ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΟΦΕΛΗ Γ. Μαρτινόπουλος, Γ. Τσιλιγκιρίδης Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών, Τμ. Μηχ. Μηχανικών Α.Π.Θ. Τ.Κ. 54636, Τ.Θ. 487, Θεσσαλονίκη, e-mail: martin@meng.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η ηλιακή ενέργεια κατέχει μία σημαντική θέση στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) και τα ηλιακά συστήματα βρίσκονται στο κέντρο του ενδιαφέροντος, με σημαντικότερα για τον ελληνικό χώρο τα ηλιακά συστήματα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης τα οποία πρωτοεμφανίσθηκαν στα μέσα του 70. Τόσο η προσπάθεια μείωσης της εξάρτησης από το εισαγόμενο πετρέλαιο, μετά την πετρελαϊκή κρίση, όσο και οι στόχοι μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου συνέβαλαν ώστε στα τέλη του 2004, η συνολική εγκατεστημένη επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών στην Ελλάδα να ανέρχεται σε περίπου 3 εκατ. m 2. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η πορεία της ελληνικής αγοράς ηλιακών θερμικών συστημάτων, η συμβολή της χρήσης ηλιακών συστημάτων παραγωγής ζεστού νερού χρήσης στην μείωση της ατμοσφαιρική ρύπανσης ενώ ταυτόχρονα γίνεται σύγκριση με τους στόχους των Ελληνικών προγραμμάτων για την κλιματική μεταβολή. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η σημασία της απελευθέρωσης του Ελληνικού ενεργειακού συστήματος από τις συμβατικές πηγές ενέργειας γίνεται μέρα με τη μέρα όλο και πιο ξεκάθαρη. Η χώρα μας αποτελεί τον μεγαλύτερο εισαγωγέα (ποσοστιαία) συμβατικών καυσίμων μέσα στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) με αποτέλεσμα οι πρόσφατες μεγάλες αυξήσεις των τιμών του πετρελαίου να έχουν σημαντική επίπτωση στην οικονομική ζωή της χώρας. Οι ΑΠΕ και ειδικότερα η ηλιακή ενέργεια αποτελούν μια αξιόπιστη εναλλακτική λύση. Ένας από τους βασικούς στόχους της ΕΕ στον τομέα της ενέργειας είναι η αποδέσμευση από τα υγρά καύσιμα (κυρίως πετρέλαιο) και η αύξηση του ποσοστού των ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο της κοινότητας αποτελεί ένα εργαλείο για την επίτευξη του στόχου αυτού. Σύμφωνα με τους στόχους που θεσπίστηκαν στην Λευκή Βίβλο το 1997, μέχρι το 2010 τα κράτη-μέλη θα πρέπει να έχουν φροντίσει ώστε μέχρι το 2010 η συμμετοχή των ΑΠΕ να έχει φτάσει από το 6% στο 12%, ενώ η ηλεκτροπαραγωγή από τις ΑΠΕ θα πρέπει να αυξηθεί από 14% στο 22%. Η ηλιακή ενέργεια κατέχει μία σημαντική θέση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα ηλιακά συστήματα βρίσκονται στο κέντρο του ενδιαφέροντος, με σημαντικότερα για τον ελληνικό χώρο τα ηλιακά συστήματα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η πορεία της ελληνικής αγοράς ηλιακών θερμικών συστημάτων, η συμβολή της χρήσης ηλιακών συστημάτων παραγωγής ζεστού νερού χρήσης στην μείωση της ατμοσφαιρική ρύπανσης ενώ ταυτόχρονα κάνει σύγκριση με τους στόχους των Ελληνικών προγραμμάτων για την κλιματική μεταβολή. 2. ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΗΛΙΑΚΩΝ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Η Ελλάδα είναι μία από τις πιο επιτυχημένες χώρες παγκοσμίως στη χρήση των ηλιακών συλλεκτών και εδώ και πολλά χρόνια κατέχει το μεγαλύτερο ποσοστό επιφάνειας ανά κάτοικο στην ΕΕ και μόνο πρόσφατα με την διεύρυνση των 25 ξεπεράστηκε από την Κύπρο. Η ελληνική βιομηχανία φωτοθερμικών συστημάτων έχει φτάσει πλέον σε υψηλά επίπεδα ποιότητας και εμπειρίας έχοντας καταφέρει να ανταπεξέλθει στις δυσκολίες που προέκυψαν κατά καιρούς, πολλοί από τους κατασκευαστές έχουν στραφεί στις εξαγωγές καθώς και στην έρευνα και ανάπτυξη των προϊόντων τους.
