Εξοικονόμηση ενέργειας και χρήση συστημάτων ηλιακής ενέργειας στα κτίρια. Εμμανουήλ Σουλιώτης

Εξοικονόμηση ενέργειας και χρήση συστημάτων ηλιακής ενέργειας στα κτίρια Εμμανουήλ Σουλιώτης

Πρόβλεψη για τις ΑΠΕ μέχρι το 2100 ΗΛΙΟΣ ΑΝΕΜΟΣ ΒΙΟΜΑΖΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΝΕΡΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Οι προβλέψεις δείχνουν τον σημαντικό ρόλο των ΑΠΕ στο παγκόσμιο ενεργειακό ισοζύγιο στα επόμενα χρόνια του 21 ου αιώνα

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ-ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ Ε.Ε. Για την αντιμετώπιση του ενεργειακού-περιβαλλοντικού προβλήματος η Ε.Ε. έχει θέσει τους παρακάτω στόχους για το 2020: 20% της συνολικής ενέργειας να είναι από Α.Π.Ε. μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας κατά 20% μείωση εκπομπών CO2 κατά 20% ως προς το 1990 χρήση βιοκαυσίμων κατά 10% στις μεταφορές

Σημερινή κατάσταση ηλεκτρισμού από ΑΠΕ στην Ελλάδα Η εγκατεστημένη ισχύς των ΑΠΕ είναι σήμερα στην Ελλάδα 1350 MW: (η αιχμή είναι: 12.000 MW) Αιολικά 1100 MW Μικρά Υ/Η 150 MW (Μεγάλα Υ/Η..3020 MW) Βιομάζα..50 MW Φωτοβολταϊκά..50 MW Θερμικοί συλλέκτες 2500 MWth (3.5 εκατ m 2 )

Ενέργεια και κτίριο

Ο κτιριακός τομέας είναι ο πιο ενεργοβόρος τομέας, με ποσοστό 40%, μετά από την παραγωγή βιομηχανικών και αγροτικών προϊόντων (30%) και τις μεταφορές (30%). Η ενέργεια που τελικά αποδίδεται στην χρήση είναι γενικά το 20%-30% της συνολικής καταναλισκόμενης ενέργειας, με την υπόλοιπη να είναι ενεργειακές απώλειες, που ως θερμότητα διαχέεται στο περιβάλλον. Στον κτιριακό τομέα έχει αρχίσει σε πολλές χώρες μια προσπάθεια εξοικονόμησης ενέργειας με σκοπό τον περιορισμό της χρήσης υδρογονανθράκων και της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα.

Κατανομή της ενεργειακής ζήτησης στα κτίρια στη διάρκεια του έτους Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που μπορούν να καλύψουν τις ενεργειακές ανάγκες των κτιρίων: Ηλιακή Ενέργεια (θερμικοί συλλέκτες, φωτοβολταϊκά), Αιολική ενέργεια (μικρές Α/Γ) Βιομάζα Γεωθερμία

Βιοκλιματική αρχιτεκτονική Η συμβολή της ηλιακής ενέργειας (θερμικά, φωτοβολταϊκά) γίνεται ουσιαστική όταν το κτίριο έχει ταυτόχρονα πολύ καλή ενεργειακή συμπεριφορά. Τα κτίρια πρέπει να διαθέτουν την κατάλληλη θερμική μόνωση και να σχεδιάζονται με βάση τη βιοκλιματική αρχιτεκτονική.

Βιοκλιματική αρχιτεκτονική Με αρκετή καθυστέρηση πρόκειται να εφαρμοστεί και στη χώρα μας ο κανονισμός της Ε.Ε. για την ενεργειακή πιστοποίηση των κτιρίων, που αναμένεται να βελτιώσει την ενεργειακή συμπεριφορά τους.

ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα ηλιακά θερμικά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε θερμότητα (από 30%-70%), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί απ ευθείας (ζεστό νερό, ζεστός αέρας, κλπ) ή να αξιοποιηθεί ενεργειακά μέσω άλλης μετατροπής (ψύξη, αφαλάτωση, παραγωγή έργου και ηλεκτρισμού)

Εγκατάσταση ηλιακών θερμικών συστημάτων στα κτίρια, με φυσική ροή (αριστερά) και βεβιασμένη ροή (δεξιά)

Σημερινή κατάσταση: Ηλιακά Θερμικά στην Ελλάδα 3.500.000 m2 ηλιακών συλλεκτών Η Ελλάδα πριν λίγα χρόνια είχε τα πρωτεία στην Ευρώπη στον τομέα των θερμικών ηλιακών συλλεκτών, επειδή είχε εφαρμόσει πρόγραμμα φορολογικών κινήτρων, που οδήγησε σε μεγάλο αριθμό πωλήσεων ηλιακών θερμοσιφώνων.

