ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ

ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος Αν. Καθηγητής Παν/μίου Πατρών Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής Παν/μίου Πατρών

Παγκόσμια εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών Θερμικοί συλλέκτες 217 εκ m 2 151.7 GWth 108.500 GWhth (το 0.07% της παγκόσμιας ενέργειας) 2020 >1 δις m 2 >1400 GWth >500.000 GWhth Ηλιακά θερμικά Φωτοβολταϊκά Ανεμογεννήτριες 2010 152 GWth 37 GW 160 GW

Εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών στην Ευρώπη Θερμικοί συλλέκτες 40.7 εκ m 2 28.5 GWth 20.000 GWhth 2020 400 εκατ. m 2 280 GWth 200.000 GWhth

Εγκατεστημένη ισχύς ηλιακών θερμικών συλλεκτών ανά κάτοικο

Φωτοβολταϊκά Ελλάδα: 400 MW, Ευρώπη: 30.000 MW, παγκόσμια 40.000 MW Συνολική εγκατεστημένη ισχύς φωτοβολταϊκών

Παγκόσμια εγκατάσταση φωτοβολταϊκών το 2010

Θερμικά ηλιακά συστήματα στην Ελλάδα Πριν από 15 χρόνια η Ελλάδα ήταν πρώτη χώρα στην Ευρώπη στην ΠΑΡΑΓΩΓΗ-ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΞΑΓΩΓΗ θερμικών ηλιακών συλλεκτών. Σήμερα έχει την τρίτη θέση μετά την Γερμανία και την Αυστρία. Πρώτη χώρα παγκοσμίως σε εγκατάσταση ΘΗΣ/κάτοικο είναι η Κύπρος με 0.85 m 2 /κάτοικο Πρώτη περιοχή στον κόσμο είναι η Upper Austria με 0.70 m 2 /κάτοικο και έχει στόχο τα 2.2 m 2 /κάτοικο για το 2030 Στα φωτοβολταϊκά η Ελλάδα είναι σε χαμηλή θέση στην Ευρώπη, με τα 400 MW εγκατεστημένης ισχύος

Θερμικά ηλιακά συστήματα στην Ελλάδα Κάθε m 2 θερμικού ηλιακού συλλέκτη ισοδυναμεί ανά έτος με: εξοικονόμηση περίπου 50 λίτρων πετρελαίου αποφυγή εκπομπής 500 κιλών CO 2 από την καύση τους φωτοσυνθετική λειτουργία 40 δέντρων για απορρόφηση CO 2 και επιπλέον, αυξάνει την απασχόληση, παρέχοντας προστιθέμενη αξία στη χώρα μας πάνω από το 70% της οικονομικής αξίας του.

Χτίζοντας το Μέλλον Το ΥΠΕΚΑ προγραμματίζει για το 2011-2020 την λειτουργία του Προγράμματος: «Χτίζοντας το Μέλλον», με την τεχνική και επιστημονική υποστήριξη του ΚΑΠΕ. Το πρόγραμμα ΧτΜ για το 2011 12 περιλαμβάνει δράσεις ενσωμάτωσης προηγμένης και ώριμης τεχνολογίας, με βάση εθελοντικές συμφωνίες ανάμεσα στο κράτος, την κατασκευαστική βιομηχανία και το εμπόριο, για την επίτευξη σημαντικής μείωσης του κόστους των παρεμβάσεων και για την επίτευξη των εθνικών στόχων για εξοικονόμηση ενέργειας κατά 20% μέχρι το 2020, με την δημιουργία κτηρίων «χαμηλής ενέργειας»

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (1) Το 95% των θερμικών ηλιακών συλλεκτών στην Ελλάδα είναι θερμοσιφωνικού τύπου με επίπεδους συλλέκτες. Όμως, οι συσκευές αυτές δεν μπορούν να ανταποκριθούν πλέον ενεργειακά, λειτουργικά, οικονομικά και αισθητικά. Με το ΚΕΝΑΚ, γίνεται αναγκαίο σε κάθε νέο κτήριο το ΖΝΧ να καλύπτεται κατά τουλάχιστον 60% με ηλιακή ενέργεια ####

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (2) Τα τελευταία 15 χρόνια, σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες εφαρμόστηκαν τα Κεντρικά Θερμικά Ηλιακά Συστήματα (ΚΘΗΣ) Τα συστήματα αυτά είναι συνήθως των 4-6 m2 και 200-300 λίτρων δοχείο αποθήκευσης για ΖΝΧ και των μονάδων των 10-20 m2 και 500-1000 λίτρα δοχείο αποθήκευσης για ΖΝΧ και υποβοήθηση θέρμανσης χώρων

