Transcript

1 «Ο ΗΓΟΣ ΕΠΕΝ ΥΣΕΩΝ ΓΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ»

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα, αποτελούν µια κλασική εφαρµογή ΑΠΕ µε πρωτογενή µορφή ενέργειας την ηλιακή, που µέσω των φωτοβολταϊκών (Φ/Β) στοιχείων µετατρέπεται σε ηλεκτρική. Η ιδιαιτερότητα µιας τέτοιας εγκατάστασης έγκειται στο γεγονός ότι η απαραίτητη ενέργεια παρέχεται αποκλειστικά από τον ήλιο, χωρίς τη διεξαγωγή καµίας άλλης διεργασίας που θα µπορούσε ενδεχοµένως να αποτελέσει πηγή ρύπανσης. Τα Φ/Β στοιχεία έχουν την ιδιότητα να µετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική. 2

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ H λειτουργία των Φ/Β κυττάρων βασίζεται στη µεταφορά ενέργειας των φωτονίων της ηλιακής ακτινοβολίας, τα οποία προσπίπτουν στην επιφάνεια ενός ηµιαγωγού, στους φορείς ηλεκτρικού φορτίου (ηλεκτρόνια και οπές) µέσα σε αυτόν Τοηµιαγώγιµοαυτόστρώµαχαρακτηρίζεταιαπόδύοπεριοχές, µία p-τύπου (πλούσια σε οπές) και µία n-τύπου (πλούσια σε ηλεκτρόνια), στην διεπιφάνεια των οποίων αναπτύσσεται ένα ηλεκτρικό πεδίο Ωςαποτέλεσµα, καταρχήνεµφανίζεταιδιαφοράδυναµικού (τάση) στα άκρα του συστήµατος και στη συνέχεια κυκλοφορία των φορτίων (ηλεκτρικό ρεύµα), όταν γίνει σύνδεση µε εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωµα. Το τελευταίο επιτυγχάνεται µε χρήση δύο ηλεκτροδίων µεταλλικού τύπου που µπορούν να προσαρµοστούν εξωτερικά 3

4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Ο περισσότερος γνωστός ηµιαγωγός είναι το πυρίτιο (Si). Την ιδιότητά του ως ηµιαγωγό, το πυρίτιο την αποκτά µε τεχνικό τρόπο Αυτό γίνεται µέσω της πρόσµειξής του µε άλλα στοιχεία που έχουν ένα ηλεκτρόνιο περισσότερο ή λιγότερο στην στοιβάδα σθένους τους. Αυτή η πρόσµειξη κάνει τον κρύσταλλο του πυριτίου δεκτικό είτε σε θετικά φορτία (υλικό τύπου p), είτε σε αρνητικά φορτία (υλικό τύπου n) 4

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ εν είναι δυνατό να µετατραπεί όλο το φως σε ηλεκτρισµό, καθώς τα Φ/Β χρησιµοποιούν κυρίως το ορατό φως. Μεγάλο µέρος της ηλιακής ενέργειας βρίσκεται στην υπέρυθρη και την υπεριώδη ακτινοβολία, γεγονός που εξηγεί τις χαµηλές τιµές της θεωρητικού βαθµού απόδοσης µετατροπής (15-30%) Πρακτικές ατέλειες, όπως ανοµοιογένειες, µπορούν να µειώσουν ακόµα περαιτέρω την απόδοση ενός Φ/Β 5

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Πολλά Φ/Β στοιχεία (π.χ. 32 ή περισσότερα) ενώνονται µεταξύ τουςγιανασχηµατίσουντηνβάσηενόςσυστήµατοςπαραγωγής, το οποίο αποτελεί ένα πλαίσιο (panel) µε διαστάσεις της τάξης του 1mx1m (οι διαστάσεις ποικίλουν ανάλογα µε τον κατασκευαστή και την ονοµαστική ισχύ του panel). Η ονοµαστική ισχύς ανά πλαίσιο κυµαίνεται από 100 µέχρι και 300 Watt περίπου 6