Ηλιακά Θερμικά στην Ελλάδα

Ηλιακά Θερμικά στην Ελλάδα

Τα φωτοβολταϊκά είναι οι συσκευές που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία απ ευθείας σε ηλεκτρισμό (από 5%-15%) και μπορούν να συμβάλουν στην κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών των κτιρίων ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ

Χρωματιστά φωτοβολταϊκά ΜΟΡ ΦΗ ιδιότητες των υλικών κατασκευής

Εύκαμπτα φωτοβολταϊκά Οργανικό / πολυμερές

Ημιδιαπερατά φωτοβολταϊκά

Φωτοβολταϊκά Στην Ελλάδα, η σημερινή εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών είναι ~ 50 MW αλλά στα κτίρια είναι ακόμη πολύ μικρή (~3 MW).

Φωτοβολταϊκά Χαρακτηριστική περίπτωση ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών στην πρόσοψη κτιρίου

Χαρακτηριστική περίπτωση ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών στην πρόσοψη κτιρίου

Χαρακτηριστική περίπτωση ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών στην οροφή κτιρίου

ΦΒ σε στέγαστρα στάθμευσης αυτοκινήτων

Εφαρμογή ΦΒ σε βιομηχανικά κτίρια

Φωτοβολταϊκά και θερμικοί συλλέκτες στην Ευρώπη ΕΤΟΣ PHOTOVOLTAICS THERMAL COLLECTORS 2010 (Ελλάδα) 5 GW (0.05 GW, 1%) 20 GWth (2.5 GWth,12%) 2020 41 GW ~320 GWth 2030 00 GW >400 GWth

Παρατηρήσεις για την ηλιακή ενέργεια στην Ελλάδα Οι θερμικοί συλλέκτες στην Ελλάδα ουσιαστικά αντικαθιστούν ηλεκτρική ενέργεια καθώς το 65% των ελληνικών σπιτιών χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό για την θέρμανση του νερού. Η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνουν ετησίως οι οικιακοί ηλεκτρικοί θερμοσίφωνες νερού αντιστοιχούν σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού συνολικής ισχύος 2.500 MW! Σήμερα η εγκατεστημένη ισχύς των ΑΠΕ στην Ελλάδα είναι 1350 MW (όπου 1100 MW είναι από ανεμογεννήτριες). ΑΡΑ, ΑΚΟΜΗ ΚΑΙ ΑΝ ΤΟΠΟΘΕΤΗΘΟΥΝ ΆΛΛΕΣ ΤΟΣΕΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΚΑΙ ΑΡΚΕΤΑ ΑΚΟΜΗ MW ΦΒ,ΤΟ ΡΕΥΜΑ ΠΟΥ ΘΑ ΠΑΡΑΓΟΥΝ ΘΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΝΕΡΟΥ ΣΤΑ ΣΠΙΤΙΑ ΜΑΣ!!!

Μερικές ακόμη παρατηρήσεις Το υψηλό κόστος των φβ απαιτεί σήμερα οικονομική επιδότηση για την εφαρμογή τους. Η πολιτεία θέσπισε τελευταία κάποιες ευνοϊκές ρυθμίσεις και για τις οικιακές εφαρμογές δίνοντας 55 λεπτά στην kwh. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να υπάρχει και εγκατεστημένο σύστημα ηλιακού θερμικού συλλέκτη. Το φυσικό αέριο, παρά την θετική συμβολή του από τη μειωμένη εκπομπή ρύπων, πριμοδοτείται ακόμη και για τη θέρμανση του νερού οικιακής χρήσης, και ουσιαστικά αντιπαρατίθεται της ηλιακής ενέργειας, παρά το ότι εκλύει στο περιβάλλον CO2.

Ερώτημα: Υπάρχει δυνατότητα πλήρους κάλυψης των ηλεκτρικών αναγκών στη χώρα μας; Απάντηση: ΝΑΙ (αν και όχι άμεσα πιθανό)! Πως; αν ΣΕ ΚΑΘΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ τοποθετηθούν 100 m2 φβ τότε η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια θα είναι: 5 εκ οικίες Χ 100 m2 Χ 120 kwh/m2 =60.000 GWh ---ΔΗΛΑΔΗ ΟΣΗ Η ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΤΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ!!!

