Τεχνοοικονοµική αποτίµηση του ενεργειακού οφέλους εγκατάστασης ηλιακών συλλεκτών σε ξενοδοχειακή µονάδα δυναµικότητας 500 κλινών

Τεχνοοικονοµική αποτίµηση του ενεργειακού οφέλους εγκατάστασης ηλιακών συλλεκτών σε ξενοδοχειακή µονάδα δυναµικότητας 500 κλινών Κύρια περιοχή έρευνας: Παραγωγή, ιανοµή, ιαχείριση και Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας Μάριος. Βλάχος 1, Ελένη Χ. Κουτρούλη 2 & Παναγιώτης. Βλάχος 3 1. ιδακτορικός Φοιτητής Εργαστήριο Ενσύρµατου Τηλεπικοινωνίας Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήµιο Πατρών Κάτω Καστρίτσι 26500 mvlachos@george.wcl2.ee.upatras.gr Τηλέφωνο: 6947 727249 2. ιδακτορικός Φοιτήτρια Εργαστήριο Βιοχηµικής Μηχανικής & Τεχνολογίας Περιβάλλοντος Τµήµα Χηµικών Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήµιο Πατρών Κάτω Καστρίτσι 26500 ekoutrouli@chemeng.upatras.gr Τηλέφωνο: 6944 771242 3. ιδακτορικός Φοιτητής Εργαστήριο Βιοχηµικής Μηχανικής & Τεχνολογίας Περιβάλλοντος Τµήµα Χηµικών Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήµιο Πατρών Κάτω Καστρίτσι 26500 panagvlachos@chemeng.upatras.gr Τηλέφωνο: 6942 556384 Περίληψη Η τεχνολογική εξέλιξη στο χώρο των ενεργειακών συστηµάτων, σε συνδυασµό µε τις θεσµικές αλλαγές σε ευρωπαϊκό και προσφάτως σε εθνικό επίπεδο, καθώς και µε τη δεδοµένη διάρθρωση του ενεργειακού συστήµατος της Ελλάδας, δηµιουργεί το περιβάλλον δραστηριοποίησης επιχειρηµατικών πρωτοβουλιών στον τοµέα της παραγωγής ενέργειας. Στις ηµέρες µας παρατηρούµε την ολοένα αυξανόµενη χρήση των ήπιων µορφών ενέργειας και ειδικότερα της ηλιακής. Στη

χώρα µας η χρήση των συστηµάτων ηλιακής ενέργειας αποδεικνύεται µια ιδιαίτερα κερδοφόρα λύση, λόγω της µεγάλης ηλιοφάνειας για την οποία διακρίνεται. Τα συστήµατα ηλιακής ενέργειας (ηλιακοί θερµοσίφωνες) έχουν χρόνο απόσβεσης 4-5 χρόνια. Για αυτόν το λόγο η επένδυση σε ηλιακά συστήµατα συµφέρει, ενώ παράλληλα εξασφαλίζει µακροπρόθεσµα οικονοµική λειτουργία προς όφελος των χρηστών αλλά και της Εθνικής Οικονοµίας, η οποία δεν χρειάζεται να σπαταλά συνάλλαγµα για την εισαγωγή συµβατικών καυσίµων. Οι ηλιακές εγκαταστάσεις είναι απλές και ασφαλείς κατασκευές. Η παρούσα εργασία αφορά στην τεχνοοικονοµική µελέτη µιας εγκατάστασης µονάδας παροχής θερµού νερού σε ξενοδοχείο δυναµικότητας 500 ατόµων (µε παροχή 50 L/άτοµο την ηµέρα) στο νησί της Ρόδου. Για την παραγωγή θερµού νερού, επιλέχθηκε ηλιακό σύστηµα κλειστού κυκλώµατος µε εξωτερικό εναλλάκτη και µε επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες σε σειρά, καθώς θεωρείται αρκετά ασφαλές και αξιόπιστο ενώ ταυτόχρονα, µε τη χρήση του µπορεί να παραχθεί µεγάλη ποσότητα θερµού νερού. Η ολικά απαιτούµενη ενέργεια για τη θέρµανση του νερού υπολογίστηκε ως το άθροισµα της ενέργειας που πρέπει να προσφερθεί για την ανύψωση της θερµοκρασίας στο επιθυµητό επίπεδο και των θερµικών απωλειών κατά τη διανοµή του νερού στο δίκτυο διανοµής του. Από το πηλίκο της απαιτούµενης ενέργειας προς την παρεχόµενη θερµική ενέργεια µέσω της ηλιακής ακτινοβολίας για κάθε µήνα του έτους, προσδιορίστηκε η απαιτούµενη συνολική επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών και η µεγαλύτερη τιµή της χρησιµοποιήθηκε για την τεχνοοικονοµική µελέτη. Γενικά για την αξιολόγηση των επενδύσεων χρησιµοποιούνται διάφορες µέθοδοι όπως η µέθοδος της περιόδου επανάκτησης του επενδυµένου κεφαλαίου, η µέθοδος της καθαρής παρούσας αξίας και η µέθοδος του εσωτερικού συντελεστή απόδοσης. Για να ελεγθεί η αποδοτικότητα µιας τέτοιας επένδυσης χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος της καθαρής παρούσας αξίας (ΚΠΑ) και εκτιµήθηκαν µεγέθη όπως το ετήσιο κόστος λειτουργίας συµβατικού συστήµατος και το άθροισµα των ετήσιων απολαβών λόγω εξοικονόµησης ενέργειας από το ηλιακό σύστηµα. Λέξεις κλειδιά: Τεχνοοικονοµική µελέτη, Ηλιακή ενέργεια, Ηλιακοί συλλέκτες, Καθαρή Παρούσα Αξία

Εργασία 1.Επιλογή τοποθεσίας Η επιλογή της τοποθεσίας για την εγκατάσταση της ξενοδοχειακής µονάδας, πραγµατοποιήθηκε µε βάση µετεωρολογικά και γεωγραφικά δεδοµένα. Μετά από µελέτη αυτών επιλέχθηκε το νησί της Ρόδου. Σχήµα 1: Το ελληνικό νησί Ρόδος Τα στοιχεία που χρησιµοποιήθηκαν αφορούν στο µέσο όρο ηλιοφάνειας ανά ηµέρα (σε ώρες) και στις µέσες θερµοκρασίες (σε C) των επικρατέστερων Ελληνικών πόλεων, τα οποία παρουσιάζονται στους ακόλουθους πίνακες. Πίνακας 1: Μέση ηµερήσια ηλιοφάνεια στις κυριότερες Ελληνικές πόλεις Μέσος όρος ηλιοφάνειας ανά ηµέρα (σε ώρες) ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥ ΙΟΥ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΕΚ Αθήνα 4.12' 4.48' 5.54' 7.42' 9.24' 11.12' 11.42' 11.00' 9.12' 6.42' 5.06' 3.54' Ηράκλειο 3.48' 4.18' 5.42' 7.36' 9.42' 11.42' 12.00' 11.12' 9.24' 6.24' 5.00' 3.54' Ρόδος 4.24' 5.12' 6.36' 8.00' 10.00' 11.42' 12.06' 11.30' 10.06' 7.48' 5.54' 4.30' Θεσσαλονίκη 3.06' 3.30' 4.48' 6.48' 8.06' 9.54' 10.30' 9.30' 7.42' 5.18' 3.54' 3.18' Στο µεγαλύτερο τµήµα της χώρα µας, η ηλιοφάνεια διαρκεί περισσότερες από 2700 ώρες το χρόνο. Στη υτική Μακεδονία και την Ήπειρο εµφανίζει τις µικρότερες τιµές, κυµαινόµενη από 2200 ως 2300 ώρες, ενώ στη Ρόδο και τη νότια Κρήτη ξεπερνά τις 3100 ώρες ετησίως. Κατά συνέπεια, στην περίπτωση επιλογής τοποθέτησης επίπεδων ηλιακών συλλεκτών στην ξενοδοχειακή µονάδα, σηµαντικότερο κριτήριο για την επιλογή της τοποθεσίας της εγκατάστασης, αποτελεί

η τιµή της µέσης ηµερήσιας ηλιοφάνειας κατά τη διάρκεια του έτους και εύκολα διαπιστώνεται ότι η Ρόδος υπερτερεί ως προς τις υπόλοιπες πόλεις. Πίνακας 2: Μέση ηµερήσια θερµοκρασία στις κυριότερες Ελληνικές πόλεις Μέσες θερµοκρασίες ( C) ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥ ΙΟΥ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΕΚ Αθήνα 10,3 10,7 12,4 16,0 20,7 25,1 27,9 27,7 24,2 19,4 15,5 12,2 Κέρκυρα 9,7 10,3 12,0 15,0 19,6 23,8 26,4 26,2 22,7 18,4 14,3 11,2 Ηράκλειο 12,1 12,3 13,6 16,6 20,3 24,3 26,1 26,0 23,4 20,0 16,7 13,9 Ρόδος 11,8 12,0 13,6 16,6 20,6 24,7 26,9 27,0 24,6 20,6 16,5 13,4 Σαντορίνη 11,2 11,2 12,6 15,5 19,1 23,3 25,4 24,8 22,5 19,0 15,4 12,7 Θεσσαλονίκη 5,0 6,6 9,7 14,2 19,4 24,2 26,5 25,9 21,7 16,1 11,0 6,8 2. Τεχνικά στοιχεία για την εγκατάσταση των ηλιακών