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Χρησιµοποιώντας λοιπόν, πολλά πλαίσια µαζί διαµορφώνεται ένα ολοκληρωµένο Φ/Β σύστηµα. Υπάρχουν 2 βασικοί τύποι τέτοιων συστηµάτων: Αυτάπουέχουνωςστόχοτηνεξυπηρέτησηενόςσπιτιούήενός συγκροτήµατοςσεπεριοχέςόπουδενυπάρχειδίκτυοτης ΕΗ. Συνήθως η ισχύς τους είναι σχετικά µικρή και εγκαθίστανται κυρίως σε στέγες ή οικόπεδα κτιρίων. Συνδυάζονται δε και µε κάποιο σύστηµα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (µπαταρίες) αλλά και µεσυµβατικάσυστήµαταηλεκτροπαραγωγής (π.χ. ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη ντίζελ) Αυτά που κατασκευάζονται µε κύριο σκοπό την πώληση της παραγόµενης ενέργειας στο υφιστάµενο δίκτυο. Τέτοιοι σταθµοί είναι σαφώς µεγαλύτεροι και συνήθως εγκαθίστανται σε χέρσες επίπεδες εκτάσεις ή και σε στέγες κτιρίων. Η εγκατεστηµένη ισχύς τους µπορεί να είναι της τάξης των µερικών δεκάδων kw, ενώ µπορούν να φτάσουν τα 10MW ή και περισσότερα. Τέτοιου τύπου σταθµοίσυνήθωςαναφέρονταιωςφωτοβολταϊκάπάρκα (Φ/Π). 7

8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΦΟΡΤΙΣΤΗΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΙΚΤΥΟΥ = ~ ~ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Φ/Β ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ = ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Αυτόνοµο σύστηµα 8

9 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΙΚΤΥΟΥ = ~ ~ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Φ/Β ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ιασυνδεδεµένο σύστηµα 9

10 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Οι ηλιακές κυψέλες είναι διαθέσιµες από τα µέσα της δεκαετίας του 1950, ωστόσο η επιστηµονική έρευνα του φωτοβολταϊκού φαινοµένου άρχισε το 1839, όταν ο Henri Becquerel ανακάλυψε ότι ηλεκτρικό ρεύµα παράγεται, εστιάζοντας µια πηγή φωτός πάνω σε ορισµένα χηµικά διαλύµατα. Το φαινόµενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά σε στερεό υλικό (µεταλλικό σελήνιο) το Οι εµπορικά διαθέσιµες σήµερα ηλιακές κυψέλες πυριτίου µπορούν να µετατρέψουν σε ηλεκτρισµό το 18% περίπου του προσπίπτοντος σε αυτές ηλιακού φωτός Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα διακρίνονται σε 3 κατηγορίες βάσει τηςτεχνολογίαςπουχρησιµοποιείταιγιατηνκατασκευήτους: Μονοκρυσταλλικά Πολυκρυσταλλικά Λεπτών Μεµβρανών 10

11 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Μονοκρυσταλλικά Πολυκρυσταλλικά Λεπτών Μεµβρανών 11

12 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα µονοκρυσταλλικά δισκία κόβονται σε φέτες (πάχους 1/2 1/3 mm) από µεγάλη µονοκρυσταλλική ράβδο που θερµαίνεται στους 1400 ºC, και είναι µια πολύ δαπανηρή εργασία. Το πυρίτιο πρέπει να είναι πολύ υψηλής καθαρότητας και να έχει µια σχεδόν τέλεια κρυσταλλική δοµή Ταπολυκρυσταλλικάδισκίακατασκευάζονταιµεχύτευση, διεργασία κατά την οποία λειωµένο πυρίτιο χύνεται σε ένα καλούπι, όπου και στερεοποιείται, ενώ στη συνέχεια τεµαχίζεται σε δισκία Η παραγωγική αυτή διαδικασία είναι φθηνότερη, αλλά τα πολυκρυσταλλικά δισκία δεν είναι τόσο αποδοτικά όσο τα µονοκρυσταλλικά 12

13 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τοάµορφοπυρίτιο, µιααπότιςτεχνολογίεςλεπτήςµεµβράνης, παράγεται µε την εναπόθεση πυριτίου από ένα αέριο αντιδραστήριο, όπως το σιλάνιο (SiH4), επάνω σε υπόστρωµα γυαλιού Ο τύπος ηλιακής κυψέλης υπό µορφή λεπτής µεµβράνης µπορεί ναεφαρµοστείωςµεµβράνησεχαµηλούκόστουςυπόστρωµα, π.χ. γυαλί ή πλαστικό. Οι υπόλοιπες τεχνολογίες λεπτής µεµβράνηςπεριλαµβάνουντολεπτόπολυκρυσταλικόπυρίτιο, κυψέλεςδισεληνιούχουινδικούχαλκού/ θειούχουκαδµίου, τελλουριούχουκαδµίου/ θειούχουκαδµίουκαιαρσενικούγαλλίου. Οικυψέλεςαυτούτουείδουςδιαθέτουνπολλάπλεονεκτήµατα, όπως είναι η ευκολότερη απόθεση και συναρµολόγηση, η ικανότητα εναπόθεσης πάνω σε φτηνά υποστρώµατα ή υλικά οικοδοµών, η ευκολία για µαζική παραγωγή και η καταλληλότητα τους σε µεγάλες εφαρµογές 13

