκό πλαίσιο Προσυπογράφοντας το πρωτόκολλο του Κυότο το 1997, η Ευρωπαϊκή Ένωση έθεσε στόχο τη µείωση των εκποµπών µέχρι το 2010 κατά 8% επιβάλλοντας στα µέλη της την παραγωγή του 12% της καταναλισκόµενης από αυτά ενέργειας από ανανεώσιµες πηγές. - Το αποτέλεσµα Ήταν η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συλλεκτών πολλών εκατοντάδων µεγαβάτ στις χώρες της Ένωσης µόνο µέσα στα τελευταία χρόνια. Στην Ελλάδα αντίθετα, το σύνολο της εγκαταστηµένης ισχύος φωτοβολταϊκών συστηµάτων παραµένει σήµερα µικρότερο από 10MW. Ο κανονισµός της ΕΕ ορίζει ότι µέχρι το 2010 το 5,75% των καυσίµων µεταφορών θα πρέπει να είναι βιοκαύσιµα. Αυτό συνεπάγεται ότι η κατανάλωση των βιοκαυσίµων για την Ελλάδα θα ανέρχεται το 2010 σε τόνους βιοντίζελ και τόνους βιοαιθανόλης. - Η Ελληνική νοµοθεσία Σε αυτό το πλαίσιο, η Ελλάδα ανέλαβε την υποχρέωση να ελέγξει την αύξηση των εκποµπών της σε διοξείδιο του άνθρακα, προκειµένου να µην υπερβεί το 25% έως το Με δεδοµένη όµως µια αύξηση περίπου 22% έως σήµερα ο στόχος αυτός δεν έµοιαζε εφικτός µε αποτέλεσµα να είναι ορατός ο κίνδυνος επιβολής βαρειών προστίµων στη χώρα µας. Σε µια προσπάθεια να ανασχεθεί αυτή η πορεία, ψηφίστηκε και στην Ελλάδα ο νόµος για την ηλεκτροπαραγωγή από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας (νόµος 3468, ΦΕΚ 129Α/ ) καθιστώντας την παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά συστήµατα µια από τις πιο προσοδοφόρες, µηδενικού ρίσκου επενδύσεις και µειώνοντας ταυτοχρόνως όλες τις γραφειοκρατικές διαδικασίες έκδοσης αδείας. 68 Χρυσανθόπουλος Βασίλειος, Ταγµατάρχης ( ιαβιβάσεων), Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), Στρατιωτική Επιθεώρηση, Ιουλ. - Αυγ σελ

64 Στόχος είναι µέχρι το 2020 να έχουν εγκατασταθεί στη χώρα µας φωτοβολταϊκοί σταθµοί συνολικής ισχύος 700MW. Στην Ελλάδα µόλις το 3,1% της ηλεκτρικής Ενέργειας που καταναλώσαµε πέρυσι προήλθε από ΑΠΕ (77,4% από αιολικά πάρκα, 13,6% από υδροηλεκτρικά έργα και 9% από λοιπές ΑΠΕ). Για τις τιµές πώλησης ρεύµατος από φωτοβολταϊκά διαµορφώνεται όπως παρακάτω: Επιπλέον, για φωτοβολταϊκούς σταθµούς ισχύος µικρότερης ή ίσης των 100kw, έχουν απλουστευθεί οι διαδικασίες αδειοδότησης, καθώς οι ενδιαφερόµενοι απαλλάσσονται από την υποχρέωση λήψης αδειών (παραγωγής, εγκατάστασης και λειτουργίας). Οι παραγωγοί «πράσινου» ηλεκτρικού ρεύµατος συνάπτουν κατά προτεραιότητα σύµβαση πώλησης µε τη ΕΗ διάρκειας 20 ετών. Οι κρατικές επιδοτήσεις είναι και έως 60% ανάλογα µε το µέγεθος επένδυσης και την περιοχή εγκατάστασης µε βάση τις πληροφορίες από το υπουργείο ανάπτυξης. 69 ιασυνδεδεµένο σύστηµα Μη διασυνδεδεµένο σύστηµα ΦΒ µονάδες ισχύος 100κw 0,45Ε 0,50Ε ΦΒ µονάδες ισχύος 100κw 0,40Ε 0,450Ε Χρήσεις Το ηλεκτρικό ρεύµα που παράγεται από την ηλιακή ακτινοβολία χρησιµοποιείται για να δώσει ενέργεια σε µια συσκευή ή για τη φόρτιση µπαταρίας. Η τεχνολογία αυτή χρησιµοποιείται ευρέως σε µικροϋπολογιστές τσέπης που λειτουργούν χωρίς µπαταρία, απλώς µε την έκθεσή τους στο φως. Τα φωτοβολταϊκά χρησιµοποιούνται συχνά σε συστοιχίες για την παραγωγή ενέργειας σε µεγάλη κλίµακα. Σε τέτοια µορφή χρησιµοποιούνται για να