ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΚΟΜΠΕΛΙΤΟΥ ΜΑΡΙΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ ΜΗΤΡΑΚΑ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ ΣΕΡΡΕΣ 2012

Πρόλογος Οι μελέτες έχουν γίνει σε μία κατοικία η οποία βρίσκεται στην πόλη των Σερρών. Πρόκειται για μία πόλη η οποία εκτείνεται στο πεδινό τμήμα του νομού. Η περιοχή στην οποία είναι χτισμένη η κατοικία βρίσκεται στο νότιο τμήμα της πόλης και το κλίμα είναι σχετικά υγρό. Πρόκειται για μια οικία η οποία χρησιμοποιείται σε μόνιμη βάση 24ωρη και όλο το χρόνο. Στόχος αυτής της εργασίας είναι να δημιουργήσουμε ένα πραγματικό σενάριο έτσι ώστε η συγκεκριμένη οικία να θερμαίνεται με τη χρήση των Ανανεώσιμων πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.) και ειδικότερα με την αξιοποίηση της ηλιακής και της γεωθερμικής ενέργειας. 1

Περίληψη Αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η παρουσίαση μιας όσο το δυνατόν ολοκληρωμένης εικόνας γύρω από το θέμα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Αναλύεται η τεχνολογία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και τα οφέλη από τη χρήση της. Στόχος είναι να αναδειχθούν οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ως μορφές ενέργειας με υψηλές προοπτικές και να παρουσιαστεί μία εφαρμογή θέρμανσης κατοικίας εκμεταλλευόμενοι τον συνδυασμό της ηλιακής και γεωθερμικής ενέργειας. Στην Εισαγωγή γίνεται αναφορά στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, στους λόγους για τους οποίους έχουμε στραφεί στη χρήση αυτών των μορφών ενέργειας, αλλά και στα οφέλη που έχουμε από αυτές. Στο Πρώτο Μέρος παρουσιάζονται αναλυτικά όλες οι μορφές Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, οι εφαρμογές τους, καθώς και οι επιπτώσεις τους στο περιβάλλον. Στο Δεύτερο Μέρος αναλύεται ένα παράδειγμα αξιοποίησης της ηλιακής και γεωθερμικής ενέργειας προκειμένου να θερμάνουμε μία κατοικία. Εδώ παρουσιάζονται η μελέτη υπολογισμού των θερμικών απωλειών και τα μέρη από τα οποία θα αποτελείται το σύστημα θέρμανσης. 2

Πίνακας περιεχομένων Εισαγωγή... 5 1.1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)... 6 1.2 Ηλιακή Ενέργεια... 6 1.2.1 Παθητικά ηλιακά συστήματα... 7 1.2.2 Ενεργητικά ηλιακά συστήματα... 8 1.2.2.1 Ηλιακοί συλλέκτες... 8 1.2.2.2 Ηλιακοί θερμοσίφωνες...10 1.2.3 Φωτοβολταϊκά συστήματα...11 1.2.3.1 Φωτοβολταϊκό φαινόμενο...11 1.2.3.2 Ονοματολογία και κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων...13 1.2.3.2.1 Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο (m Si)...14 1.2.3.2.1 Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο (p Si)...15 1.2.3.2.3 Άμορφο πυρίτιο (a Si) Λεπτής μεμβράνης...15 1.2.3.2.4 Υβριδικά...16 1.2.3.3 Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις...16 1.2.3.4 Απόδοση φωτοβολταϊκού στοιχείου...17 1.2.4 Εφαρμογές ηλιακής ενέργειας...18 1.3 Αιολική ενέργεια...19 1.3.1 Άνεμος...19 1.3.2 Ανεμογεννήτρια...20 1.3.2.1 Τα μέρη μιας ανεμογεννήτριας...22 1.3.2.2 Αρχή λειτουργίας ανεμογεννήτριας...23 1.3.3 Αιολικά πάρκα...25 1.3.4 Ο αντίκτυπος των ανεμογεννητριών στο περιβάλλον...26 1.3.5 Εφαρμογές της αιολικής ενέργειας...26 1.4 Ενέργεια από βιομάζα...27 1.4.1 Είδη βιομάζας...28 1.4.2 Ο αντίκτυπος της βιομάζας στο περιβάλλον...31 1.4.3 Εφαρμογές της ενέργειας από βιομάζα...32 1.5 Υδραυλική ενέργεια...33 1.5.1 Υδροηλεκτρικές μονάδες...34 3

1.5.2 Ο αντίκτυπος της υδραυλικής ενέργειας στο περιβάλλον...35 1.6 Η ενέργεια των ωκεανών...36 1.6.1 Η ενέργεια των παλιρροιών...36 1.6.1.1 Παλιρροιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής...38 1.6.1.2 Παλιρροιακοί στρόβιλοι...38 1.6.2 Η ενέργεια των κυμάτων...39 1.6.2.1 Εγκαταστάσεις κυματικής ενέργειας...40 1.6.3 Η θερμική ενέργεια των ωκεανών...41 1.6.4 Ο αντίκτυπος της ενέργειας των ωκεανών στο περιβάλλον...41 1.7 Γεωθερμία...42 1.7.1 Φυσικά γεωθερμικά πεδία...43 1.7.2 Ο αντίκτυπος της γεωθερμίας στο περιβάλλον...43 1.7.3 Εφαρμογές της γεωθερμίας...44 1.8 Νομοθεσία...47 2.1 Σχέδιο κατοικίας...51 2.2 Καταγραφή και διαστάσεις ανοιγμάτων κτιρίου...52 2.3 Κλιματολογικές συνθήκες...52 2.4 Περιγραφή κτιρίου...54 2.5 Θερμικές απώλειες...54 2.6 Γεωθερμικό ηλιακό σπίτι...57 2.7 Κύκλωμα ηλιακών συλλεκτών...60 2.7.1 Εγκατάσταση ηλιακού συλλέκτη...63 2.7.2 Οδηγίες συντήρησης...64 2.8 Θερμοδοχείο...64 2.9 Σύστημα βοηθητικής ενέργειας...67 2.9.1 Γεωθερμική αντλία θερμότητας...67 2.10 Σύστημα θέρμανσης Ενδοδαπέδιο σύστημα...67 2.10.1 Ενδοδαπέδια θέρμανση...69 2.10.2 Ενδοδαπέδια ψύξη...70 2.11 Σύστημα ελέγχου...73 2.12 Οικονομοτεχνική ανάλυση...74 Συμπεράσματα...75 Βιβλιογραφία...76 4