14 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα µονοκρυσταλλικά δισκία απαιτούν υψηλές θερµοκρασίες για τηνπαραγωγήτουςκαιτοκόστοςτουςείναιυψηλό Τα πολυκρυσταλλικά δισκία παράγονται µε χύτευση, και το κόστος τους είναι µικρότερο από τα µονοκρυσταλλικά Τα µονοκρυσταλλικά παρουσιάζουν υψηλότερους βαθµούς απόδοσης Το άµορφο πυρίτιο έχει χαµηλότερη απόδοση 14

15 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όσον αφορά την κατηγοριοποίηση των φωτοβολταϊκών συστηµάτων ανά εφαρµογή, είναι δυνατό να θεωρηθεί ότι τα µονοκρυσταλλικά και πολυκρυσταλλικά συστήµατα βρίσκουν εφαρµογέςτόσοστονβιοµηχανικό, όσοκαιστονοικιακότοµέα, αλλά και σε µικρές αυτόνοµες εφαρµογές. Ωστόσο τα φωτοβολταϊκά συστήµατα των δύο πρώτων κατηγοριών τοποθετούνται κυρίως σε γήπεδα (ακάλυπτες εκτάσεις) και σε ειδικές εφαρµογές του οικιακού τοµέα (π.χ. στέγαστρα) Αντίθετα τα φωτοβολταϊκά λεπτών µεµβρανών (thin film) βρίσκουν µεγαλύτερες εφαρµογές στον οικιακό τοµέα, καθώς µπορούν να προσαρµοστούν στα υπάρχοντα δοµικά στοιχεία των κτιρίων 15

16 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σαν µια ξεχωριστή κατηγορία µπορούν να θεωρηθούν τα ενσωµατωµένα σε κτίρια φωτοβολταϊκά (Building Integrated Photovoltaics - BIPV). Ένα τέτοιο σύστηµα προκύπτει από την ενσωµάτωση φωτοβολταϊκών συστηµάτων στον ίδιο το σκελετό του κτιρίου όπως στην οροφή και την πρόσοψη. Στην πράξη τα BIPV αποτελούν τα ίδια δοµικά στοιχεία του κτιρίου. Έτσι το φωτοβολταϊκό στην συγκεκριµένη περίπτωση κατέχει διπλό ρόλο, από τη µία αντικαθιστά παραδοσιακά υλικά κάλυψης επιφανειών κτιρίων (όπως για παράδειγµα το µάρµαρο. τα κεραµίδια κ.ο.κ.), και από την άλλη παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Τα BIPV µπορούν να έχουν και τη µορφή υαλοπινάκων (απλών ή διπλών) και µε δυνατότητα επιλογής διαπερατότητας του φυσικού φωτισµού 16

17 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ BIPV σεοροφές Οιοροφέςταιριάζουνιδανικάστηνεφαρµογήφωτοβολταϊκώνσυστηµάτων. Συνήθως στις οροφές υπάρχουν λιγότερες (έως καθόλου) σκιάσεις, σε σχέση µε χαµηλότερα επίπεδα του κτιρίου. Οι οροφές συνήθως µπορούν και παρέχουν µεγάλες και αχρησιµοποίητες επιφάνειες προς χρήση. Οι οροφές πρέπει να διακρίνονται σε επίπεδες και κεκλιµένες Κεκλιµένες οροφές: Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια µπορούν πολύ εύκολα να τοποθετηθούν πάνω σε κεκλιµένες οροφές. Πρόκειται για εφαρµογή χαµηλού κόστους που συνήθως χρησιµοποιείται σε ιδιωτικά σπίτια και σε ήδη υπάρχουσες στέγες. Αυτός ο τρόπος εφαρµογής είναι γνωστός και σαν BAPV (Building Adapted PV). Τα φωτοβολταϊκά µπορούν να τοποθετηθούν είτε σαν κεραµίδια είτε σαν λεπτές εύκαµπτες λωρίδες πάνω από τα κεραµίδια Επίπεδεςοροφές: Οι επίπεδες οροφές έχουν το πλεονέκτηµα της εύκολης πρόσβασης και εύκολης εγκατάστασης, ενώ δίνουν και τη δυνατότητα ελεύθερης επιλογής του προσανατολισµού των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται κατά την εγκατάσταση ώστε να αποφευχθεί πιθανή βλάβη της ακεραιότητας της οροφής. Τέλος το επιπλέον βάρος πρέπει να υπολογίζεται, ενώ η σωστή στήριξη είναι πολύ σηµαντική καθώς ισχυροί άνεµοι είναι πιθανό να προκαλέσουν αποκόλληση φωτοβολταϊκών πλαισίων που δεν έχουν στερεωθεί σωστά 17