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΣΤΟΝ ΟΙΚΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ ΤΟ 2005 (GWh) Αττική..6940 Μακεδονία.3310 Πελοπόννησος 1610 Θεσσαλία..950 Αιγαίο..850 Κρήτη....820 Στερεά...800 Θράκη...590 Ήπειρος. 450 Ιόνιο...300 Κατανομή κατοικιών ανά περιφέρεια ΣΥΝΟΛΟ...16980

Μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση Ας θεωρήσουμε πως κάθε κατοικία διαθέτει (στην οροφή, στέγη ή/και πρόσοψη) κατ ελάχιστο 20 m2 για εγκατάσταση φβ ισχύος 2 kw (κόστος 8.000 ). Αν αυτό γίνει στις περισσότερες κατοικίες στη χώρα μας (σε 4.000.000 από τις 6.000.000 κατοικίες) τότε θα έχουμε μια εγκατάσταση περί τα 8.000 MW, που θα παρέχουν ετησίως γύρω στις 10.000 GWh. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί στο 60% της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας για όλες τις κατοικίες της Ελλάδας και στο 20% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας μας.

ΕΡΩΤΗΜΑ: Πόσα m2 ηλιακοί θερμικοί συλλέκτες και πόσα kw (ή m2) φωτοβολταϊκά πρέπει να εγκατασταθούν σε μια κατοικία για να καλύπτουν όλες τις ανάγκες της σε θερμότητα και ηλεκτρισμό;

ΜΕΓΕΘΟΣ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΓΙΑ ΜΙΑ ΤΥΠΙΚΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑ Ας πάρουμε μια τυπική περίπτωση ενεργειακής κατανάλωσης σε μια κατοικία: 200 kwh/m 2 το έτος, τότε για ένα κτίριο 200 m 2 η ενέργεια είναι 40.000 kwh/y και μπορεί να καλυφθεί ικανοποιητικά* με την εγκατάσταση 60 m2 θερμικών ηλιακών συλλεκτών (κόστος: ~20.000 ). Για τον ηλεκτρισμό, οι ανάγκες μιας συνήθης κατοικίας είναι 6.000 kwh/y και μπορούν να καλυφθούν με 5 kw (~ 50 m2) φωτοβολταϊκών (κόστος: ~20.000 ). *Επειδή δεν υπάρχει συνήθως ταύτιση της παραγωγής θερμότητας από τις ηλιακές συσκευές με τις ανάγκες χρειάζεται ειδική αποθηκευτική διάταξη. Βιομάζα και Γεωθερμία: είναι υποσχόμενες τεχνολογίες με προοπτικές για ευρεία χρήση

Είναι όμως πάντα εφικτό να υπάρχουν διαθέσιμα ~100 m2 στην οροφή, στη στέγη ή στην πρόσοψη των κατοικιών; Τι θα γίνει με τις πολυκατοικίες;

Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα, που παρέχουν ταυτόχρονα ηλεκτρισμό και θερμότητα. PVT/WATER PVT/AIR

PVT/WATER

PVT/AIR

Κάποιες επισημάνσεις για την αποδοτική εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας στα κτίρια Η εγκατάσταση των ηλιακών θερμικών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών προϋποθέτει την εξασφάλιση συνθηκών εξοικονόμησης ενέργειας στο κτίριο: βέλτιστη θερμομόνωση αποδοτικός ηλιασμός και φυσικός δροσισμός αποδοτική λειτουργία όλων των ενεργειακών συσκευών περιορισμός άσκοπων ενεργειακών καταναλώσεων χρήση αισθητήρων εξοικονόμησης ενέργειας χρήση λαμπτήρων μικρής κατανάλωσης χρήση νέων τύπων εξωτερικών επιχρισμάτων (cool paints)

Κανόνες βέλτιστης εγκατάστασης ηλιακών θερμικών συλλεκτών και φωτοβολταϊκών στο κτίριο: Ύπαρξη διαθέσιμης επιφάνειας στο κτίριο με κατάλληλο προσανατολισμό και χωρίς σκίαση όλο το έτος (οριζόντια οροφή ή στέγη με νότιο προσανατολισμό μικρές αποκλίσεις δεν έχουν μεγάλη επίπτωση στην απόδοση) Σε περίπτωση που η στέγη έχει διαφορετική κλίση (ή/και διαφορετικό προσανατολισμό) από τις βέλτιστες θέσεις, είναι προτιμότερη η παράλληλη τοποθέτηση στην στέγη λίγο μεγαλύτερης συλλεκτικής επιφάνειας ηλιακών συσκευών από την προσθήκη αντιαισθητικών βάσεων για προσαρμογή της κλίσης (ή του προσανατολισμού). Προσοχή στην εγκατάσταση των ηλιακών συσκευών για αποφυγή λειτουργικών προβλημάτων (διαρροές υγρών στους θερμικούς συλλέκτες, ενδεχόμενο βραχυκύκλωμα στα φβ).