Εισαγωγή Μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιείται σήμερα προέρχεται από κοιτάσματα ορυκτών καυσίμων (άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο) ή από ουράνιο. Αυτά τα κοιτάσματα έχουν δημιουργηθεί με την πάροδο του χρόνου και της γεωλογικής εξέλιξης βρίσκονται σε περιορισμένη ποσότητα, είναι εξαντλήσιμα. Σε αντίθεση οι ενέργειες που προέρχονται από τον ήλιο, τον άνεμο, το νερό, την ανάπτυξη των φυτών, τις παλίρροιες, τη θερμότητα της γης είναι ανανεώσιμες. Όλες αυτές οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας έχουν μόνο δύο πηγές τον ήλιο, αφού από αυτόν προέρχονται ο άνεμος, η κυκλική πορεία του νερού, οι παλίρροιες, η ανάπτυξη των φυτών, καθώς και τη γη η οποία απελευθερώνει θερμότητα. Η χρησιμοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δεν είναι κάτι καινούριο. Από την αρχαιότητα ο άνθρωπος έκανε χρήση της θερμότητας του ήλιου, έκαψε ξύλο ή απόβλητα, εκμεταλλεύτηκε τη θερμότητα της γης στις ηφαιστιογενείς περιοχές, χρησιμοποίησε ανεμόμυλους και νερόμυλους και εκμεταλλεύτηκε τη δύναμη των παλιρροιών. Στις μέρες μας όμως οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας χρησιμοποιούνται με ολοένα και αυξανόμενο ρυθμό. Οι κυριότερες αιτίες στις οποίες οφείλεται η εκτεταμένη χρήση τους είναι η υποβάθμιση του περιβάλλοντος από την αξιοποίηση των συμβατικών πηγών ενέργειας. Η μείωση των περισσότερων αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων αλλά και η αύξηση του κόστους των συμβατικών καυσίμων και κυρίως του πετρελαίου. Η αύξηση της ανεργίας καθώς και η διάθεση μέρους του πληθυσμού για μια ζωή με μεγαλύτερη ασφάλεια και ενεργειακή αυτάρκεια. Παρόλα αυτά οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν είναι περιβαλλοντικά απολύτως αβλαβείς και δεν διατίθενται σε άπειρες ποσότητες. Μπορούν όμως να χρησιμοποιούνται έπ άπειρον αλλά με πολύ συγκεκριμένο ρυθμό. Από την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουμε οφέλη σε διάφορους τομείς. Έτσι, έχουμε ενεργειακά και οικονομικά οφέλη καθώς ενισχύουν την ενεργειακή ανεξαρτησία και την ασφάλεια μιας χώρας διότι της προσφέρουν αυτονομία. Ακόμη έχουμε και κοινωνικά οφέλη που συμβάλλουν αποφασιστικά στην «αειφόρο ανάπτυξη», εμφανίζουν μικρότερους κινδύνους στην υγεία και στο περιβάλλον και βοηθούν στην αναζωογόνηση οικονομικά και κοινωνικά υποβαθμισμένων περιοχών. Εκτός από αυτά, παρέχουν και περιβαλλοντικά οφέλη καθώς αυτές οι μορφές ενέργειας μπορούν να σταθεροποιήσουν την εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα και των υπόλοιπων αερίων του θερμοκηπίου και να συμμετέχουν στην ελάττωση των εκπομπών από άλλους ρυπαντές, όπως τα οξείδια του θείου και του αζώτου που δημιουργούν την όξινη βροχή. Τέλος, πρέπει να αναφερθούν τα οφέλη για την απασχόληση και την αντιμετώπιση μέρους της ανεργίας αφού εκτιμάται ότι θα δημιουργηθούν νέες θέσεις εργασίας. 5