δίνουν ενέργεια σε δορυφόρους, διαστηµόπλοια, αλλά και σε απλούστερες εφαρµογές, όπως για την ενεργειοδότηση αποµακρυσµένων τηλεφώνων εκτάκτου ανάγκης σε εθνικές οδούς, σε σπίτια κλπ. Σε πολλές χώρες έχουν ξεκινήσει προγράµµατα επιδότησης των επενδύσεων σε φωτοβολταϊκά, τα οποία παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που µεταπωλείται και εισάγεται στα δηµόσια δίκτυα µεταφοράς. Τα προγράµµατα αυτά έχουν στόχο τη διαφοροποίηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τη σταδιακή απεξάρτησή της από το πετρέλαιο. Η θερµοκρασία είναι µια σηµαντική παράµετρος λειτουργίας ενός φωτοβολταϊκού συστήµατος

65 Όπως έχουµε δει ο συντελεστής θερµοκρασίας για την τάση ανοικτού κυκλώµατος είναι κατά προσέγγιση ίσος µε -2.3 mv/_c για καθένα ηλιακό στοιχείο. Ο συντελεστής τάσης µιας βασικής µονάδας είναι εποµένως αρνητικός και πολύ µεγάλος από τη στιγµή που συνδέονται σε σειρά ηλιακά στοιχεία. Ο συντελεστής ρεύµατος, από την άλλη πλευρά, είναι θετικός και µικρός, περίπου +6 µα/_c ανά τετραγωνικό εκατοστό της βασικής µονάδας. Συνεπώς, µόνο η µεταβολή τάσης σε σχέση µ αυτή της θερµοκρασίας λαµβάνεται υπόψη για πρακτικούς κυρίως υπολογισµούς. Είναι σηµαντικό να σηµειώσετε ότι η τάση καθορίζεται από τη θερµοκρασία λειτουργίας των ηλιακών στοιχείων, η οποία διαφέρει από τη θερµοκρασία περιβάλλοντος. Όπως και για καθένα ηλιακό στοιχείο, το ρεύµα βραχυκυκλώµατος Isc µιας βασικής µονάδας είναι ανάλογο προς την ακτινοβολία και εποµένως θα ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ηµέρας κατά τον ίδιο τρόπο. Εφόσον η τάση είναι λογαριθµική συνάρτηση του ρεύµατος, θα εξαρτάται επίσης λογαριθµικά και από την ακτινοβολία. Κατά τη διάρκεια της ηµέρας εποµένως η τάση θα µεταβάλλεται λιγότερο από ότι το ρεύµα. Στο σχεδιασµό της φωτοβολταϊκής γεννήτριας είναι συνηθισµένο να παραµελείται η µεταβολή της τάσης και να λαµβάνεται το ρεύµα βραχυκυκλώµατος ανάλογο προς την ακτινοβολία. Η λειτουργία µιας βασικής µονάδας θα πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σηµείο µέγιστης ισχύος. Είναι ένα σηµαντικό γνώρισµα της χαρακτηριστικής της βασικής µονάδας, το ότι η τάση του σηµείου µέγιστης ισχύος Vm είναι σχεδόν ανεξάρτητη από την ακτινοβολία. Η µέση τιµή αυτής της τάσης κατά τη διάρκεια της ηµέρας µπορεί να εκτιµηθεί στο 80% της τάσης ανοικτού κυκλώµατος κάτω από κανονικές συνθήκες ακτινοβολίας. Αυτή η ιδιότητα είναι χρήσιµη για τη σχεδίαση της µονάδας ελέγχου της ισχύος της συσκευής. Ο χαρακτηρισµός της βασικής φωτοβολταϊκής µονάδας συµπληρώνεται µε τη µέτρηση της θερµοκρασίας ενός κανονικά λειτουργούντος ηλιακού στοιχείου (NOCT) (Normal Operating Cell Τemperature), οριζόµενης ως η θερµοκρασία του ηλιακού στοιχείου, όταν η βασική µονάδα λειτουργεί κάτω από τις ακόλουθες συνθήκες σε ανοικτό κύκλωµα: Ακτινοβολία 0,8 Φασµατική κατανοµή ΑΜ 1,5 Θερµοκρασία περιβάλλοντος 0 C Ταχύτητα ανέµου 1 m/s Η NOCT (συνήθως µεταξύ 42 C και 46 C) χρησιµοποιείται τότε για να καθορίσει τη θερµοκρασία του ηλιακού ηλεκτρικού στοιχείου Tc κατά τη διάρκεια της λειτουργίας