Τα ηλιακά συστήματα ξεκίνησαν να παράγονται στην Ελλάδα το 1974 μετά την πετρελαϊκή κρίση του 1973-74. Τότε παρατηρήθηκε μία άνοδος του αριθμού των νεοϊδρυόμενων βιομηχανιών, με περίοδο κορύφωσης τη δεκαετία 80-90. Η δυναμικότητα των Ελλήνων κατασκευαστών ηλιακών συστημάτων κατά την περίοδο αυτή ποικίλει, γενικά όμως μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο κατηγορίες: μικρές, συνήθως οικογενειακές βιοτεχνίες και οργανωμένες βιομηχανίες. Συνήθως οι βιοτεχνίες συναρμολογούν τα ηλιακά συστήματα έχοντας αγοράσει τμήματα από μεγαλύτερους κατασκευαστές. Η παραγωγικότητα ποικίλει από πολύ μικρή έως και 1.200 m 2 ανά εργαζόμενο ετησίως. Το μέγεθος αυτό συνεχώς αυξάνεται καθώς οι μέθοδοι παραγωγής και η υποδομή των κατασκευαστών βιομηχανοποιείται. Σχεδόν όλοι οι μεγάλοι κατασκευαστές ακολουθούν ένα πρότυπο πιστοποίησης ποιότητας σύμφωνα με το ISO 9000 για την εξασφάλιση της ποιότητας των συλλεκτών τους καθώς και των ολοκληρωμένων συστημάτων τους. Το 1985, ο συνολικός αριθμός εργαζομένων που απασχολούνταν στην ελληνική βιομηχανία ηλιακών συλλεκτών έφτανε τους 1.000 ενώ το 2001 έφτασε τους 3.000. Από αυτούς 1.200 απασχολούνται άμεσα στις κατασκευαστικές εταιρίες, ενώ οι υπόλοιποι προσφέρουν υπηρεσίες που έχουν σχέση με τα φωτοθερμικά συστήματα. Η επιτυχία των πρωτοπόρων λειτούργησε ως κίνητρο και για άλλους κατασκευαστές με αποτέλεσμα από την δεκαετία του 90 μεγάλο μέρος της εγχώριας παραγωγής των μελών της Ένωσης Βιομηχανιών Ηλιακής Ενέργειας (ΕΒΗΕ) να εξάγεται (Εικόνα 1) [1, 2]. 350 300 250 Εξαγωγές Παραγωγή 1.000 m² 200 150 100 50 0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Εικόνα 1: Παραγωγή και εξαγωγές Ελλήνων κατασκευαστών ηλιακών συλλεκτών Το 99% της συνολικά εγκατεστημένης επιφάνειας αφορά θερμοσιφωνικά συστήματα οικιακής χρήσης κλειστού κυκλώματος. Μέχρι σήμερα πλήθος επιδεικτικών προγραμμάτων έχει πραγματοποιηθεί, με πιο σημαντικό από αυτά το Ηλιακό Χωριό - 3 που βρίσκεται στη Λυκόβρυση Αττικής, το οποίο κατασκευάστηκε το 1987-89 και λειτουργεί από το 1991 μέχρι σήμερα. Επίσης λειτουργούν επιδεικτικά προγράμματα μεγάλης κλίμακας κυρίως σε βιομηχανίες οινοποιίας, κλωστοϋφαντουργίας, γαλακτοκομικών προϊόντων, βυρσοδεψεία καθώς και σε ξενοδοχεία και αθλητικές εγκαταστάσεις. 3. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΗΛΙΑΚΩΝ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Οι κοινοί ηλιακοί θερμοσίφωνες για τη θέρμανση νερού οικιακής χρήσης χρησιμοποιούν επίπεδους συλλέκτες και αποτελούν την πιο διαδεδομένη εφαρμογή για την εκμετάλλευση Έτoς