1.1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ως Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) ορίζονται οι ενεργειακές πηγές που τροφοδοτούνται συνεχώς με ενέργεια από τον ήλιο με τέτοιους ρυθμούς, ώστε να θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες και ικανές να υποκαταστήσουν πολλές από τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι φιλικές προς το περιβάλλον καθώς δεν το επιβαρύνουν και είναι καθαρές πηγές ενέργειας. Σ αυτές ανήκει η ηλιακή ενέργεια, η αιολική ενέργεια, η υδραυλική ενέργεια, η ενέργεια από τα κύματα και την παλίρροια και η ενέργεια της βιομάζας. Στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ανήκει και η γεωθερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και σχετίζεται με τη θερμότητα την οποία απελευθερώνει, την ηφαιστειότητα και τις γεωλογικές και τις γεωτεκτονικές συνθήκες της κάθε περιοχής. Στη χώρα μας υπάρχει η δυνατότητα αξιοποίησης αυτών των μορφών ενέργειας γιατί ο ελλαδικός χώρος παρέχει την καλύτερης ποιότητας ηλιοφάνεια ανάμεσα στις χώρες της Ευρώπης. Η μέση ετήσια ταχύτητα των ανέμων, στο νησιωτικό κυρίως χώρο, βρέθηκε να υπερβαίνει τα 10 m/sec και ανοίγει τεράστιες προοπτικές για την ανάπτυξη τεχνολογίας και εκμετάλλευσης ανεμογεννητριών. Το γεωθερμικό δυναμικό του Αιγαίου, μετά από εκτιμήσεις που έγιναν ανέρχεται σε 750 ΜW, και θεωρείται ένα από τα καλύτερα στον κόσμο. Το υδάτινο δυναμικό είναι σημαντικό κυρίως στις ορεινές περιοχές. 1.2 Ηλιακή ενέργεια Ο ήλιος αν και βρίσκεται σε απόσταση 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας, αποτελεί αναμφισβήτητα τη μεγαλύτερη πηγή ενέργειας. Κατά μέσο όρο, η ισχύς που δέχεται ετησίως η επιφάνεια της γης μπορεί να φτάσει στα 85 με 290 W/m 2, η οποία, όμως, επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους. Έτσι, ανάλογα με την περίοδο της ημέρας η λαμβανόμενη ενέργεια εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτινών πάνω στην επιφάνεια της ατμόσφαιρας. Επίσης, η ενέργεια αυτή ποικίλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, τη χρονική στιγμή της ημέρας και την εποχή του χρόνου. Οι νύχτες, τα περάσματα νεφών είναι στιγμές που η ηλιακή ενέργεια είναι ανύπαρκτη ή ελάχιστη. Καμία, όμως, περιοχή της γης δεν στερείται ηλιακής ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια πρόκειται για μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τρεις τρόπους. Με τη χρησιμοποίηση παθητικών ηλιακών συστημάτων και με τη χρησιμοποίηση ενεργητικών παθητικών συστημάτων για να καλύψει ανάγκες θέρμανσης. Καθώς, επίσης και με την παραγωγή ηλεκτρισμού χρησιμοποιώντας την φωτοβολταϊκή τεχνολογία. Αυτοί οι τρεις τρόποι απεικονίζονται στο παρακάτω σχήμα. 6

Σχήμα 1: Τρόποι χρήσης της ηλιακής ενέργειας 1.2.1 Παθητικά ηλιακά συστήματα Τα παθητικά ηλιακά συστήματα (Εικόνα 1) είναι κατασκευές στις οποίες η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται άμεσα σε θερμότητα στο μέρος στο οποίο συλλέγεται. Η μετατροπή αυτή βασίζεται κυρίως σε αρχιτεκτονικά στοιχεία ενταγμένα στην οικοδομή, την ανάλογη κτιριοδομική μελέτη και τη διάταξη και τον προσανατολισμό των ηλιακών οικοδομών στο χώρο, τα οποία και συνιστούν την ηλιακή αρχιτεκτονική. Αυτός ο τρόπος οικοδόμησης κατοικιών δεν παρουσιάζει ιδιαίτερα προβλήματα, δεν έχει σημαντικό κόστος, δεν επηρεάζει αρνητικά την αισθητική του σπιτιού και εξοικονομεί μη ανανεώσιμες πρώτες ύλες (πετρέλαιο) το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως για θέρμανση. Εικόνα 1: Παθητικό ηλιακό σύστημα Η ηλιακή αρχιτεκτονική βασίζεται στα ανοίγματα και το γενικότερο προσανατολισμό του σπιτιού προς το νότο. Η διάταξη που έχει γίνει ευρύτερα γνωστή είναι ο τοίχος Trombe ο οποίος αποτελείται από τσιμέντο ή πέτρα πάχους μεγαλύτερου των κανονικών τοίχων, έχει νότιο προσανατολισμό, είναι σκούρου χρώματος και καλύπτεται από μία γυάλινη επιφάνεια. Όταν ο τοίχος αυτός εκτίθεται στον ήλιο αποθηκεύει θερμότητα (η λειτουργία του είναι 7