18 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ BIPV σε εξωτερικούς τοίχους / προσόψεις Φωτοβολταϊκά πλαίσια µπορούν να τοποθετηθούν στην εξωτερική πλευρά των υπαρχόντων τοίχων ενός κτιρίου, βελτιώνοντας έτσι και την αισθητική των προσόψεων. Τα φωτοβολταϊκά απλώς προστίθενται στo υπάρχουσα πρόσοψη. Φωτοβολταϊκά πλαίσια επίσης µπορούν να αποτελέσουν το ίδιο το δοµικό στοιχείο της προσόψεως. Εξασφαλίζουν µακροπρόθεσµη προστασία από τον καιρό και µπορούν να κατασκευαστούν σε οποιαδήποτε µέγεθος, σχήµα και χρώµα είναι επιθυµητό Ειδικά φωτοβολταϊκά πλαίσια µπορούν να αντικαταστήσουν τα τζάµια των κτιρίων, παρέχοντας µια ηµιδιαφανή πρόσοψη. Η διαπερατότητα στο φως µπορεί να επιτευχθεί µε δύο τρόπους: είτε το φωτοβολταϊκό πλαίσιο είναι πάρα πολύ λεπτό (ή χαράσσεται µε laser) ώστε είναι δυνατό να δει κανείς µέσα από το πλαίσιο, είτε τα φωτοβολταϊκά κελιά τοποθετούνται µέσα στο πλαίσιο σε ικανή απόσταση µεταξύ τους ώστε να περνάει κάποιο φως 18

19 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ BIPV σε Φεγγίτες / φωταγωγούς και σκίαστρα Σε πολλές περιπτώσεις οι φεγγίτες και οι φωταγωγοί είναι από τα πιο ενδιαφέροντα σηµεία για να εφαρµοστούν φωτοβολταϊκά. Από τη µία επιτρέπουντηδιάχυσητουφωτόςµέσαστοκτίριοκαιαπότηνάλλη µπορούν και παρέχουν µια ασκίαστη επιφάνεια για την τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών. Σε αυτή την περίπτωση το φωτοβολταϊκό παρέχει ρεύµα αλλά και φως στο κτίριο. Οι τύποι των φωτοβολταϊκών που χρησιµοποιούνται σε αυτές τις εφαρµογές είναι ο ίδιος µε αυτούς που χρησιµοποιούνται στις ηµιδιαφανείς προσόψεις Φωτοβολταϊκά πλαίσια διαφόρων τύπων και µεγεθών µπορούν να χρησιµοποιηθούν σαν σκίαστρα σε κτίρια. Η ανάγκη αυτή της σκίασης γίνεται όλο και µεγαλύτερη, καθώς οι σύγχρονες αρχιτεκτονικές τάσεις οδηγούν στην δηµιουργία µεγάλων παραθύρων και εκτεταµένων γυάλινων επιφανειών. Με αυτόν το τρόπο, τέτοιες εγκαταστάσεις συνδυάζουν όλα τα ενεργειακά πλεονεκτήµατα ενός φωτοβολταϊκού συστήµατος προσφέροντας επιπλέον σκίαση 19