66 βασικής µονάδας. Συνήθως υποθέτουµε ότι η διαφορά µεταξύ Τc και θερµοκρασίας περιβάλλοντος Ta εξαρτάται γραµµικά από την ακτινοβολία Gr. Φωτοβολταϊκά στις στέγες. Με τα φωτοβολταϊκά σε στέγες η Ευρωπαϊκή Ένωση θέλησε να ωθήσει τους πολίτες της να αξιοποιήσουν την ηλιακή ενέργεια. Έτσι ξεκίνησε το Πρόγραµµα «Φωτοβολταϊκά σε Στέγες» µε πολύ ευνοϊκές ρυθµίσεις και πολλά κίνητρα. Το Πρόγραµµα αφορά στέγες και δώµατα στα οποία µπορούν να τοποθετηθούν φωτοβολταϊκά συνολικής ισχύος 10 kwp (κιλοβάτ). Σε αυτό µπορούν να µετέχουν όλοι οι πολίτες και, προκειµένου για την Ελλάδα, να πωλούν το ρεύµα που παράγουν στη ΕΗ. Το κέρδος για τον κάτοχο φωτοβολταϊκών είναι διπλό: Εισπράττει χρήµατα από τη ΕΗ για το ρεύµα που παράγει ενώ δεν χρειάζεται να πληρώνει για το ρεύµα που καταναλώνει. Το Πρόγραµµα Εγκατάστασης Φωτοβολταϊκών σε Κτίρια αφορά οικιακούς καταναλωτές και πολύ µικρές επιχειρήσεις (απασχολεί έως 10 άτοµα και έχει κύκλο εργασιών και σύνολο ενεργητικού έως 2 εκατ. ετησίως) 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. Για να ενταχθούν στο πρόγραµµα, θα πρέπει να έχουν στην κυριότητά τους το χώρο στον οποίο εγκαθίσταται το φωτοβολταϊκό σύστηµα. ικαίωµα ένταξης στο Πρόγραµµα έχουν επίσης τα Νοµικά Πρόσωπα ηµοσίου ικαίου (Ν.Π...) και τα Νοµικά Πρόσωπα Ιδιωτικού ικαίου (Ν.Π.Ι..) µη κερδοσκοπικού χαρακτήρα, τα οποία έχουν στην κυριότητά τους το χώρο στον οποίο εγκαθίσταται το φωτοβολταϊκό σύστηµα. ηλαδή έχουν όλοι οι κάτοικοι της Ελλάδας, ιδιώτες ή µικρές επιχειρήσεις, µε µοναδική προϋπόθεση να είναι ιδιοκτήτες του ακινήτου που θα τοποθετηθούν τα φωτοβολταϊκά και το ακίνητο τους να είναι σε σύνδεση µε την ΕΗ. Το δικαίωµα εγκατάστασης φωτοβολταϊκού συστήµατος σε κτίριο ιδιοκτησίας Νοµικού Προσώπου ηµοσίου ικαίου, τη χρήση του οποίου έχει αναλάβει διαχειριστής (π.χ. σχολική επιτροπή), παρέχεται στον διαχειριστή, µετά από συναίνεση του κυρίου του κτιρίου. Σηµειώνουµε ότι η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών ισχύος άνω των 10kWp σε εµπορικές-βιοµηχανικές στέγες, διέπεται από άλλους κανόνες και ισχύουν γι αυτά τα συστήµατα άλλα κίνητρα. εν ισχύει για περιοχές που δεν βρίσκονται στο διασυνδεδεµένο σύστηµα. Ο ιδιώτης ή η επιχείρηση που ενδιαφέρεται να τοποθετήσει τα φωτοβολταϊκά πρέπει να απευθυνθεί στα

67 γραφεία της ΕΗ της περιοχής του. Αργότερα θα κληθεί να υπογράψει δυο συµβάσεις, η πρώτη αφορά την εγκατάσταση του µετρητή ρεύµατος και η δεύτερη αφορά την πώληση του ρεύµατος στη ΕΗ. Εξίσου σηµαντικό για όσους αποφασίσουν να τοποθετήσουν φωτοβολταϊκά στις στέγες τους είναι ότι δεν φορολογούνται για τα έσοδα που προκύπτουν από την πώληση του ρεύµατος, λόγω του µικρού µεγέθους του συστήµατος που δικαιούται το κάθε κτίριο. Εκτός από τα φωτοβολταϊκά σε στέγες µονοκατοικιών, τοποθετούνται και σε στέγες και δώµατα πολυκατοικιών. Απαιτείται η σύµφωνη γνώµη όλων των ιδιοκτητών και η διαδικασία πραγµατοποιείται από το διαχειριστή. Η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών είναι µια επένδυση για το µέλλον αφού εξασφαλίζει κέρδη για τον κάτοχο του φωτοβολταϊκού συστήµατος για 25 χρόνια. Ειδικά σε κάποιες περιοχές της Ελλάδας που επικρατεί ηλιοφάνεια τους περισσότερους µήνες του χρόνου, η απόδοση είναι