συλλεκτών Για την παροχή θερµού νερού στην ξενοδοχειακή µονάδα, επιλέγεται η χρήση συστήµατος κλειστού κυκλώµατος µε εξωτερικό εναλλάκτη και επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες (Σχήµα 2), καθώς θεωρείται ασφαλέστερο, ενώ ταυτόχρονα µπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή µεγάλων ποσοτήτων θερµού νερού. Επιπρόσθετα, οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες χαρακτηρίζονται από µεγάλη διαθεσιµότητα στην ελληνική αγορά, χαµηλό κατασκευαστικό κόστος και κόστος συντήρησης, έναντι των εναλλακτικών επιλογών των σωλήνων κενού και των συγκεντρωτικών συλλεκτών. Στο εσωτερικό των επίπεδων συλλεκτών κυκλοφορεί αντιπηκτικό διάλυµα και µεταξύ των συλλεκτών και της δεξαµενής του νερού, χρησιµοποιείται εναλλάκτης θερµότητας, που είναι αρκετά πιο οικονοµικός συγκριτικά µε την περίπτωση που το αντιπηκτικό διάλυµα χρησιµοποιείται ως θερµοαποθηκευτικό µέσο. Για την παροχή θερµού νερού, απαιτείται κατανάλωση ενέργειας, αφ ενός για να αυξηθεί η θερµοκρασία του ψυχρού νερού µέχρι την επιθυµητή θερµοκρασία και αφ ετέρου για να καλυφθούν οι απώλειες του δικτύου διανοµής του θερµού νερού. L= L + L [εξ. 1] w p

ιανοµή Ηλιακός Συλλέκτης εξαµενή Βοηθητικό Παροχή Σύστηµα Εναλλάκτης Θερµότητας Κρύου Νερού Σχήµα 2: Τυπικό κλειστό κύκλωµα επίπεδων συλλεκτών µε εξωτερικό εναλλάκτη θερµότητας ακολούθως: Το µέσο µηνιαίο φορτίο για τη θέρµανση του νερού, L w, ορίζεται ως L = N V ρ C ( T T ) [εξ. 2] w w p w m όπου Ν: ο αριθµός των ηµερών ανά µήνα V w : η µέση ηµερήσια κατανάλωση θερµού νερού θερµοκρασίας Τ w (L) ρ: το ειδικό βάρος του νερού (1kg/L) C p : η ειδική θερµότητα του νερού (4190J/Kg στους 45 o C) T w : η επιθυµητή θερµοκρασία θερµού νερού ( o C) Τ m : η θερµοκρασία του ψυχρού νερού ( o C) Η κατώτερη επιθυµητή θερµοκρασία του θερµού νερού, συνήθως λαµβάνεται ίση µε 40 ο C. Όταν όµως το δίκτυο διανοµής ζεστού νερού είναι µεγάλο, όπως συµβαίνει σε ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις, η θερµοκρασία πρέπει να λαµβάνεται µεγαλύτερη για να καλύπτεται η πτώση θερµοκρασίας µέσα στο δίκτυο. Ως εκτούτου, η επιθυµητή θερµοκρασία του θερµού νερού λαµβάνεται ίση µε: T w =45 ο C. Η θερµοκρασία του ψυχρού νερού, εξαρτάται από την προέλευση του νερού. Αν το νερό διανέµεται µέσα σε ένα εκτεταµένο υπόγειο δίκτυο, όπως συµβαίνει στις µεγάλες πόλεις, η θερµοκρασία του ψυχρού νερού είναι περίπου ίση µε τη θερµοκρασία του εδάφους, στο βάθος που εκτείνεται το δίκτυο. Στη συγκεκριµένη περίπτωση όµως, χωρίς ιδιαίτερο σφάλµα, η θερµοκρασία του αέρα, θεωρείται ίση µε τη θερµοκρασία του ψυχρού νερού που χρησιµοποιείται (βλέπε Πίνακα 2). Όταν η απόσταση των υποδοχέων από τη δεξαµενή είναι αρκετά µεγάλη (µεγαλύτερη των 30m), προβλέπεται δίκτυο ανακυκλοφορίας, ώστε να υπάρχει ανά