20 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα BIPV συστήµατα µπορούν είτε να συνδεθούν στο υπάρχον δίκτυο είτε να δηµιουργήσουν ένα αυτόνοµο σύστηµα που να τροφοδοτεί κάποια φορτία, όπως τα UPS. Επίσης ένα από τα οφέλη των συνδεδεµένων µε το δίκτυο BIPV είναι ότι η µεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας συµπίπτει χρονικά µε τις µέγιστες ενεργειακές απαιτήσεις ενός κτιρίου. Αν υπολογιστεί και το κέρδος, οικονοµικό και περιβαλλοντικό, από την ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας λόγω µεταφοράς της, αφού η ενέργεια παράγεται εκεί που καταναλώνεται, το σύστηµα παρέχει ιδιαίτερη µείωση ενεργειακού κόστους Τα BIPVέχουνγίνειιδιαίτερααποδεκτάκαιδηµοφιλήσεόλητηνΕυρώπη. Σήµερα τα φωτοβολταϊκά που χρησιµοποιούνται στον ίδιο τον σκελετό του κτιρίου µπορούν να προσδώσουν στο κτίριο πολλά πλεονεκτήµατα όπως προστασία από τα καιρικά φαινόµενα, θερµική µόνωση, σκίαση από τον ήλιο, προστασία από τον θόρυβο, διαµόρφωση του φυσικού ηλιακού φωτός. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω ο τρόπος µε τον οποίο κατασκευάζονται τα κτίρια επιτρέπει την εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε διάφορα σηµεία του σκελετού του κτιρίου 20

21 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όσον αφορά τον τρόπο εγκατάστασης τα φωτοβολταϊκά συστήµαταδιακρίνονταισεδύοβασικέςκατηγορίες: Τα σταθερά πλαίσια και Τα φωτοβολταϊκά που εγκαθίστανται σε µηχανισµό παρακολούθησης της τροχιάς του ηλίου (trackers), είτε µονού είτε διπλού άξονα Παρακολούθηση τροχιάς µπορεί να είναι είτε χειροκίνητη είτε αυτόµατη, ενώ αυξάνει σηµαντικά την απόδοση των φωτοβολταϊκών αλλά έχει και υψηλότερο κόστος 21

22 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση µε σταθερά πλαίσια 22

23 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Φωτοβολταϊκά µε παρακολούθηση τροχιάς µονού άξονα (αριστερά) και διπλού άξονα (δεξιά) 23

24 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Φωτοβολταϊκή εγκατάσταση σε στέγη (BIPV) 24

25 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ BIPV στην οροφή κτιρίου 25

26 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ BIPV σαν σκίαστρα στην πρόσοψη κτιρίου 26

27 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Η επιφάνεια που καταλαµβάνουν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια κυµαίνεται µεταξύ m2 ανά εγκατεστηµένο kw ισχύος, ανάλογα µε την τεχνολογία που χρησιµοποιείται. Εποµένως για την εγκατάσταση ενός τυπικού φωτοβολταϊκού συστήµατος των 20 kw, απαιτείται έκταση περίπου m2, λαµβάνοντας υπόψη και τις αποστάσεις που πρέπει να τηρηθούν µεταξύ των πλαισίων για να αποφεύγονται µεταξύ τους σκιάσεις (τα thin film απαιτούν διπλάσιο χώρο από ότι τα µονοκρυσταλλικά/πολυκρυσταλλικά) Η απόδοση των φωτοβολταϊκών εξαρτάται σηµαντικά από τον τύπο και την επιφάνεια του υλικού, τον τρόπο εγκατάστασής τους (σταθερά πλαίσια ή σύστηµα παρακολούθησης της τροχιάς του ηλίου), την ηλιοφάνεια του τόπου εγκατάστασης (ένταση του ηλιακού φωτός), το µήκος κύµατος του ηλιακού φωτός και την θερµοκρασία Ιδιαίτερη σηµασία έχει και ο σωστός σχεδιασµός του συστήµατος (panel, inverters) ώστε να µην δηµιουργούνται βραχυκυκλώσεις που διαταράσουν την λειτουργία του συστήµατος 27

28 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Καµπύλη έντασης ισχύος Φ/Βκυψέλης 28

29 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Η επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας στην παραγωγή ισχύος είναι ιδιαίτερα σηµαντική Πολύ χαµηλότερη η παραγωγή των Φ/Β κατά τις συννεφιασµένες µέρες 29

30 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Η αύξηση της θερµοκρασίας δεν επηρεάζει πολύ την ένταση ρεύµατος, αλλά µειώνειτηντάση (αύξηση 1 ο Cµειώνειτηντάσηκατά 0,023 Volts), µειώνοντας τελικά την παραγωγή ισχύος 30