της ηλιακής ακτινοβολίας με μετατροπή σε θερμότητα. Η μέση ετήσια απόδοση μετατροπής είναι περίπου 30 40% [3]. Οι επίπεδοι συλλέκτες εκμεταλλεύονται την ολική ακτινοβολία και στους συλλέκτες αυτούς, επιδιώκεται βελτίωση του βαθμού απόδοσης n R με μείωση των απωλειών ή / και με αύξηση του λόγου της απορροφητικότητας προς την ικανότητα εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας. Ένας τυπικός επίπεδος συλλέκτης αποτελείται από την μαύρη απορροφητική επιφάνεια στην οποία γίνεται μετατροπή της απορροφημένης ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα. Η θερμότητα αυτή μεταφέρεται σε κάποιο ρευστό το οποίο κυκλοφορεί μέσα στους αγωγούς διέλευσης του ρευστού που είναι ενσωματωμένοι στον απορροφητή. Ο απορροφητής καλύπτεται στην πάνω πλευρά από ένα διαφανές κάλυμμα που μειώνει της απώλειες λόγω συναγωγής και ακτινοβολίας προς την ατμόσφαιρα, η πλάτη και τα πλαϊνά του απορροφητή είναι μονωμένα για περιορισμό των απωλειών προς το περιβάλλον. Όλα τα παραπάνω βρίσκονται «συσκευασμένα» σε ένα μεταλλικό συνήθως πλαίσιο που προσφέρει προστασία από τις καιρικές συνθήκες και ακαμψία. Οι επίπεδοι συλλέκτες χωρίζονται ανάλογα με το ρευστό που θερμαίνουν σε συλλέκτες αέρα και σε συλλέκτες υγρού. Η συντριπτική πλειοψηφία των διαθέσιμων συλλεκτών σήμερα είναι υγρού, ενώ οι συλλέκτες αέρα είναι ακόμα στο στάδιο ανάπτυξης. Για την κατασκευή των επίπεδων συλλεκτών χρησιμοποιείται μια πληθώρα υλικών στην οποία περιλαμβάνονται ο χαλκός, ο χάλυβας, το αλουμίνιο, διάφορα είδη γυαλιού, μονωτικά κ.α. Παρόλο που στην Ελλάδα δεν υφίσταντο μέχρι πρόσφατα πιστοποιητικά ποιότητας για τους ηλιακούς συλλέκτες, από την ίδρυση της ΕΒΗΕ το 1978 και μετά για να γίνει κανείς μέλος, αναγκαία προϋπόθεση αποτελεί ο έλεγχος και η πιστοποίηση των προϊόντων του. Με αυτόν τον τρόπο επιχειρείται η διασφάλιση της αγοράς των φωτοθερμικών συστημάτων μετά τις συχνά ελαττωματικές εγκαταστάσεις των πρώτων χρόνων. Στη χώρα υπάρχει μόνο ένα εργαστήριο πιστοποίησης συλλεκτών το οποίο κάνει ελέγχους σύμφωνα με το ΕΝ 45001. Ανήκει στο κρατικό ερευνητικό κέντρο «Δημόκριτος» και παρέχει πιστοποιητικά για ISO 9806-1, ISO 9806-2 και ISO 9459-2. Το 2001 ο Ελληνικός Οργανισμός Τυποποίησης (ΕΛΟΤ) αντικατέστησε τα προηγούμενα πρότυπα με τα: ELOT EN 12975-1 & 2, ELOT EN 12976-1 & 2 και ELOT EN 12977-1, 2 & 3. Τα πιο κοινά υλικά κατασκευής ενός ηλιακού συστήματος παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 [1]. Σήμερα στην πλειοψηφία τους οι Ελληνικές κατασκευαστικές εταιρείες χρησιμοποιούν σωλήνες χαλκού με πτερύγια για να