εγγυηµένη. Τα κέρδη εξαρτώνται από το µέγεθος της εγκατάστασης και όσο µεγαλύτερη είναι αυτή τόσο πιο πολλά τα κέρδη. Η τιµή αγοράς της kwh (κιλοβατώρας) από τη ΕΗ είναι στα 0,55 ευρώ µέχρι το 2012, ενώ από το 2013 η τιµή θα µειώνεται κατά 5% το χρόνο µέχρι το 2019 όταν και θα ολοκληρωθεί το Πρόγραµµα «Φωτοβολταϊκά σε Στέγες». Η τιµή πώλησης της κιλοβατώρας είναι κατά πολύ µεγαλύτερη από την τιµή αγοράς του ρεύµατος της ΕΗ. Η χρηµατοδότηση από τις τράπεζες για το Πρόγραµµα που αφορά τα φωτοβολταϊκά σε στέγες, φτάνει έως και το 100%. Εφόσον φυσικά κάποιος πληροί τις προϋποθέσεις για τραπεζικό δανεισµό. Σε αυτή την περίπτωση το κόστος για την τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών είναι µηδαµινό για τον κάτοχο του ακινήτου, αφού άµεσα µπορεί από τα κέρδη του να αποπληρώσει το δάνειο. Παράγοντες Ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών στην Ελλάδα. Η Ελλάδα παρουσιάζει αξιοσηµείωτες προϋποθέσεις για ανάπτυξη και εφαρµογή των φωτοβολταϊκών συστηµάτων. Οι λόγοι για την προώθηση της φωτοβολταϊκής 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

68 τουριστική ανάπτυξη και στο κόστος παραγωγής ενέργειας, το οποίο τελικώς χρεώνεται η ΕΗ. 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. 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 ΕΗ. 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 Φωτοβολταϊκών Συστηµάτων µε άριστες προοπτικές για πλήρη κάλυψη της Ελληνικής αγοράς και εξαγωγικές δραστηριότητες. ηµιουργία νέων θέσεων εργασίας και ανάπτυξη Ελληνικής τεχνογνωσίας. Εκτίµηση 2004: 2 βιοµηχανίες για κατασκευή φωτοβολταϊκών, 3 ΜΜΕ για ανάπτυξη ηλεκτρονικών ισχύος και 3 µονάδες παραγωγής µπαταριών για Φ/Β εφαρµογές. Προώθηση των στόχων της Ευρωπαϊκής Ένωσης και του Kyoto σχετικά µε τη µείωση των αερίων ρύπων και τη διείσδυση των Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας στη συνολική ηλεκτροπαραγωγή, σε ποσοστό 20% έως το Προσθήκη φωτοβολταϊκών σε κατοικία. Σε κατοικία που βρίσκεται σε φάση ανέγερσης καλό είναι το φωτοβολταϊκό σύστηµα που θα εγκατασταθεί να έχει ενταχθεί από την αρχή στο σχεδιασµό. Μια συνολική µελέτη που να καλύπτει την εξοικονόµηση ενέργειας (µόνωση, έξυπνα παράθυρα, σκίαση κ.λπ), τη θέρµανση και τον κλιµατισµό και τις ανάγκες σε ηλεκτρισµό (µε φωτοβολταϊκά), θα σας βοηθήσει να πετύχετε το καλύτερο αποτέλεσµα µε το µικρότερο κόστος

69 Τα φωτοβολταϊκά µπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες και κεκλιµένες) ή και σε προσόψεις κτιρίων. Παρέχονται σε διάφορα µεγέθη και µπορούν π.χ. να υποκαταστήσουν τµήµα µιας κεραµοσκεπής (µειώνοντας αντίστοιχα το κόστος) ή τα υαλοστάσια σε µία πρόσοψη. Μπορούν επιπλέον να παίξουν και το ρόλο σκιάστρων πάνω από παράθυρα (βοηθώντας έτσι και στη µείωση των εξόδων για επιπλέον κλιµατισµό). Τέλος, παρέχονται και σε διάφορα χρώµατα και διαφάνειες (κατόπιν παραγγελίας) για ειδικές αρχιτεκτονικές εφαρµογές. Καταλληλότητα κτιρίων για προσθήκη φωτοβολταϊκών. Τα περισσότερα κτίρια είναι κατάλληλα. Αρκεί να ικανοποιούνται οι εξής προϋποθέσεις: (i) Να υπάρχει επαρκής ελεύθερος και ασκίαστος χώρος. Ένας πρόχειρος κανόνας είναι