31 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όπως φαίνεται από το χάρτη η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργεια από Φ/Β στην Ελλάδα κυµαίνεται µεταξύ 1100 και 1500 kwh ανά εγκατεστηµένο kw Στο διάγραµµα απεικονίζεται η δυνατότητα ετήσιας παραγωγής ενέργειας (kwh/kw) από φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου, σταθερού πλαισίου στη βέλτιστη κλίση 31

32 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ H παραγόµενη ισχύς από ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο δύναται να αυξηθεί σηµαντικά µετηνχρήσηενός συστήµατος παρακολούθησης της τροχιάς του ηλίου. Με τη χρήση ενός συστήµατος παρακολούθησης τροχιάς διπλού άξονα στην Ελλάδα, η παραγόµενη ισχύς δύναται να αυξηθεί κατά 22% περίπου Ισχύς Φ/Β εγκατάστασης µε σύστηµα παρακολούθησης της τροχιάς του ήλιου 32

33 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σηµαντικοί κανόνες για την µεγιστοποίηση της ηλεκτρικής παραγωγής από φωτοβολταϊκάπλαίσια: Απαιτείται επαρκής, ελεύθερος και ασκίαστος χώρος. Όπως αναφέρεται και παραπάνω απαιτούνται περίπου 10 m2 µέτρα για κάθε kw αν χρησιµοποιηθούν τα συνηθισµένα κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά 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 Ο χώρος πρέπει να είναι 100% ασκίαστος καθ όλη τη διάρκεια της ηµέρας Τα φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν την µέγιστη απόδοση όταν έχουν νότιο προσανατολισµό. ΑποκλίσειςαπότοΝότοέωςκαι 45 ο είναιεπιτρεπτές, µειώνουν όµως την απόδοση Επίσης απαιτείται σωστή κλίση του φωτοβολταϊκού σε σχέση µε το οριζόντιο επίπεδο. Σκοπός είναι να επιλέγεται µια κλίση που να δίνει τα καλύτερα αποτελέσµατα καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Για τον Ελλαδικό χώρο η βέλτιστη κλίσηείναιπερίπου ο 33

34 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν την µέγιστη απόδοση όταν έχουν νότιο προσανατολισµό. ΑποκλίσειςαπότοΝότοέωςκαι 45 ο είναιεπιτρεπτές, µειώνουν όµως την απόδοση Προσανατολισµός Κλίση ως προς το οριζόντιο επίπεδο 0 ο 30 ο 90 ο Ανατολικός - υτικός 90% 85% 50% Νοτιανατολικός - Νοτιοδυτικός 90% 95% 60% Νότιος 90% 100% 60% Βορειοανατολικός-Βορειοδυτικός 90% 67% 30% Βόρειος 90% 60% 20% 34

35 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όσον αφορά την τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πλαισίων σε οροφές κτιρίων και στέγες πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή και στα παρακάτω στοιχεία: Πρέπει να ελέγχεται η θέση και ο χώρος τοποθέτησης φωτοβολταϊκών καθώς και η στατική επάρκεια της όλης κατασκευής Ένα πλήρες (µαζί µε τις βάσεις) φωτοβολταϊκό σύστηµα ζυγίζει περίπου κιλά ανά τετραγωνικό µέτρο Πρέπει να προσδιορίζονται από την αρχή όλες οι εργασίες που προηγούνται αλλά και έπονται της τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων όπως για παράδειγµα υγροµονώσεις κλπ Πρέπει να αξιολογείται ο τρόπος στήριξης των panels 35

36 ΑΠΟ ΟΣΗ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όσον αφορά την τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πλαισίων σε οροφές κτιρίων και στέγες πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή και στα παρακάτω στοιχεία: Πρέπει να αξιολογείται η όδευση και προστασία του κεντρικού καλωδίου µεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύµατος από την οροφή στο ισόγειο ή το υπόγειοτουκτιρίουκαθώςκαιησύνδεσηµετοδίκτυοτης ΕΗκαιη πιστοποίηση των εγκαταστάσεων Σε περίπτωση τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών στοιχείων σε στέγες, θα πρέπει αυτή να γίνεται εντός του όγκου της στέγης, ακολουθώντας την κλίση τους. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που τοποθετούνται στο δώµα κτιρίου θα πρέπει να οριοθετούνται περιµετρικά µε στηθαίο συµπαγές µέγιστου ύψους 1,20m τόσο για αισθητικούς λόγους όσο και για την προστασία της εγκατάστασης. Επίσης η απόσταση από το στηθαίο του δώµατος θα πρέπει να είναι 0,5m για λόγους ασφαλείας 36