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (3) Στα ΚΘΗΣ η θέρμανση του νερού της δεξαμενής αποθήκευσης ΖΝΧ, γίνεται με βεβιασμένη κυκλοφορία και παρέχεται η δυνατότητα: επιλογής του χώρου για τοποθέτηση της δεξαμενής θερμού νερού χρήση βοηθητικής θέρμανσης του νερού μέσω σύνδεσης με τον λέβητα πετρελαίου ή φυσικού αερίου αισθητική ένταξη των θερμικών ηλιακών συλλεκτών στην οροφή, ή σε άλλο μέρος της εξωτερικής επιφάνειας του κτηρίου

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (4) Τα ΚΘΗΣ που εντάσσονται στο νέο Πρόγραμμα ΧτΜ, πληρούν αυστηρές προδιαγραφές για την ποιότητά τους με την διεθνή πιστοποίηση Solar Keymark. Με την έκπτωση που θα παρέχεται από τις εταιρείες, επιδιώκεται να γίνει οικονομικά ελκυστική η αγορά τους, ξεπερνώντας κάποια πρόσθετα κόστη λόγω λειτουργικών απαιτήσεων.

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (5) Η εφαρμογή των θερμικών συλλεκτών για ΖΝΧ και μερική θέρμανση χώρων στο 1/3 των κατοικιών (π.χ. 10 m 2 σε 2 εκατ. σπίτια), που ακόμη δεν χρησιμοποιούν ηλιακούς συλλέκτες (χρησιμοποιούν κυρίως ηλεκτρική ενέργεια), θα συμβάλει στη εγκατάσταση περί τα 20 εκατ. m 2 (από τα σημερινά 4 εκ m 2 ) και θα παρέχει εξοικονόμηση ενέργειας 10 TWh. Μια τέτοια προοπτική θα έφερνε τη χώρα μας: στην πρώτη θέση παγκοσμίως σε ηλιακούς συλλέκτες ανά κάτοικο και θα επιτύγχανε 3%-5% εξοικονόμηση στην συνολική ετήσια κατανάλωση ενέργειας και εξοικονόμηση 1 δις ετησίως.

Θερμικά Ηλιακά Συστήματα για ευρεία εφαρμογή τους, οδεύοντας προς το 2020 (6) Αν στις ίδιες ή άλλες κατοικίες, γίνει εγκατάσταση 5 kw φβ, (40-50 m2) θα προκύψει μια πρόσθετη ισχύς 10 GW. Τα φβ αυτά θα κοστίζουν περί τις 15.000 για κάθε σπίτι και θα παρέχουν συνολικά ετησίως ηλεκτρισμό περί τις 15 TWh. Σήμερα, οι εγκατεστημένες μονάδες ΑΠΕ στην Ελλάδα παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια, που είναι περίπου 3.000 GWh/y, η οποία και χρησιμοποιείται για τη θέρμανση νερού στα σπίτια! μας! Και το ηλεκτρικό αυτό ρεύμα επιδοτείται από την Πολιτεία Τα κίνητρα που δίνονται για την αγορά θερμικών ηλιακών συλλεκτών για ΖΝΧ είναι ελάχιστα, ενώ αντίθετα δίνονται κίνητρα για ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ για να χρησιμοποιείται και για τη θέρμανση νερού

Υβριδικά Φωτοβολταϊκά/Θερμικά συστήματα Τα φβ μετατρέπουν το 5%-15% της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρισμό ενώ το 70% σε θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία τους και μειώνει την ηλεκτρική τους απόδοση. Τα υβριδικά φβ/θ συστήματα είναι φβ με θερμική μονάδα και ένα ρευστό χαμηλότερης θερμοκρασίας αυτής του φβ θερμαίνεται ψύχοντάς το. PVT/WATER PVT/AIR

Οι θερμικοί συλλέκτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την θέρμανση και ψύξη χώρων. Για τα κτήρια (κατοικίες, πολυκατοικίες, ξενοδοχεία, βιομηχανίες, κλπ) συνιστάται η χρήση της ηλιακής εγκατάστασης για θέρμανση τον χειμώνα, ψύξη το καλοκαίρι και παραγωγή ζεστού νερού. Τα υβριδικά φβ/θ συστήματα νερού ή αέρα μπορούν να συμβάλουν τόσο στην ενέργεια των κτηρίων όσο και σε άλλες εφαρμογές, κυρίως για τη θέρμανση ρευστών σε χαμηλές θερμοκρασίες (35-50 οc) όπως θέρμανση και αερισμός χώρων και προθέρμανση νερού. Σημαντικό είναι το πρόβλημα από την περιορισμένη εξωτερική διαθέσιμη επιφάνεια των κτηρίων για την εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών και φωτοβολταϊκών, οπότε η χρήση των υβριδικών φβ/θ συλλεκτών είναι μια πρακτική λύση.