περίπου 0,8m 2 για κάθε 100Watt (για χρήση συνήθων κρυσταλλικών φωτοβολταϊκών του εµπορίου). Αν τοποθετηθούν άµορφα φωτοβολταϊκά, το συνολικό κόστος θα είναι περίπου το ίδιο ή και µικρότερο, θα απαιτηθεί όµως 2 2,5 φορές µεγαλύτερη επιφάνεια. Ιδιαίτερα προσοχή πρέπει να δειχθεί ώστε ο χώρος να είναι κατά το δυνατόν 100% ασκίαστος καθ όλη τη διάρκεια της ηµέρας. ιαφορετικά, το σύστηµά θα λειτουργεί µε µικρότερη απόδοση. Ένας χονδρικός κανόνας για να εξασφαλιστεί ότι το σύστηµά δεν θα έχει µικρότερη αποδίδει λόγω σκιάσεων, είναι ο εξής: η απόσταση από τυχόν εµπόδιο (κτίριο, δέντρο και άλλα) πρέπει να είναι διπλάσια του ύψους του εµποδίου. Πίνακας 3: Απώλειες από σκίαση Τρόπος σκίασης Σκίαση % Ενδεικτική απώλεια ισχύος (1 string * 9 modules) Ενδεικτική απώλεια ισχύος (3 string * 3 modules) % -1.70% % -7% % % % -17%

70 (ii) Τα φωτοβολταϊκά έχουν τη µέγιστη απόδοση όταν έχουν νότιο προσανατολισµό. Αποκλίσεις από το Νότο έως και 45 ο είναι επιτρεπτές, µειώνουν όµως την απόδοση. (iii) Η σωστή κλίση του φωτοβολταϊκού σε σχέση µε το οριζόντιο επίπεδο. Σχεδόν πάντα επιλέγεται µια κλίση που να δίνει τα καλύτερα αποτελέσµατα καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Ένας γενικός κανόνας είναι ότι η βέλτιστη κλίση είναι ίση µε τον γεωγραφικό παράλληλο του τόπου. Επειδή βέβαια κάθε κανόνας έχει τις εξαιρέσεις του, σε περιοχές µε υγρό κλίµα, όπου λόγω των σταγονιδίων του νερού στην ατµόσφαιρα ένα µεγάλο µέρος της ηλιακής. Πίνακας 4: Ενδεικτική απόδοση ανάλογα µε τον προσανατολισµό και την κλίση Προσανατολισµός Κλίση ως προς το οριζόντιο επίπεδο 0 ο 30 ο 90 ο Ανατολικό - υτικός 90% 85% 50% Νοτιοανατολικός Νοτιοδυτικός 90% 95% 60% Νότιος 90% 100% 60% Βορειοανατολικός Βορειοδυτικός 90% 67% 30% Βόρειος 90% 60% 20% (iv) Ύπαρξη κατάλληλου χώρου για τα ηλεκτρονικά συστήµατα και τις µπαταρίες για την επιλογή αυτόνοµου συστήµατος. (v) Ένα πλήρες φωτοβολταϊκό σύστηµα, µαζί µε τις βάσεις, ζυγίζει περίπου 15 20Kg/m 2. Αυτό σχεδόν πάντα δεν συνιστά πρόβληµα. Βήµατα / προεργασία για την εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού συστήµατος σε κατοικία. Περιγραφή ενεργειακών αναγκών όσο πληρέστερα γίνεται. Καταγραφή των ηλεκτρικών συσκευές που χρησιµοποιούνται καθώς και το χρόνο λειτουργίας τους. Συγκέντρωση των λογαριασµών της ΕΗ του τελευταίου έτους. Υπολογισµός της αναµενόµενης µείωσης κατανάλωσης. Επίσκεψη σε εταιρίες που αντιπροσωπεύουν και εγκαθιστούν φωτοβολταϊκά (Σύνδεσµος Εταιριών Φωτοβολταϊκών: µε όλα τα παραπάνω στοιχεία. Λήψη προσφορών για φωτοβολταϊκά ή υβριδικά συστήµατα που να καλύπτουν τις ανάγκες

71 Επίσκεψη των εταιριών στο χώρο για να προβούν στην εκτίµηση της απαιτούµενης ισχύς του συστήµατος. Οι ενεργειακές ανάγκες ενός σπιτιού εξαρτώνται από πολυσύνθετους παράγοντες και πρέπει να τεκµηριωθούν στην πράξη. Ζητήστε από τις εταιρίες την παρουσίαση από προηγούµενες δουλειές τους. Μελετήστε τις προσφορές. Ενδεχόµενες διαφορές στην τιµή, που µπορεί να πηγάζουν από διαφορετικές εκτιµήσεις για τις ενεργειακές ανάγκες. Αφού σαφηνιστούν τα χαρακτηριστικά του επιθυµητού συστήµατος γίνεται η σύγκριση των τιµών, των εγγυήσεων και της τεχνικής υποστήριξης των εταιρειών. Μελετήστε τη δυνατότητα επιδότησης του συστήµατός σας. Κάλυψη ενεργειακών αναγκών σε κατοικία. Ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα µπορεί να καλύψει όλες τις ενεργειακές ανάγκες, πως τώρα καλύπτονται µε ηλεκτροδότηση από τη ΕΗ. εν υπάρχει καµία απολύτως διαφορά. Για λόγους απόδοσης και οικονοµίας πάντως, δεν συνιστάται η χρήση φωτοβολταϊκών συστηµάτων για την τροφοδότηση θερµικών ηλεκτρικών συσκευών, όπως κουζίνες, θερµοσίφωνες, ηλεκτρικά καλοριφέρ ή θερµοσυσσωρευτές. Για τις χρήσεις αυτές υπάρχουν πολύ οικονοµικότερες λύσεις όπως οι ηλιακοί θερµοσίφωνες, ο γεωθερµικός κλιµατισµός, οι κουζίνες ή τα σύγχρονα συστήµατα θέρµανσης µε βιοµάζα, και άλλα. Για παράδειγµα η θέρµανσης του νερού: ο ηλεκτρικός θερµοσίφωνας τροφοδοτείται από ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα, το ηλιακό φως µετατρέπεται σε ηλεκτρισµό και κατόπιν από το θερµοσίφωνα σε θερµότητα. Το συνολικό κόστος των δύο αυτών συστηµάτων είναι πολύ µεγαλύτερο από έναν ηλιακό θερµοσίφωνα που µετατρέπει απευθείας την ηλιακή ακτινοβολία σε θερµότητα. Από την άλλη µεριά, ο φωτισµός µε λάµπες εξοικονόµησης και η χρήση ηλεκτρονικών συσκευών (υπολογιστές, ηχητικά συστήµατα, ψυγεία, τηλεοράσεις, τηλεπικοινωνίες κ.λπ) αποτελούν ανάγκες που µπορούν να καλυφθούν εύκολα και οικονοµικά µε φωτοβολταϊκά. Αν επιλεχθεί η χρήση ηλιακής ενέργειας σε κατοικία θα πρέπει να καλύπτει τουλάχιστον δύο ανάγκες. Την ανάγκη σε ενέργεια και την ανάγκη να προστατευτεί το περιβάλλον. Κάθε KWh ηλεκτρισµού από το δίκτυο της ΕΗ παράγεται από ορυκτά καύσιµα, επιβαρύνει την ατµόσφαιρα µε ένα τουλάχιστον 1Kg διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ). Το διοξείδιο του άνθρακα είναι, ως γνωστόν, το σηµαντικότερο αέριο του θερµοκηπίου συµβάλλει στις επικίνδυνες κλιµατικές αλλαγές. Η στροφή στις καθαρές πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή, αποτελεί τη µόνη διέξοδο για την αποτροπή των κλιµατικών αλλαγών που απειλούν

72 σήµερα τον πλανήτη. Επιπλέον, η χρήση της ηλιακής ενέργειας συνεπάγεται λιγότερες εκποµπές άλλων επικίνδυνων ρύπων, όπως τα καρκινογόνα µικροσωµατίδια (ppm), τα οξείδια του αζώτου (NOx), οι ενώσεις του θείου (S), και άλλα. Οι ρύποι αυτοί επιφέρουν σοβαρές βλάβες στην υγεία και το περιβάλλον. Η ηλιακή ενέργεια αποβαίνει συµφέρουσα στις περιπτώσεις εκείνες όπου παρέχονται κίνητρα και υπάρχει ξεκάθαρη πολιτική στήριξης της ηλιακής τεχνολογίας. Όταν, για παράδειγµα, παρέχεται ενισχυµένη τιµή της πωλούµενης ηλιακής κιλοβατώρας (όπως ισχύει πλέον και στη χώρα µας), τότε, ο καταναλωτής όχι µόνο κάνει απόσβεση της επένδυσης αλλά έχει και ένα λογικό κέρδος από την παραγωγή και τροφοδοσία πράσινης ενέργειας στο δίκτυο. Στις περιπτώσεις πάλι των αυτόνοµων φωτοβολταϊκών συστηµάτων σε εφαρµογές εκτός δικτύου, η ανταγωνιστική τεχνολογία είναι οι πανάκριβες στη λειτουργία τους, θορυβώδεις και ρυπογόνες ηλεκτρογεννήτριες, οπότε τα φωτοβολταϊκά είναι µια συµφέρουσα εναλλακτική λύση. Τα κριτήρια όµως δεν πρέπει να είναι µόνο οικονοµικά. Στην καθηµερινή ζωή οι επιλογές δεν υπολογίζουν ούτε το κόστος ούτε το χρόνο