Πως αντιμετωπίζουν το θέμα της εγκατάστασης φωτοβολταϊκών και θερμικών ηλιακών συλλεκτών στο εξωτερικό;

Συγκεντρωτικό σύστημα PVT collector

Συγκεντρωτικό σύστημα PV collector

Και κάτι ακόμη σε σχέση με τα κτίρια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτός από την ηλιακή ενέργεια και η αιολική ενέργεια;

Και κάτι ακόμη σε σχέση με τα κτίρια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτός από την ηλιακή ενέργεια και η αιολική ενέργεια; Ναι! Για τα κτίρια, οι ανεμογεννήτριες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι κυρίως οι Α/Γ μικρής έως μέσης ισχύος, δηλαδή από 200 W 20 kw)

Αιολικά στα κτίρια Η αιολική ενέργεια, με τις μικρής ισχύος ανεμογεννήτριες, μπορεί να συμβάλει στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών στα σπίτια και σε άλλα κτίρια. Δεν έχει γίνει όμως μέχρι τώρα κάποια αξιοσημείωτη ευρεία εφαρμογή της αιολικής ενέργειας στα κτίρια.

Η εφαρμογή των μικρών Α/Γ έχει ενδιαφέρον όταν οι αιολικές μηχανές έχουν ιδιαίτερη αισθητική και ρόλο στον χώρο

Η εφαρμογή των μικρών Α/Γ έχει ενδιαφέρον όταν οι αιολικές μηχανές έχουν ιδιαίτερη αισθητική και ρόλο στον χώρο

η ένταξή τους μπορεί να γίνει λειτουργικό τμήμα του κτιρίου διπλός πύργος στο Μπαχρέϊν

Σχεδιάσεις κτιρίων με αισθητική ενσωμάτωση των αναπτυχθέντων ηλιακών συσκευών στο τμήμα φυσικής του Π.Π.

Διάχυτοι ανακλαστήρες με συλλέκτες PV/T

Συλλέκτες CPC PV/T με ενισχυτικά κάτοπτρα

Χρωματιστοί συλλέκτες ICS και επίπεδοι στα μπαλκόνια

Χρωματιστοί συλλέκτες και συσκευές PV/T στην πρόσοψη των κτιρίων

εφαρμογή φβ και φβ/θ σε κτίρια των Κυκλάδων

Επίπεδοι ενισχυτικοί ανακλαστήρες για την αύξηση της ενεργειακής απολαβής των φωτοβολταϊκών

Απορροφητές επί της εστίας για την μείωση του φωτισμού και της θερμοκρασίας του εσωτερικού χώρου Φακοί Fresnel για τον ηλιακό έλεγχο των κτιρίων

Φακοί Fresnel για τον ηλιακό έλεγχο των κτιρίων

Ενσωμάτωση ακίνητων κατόπτρων CPC σε μπαλκόνια κτιρίων με κινούμενο απορροφητή

Ενσωμάτωση κατόπτρων CPC σε κτίρια

Ενσωμάτωση ηλιακών συλλεκτών PV/T και μικρών ανεμογεννητριών σε κυκλαδίτικο κτίριο

Αισθητική και Ηλιακά συστήματα

Το χρωματικό ενδιαφέρον των διαπερατών φωτοβολταϊκών Εφαρμογή χρωματιστών ημιδιαπερατών φωτοβολταϊκών της εταιρίας SCHOTT, έργο του Ισπανού αρχιτέκτονα Torsten Masseck στην Βαρκελώνη

Η ομορφιά των καμπύλων φωτοβολταϊκών G8 Showcase Birmingham, Αγγλία

Η απλότητα του φωτισμού με ηλιακή ενέργεια

Η αρχιτεκτονική της ηλιακής πέργκολας

και κάποια άλλα ενδιαφέροντα αισθητικά στοιχεία όπως. Το ηλιακό συντριβάνι

Το ηλιακό ιστίο

ο ηλιακός κύβος

Τα ηλιακά «λουλούδια»

Τα ηλιακά «δένδρα»

αλλά και ο ηλιακός «εγκέφαλος»

Συνοψίζοντας

Η ηλιακή ενέργεια, αλλά και άλλες τεχνολογίες ΑΠΕ (όπως η αιολική, η βιομάζα και η γεωθερμία) πρόκειται να παίξουν ένα σημαντικό ρόλο στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων, επειδή είναι αναγκαίες και περιβαλλοντικά αποδεκτές.

Η ηλιακή ενέργεια, αλλά και άλλες τεχνολογίες ΑΠΕ (όπως η αιολική, η βιομάζα και η γεωθερμία) πρόκειται να παίξουν ένα σημαντικό ρόλο στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων, επειδή είναι αναγκαίες και περιβαλλοντικά αποδεκτές. Όμως, πρωταρχικής σημασίας είναι η κατασκευή (ή και η προσαρμογή) του κτιρίου, όπως επίσης και η λειτουργία του, με συνθήκες εξοικονόμησης ενέργειας, για την αποτελεσματική αξιοποίηση των θερμικών συλλεκτών, των φωτοβολταϊκών και των άλλων πιθανά χρησιμοποιούμενων ΑΠΕ.

Σας ευχαριστώ