παρόμοια με αυτήν του θερμοκηπίου), ενώ δύο οπές του τοίχου επιτρέπουν την κίνηση του θερμού αέρα που ζεσταίνεται από την επαφή του με τον τοίχο Trombe προς το σπίτι και του ψυχρού αέρα του σπιτιού προς τον τοίχο Trombe για να θερμανθεί. Η ανακύκλωση αυτή του αέρα εξασφαλίζει και τη θέρμανση του σπιτιού. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Στα συστήματα άμεσου κέρδους, στα οποία η συλλογή, η αποθήκευση και η μετάδοση της θερμότητας γίνεται μέσα στον εξυπηρετούμενο χώρο. Στα συστήματα έμμεσου κέρδους, όταν η συλλογή και η αποθήκευση της θερμότητας γίνεται σε χώρο που έχει επαφή με εκείνον στον οποίο μεταδίδεται η θερμότητα. Και τέλος, στα συστήματα απομονωμένου κέρδους, όταν η συλλογή και η αποθήκευση της θερμότητας γίνεται σε χώρο απομακρυσμένο από τον εξυπηρετούμενο. 1.2.2 Ενεργητικά ηλιακά συστήματα Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα είναι στοιχεία που συλλέγουν ηλιακή ενέργεια αλλά είναι ξένα προς την οικοδομή στην οποία εγκαθίστανται. Έτσι, ένα ενεργητικό ηλιακό σύστημα δεν αποτελεί μέρος του αρχιτεκτονικού σχεδιασμό ενός κτιρίου και μπορεί να τοποθετηθεί εκ των υστέρων, αφού δηλαδή κατασκευαστεί το κτίριο. Βασικό τους χαρακτηριστικό είναι η συλλογή της ηλιακής ακτινοβολίας και η μεταφορά της υπό μορφή θερμότητας σε νερό, αέρα ή γενικά σε κάποιο ρευστό. Οι κυριότερες εφαρμογές στις οποίες τα συναντάμε είναι η παραγωγή ζεστού νερού, η θέρμανση χώρων, η θέρμανση κολυμβητικών δεξαμενών, ο κλιματισμός χώρων, η ηλεκτροπαραγωγή αλλά και οι γεωργικές χρήσεις. Παραδείγματα ενεργητικών ηλιακών συστημάτων είναι οι ηλιακοί συλλέκτες, οι ηλιακοί θερμοσίφωνες, οι ηλιακοί φούρνοι και οι ηλιακές γεννήτριες. Το πλεονέκτημα των παθητικών σε σχέση με τα ενεργητικά συστήματα είναι πως απαιτούν φθηνότερες κατασκευές. Όμως τα ενεργητικά συστήματα είναι περισσότερο αξιόπιστα. 1.2.2.1 Ηλιακοί συλλέκτες Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι οι συσκευές εκείνες που συλλέγουν και παγιδεύουν την ηλιακή ενέργεια. Εγκαθίστανται στη στέγη κτιρίου όπου και ζεσταίνουν νερό, το οποίο μία αντλία αποθηκεύει σε δεξαμενή και το οποίο στη συνέχεια μπορεί να τροφοδοτήσει χώρους που χρειάζονται θέρμανση. Υπάρχουν τρία είδη ηλιακών συλλεκτών, οι επίπεδοι συλλέκτες, οι συλλέκτες κενού και οι συγκεντρωτικοί συλλέκτες. Σε έναν επίπεδο ηλιακό συλλέκτη (Εικόνα 2) η ηλιακή ακτινοβολία διαπερνά τη γυάλινη επιφάνεια και προσπίπτει στη σκούρα, τραχιά και απορροφητική επιφάνεια, όπου και απορροφάται. Όταν εκπέμπεται από αυτήν υπό μορφή θερμικής ακτινοβολίας τότε δεν μπορεί να διαπεράσει το γυαλί. Κάτω από την απορροφητική επιφάνεια τοποθετούμε σωλήνες μέσα στους 8

οποίους κυλά νερό ή κάποιο άλλο ρευστό. Συνήθως χρησιμοποιείται το νερό καθώς έχει τη μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα. Τέλος, το σύστημά μας θερμομονώνεται, ώστε να μην έχουμε απώλειες. Εικόνα 2: Επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες Ένας συλλέκτης κενού (Εικόνα 3) αποτελείται από ειδικούς σωλήνες τοποθετημένους παράλληλα. Ο κάθε σωλήνας έχει τοποθετημένο μέσα του έναν άλλο, ενώ ανάμεσα τους υπάρχει κενό. Ο εξωτερικός σωλήνας είναι γυάλινος, ώστε να επιτρέπει τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο εσωτερικός σωλήνας έχει μαύρη, τραχιά επιφάνεια και απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία. Το κενό ανάμεσά τους συμβάλλει στο να μην υπάρχει μεταφορά θερμότητας μέσω ρευμάτων προς τα έξω, αφού δεν υπάρχει αέρας και εμφανίζεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η θερμότητα απάγεται με νερό ή με άλλο ρευστό που ρέει μέσα στον εσωτερικό σωλήνα. Γενικά πρόκειται για έναν τύπο συλλεκτών με μεγάλη απόδοση που μπορεί να επιτύχει θερμοκρασίες άνω των 100 ο C. Εικόνα 3: Ηλιακός συλλέκτης κενού Οι συγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ένα μικρό μέρος το οποίο και θερμαίνουν σε πολύ μεγάλο βαθμό. Οι συλλέκτες αυτοί είτε έχουν σχήμα ομπρέλας και επικεντρώνουν τις ακτίνες τους στον άξονα της ομπρέλας, όπου και περνά ρευστό, είτε σχήμα κεραμιδιού, όπου οι ακτίνες επικεντρώνονται σε σωλήνα παράλληλο σε αυτό. Οι συλλέκτες αυτοί έχουν πολύ μεγάλο βαθμό απόδοσης όταν έχουμε άμεση ακτινοβολία. Για να το πετύχουμε αυτό θα πρέπει να υπάρχει σύστημα με σερβομηχανισμό που θα στρέφει το συλλέκτη προς τον ήλιο συνεχώς σαν 9