απόσβεσης. Προδιαγραφές φωτοβολταϊκών πλαισίων για την ευρωπαϊκή αγορά. Για να κυκλοφορήσει ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο στην ευρωπαϊκή αγορά πρέπει να πληροί κάποιες προδιαγραφές ανάλογα µε την τεχνολογία του. Συγκεκριµένα, τα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές CEC 503 ή ΕΝ ή IEC ή ισοδύναµες, ενώ τα thin-film την προδιαγραφή IEC ή ισοδύναµες. Αντιστοίχως, οι αντιστροφείς πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές του προτύπου DIN EN Μεταξύ των άλλων, οι προδιαγραφές αυτές προβλέπουν µια σειρά από τεστ που εγγυώνται την αντοχή και καλή λειτουργία των πλαισίων. Τα τεστ αυτά περιλαµβάνουν δοκιµές σε εξειδικευµένα εργαστήρια για αντοχή των πλαισίων σε ακραίες συνθήκες, υψηλές ή πολύ χαµηλές θερµοκρασίες, υψηλή υγρασία, χαλαζόπτωση, πιέσεις, ελκυσµούς και ταλαντώσεις. Για παράδειγµα, το τεστ αντοχής σε χαλαζόπτωση περιλαµβάνει βοµβαρδισµό του πλαισίου µε κοµµάτια πάγου διαµέτρου 2,5cm και µε ταχύτητα 23m/s υπό 11 διαφορετικές γωνίες πρόσκρουσης. Αν το πλαίσιο δεν περάσει τα τεστ, πολύ απλά το προϊόν αυτό δεν παίρνει πιστοποίηση και δεν πρόκειται να έχει εµπορικό µέλλον

73 Κόστος φωτοβολταϊκών συστηµάτων. Η φωτοβολταϊκή τεχνολογία, όπως άλλωστε και οι περισσότερες τεχνολογίες ανανεώσιµων πηγών ενέργειας, παρουσιάζει ιδιαιτερότητες που καθιστούν δύσκολη τη σύγκρισή τους µε τις συµβατικές τεχνολογίες. Έτσι, δεν υπάρχει σαφής τρόπος αποτίµησης του περιβαλλοντικού κόστους από τη χρησιµοποίηση συµβατικών πηγών ενέργειας σε σύγκριση µε τις ανανεώσιµες πηγές. Επιπλέον, το κόστος της ενέργειας που παράγεται από φωτοβολταϊκά συστήµατα εξαρτάται πάρα πολύ από το κόστος του χρήµατος. Πρέπει να τονιστεί ότι υπάρχουν αρκετοί χρήστες για τους οποίους το φωτοβολταϊκό σύστηµα είναι η πλέον ενδεδειγµένη οικονοµική λύση. Το κόστος είναι µόνο το σοβαρότερο εµπόδιο για τη µη επέκταση σε ευρεία κλίµακα των φωτοβολταϊκών συστηµάτων. Για βιοµηχανική οικιακή χρήση ανέρχεται σε µέγεθος µέχρι µερικά kwp, ανέρχεται σε 4-4,5 /wp. Σε εγκαταστάσεις σχετικά µεγάλης ισχύος το κόστος µειώνεται σε συνάρτηση µε το µέγεθος του συστήµατος. Τέλος, σε µεγάλα φωτοβολταϊκά συστήµατα άνω του MWp το κόστος µειώνεται σχεδόν στο 70% του αντίστοιχου των συστηµάτων µικρής ισχύος. Τα ετήσια λειτουργικά κόστη εξαρτώνται από την εκάστοτε εφαρµογή και συνήθως κυµαίνονται από 0,12% 1,5% του αρχικού κόστους επένδυσης. Η Ελλάδα βρίσκεται σε πλεονεκτικότερη θέση σχετικά µε τις άλλες ευρωπαϊκές χώρες για την ανάπτυξη και εφαρµογή των φωτοβολταϊκών συστηµάτων, διότι διαθέτει υψηλά επίπεδα ηλιοφάνειας σχεδόν όλο το χρόνο. Επιπλέον, λόγω του πλήθους των νησιώτικων περιοχών, οι οποίες δεν είναι συνδεδεµένες µε το δίκτυο της ΕΗ, η λύση των φωτοβολταϊκών συστηµάτων καθίσταται ιδιαίτερα ανταγωνιστική από οικονοµική άποψη. Παρ όλα αυτά η Ελλάδα εµφανίζεται να βρίσκεται στις τελευταίες θέσεις µεταξύ των µελών του ιεθνούς Οργανισµού Ενέργειας όσον αφορά τα εγκατεστηµένα φωτοβολταϊκά συστήµατα. Ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα στην Αθήνα αποδίδει ετησίως kwh για κάθε εγκατεστηµένο kwp. Η αντίστοιχη ετήσια απόδοση στη Μακεδονία είναι