Συμβολή του Εργαστηρίου Ηλιακής Ενέργειας Στα 30 χρόνια λειτουργίας του έχουν αναπτυχθεί πολλά νέα συστήματα ηλιακής ενέργειας, τα οποία είναι κατάλληλα για ενσωμάτωση στα κτίρια, με πολύ καλή αισθητική και υψηλή ενεργειακή απολαβή.

Ηλιακοί συλλέκτες με ενισχυτικά κάτοπτρα

Υβριδικά φβ/θ συστήματα με ενισχυτικά κάτοπτρα Οι διάχυτοι ανακλαστήρες επιτυγχάνουν μια ομαλή κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού πλαισίου και αυξάνουν την αποδιδόμενη ηλεκτρική ενέργεια

Χρήση ενισχυτικών ανακλαστήρων σε εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών επί της οροφής κτηρίων

Χρήση διάχυτων ενισχυτικών ανακλαστήρων σε εγκατάσταση φωτοβολταϊκών ή φβ/θ συλλεκτών επί της οροφής κτηρίων

Συνδυασμός φβ/θ συλλεκτών και θερμικών συλλεκτών για προθέρμανση και κύρια θέρμανση αντίστοιχα

Φακοί Fresnel σε συνδυασμό με γραμμικούς φβ, φβ/θ, ή θερμικούς απορροφητές 2 S olar ra diation W / 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 a 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Time (hours) OUT IN(ABS) IN(NET)

Έλεγχος φωτισμού και θερμοκρασίας με τη χρήση φακών Fresnel Απορροφητής εκτός εστίας Απορροφητής στην εστία

Συλλέκτες με μπλε απορροφητή σε Κυκλαδίτικο σπίτι

Υβριδικοί φβ/θ συλλέκτες στην οροφή Κυκλαδίτικου σπιτιού

Booster reflector Σχεδιαστική πρόταση για χρήση επίπεδων ανακλαστήρων σε εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών, φβ ή υβριδικών φβ/θ επί της οροφής κτηρίων και φωτισμό εσωτερικού χώρου

Booster reflector Σχεδιαστική πρόταση για χρήση επίπεδων ανακλαστήρων σε εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών, φβ ή υβριδικών φβ/θ επί της οροφής κτηρίων και φωτισμό εσωτερικού χώρου

CPC συλλέκτες επί οροφής κτηρίων Σχεδιαστική πρόταση για χρήση καμπύλων ανακλαστήρων CPC σε εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών ή υβριδικών φβ/θ διατάξεων επί της οροφής κτηρίων

Booster Diffuse Reflectors Χρήση διάχυτων ανακλαστήρων σε εγκατάσταση φωτοβολταϊκών επί της οροφής κτηρίων

Χρήση φακών Fresnel για έλεγχο του φωτισμού και της θερμοκρασίας εσωτερικών χώρων κτηρίων Απορροφητές εκτός των εστιών για μεγιστοποίηση του φωτισμού

Χρήση φακών Fresnel για έλεγχο του φωτισμού και της θερμοκρασίας εσωτερικών χώρων κτηρίων Απορροφητές επί των εστιών για μείωση του φωτισμού

Πρόταση ενσωμάτωσης κατόπτρων και απορροφητών επί των κτηρίων Η πρόταση των κατόπτρων CPC συνδυάζει την χρήση κατόπτρων στο ένα κτήριο και μετακινούμενο απορροφητή στο απέναντι κτήριο, όπου συγκλίνουν οι ανακλώμενες ηλιακές ακτίνες

Ενσωμάτωση ακίνητων συλλεκτών CPC στα κτήρια

Καμπύλοι γραμμικοί φακοί Fresnel στα μπαλκόνια κτηρίων

Συνοψίζοντας Η Ηλιακή Ενέργεια μπορεί να συμβάλει στην αντιμετώπιση των ενεργειακών αναγκών των κτηρίων (ΖΝΧ, θέρμανση & ψύξη χώρων, ηλεκτρισμός), αντικαθιστώντας συμβατικά καύσιμα και προστατεύοντας το περιβάλλον από την καύση τους Για την βέλτιστη χρήση των θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά και τα αισθητικά κριτήρια της ενσωμάτωσής τους στα κτήρια, σε αρμονία με την αρχιτεκτονική τους. Στα πλαίσια αυτά, νέες σχεδιάσεις ηλιακών συσκευών μπορούν να αποτελέσουν οδηγό για διεύρυνση της χρήσης της ηλιακής ενέργειας στον κτηριακό τομέα.

Σας ευχαριστώ Γιάννης Τρυπαναγνωστόπουλος e-mail: yiantrip@physics.upatras.gr