37 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα Φ/Β συστήµατα γενικά προκαλούν ελάχιστα περιβαλλοντικά προβλήµατα Η παραγόµενη ενέργεια από τα Φ/Β είναι «πράσινη», καύσιµο είναι η ηλιακή ενέργεια και δεν υπάρχουν κινούµενα µέρη. Τα Φ/Β είναι αθόρυβα και δεν ρυπαίνουν Κάθε κιλοβατώρα που παράγεται από φωτοβολταϊκά, και άρα όχι από συµβατικά καύσιµα, συνεπάγεται την αποφυγή έκλυσης 1,1 κιλών διοξειδίου του άνθρακα στην ατµόσφαιρα Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό σύστηµα του ενός κιλοβάτ αποτρέπει κάθε χρόνο την έκλυση 1,3-1,4 τόνων διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέµµατα δάσους. Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα χαρακτηρίζονται από ένα πολύ σηµαντικό πλεονέκτηµα, ότι δεν παράγουν CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) 37

38 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Την ίδια στιγµή, η µέση παραγωγή CO2 από συµβατικές µορφές ενέργειας στην Ευρώπη είναι περίπου 900 γραµµάρια CO2/kWh Επιπλέον, συνεπάγεται λιγότερες εκποµπές άλλων επικίνδυνων ρύπων (όπως τα αιωρούµενα µικροσωµατίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις τουθείου, κ.λ.π) Το βασικότερο υλικό για τα πιο συνήθη πλαίσια (πυρίτιο) είναι εντελώς αβλαβές και διατίθεται σε αφθονία στη φύση. Πάντως υφίστανται κάποιοι πιθανοί κίνδυνοι οι οποίοι σχετίζονται µε την παραγωγή ορισµένων τεχνολογιών Φ/Β. Κατά την παραγωγή κάποιων τύπων πλαισίων επικίνδυνες ουσίες (εκρηκτικές, τοξικές κ.ο.κ.) όπως για παράδειγµα το σιλάνιο Πάντως, υφίστανται δοκιµασµένες µέθοδοι που διέπουν τη διαχείριση τέτοιων ουσιών, οι οποίες σαφώς και υιοθετούνται καθ όλη τη διαδικασία παραγωγής και τελικά δεν αφορούν την εγκατάσταση και λειτουργία του ίδιου του φωτοβολταϊκού πλαισίου 38

39 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Μια κριτική, η οποία είχε υιοθετηθεί ευρέως σχετικά µε τα πρώτα Φ/Β συστήµατα ήταν ότι κατανάλωναν περισσότερη ενέργεια κατά την παραγωγή τους από όση παρήγαγαν κατά τη διάρκεια ζωής τους Με τις σύγχρονες µεθόδους παραγωγής και τις βελτιωµένες αποδοτικότητεςλειτουργίας, αυτόςοισχυρισµόςπλέονδενευσταθεί. Στοιχεία από πρόσφατες µελέτες δείχνουν ότι ο χρόνος που απαιτείται για να αποσβεστεί η ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή ενός Φ/Β από την λειτουργία του είναι 1 3 έτη. Η ακριβής ενεργειακή απολαβή εξαρτάται προφανώς από το είδος του Φ/Β, τη διαθέσιµη ηλιακή ενέργεια και το βαθµό στον οποίο το σύστηµα είναι λειτουργικό. Τα υψηλά επίπεδα ηλιακής ακτινοβολίας και ένας υψηλός συντελεστής αξιοποίησης αποφέρουν πιο γρήγορες ενεργειακές απολαβές απ ότι εάν υπάρχει λιγότερο ηλιακό φως και λιγότερη χρήση Η χρήση φωτοβολταϊκών συνεπάγεται επίσης λιγότερες εκποµπές άλλων επικίνδυνων ατµοσφαιρικών ρύπων (όπως τα αιωρούµενα µικροσωµατίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις του θείου, κλπ) 39