74 kwh, στη νότια ηπειρωτική Ελλάδα KWh. Τέλος, για κάθε kwp εγκατεστηµένης ισχύος απαιτείται επιφάνεια 10 20m 2. Στο ακόλουθο παράδειγµα φαίνεται πόσο συµφέρουσα είναι για την Ελλάδα η χρήση και η εκµετάλλευση αυτών των συστηµάτων. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στην Ελλάδα είναι κατά µέσο όρο 1800kWh / m 2 το έτος. Ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα εγκατεστηµένο σε οροφή κατοικίας στην Κρήτη θα µπορούσε να παρέχει 4700kWh/ έτος, όση περίπου είναι και η µέση κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας µιας τετραµελούς οικογένειας. Το κόστος ενός αυτόνοµου οικιακού φωτοβολταϊκού συστήµατος συµπεριλαµβανοµένων και των µπαταριών, είναι της τάξης των Ανακύκλωση φωτοβολταϊκών. Η ανάλυση του κύκλου ζωής των συστηµάτων συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας δηλαδή των εκποµπών που παράγονται και των επιδράσεων στην επιφάνεια του εδάφους, δείχνουν ότι είναι ιδανικά για τη µείωση των αερίων του θερµοκηπίου και άλλων ρύπων, χωρίς να δηµιουργούνται άλλοι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι. Για παράδειγµα κάθε m 2 της επιφάνειας ενός συγκεντρωτικού συλλέκτη, είναι αρκετό για να αποφευχθούν ετήσιες εκποµπές kg διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ), ανάλογα µε την διαµόρφωση της εκάστοτε εγκατάστασης. Η διάρκεια ζωής τέτοιων εγκαταστάσεων είναι περίπου έτη. Τα περισσότερα από τα υλικά που χρησιµοποιούνται για την κατασκευή των διαφόρων τύπων των συγκεντρωτικών συλλεκτών µπορούν να ανακυκλωθούν και να χρησιµοποιηθούν ξανά για τις µελλοντικές εγκαταστάσεις. 70 H ισχύουσα σήµερα νοµοθεσία δεν προβλέπει την υποχρεωτική συλλογή και ανακύκλωση των φωτοβολταϊκών (κάτι που σχεδιάζει και υλοποιεί εθελοντικά η βιοµηχανία φωτοβολταϊκών µέχρι να γίνει υποχρεωτικό κάτι τέτοιο από τη νοµοθεσία). Συγκεκριµένα, η ευρωπαϊκή βιοµηχανία φωτοβολταϊκών έχει δεσµευτεί να συλλέγει το 65% κατ ελάχιστον των φωτοβολταϊκών που έχουν εγκατασταθεί στην Ευρώπη από το 1990 και να ανακυκλώνει το 85% των υλικών (Πρωτοβουλία PVCYCLE). Στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών τεχνολογίας CdTe η υποχρέωση ανακύκλωσης αποτελεί ήδη πάγια πρακτική. Με την προµήθεια των πλαισίων αυτών, ο τελικός χρήστης δεσµεύεται µε συµβόλαιο να παραδώσει τα φωτοβολταϊκά στην κατασκευάστρια εταιρία µετά τον ωφέλιµο χρόνο ζωής τους, η δε κατασκευάστρια εταιρία δεσµεύεται να τα ανακυκλώσει και να 70 Χριστοφής Ι. Κορωναίος, Επισκέπτης Καθηγητής, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ιδακτικές Σηµειώσεις, ιεπιστηµονικό - ιατµηµατικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών (.Π.Μ.Σ.), «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ», Αθήνα, Μάρτιος 2012, σελ

75 ανακτήσει το CdTe. Στην αρχική τιµή των πλαισίων αυτών περιλαµβάνεται και το κόστος συλλογής και ανακύκλωσης, έστω κι αν κάτι τέτοιο θα συµβεί µετά από χρόνια. Έχει δηµιουργηθεί µάλιστα και ειδικό ασφαλιστικό ταµείο το οποίο διασφαλίζει τη συλλογή και ανακύκλωση των πλαισίων ακόµη κι αν εν τω µεταξύ εκλείψουν οι κατασκευάστριες εταιρίες. ιάγραµµα 5: Κύκλος ζωής φωτοβολταϊκών στοιχείων