ηλιοτρόπιο. Τα κινούμενα όμως μέρη απαιτούν συντήρηση και αυτό καθιστά τα συστήματα αυτά ακατάλληλα για οικιακή χρήση. 1.2.2.2 Ηλιακοί θερμοσίφωνες Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες είναι τα πιο διαδεδομένα ενεργητικά ηλιακά συστήματα. Στα συστήματα αυτά ο ηλιακός συλλέκτης θερμαίνει είτε άμεσα είτε έμμεσα το νερό χρήσης. Υπάρχουν δύο τύποι ηλιακών θερμοσιφώνων, ανοιχτού κυκλώματος και κλειστού κυκλώματος. Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες ανοιχτού κυκλώματος το ίδιο το νερό χρήσεως κυκλοφορεί και στο συλλέκτη και στη δεξαμενή. Πλεονέκτημα είναι η απλή κατασκευή της δεξαμενής. Το μεγάλο όμως μειονέκτημα είναι ο κίνδυνος παγώματος και καταστροφής του συλλέκτη. Για να αποφευχθεί αυτό θα πρέπει να αδειάζεται κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες κλειστού τύπου είναι πιο διαδεδομένοι. Σ αυτόν τον τύπο υπάρχει χωριστό κύκλωμα με νερό και αντιψυκτικό, που κυκλοφορεί στο συλλέκτη και σε ξεχωριστό χώρο της δεξαμενής (εξωτερικό «μανδύα» ή σερπαντίνα). Το νερό του κυκλώματος αυτού θερμαίνει με αγωγιμότητα το νερό χρήσεως που βρίσκεται στη δεξαμενή χωρίς να έρθει σε επαφή (εναλλάκτης θερμότητας). Ως προς το μέγεθος της εγκατάστασης διακρίνουμε τα απλά ηλιακά συστήματα που αποτελούνται από μία δεξαμενή αποθήκευσης και έναν ή δύο συλλέκτες και τα συστήματα μεγάλης κλίμακας (κεντρικά ηλιακά συστήματα) που απαρτίζεται από πολλούς ηλιακούς συλλέκτες και ποικιλία βοηθητικών διατάξεων. Τα απλά συστήματα καλύπτουν τις ανάγκες σε ζεστό νερό μιας κατοικίας, ενώ τα μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιούνται για τις ανάγκες ξενοδοχείων, βιομηχανιών κτλ. Στην παρακάτω εικόνα έχουμε έναν ηλιακό θερμοσίφωνα για οικιακή χρήση. Εικόνα 4: Ηλιακός θερμοσίφωνας Για να έχει ένας ηλιακός θερμοσίφωνας μέγιστη απόδοση θα πρέπει να συλλέγεται όσο γίνεται μεγαλύτερη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας στη χρονική περίοδο που μας ενδιαφέρει, να μετατρέπεται όσο το δυνατό περισσότερη ηλιακή ενέργεια σε θερμότητα στο νερό του συλλέκτη, να 10

ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες θερμότητας στο συλλέκτη στη δεξαμενή και στις σωληνώσεις αλλά και να μεταφερθεί κατά τον καλύτερο τρόπο η θερμότητα στη θέση χρησιμοποίησης της. 1.2.3 Φωτοβολταϊκά συστήματα Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν τη δυνατότητα μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ως αποτέλεσμα του φωτοβολταϊκού φαινομένου, που στηρίζεται στο γεγονός ότι ορισμένα μέταλλα έχουν την ιδιότητα να εκπέμπουν ελεύθερα ηλεκτρόνια όταν το φως προσπέσει στην επιφάνειά τους. Τα κύρια χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών που τα διακρίνουν από τις άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι τα πολλά πλεονεκτήματα για το περιβάλλον, όπως η αθόρυβη λειτουργία και η μηδενική εκπομπή ρύπων τόσο στον αέρα όσο και στο έδαφος, γεγονός που κάνει δυνατή και επιθυμητή την εγκατάστασή τους μέσα στις πόλεις. Μπορούν να τοποθετηθούν σε οροφές κτιριακών συγκροτημάτων αξιοποιώντας ενεργειακά τη διαθέσιμη επιφάνεια. Έχουν τη δυνατότητα αυτόνομης λειτουργίας, μεγάλη διάρκεια ζωής αλλά και υψηλό κόστος επένδυσης. Τέλος, μπορούν να συνδυαστούν με άλλες μορφές ενέργειας και κυρίως με τις ανανεώσιμες. Κάθε κιλοβατώρα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά συστήματα συνεπάγεται την αποφυγή έκλυσης ενός περίπου κιλού διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, με βάση το σημερινό ενεργειακό μείγμα στην Ελλάδα και τις μέσες απώλειες του δικτύου. Επιπλέον, η παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά συστήματα δεν εκλύει στην ατμόσφαιρα άλλους επικίνδυνους ρύπους, όπως τα αιωρούμενα μικρο-σωματίδια, τα οξείδια του αζώτου και τις ενώσεις του θείου. Οικιακή εγκατάσταση φωτοβολταϊκού συστήματος των 10kw μειώνει το ετήσιο ενεργειακό αποτύπωμα του κτιρίου κατά δεκατρείς τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως, ένα ποσό το οποίο θα απορροφούσαν είκοσι στρέμματα δάσους. 1.2.3.1 Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Τα ηλιακά στοιχεία είναι δίοδοι ημιαγωγού με τη μορφή ενός δίσκου, (δηλαδή η ένωση p-n εκτείνεται σε όλο το πλάτος του δίσκου), που δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία. Κάθε φωτόνιο της ακτινοβολίας με ενέργεια ίση ή μεγαλύτερη από το ενεργειακό διάκενο του ημιαγωγού, έχει τη δυνατότητα να απορροφηθεί σε ένα χημικό δεσμό και να ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο. Δημιουργείται έτσι, όσο διαρκεί η ακτινοβολία, μία περίσσεια από ζεύγη φορέων (ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές), πέρα από τις συγκεντρώσεις που αντιστοιχούν στις συνθήκες ισορροπίας. Οι φορείς αυτοί, καθώς κυκλοφορούν στο στερεό (και εφόσον δεν επανασυνδεθούν με φορείς αντιθέτου πρόσημου), μπορεί να βρεθούν στην περιοχή της ένωσης p-n οπότε θα δεχθούν την 11