πάσα στιγµή θερµό νερό διαθέσιµο κοντά σε όλους τους υποδοχείς. Σε ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις, θεωρείται ότι το δίκτυο διανοµής αποτελείται από 8-10m ανά δωµάτιο. Για τη συγκεκριµένη περίπτωση των 500 κλινών, θεωρείται ότι αυτές κατανέµονται σε συνολικό αριθµό 250 δωµατίων µε 8m δίκτυο για το κάθε δωµάτιο και κατά συνέπεια, συνολικό δίκτυο 2000m. Επίσης, για µεγάλα δίκτυα, αναµένονται σηµαντικές θερµικές απώλειες, L p, οι οποίες ορίζονται ως ακολούθως: L = N t U l [εξ. 3] p d d ή ισοδύναµα, L = N t U l [εξ. 4] p όπου Ν: ο αριθµός ηµερών ανά µήνα t: η ηµερήσια διάρκεια χρήσης του δικτύου (s) U d : ο συντελεστής θερµικών απωλειών ονοµαστικής διαµέτρου d (W/m) l d : το µήκος σωλήνων µε ονοµαστική διάµετρο d (m) U : ο µέσος συντελεστής θερµικών απωλειών σωλήνων (W/m) l: το συνολικό µήκος του δικτύου (m) Η µέση ηµερήσια διάρκεια χρήσης του δικτύου εξαρτάται από το είδος του κτιρίου και το πνεύµα οικονοµίας του ιδιοκτήτη. Για τα ξενοδοχεία πολυτελείας είναι 24h ενώ για άλλες περιπτώσεις η διάρκεια της χρήσης κυµαίνεται στις 8-16h ανά ηµέρα. Θεωρείται ότι η ηµερήσια διάρκεια χρήσης του δικτύου είναι t=16h. Ο συντελεστής απωλειών του δικτύου εξαρτάται από τη διατοµή των σωλήνων, το είδος της µόνωσης, και τις θερµοκρασίες. Στον πίνακα 3 που ακολουθεί, παρατίθενται σχετικές τιµές για τις συγκεκριµένες απώλειες, από τη βιβλιογραφία. Θεωρείται ότι το δίκτυο σωληνώσεων είναι κατασκευασµένο από σωλήνα ενιαίας διαµέτρου, 1¼, µονωµένο µε 13mm υαλοβάµβακα σε περιβάλλον 25 ο C (θερµοκρασία σωλήνα 45 ο C). Επιπρόσθετα, θεωρείται ότι η πληρότητα του διαφέρει µε τις περιόδους και ότι η µέση κατανάλωση θερµού νερού είναι 50L/άτοµο. Στον πίνακα 4 που ακολουθεί, φαίνονται αναλυτικά οι υπολογισµοί για το µέσο µηνιαίο ολικό φορτίο θέρµανσης του νερού, L, και οι επιµέρους ενεργειακές απαιτήσεις για τη θέρµανσή του, L w και την κάλυψη των απωλειών διανοµής του, L p, για κάθε µήνα του έτους.

Πίνακας 3: Θερµικές απώλειες σε δίκτυα σωλωνώσεων διανοµής θερµού νερού (W/m o C) Σωλήνες µε µόνωση ιάµετρος σωλήνα Σωλήνες χωρίς µόνωση (λ=0,035w/m o C, πάχος µόνωσης 13mm) ½ 0,66 0,37 ¾ 0,81 0,42 1 0,98 0,49 1 ¼ 1,20 0,57 1 ½ 1,34 0,62 2 1,62 0,73 2 ½ 1,99 0,87 3 2,28 0,98 4 2,84 1,21 Πίνακας 4 : Υπολογισµός απαιτούµενης ενέργειας για τη θέρµανση του νερού, για κάθε µήνα λειτουργίας της ξενοδοχειακής µονάδας ΜΗΝΑΣ ΗΜΕΡΕΣ ΠΛΗΡΟΤΗΤΑ % Τ M O C Θ O C ΜΕΣΟ ΜΗΝΙΑΙΟ ΦΟΡΤΙΟ GJ ΜΕΣΗ ΜΗΝΙΑΙΑ ΑΠΩΛΕΙΑ GJ ΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ GJ Ιανουάριος 31 40 11,8 33,2 43,12348 40,71168 83,83516 Φεβρουάριος 28 40 12 33 38,7156 36,77184 75,48744 Μάρτιος 31 50 13,6 31,4 50,981825 40,71168 91,69351 Απρίλιος 30 60 16,6 28,4 53,5482 39,3984 92,9466 Μάιος 31 80 20,6 24,4 63,38632 40,71168 104,098 Ιούνιος 30 100 24,7 20,3 63,79275 39,3984 103,1912 Ιούλιος 31 100 26,9 18,1 58,775225 40,71168 99,48691 Αύγουστος 31 100 27 18 58,4505 40,71168 99,16218 Σεπτέµβριος 30 100 24,6 20,4 64,107 39,3984 103,5054 Οκτώβριος 31 80 20,6 24,4 63,38632 40,71168 104,098 Νοέµβριος 30 40 16,5 28,5 35,8245 39,3984 75,2229 εκέµβριος 31 40 13,4 31,6 41,04524 40,71168 81,75692 ΣΥΝΟΛΟ 635,13696 479,3472 1114,484