40 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Όλα τα υλικά που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή των φωτοβολταϊκών πλαισίων είναι ανακυκλώσιµα στο τέλος της διάρκειας ζωής τους, η οποία εκτιµάται στα 25 χρόνια περίπου Η τοπική και αποκεντρωµένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (όπως ισχύει µε τα φωτοβολταϊκά συστήµατα) δεν δοκιµάζεται από δαπανηρές ενεργειακές απώλειες που αντιµετωπίζει το ηλεκτρικό δίκτυο (απώλειες, οιοποίεςστηνελλάδαανέρχονταισε 10,6% κατά µέσο όρο) Η µέγιστη παραγωγή ηλιακού ηλεκτρισµού συµπίπτει χρονικά µε τις ηµερήσιες αιχµές της ζήτησης (ιδίως τους καλοκαιρινούς µήνες), βοηθώντας έτσι στην εξοµάλυνση των αιχµών φορτίου Από αισθητικής απόψεως, γενικά οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις είναιχαµηλούύψουςκαιδενπροκαλούνκάποιαιδιαίτερηόχληση. Βέβαια, κυρίως οι µεγάλες εγκαταστάσεις, είναι δυνατό να αλλοιώσουν τον χαρακτήρα του τοπίου στο οποίο εγκαθίστανται 40

41 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Ο Ν. 3468/2006 που αφορά την ηλεκτροπαραγωγή από ΑΠΕ και τη Συµπαραγωγή Ηλεκτρισµού και Θερµότητας Υψηλής Απόδοσης (µε τις όποιες τροποποιήσεις µέχρι σήµερα) καθορίζει αφενός τις διαδικασίες αδειοδότησης σχετικών εγκαταστάσεων και αφετέρου τις τιµές πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ και ΣΗΘΥΑ Ο συγκεκριµένος νόµος είχε στόχο να δώσει ώθηση στην ανάπτυξη των ΑΠΕ στη χώρα µας απλοποιώντας αφενός τις διαδικασίες λήψης αδειών εγκατάστασης, παραγωγής ηλεκτρισµού και λειτουργίας που απαιτούνται για σταθµούς παραγωγής ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας από ΑΠΕ και επιδοτώντας σηµαντικά την τιµή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από συγκεκριµένες τεχνολογίες ΑΠΕ, µε ιδιαίτερα υψηλή τιµή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από Φ/Β 41

42 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Με την υπουργική απόφαση (Αριθµ. 6/Φ1/οικ.15450) καθορίστηκε η κατανοµή των φωτοβολταϊκών σταθµών στην επικράτεια (πλην µη διασυνδεδεµένων νησιών) ανάλογα και µε το µέγεθος της κάθε εγκατάστασης, σύµφωνα µε τους παρακάτω πίνακες: 42

43 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Με την υπουργική απόφαση (Αριθµ. 6/Φ1/οικ.15450) καθορίστηκε η κατανοµή των φωτοβολταϊκών σταθµών στην επικράτεια (πλην µη διασυνδεδεµένων νησιών) ανάλογα και µε το µέγεθος της κάθε εγκατάστασης, σύµφωνα µε τους παρακάτω πίνακες: 43

44 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΙΤΗΣΕΙΣ ΧΟΡΗΓΗΣΗΣ Α ΕΙΑΣ ΣΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΜΗ ΝΗΣΙΩΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΑΙΤΗΣΕΙΣ ΙΣΧΥΣ (ΜW) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΠΡΟΣ Α ΕΙΟ ΟΤΗΣΗ ΩΣΤΟ 2010 >2 ΜW , (Αρκαδία) >150 kw <2MW kw ,5 >20 kw ΣΥΝΟΛΟ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ ΡΑΕ 44

45 ΑΙΤΗΣΕΙΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΚΕΜΒΡΙΟΥ

46 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Το 2010 εγκαταστάθηκαν στην Ελλάδα µόλις 100 MW Φ/Β Το σύνολο της εγκατεστηµένης δυναµικότητας Φ/Β στην Ελλάδα µέχρι το τέλος του 2010 δεν ξεπερνάει τα 153 MW 46

47 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ EPIA (European PV Industry Association) 47

48 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σύνολο εγκατεστηµένης δυναµικότητας στον κόσµο είναι 22,9 GW ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ EPIA (European PV Industry Association) 48

49 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σύνολο εγκατεστηµένης δυναµικότητας στον κόσµο: 22,9 GW ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ EPIA (European PV Industry Association) 49

50 ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Φ/Β ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ EPIA (European PV Industry Association) 50