επίδραση του ενσωματωμένου ηλεκτροστατικού πεδίου. Αυτό απεικονίζεται στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα 5: Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Στο μηχανισμό της εκδήλωσης του Φ/Β φαινομένου σε ένα ηλιακό στοιχείο, τα φωτόνια της ακτινοβολίας, που δέχεται το στοιχείο στην εμπρός του όψη, τύπου n, παράγουν ζεύγη φορέων (ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές). Ένα μέρος από τους φορείς αυτούς διαχωρίζεται με την επίδραση του ενσωματωμένου πεδίου της διόδου και εκτρέπεται προς τα εμπρός (τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, e-) ή προς τα πίσω (οι οπές, h+), δημιουργώντας μια διαφορά δυναμικού ανάμεσα στις δυο όψεις του στοιχείου. Οι υπόλοιποι φορείς επανασυνδέονται και εξαφανίζονται. Επίσης, ένα μέρος της ακτινοβολίας ανακλάται στην επιφάνεια του στοιχείου, ενώ ένα άλλος μέρος της διέρχεται από το στοιχείο χωρίς να απορροφηθεί, μέχρι να συναντήσει το πίσω ηλεκτρόδιο. Έτσι, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εκτρέπονται προς το τμήμα τύπου Ω και οι οπές εκτρέπονται προς το τμήμα τύπου p, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους ακροδέκτες των δύο τμημάτων της διόδου. Δηλαδή, η διάταξη αποτελεί μία πηγή ηλεκτρικού ρεύματος που διατηρείται όσο διαρκεί η πρόσπτωση του ηλιακού φωτός πάνω στην επιφάνεια του στοιχείου. Η εκδήλωση της διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στις δύο όψεις του φωτιζόμενου δίσκου, η οποία αντιστοιχεί σε ορθή πόλωση της διόδου, ονομάζεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Η αποδοτική λειτουργία των ηλιακών φωτοβολταϊκών στοιχείων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στηρίζεται στην πρακτική εκμετάλλευση του παραπάνω φαινομένου. Εκτός από τις προσμίξεις των τμημάτων p και n μιας ομοένωσης, δηλαδή υλικού από τον ίδιο βασικά ημιαγωγό, το ενσωματωμένο ηλεκτροστατικό πεδίο, που είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την πραγματοποίηση ενός ηλιακού στοιχείου, αλλά και κάθε φωτοβολταϊκής διάταξης, μπορεί να προέρχεται επίσης και από διόδους άλλων. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο περιγράφεται στην εικόνα που ακολουθεί. 12

Εικόνα 6: Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Στα φωτοβολταϊκά στοιχεία δεν είναι δυνατή η μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια του συνόλου της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχονται στην επιφάνειά τους. Ένα μέρος από την ακτινοβολία ανακλάται πάνω στην επιφάνεια του στοιχείου και διαχέεται πάλι προς το περιβάλλον. Στη συνέχεια, από την ακτινοβολία που διεισδύει στον ημιαγωγό, προφανώς δεν μπορεί να απορροφηθεί το μέρος που αποτελείται από φωτόνια με ενέργεια μικρότερη από το ενεργειακό διάκενο του ημιαγωγού. Για τα φωτόνια αυτά, ο ημιαγωγός συμπεριφέρεται σαν διαφανές σώμα. Έτσι, η αντίστοιχη ακτινοβολία διαπερνά άθικτη το ημιαγώγιμο υλικό του στοιχείου και απορροφάται τελικά στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο που καλύπτει την πίσω όψη του, με αποτέλεσμα να το θερμαίνει. Αλλά και από τα φωτόνια που απορροφά ο ημιαγωγός, μόνο με το μέρος εκείνο της ενέργειάς τους που ισούται με το ενεργειακό διάκενο συμβάλλει, όπως είδαμε, στην εκδήλωση του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Το υπόλοιπο μεταφέρεται, σαν κινητική ενέργεια, στο ηλεκτρόνιο που ελευθερώθηκε από τον δεσμό, και τελικά μετατρέπεται επίσης σε θερμότητα. 1.2.3.2 Ονοματολογία και κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων Ο φωτοβολταϊκός συλλέκτης (Εικόνα 7) έχει τη μορφή ενός πλαισίου που αποτελείται από ένα υαλοπίνακα κάτω από τον οποίο έχουν προσαρμοστεί τα φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδεδεμένα μεταξύ τους. Ένα φύλλο συνθετικού υλικού καλύπτει τα φωτοβολταϊκά στοιχεία και τις συνδέσεις τους δημιουργώντας ένα περίκλειστο με τον υαλοπίνακα και αφήνοντας έξω μόνο τους ακροδέκτες σύνδεσης του φωτοβολταϊκού συλλέκτη. Έτσι, τα ευαίσθητα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι προστατευμένα από τις καιρικές συνθήκες. Η όλη 13