Εύκολα µπορεί να παρατηρήσει κανείς ότι, οι απώλειες του δικτύου αποτελούν σηµαντικό µέρος του ολικού απαιτούµενου θερµικού φορτίου, που πρέπει να λαµβάνεται σοβαρά υπ όψη στους υπολογισµούς. Οι απώλειες του δικτύου, είναι δυνατό να περιοριστούν εφαρµόζοντας τις ακόλουθες προτεινόµενες παρεµβάσεις: 1. Περιορισµός του χρόνου λειτουργίας του δικτύου (χρονοδιακόπτης στον κυκλοφορητή επιστροφών) 2. Μόνωση των σωλήνων κυκλοφορίας 3. Προσεκτικός σχεδιασµός του δικτύου µε ελάχιστο µήκος σωλήνων 4. ιοχέτευση στο δίκτυο νερού µε την ελάχιστη δυνατή θερµοκρασία, που ικανοποιεί τις απαιτήσεις. Για τον υπολογισµό της θερµικής ενέργειας που µεταφέρεται από την ηλιακή ακτινοβολία, µπορούν να χρησιµοποιηθούν τα στοιχεία ροής της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη µεσηµβρινή περίοδο της ηµέρας (µέγιστες τιµές), θεωρώντας ως ηµερήσια τιµή το ήµισυ της µεσηµβρινής ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, θεωρείται ο βαθµός απόδοσης των επίπεδων ηλιακών συλλεκτών ίσος µε 0,80 (τυπική τιµή). Στον παρακάτω πίνακα παρατίθεται η ηµερήσια ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία που αποδίδεται από το συλλέκτη, για κάθε µήνα του έτους. Πίνακας 5 : Συλλεγόµενη ηµερήσια ενέργεια από την προσπίπτουσα στο συλλέκτη ηλιακή ακτινοβολία, ανά µήνα λειτουργίας της ξενοδοχειακής µονάδας ΜΗΝΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ GJ/ m 2 DAY ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΣΥΛΛΕΚΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ / DAY Ιανουάριος 0,007432 0,8 0,005946 Φεβρουάριος 0,009898 0,8 0,007918 Μάρτιος 0,01417 0,8 0,011336 Απρίλιος 0,018602 0,8 0,014882 Μάιος 0,022761 0,8 0,018209 Ιούνιος 0,025682 0,8 0,020546 Ιούλιος 0,026364 0,8 0,021091 Αύγουστος 0,0245 0,8 0,0196 Σεπτέµβριος 0,01992 0,8 0,015936

Οκτώβριος 0,013591 0,8 0,010873 Νοέµβριος 0,009477 0,8 0,007582 εκέµβριος 0,00708 0,8 0,005664 Ο λόγος της συνολικά απαιτούµενης ενέργειας ανά ηµέρα προς την ενέργεια που παρέχεται από την ηλιακή ακτινοβολία και µπορεί να συλλεχθεί, δίνει τη συνολική επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών, όπως φαίνεται και στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 6). Πίνακας 6 : Υπολογισµός συλλεκτικής επιφάνειας ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ / DAY ΗΜΕΡΕΣ ΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ GJ ΟΛΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ/ DAY GJ ΣΥΛΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ m 2 0,005946 31 83,83516 2,70436 454,8506 0,007918 28 75,48744 2,69598 340,4703 0,011336 31 91,69351 2,957855 260,9258 0,014882 30 92,9466 3,09822 208,1913 0,018209 31 104,098 3,358 184,4163 0,020546 30 103,1912 3,439705 167,4181 0,021091 31 99,48691 3,209255 152,1609 0,0196 31 99,16218 3,19878 163,2031 0,015936 30 103,5054 3,45018 216,5023 0,010873 31 104,098 3,358 308,8441 0,007582 30 75,2229 2,50743 330,7257 0,005664 31 81,75692 2,63732 465,6285 Είναι προφανές ότι η τιµή της συλλεκτικής επιφάνειας είναι διαφορετική για κάθε µήνα του έτους και για τις ανάγκες του σχεδιασµού επιλέγεται η µέγιστη συλλεκτική επιφάνεια, κατά προσέγγιση ίση µε 470m 2. Επιλέγοντας ένα ηλιακό συλλέκτη µε εµβαδόν 2m 2 εύκολα διαπιστώνεται ότι απαιτούνται 235 συλλέκτες.