κατασκευή τοποθετείται μέσα σε ένα πλαίσιο το οποίο της προσδίδει στιβαρότητα και προστασία. Εικόνα 7: Φωτοβολταϊκός συλλέκτης Για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων χρησιμοποιούνται δύο τύποι πυριτίου, το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο. Στις μέρες μας τα φωτοβολταϊκά στοιχεία κατασκευάζονται συνήθως από μία μορφοποιημένη μπάρα κρυσταλλικού πυριτίου το οποίο μπορεί να είναι είτε μονοκρυσταλλικό είτε πολυκρυσταλλικό. Η μπάρα αυτή κόβεται με τη βοήθεια λέιζερ σε λεπτές φέτες οι οποίες αποτελούν τη βάση του φωτοβολταϊκού στοιχείου. Στις φέτες αυτές γίνεται επίστρωση ενός μονωτικού υλικού και τοποθετούνται οι ακροδέκτες μεταφοράς της τάσης οι οποίοι είναι λεπτά συρματάκια τα οποία καταλήγουν στους ακροδέκτες του φωτοβολταϊκού στοιχείου. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους μέσω των ακροδεκτών και φτιάχνουν τους φωτοβολταϊκούς συλλέκτες. Πολλοί φωτοβολταϊκοί συλλέκτες συνδεδεμένοι μεταξύ τους φτιάχνουν τα πεδία φωτοβολταϊκών συλλεκτών. 1.2.3.2.1 Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο (m-si) Το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο (Εικόνα 8) έχει μία ομοιόμορφη μοριακή δομή και είναι πολύ υψηλής καθαρότητας. Οι μονοκρυσταλλικές κυψέλες κατασκευάζονται τεμαχίζοντας έναν ενιαίο κρύσταλλο (πάχος κυψέλης 1/3 έως 1/2 του χιλιοστού) από ένα μεγάλο πλίνθωμα ενιαίου κρυστάλλου που έχει επεξεργαστεί σε θερμοκρασίες περίπου 1400 ο C, κάτι που είναι μια πολύ ακριβή διεργασία. Αυτού του είδους τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν και το μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης, μετατρέπουν δηλαδή μεγαλύτερο ποσοστό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Η απόδοσή τους κυμαίνεται από 14% έως 18%. 14

Εικόνα 8: Μονοκρυσταλλικές ηλιακές κυψέλες σε πλαίσιο 1.2.3.2.2 Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο (p-si) Το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο (Εικόνα 9) αποτελείται από περιοχές μονοκρυσταλλικού πυριτίου, αλλά δεν έχει την ομοιόμορφη κρυσταλλική δομή του μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν χαμηλότερο βαθμό απόδοσης από τα στοιχεία που αποτελούνται από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο. Η απόδοσή τους κυμαίνεται από 10% έως 14%. Εικόνα 9: Πολυκρυσταλλικό ηλιακό πλαίσιο 1.2.3.2.3 Άμορφο πυρίτιο (a-si) Λεπτής μεμβράνης Το άμορφο πυρίτιο (Εικόνα 10), μία από τις τεχνολογίες λεπτής μεμβράνης, γίνεται με την εναπόθεση του πυριτίου επάνω σε ένα υπόστρωμα γυαλιού από ένα αντιδραστικό αέριο όπως το σιλάνιο. Δεν έχει κρυσταλλική δομή και το πάχος του (2-3 μm) είναι ιδιαίτερα μικρότερο από το κρυσταλλικής μορφής πυρίτιο (200-500 μm). Το άμορφο πυρίτιο διαφέρει από το κρυσταλλικό στο ότι τα άτομα δεν είναι τοποθετημένα μεταξύ τους σε ακριβείς αποστάσεις και οι γωνίες των δεσμών τους δεν είναι συγκεκριμένες. Έτσι, από κατασκευαστική άποψη είναι το απλούστερο και επομένως το πιο φτηνό, αλλά η απόδοσή του είναι συγκριτικά μικρότερη. Παρόλα αυτά, είναι ικανοποιητική ακόμη και σε συνθήκες έλλειψης ηλιοφάνειας. Τα ηλιακά στοιχεία άμορφου πυριτίου έχουν μια κοκκινωπή καφέ απόχρωση, σχδόν μαύρη, επιφάνεια αποτελούμενη από στενές, μεγάλου μήκους λωρίδες. Η αποδοτικότητα των 15

φωτοβολταϊκών άμορφου πυριτίου κυμαίνεται μεταξύ 4% και 11% ανάλογα με την τεχνολογία και τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν. Εικόνα 10: Ηλιακό πλαίσιο άμορφου πυριτίου 1.2.3.2.4 Υβριδικά Ένα υβριδικό φωτοβολταϊκό στοιχείο αποτελείται από στρώσεις υλικών διαφόρων τεχνολογιών. Συνήθως, αποτελείται από δύο στρώσεις άμορφου πυριτίου (πάνω και κάτω) ενώ ενδιάμεσα υπάρχει μια στρώση μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Το μεγάλο πλεονέκτημα της τεχνολογίας αυτής είναι ο υψηλός βαθμός απόδοσης του πλαισίου. Όμως το υβριδικό φωτοβολταϊκό είναι κάπως ακριβότερο σε σχέση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά πλαίσια. 1.2.3.3 Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις Μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση περιλαμβάνει πολλούς φωτοβολταϊκούς συλλέκτες συνδεδεμένους κατάλληλα μεταξύ τους, προκειμένου να αποδίδουν την επιθυμητή ηλεκτρική τάση και ισχύ, που σχηματίζουν τις φωτοβολταϊκές συστοιχίες. Στους συλλέκτες τα κύτταρα του πυριτίου πρέπει να προστατεύονται από την υγρασία και ηλεκτροπληξίες. Γι αυτό το λόγο είναι τοποθετημένα ανάμεσα σε δύο φύλλα γυαλιού και σφιγμένα στην περιφέρειά τους μέσα σε ένα πλαίσιο αλουμινίου ή ανοξείδωτου χάλυβα. Επίσης, μία φωτοβολταϊκή εγκατάσταση περιλαμβάνει πλαίσια και στηρίγματα για την εγκατάσταση και τη σταθεροποίηση των συστοιχιών στην περιοχή και για το βέλτιστο προσανατολισμό τους στον ήλιο. Απαραίτητα είναι και τα εξαρτήματα καλωδίωσης, όπως καλώδια και αλεξικέραυνη προστασία, αλλά και ένας αναστροφέας, αφού χρειάζεται να μετατρέψουμε το συνεχές ρεύμα από τις φωτοβολταϊκές συστοιχίες σε εναλλασσόμενο. Τέλος, πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη μας ότι η ηλιακή ενέργεια είναι διαλείπουσα. Έτσι, είναι αναγκαίο να υπάρχει ένας συσσωρευτής για να αποθηκεύεται η ενέργεια. Ένας ρυθμιστής πλήρωσης και εκκένωσης συσσωρευτή είναι απαραίτητος κυρίως για την προστασία των συσσωρευτών ενάντια στην υπερφόρτωση και αποφόρτωση. 16