Υπάρχουν τρεις τρόποι σύνδεσης των επίπεδων ηλιακών συλλεκτών: α) παράλληλα., β) σε σειρά., γ) σε συνδυασµό. Στην παρούσα εργασία επιλέγεται η σύνδεση σε σειρά. 3. Οικονοµικά στοιχεία για την εγκατάσταση των ηλιακών συλλεκτών Η τεχνολογική εξέλιξη στο χώρο των ενεργειακών συστηµάτων, σε συνδυασµό µε τις θεσµικές αλλαγές σε ευρωπαϊκό και προσφάτως σε εθνικό επίπεδο, καθώς και µε τη δεδοµένη διάρθρωση του ενεργειακού συστήµατος της Ελλάδας, δηµιουργεί το περιβάλλον δραστηριοποίησης επιχειρηµατικών πρωτοβουλιών στον τοµέα της παραγωγής ενέργειας. Η αξιολόγηση των δυνατοτήτων αυτών πρέπει να γίνεται τόσο από την άποψη του υποψήφιου ιδιώτη επενδυτή, όσο και από την άποψη της εθνικής οικονοµίας, αφού αυτή καθορίζει και το συνολικό περιβάλλον. Η καλή ενεργειακή απόδοση, που µπορεί να έχει ένα σύστηµα παραγωγής ή εξοικονόµησης ενέργειας, είναι µία µόνο παράµετρος στην ανάλυση σκοπιµότητας της επένδυσης. Απαιτείται η γνώση και η εφαρµογή µεθόδων της ανάλυσης και αξιολόγησης επενδύσεων. Απαιτείται, επίσης, η γνώση του θεσµικού πλαισίου και η αντίληψη των παραµέτρων που συνθέτουν αυτό που ονοµάζεται «επιχειρηµατικό περιβάλλον». Στις ηµέρες µας παρατηρούµε την ολοένα αυξανόµενη χρήση των ήπιων µορφών ενέργειας και ειδικότερα της ηλιακής. Στη χώρα µας η χρήση των συστηµάτων ηλιακής ενέργειας αποδεικνύεται µια ιδιαίτερα κερδοφόρα λύση, λόγω της µεγάλης ηλιοφάνειας για την οποία διακρίνεται. Σύµφωνα µε τον πρόεδρο της ΕΒΗΕ (Ένωση Βιοµηχανιών Ηλιακής Ενέργειας), τα συστήµατα ηλιακής ενέργειας (ηλιακοί θερµοσίφωνες) έχουν χρόνο απόσβεσης 4-5 χρόνια. Για αυτόν τον λόγο η επένδυση σε ηλιακά συστήµατα συµφέρει, ενώ παράλληλα εξασφαλίζει µακροπρόθεσµα οικονοµική λειτουργία προς όφελος των χρηστών αλλά και της Εθνικής Οικονοµίας, η οποία δε χρειάζεται να σπαταλά συνάλλαγµα για την εισαγωγή συµβατικών καυσίµων. Οι ηλιακές εγκαταστάσεις είναι απλές και ασφαλείς κατασκευές. Οι επενδύσεις διακρίνονται σε κατηγορίες µε βάση διάφορα κριτήρια, όπως ο χρόνος, το είδος, ο βαθµός ανάγκης κ.ά. Σύµφωνα µε το κριτήριο του χρόνου οι επενδύσεις διακρίνονται σε µακροπρόθεσµες και βραχυπρόθεσµες. Μία επιχείρηση που σκοπεύει να επενδύσει πρέπει να προσδιορίσει: το σκοπό της επένδυσης (ελάττωση κόστους, αύξηση παραγωγικότητας, βελτίωση της

ποιότητας, παραγωγή νέων προϊόντων, κ.λ.π), το κόστος της επένδυσης, τον τρόπο χρηµατοδότησης της επένδυσης (µακροπρόθεσµο δανεισµό, έκδοση νέων µετοχών, χρησιµοποίηση αποθεµατικών, κ.λ.