Όλα αυτά τα εξαρτήματα της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης βαραίνουν εν μέρει στις επιδόσεις και στη συντήρηση των εγκαταστάσεων και στο κόστος. Τα περισσότερα προβλήματα οφείλονται κυρίως σ αυτά και όχι στις συστοιχίες. Στην παρακάτω εικόνα απεικονίζεται μία φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Εικόνα 11: Φωτοβολταϊκό πάρκο 1.2.3.4 Απόδοση φωτοβολταϊκού στοιχείου Ως απόδοση φωτοβολταϊκού στοιχείου εννοούμε το λόγω της ωφέλιμης ηλεκτρικής ισχύος που παίρνουμε στην έξοδο ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου προς την προσπίπτουσα στην επιφάνειά του ολική φωτεινή ισχύ. Η απόδοση του φωτοβολταϊκού στοιχείου σε ισχύ είναι συνάρτηση εκτός των υλικών κατασκευής, του μεγέθους των στοιχείων και της μεταξύ τους συνδεσμολογίας, παράλληλη ή εν σειρά συνδεσμολογία. Επίσης, η απόδοσή τους επηρεάζεται από τη θερμοκρασία που αναπτύσσουν κατά τη διάθεσή τους στην ηλιακή ακτινοβολία. Η επιρροή αυτή διαφέρει με τον τύπο του φωτοβολταϊκού. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην απόδοση μιας φωτοβολταϊκής κυψέλης περιγράφεται στο διάγραμμα που ακολουθεί. 17

Διάγραμμα 1: Επίδραση της θερμοκρασίας σε μια τυπική κυψέλη κρυσταλλικού πυριτίου Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που μπορεί να μειώσει την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου είναι η γήρανση του φωτοβολταϊκού στοιχείου και εκφράζεται από το ποσοστό γήρανσης ανά έτος. Προσδιορίζει την ελάττωση της απόδοσής του και της ισχύος αιχμής του. Στο κρυσταλλικό πυρίτιο εμφανίζονται αλλοιώσεις στη δομή του υλικού των κρυσταλλικών φωτοβολταϊκών στοιχείων του πλαισίου, που οφείλονται σε διάφορες αιτίες και κυρίως σε υπερθέρμανση. 1.2.4 Εφαρμογές ηλιακής ενέργειας Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές αλλά και για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται για θέρμανση και ψύξη στα παθητικά ηλιακά συστήματα. Στα ενεργητικά ηλιακά συστήματα για θέρμανση με την χρήση ηλιακών συλλεκτών, ηλιακών θερμοσίφωνων και ηλιακών φούρνων. 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. Επίσης, η χρήση της ηλιακής ενέργειας εξαρτάται και από τον συντελεστή ηλιακής ακτινοβολίας, οποίος φαίνεται στην παρακάτω εικόνα ανάλογα με τη γεωγραφική θέση στον Ελλαδικό χώρο. 18

Εικόνα 12: Συντελεστής ηλιακής ακτινοβολίας στον Ελλαδικό χώρο Σχετικά με τη χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων βρίσκουν εφαρμογή στην αφαλάτωση, άντληση και καθαρισμό του νερού, στο φωτισμό (δρόμων, πάρκων, αεροδρομίων), στα συστήματα τηλεπικοινωνιών, τηλεμετρήσεων και συναγερμού, στα συστήματα σηματοδότησης (οδικής κυκλοφορίας, ναυτιλίας, αεροναυτιλίας) και στην ψύξη (αγροτικών προϊόντων, φαρμάκων). Επίσης, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε περιοχές, μικρούς οικισμούς, κατοικίες που δεν είναι συνδεδεμένες με το δίκτυο ή σε τροχόσπιτα και σκάφη αναψυχής για την εξυπηρέτηση αναγκών φωτισμού και ψύξης και για προϊόντα όπως ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Τέλος, τα φωτοβολταϊκά συστήματα βρίσκουν εφαρμογή και σε συστήματα που είναι συνδεδεμένα με το δίκτυο. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα τροφοδοτούν κατοικίες, συγκροτήματα κατοικιών ή άλλα κτίρια και όπου η τυχόν πλεονάζουσα ενέργεια τροφοδοτείται (πωλείται) προς το δίκτυο και οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπου η παραγόμενη ενέργεια διοχετεύεται απευθείας στο δίκτυο. 1.3 Αιολική ενέργεια Αιολική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου. Πρόκειται, δηλαδή για τη διαδικασία κατά την οποία η κινητική ενέργεια του ανέμου χρησιμοποιείται για την παραγωγή μηχανικής ισχύος ή ηλεκτρισμού. 1.3.1 Άνεμος Ο άνεμος είναι μία μορφή ηλιακής ενέργειας. Η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει άνισα την επιφάνεια της γης, δημιουργώντας έτσι διαφορετικές ζώνες θερμοκρασιών, πυκνοτήτων και πιέσεων. Οι άνεμοι αποτελούν τις μετακινήσεις του αέρα στις διαφορετικές αυτές ζώνες. Υπάρχουν, καταρχήν, άνεμοι πλανητικοί που οφείλονται στο γεγονός ότι οι κινήσεις του αέρα μεταφέρουν τη θερμότητα των τροπικών περιοχών προς τους ψυχρότερους 19