π), την προβλεπόµενη απόδοση της επένδυσης κατά τη διάρκεια της ζωής της επένδυσης. Για τη αξιολόγηση των επενδύσεων χρησιµοποιούνται διάφορες µέθοδοι. Μεταξύ αυτών οι πλέον διαδεδοµένες είναι η µέθοδος της περιόδου επανάκτησης του επενδυµένου κεφαλαίου, η µέθοδος της καθαρής παρούσας αξίας και η µέθοδος του εσωτερικού συντελεστή απόδοσης. Ιδιαίτερη σηµασία, στην εφαρµογή των παραπάνω µεθόδων, έχει ο υπολογισµός των µελλοντικών αποδόσεων της επένδυσης ή, όπως διαφορετικά ονοµάζονται, των καθαρών µελλοντικών ταµιακών ροών. Η οικονοµική αξιολόγηση στηρίζεται σε ορισµένους δείκτες ή κριτήρια. Εναλλακτικά συστήµατα κάλυψης των ηλεκτρικών και θερµικών αναγκών του χρήστη µπορούν να συγκριθούν µεταξύ τους από πλευράς οικονοµικής αξίας, εάν προσδιορισθούν οι κατάλληλοι δείκτες. Για να αποφευχθούν παραπλανητικά αποτελέσµατα και λανθασµένα συµπεράσµατα, ο κάθε δείκτης πρέπει να υπολογίζεται µε αναγωγή µελλοντικών αξιών και όρων σε παρούσες αξίες, ώστε οι σχετικές συγκρίσεις να έχουν κοινή βάση. Ο τρόπος µε τον οποίο επιτυγχάνεται αυτή η αναγωγή αναφέρεται στη συνέχεια. Για να ελέγξουµε την αποδοτικότητα της επένδυσης θα χρησιµοποιήσουµε τη µέθοδο της καθαρής παρούσας αξίας. Αν όλες οι εισροές που δηµιουργεί µια επένδυση αναχθούν σε ένα χρονικό σηµείο (συνήθως στην αρχή) και αθροιστούν αλγεβρικά το άθροισµα καλείται καθαρή παρούσα αξία της επένδυσης (ΚΠΑ). Οι προαναφερθείσες εισροές λαµβάνονται θετικές όταν αναφέρονται σε έσοδα και αρνητικές όταν αναφέρονται σε έξοδα. Το µέγεθος της καθαρής παρούσας αξίας αποτελεί κριτήριο για την αξιολόγηση της επένδυσης. Στην περίπτωση επένδυσης σε ηλιακή εγκατάσταση η καθαρή παρούσα αξία ορίζεται ως εξής : ΚΠΑ=Ρ sl - FC sl [εξ. 5] όπου P sl : το άθροισµα των ετήσιων απολαβών λόγω εξοικονόµησης ενέργειας από τη χρήση του ηλιακού συστήµατος FC sl : το κόστος του συστήµατος για το χρόνο ζωής του Όλα τα παραπάνω οικονοµικά µεγέθη πρέπει να αναχθούν σε σηµερινές τιµές.

Για να είναι λοιπόν µια εγκατάσταση συµφέρουσα θα πρέπει ΚΠΑ>0. Μεταξύ δυο ή περισσοτέρων εναλλακτικών λύσεων επιλέγεται εκείνη µε την µεγαλύτερη ΚΠΑ. Ένα άλλο σηµαντικό οικονοµικό µέγεθος είναι ο χρόνος αποπληρωµής, όπου ορίζεται ως η χρονική περίοδος που απαιτείται για την ανάκτηση της αρχικής πάγιας επένδυσης κεφαλαίου. Με άλλα λόγια είναι ο χρόνος που απαιτείται έτσι ώστε η καθαρή παρούσα αξία να µηδενιστεί. Εκτίµηση του P sl Εξ ορισµού: P sl =Π.Ε.*C El [εξ. 6] όπου Π.Ε.: το ποσοστό εξοικονόµησης ενέργειας από τον ηλιακό συλλέκτη (τυπική τιµή ίση µε 0,80) C El: ετήσιο κόστος λειτουργίας συµβατικού συστήµατος Εύρεση του C El Το ετήσιο κόστος λειτουργίας του συµβατικού ηλεκτρικού συστήµατος βρίσκεται ως ακολούθως : Το κάθε άτοµο που θα διαµένει στην ξενοδοχειακή µονάδα θα καταναλώνει κατά µέσο όρο ηµερησίως 50 L θερµού νερού. Αυτό σηµαίνει ότι αν η ξενοδοχειακή µονάδα είναι χωρητικότητας 500 ατόµων, θα απαιτούνται ηµερησίως 25000 L θερµού νερού. Αν γίνει αναγωγή σε ετήσια βάση (365d/y) θα απαιτούνται: 9125m 3 /y. Για θέρµανση 1L νερού απαιτούνται 0,0372 kw (κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύµατος από τον ηλεκτρικό θερµοσίφωνα). Έτσι για να θερµανθεί η παραπάνω ποσότητα νερού, αν θεωρήσουµε την απόδοση του ηλεκτρικού θερµοσίφωνα ίση µε 100%, απαιτούνται: 339450kWh/y Όµως η τυπική απόδοση ενός καινούριου ηλεκτρικού θερµοσίφωνα είναι 0.90. Έτσι απαιτείται η ακόλουθη ηλεκτρική ισχύς: 377167kWh/y Η ηµόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισµού (.Ε.Η.) χρεώνει στον καταναλωτή το 1kW µε 0.09. Συνεπώς το ετήσιο λειτουργικό κόστος ανέρχεται σε :33945 /y. Κατά συνέπεια, P sl =27156 /y

Εκτίµηση του FC sl Εξ ορισµού: FC sl =n{c pc *A+C inst + C con }/t l όπου n:ο αριθµός των ηλιακών συλλεκτών C pc : το κόστος αγοράς του ηλιακού συλλέκτη, ανά τετραγωνικό µέτρο Α: η επιφάνεια του ηλιακού συλλέκτη (m 2 ) C inst : το κόστος εγκατάστασης του ηλιακού συλλέκτη (το οποίο περιλαµβάνει κόστος µεταφοράς και εγκατάστασης στην ταράτσα της ξενοδοχειακής µονάδας) C con : το κόστος σύνδεσης (το οποίο περιλαµβάνει το κόστος σύνδεσης του µονωµένου σωλήνα και το κόστος σύνδεσης του ηλεκτρολογικού εξοπλισµού) t l : ο χρόνος ζωης της ηλιακής εγκατάστασης (y) Τέλος, ο χρόνος αποπληρωµής (t p ) υπολογίζεται αν διαιρέσουµε το P sl µε το συνολικό πάγιο κόστος του ηλιακού συστήµατος (FC sl ). ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Για την εγκατάσταση που πραγµατεύεται η παρούσα εργασία, όπως προαναφέρθηκε, θα χρησιµοποιηθούν 235 επίπεδοι ηλιακοι συλλέκτες από γνωστή ελληνική εταιρεία κατασκευής και πώλησης ηλιακών εγκαταστάσεων. O κάθε συλλέκτης έχει εµβαδόν 2m 2. Το κόστος αγοράς του ανέρχεται σε 232 και το κόστος εγκατάστασής του σε 44. Θα αγνοηθεί το κόστος σύνδεσης γιατί έχει σχετικά µικρή συνεισφορά στο συνολικό κόστος. Η διάρκεια ζωής των συλλεκτών είναι εικοσαετής. Αντικαθιστώντας τα δεδοµένα λαµβάνονται οι ακόλουθες τιµές για τα οικονοµικά µεγέθη της εγκατάστασης, οι οποίες παρατίθενται στον πίνακα που ακολουθεί (Πίνακας 7). Πίνακας 7 : Οικονοµικά µεγέθη για την επένδυση της δεδοµένης ηλιακής εγκατάστασης P sl 27156 FC sl 5969 ΚΠΑ 21187 t p 4,5 y

Εύκολα διαπιστώνεται ότι η επένδυσή είναι κερδοφόρα αφού η καθαρή παρούσα αξία είναι θετική και ο χρόνος αποπληρωµής της δεν είναι ιδιαίτερα µεγάλος. 4.Βιβλιογραφία Έκτο επιστηµονικό συνέδριο για τις ήπιες µορφές ενέργειας. Ινστιτούτο ηλιακής τεχνικής. Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας. Βόλος 3-5 Νοεµβρίου 1999. Eφηµερίδα Έθνος της Κυριακής (13/4/03). Μεταφορά Θερµότητας. Κουµούτσου. Ε.Μ.Π, 1995. Βασικές αρχές σχεδιασµού χηµικών βιοµηχανιών, Μπογοσιάν, Πανεπιστήµιο Πατρών, 2004. Από sites του διαδικτύου: www.focus-solar.com www.fsec.ucf.edu www.geocities.com www.helioakmi.gr www.industrialsolartech.com www.info.sciencedirect.com www.insula.org www.jc-solarhomes.com www.oksolar.com www.oekzentrum.ch www.papaki.panteion.gr www.solar.ariadne-t.gr www.solardev.com www.solarquest.com www.solartech.com.au www.solstice.crest.org