κατασκευάσουν τον απορροφητή ενώ λίγοι είναι σήμερα οι παραγόμενοι συλλέκτες τύπου σάντουιτς, οι οποίοι αποτελούσαν την πλειοψηφία τα πρώτα χρόνια. Πίνακας 1: Υλικά κατασκευής ενός συστήματος παραγωγής ζεστού νερού Υλικά απορροφητή Χαλυδβοέλασμα ή ανοξείδωτη λαμαρίνα Πτερύγια αλουμινίου ή χαλκού με σωλήνες ανοξείδωτου χάλυβα Σωλήνες χαλκού εκτονωμένοι σε πτερύγια αλουμινίου Σωλήνες χαλκού εκτονωμένοι σε πτερύγια χαλκού Επιφάνεια Μαύρη βαφή απορροφητή Επικάλυψη με επιλεκτική βαφή Μόνωση Υαλοβάμβακας σε συνδυασμό με PU-non CFC / PU-non CFC Υλικό καλύμματος Πλαίσιο συλλέκτη Δεξαμενή αποθήκευσης Κάλυμμα δεξαμενής Ηλιακό Τζάμι 3-5 mm / Πλαστικό τζάμι - Plexiglass Αλουμίνιο/ Ανοξείδωτος χάλυβας Χαλυβδοέλασμα Ανοξείδωτος / Γαλβανισμένος χάλυβας Υάλωση, Χαλκός Χαλυβδοέλασμα
Για την αύξηση της αποδοτικότητας του ηλιακού συλλέκτη η επιφάνεια του απορροφητή, στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιείται μαύρη ματ μη επιλεκτική ηλιακή πούδρα. Για τον περιορισμό των θερμικών απωλειών προς το περιβάλλον, συνηθίζεται η χρήση μονωτικών υλικών στην πίσω πλευρά και στα πλαϊνά του ηλιακού συλλέκτη. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται ποικίλουν. Ο υαλοβάμβακας υψηλής ποιότητας και ο πετροβάμβακας εμφανίζουν καλές μονωτικές ιδιότητες και αντοχή στις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στον συλλέκτη. Όπως όλα τα μονωτικά υλικά, είναι απαραίτητο να προστατευθούν από την υγρασία. Χρησιμοποιούνται σε πάχη μέχρι και 5 cm καθώς το όφελος για μεγαλύτερα πάχη είναι μηδαμινό. Στην Ελληνική βιομηχανία χρησιμοποιούνται όλα τα παραπάνω μονωτικά υλικά εξολοκλήρου ή και σε συνδυασμό μεταξύ τους (αφρός πολυουρεθάνης στη πίσω πλευρά με πετροβάμβακα στα πλαϊνά για παράδειγμα). Οι Έλληνες κατασκευαστές στο μεγαλύτερο ποσοστό, σχεδόν 90%, χρησιμοποιούν ηλιακό τζάμι χαμηλής περιεκτικότητας σε σίδηρο, πάχους 3 5 mm ως κάλυμμα για των συλλέκτη, ενώ πολύ λίγοι είναι αυτοί που κάνουν χρήση Plexiglas. Για το πλαίσιο του συλλέκτη χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά αλουμίνιο για τα πλαϊνά και γαλβανισμένη λαμαρίνα για το πίσω μέρος. Όσο αφορά τις δεξαμενές αποθήκευσης του ζεστού νερού χρήσης, αυτές κατασκευάζονται κυρίως από χάλυβα και σχετικά πρόσφατα από χαλκό. Ο εναλλάκτης σήμερα είναι τύπου μανδύα σε αντίθεση με τα πρώτα χρόνια όπου κυριαρχούσε η σερπαντίνα. Το δοχείο περιβάλλεται από μόνωση, συνήθως πολυουρεθάνη, και προστατεύεται από τις καιρικές συνθήκες από ένα εξωτερικό κύλινδρο κατασκευασμένο συνήθως από ανοξείδωτο χάλυβα ή αλουμίνιο. Οι δεξαμενές μπορούν ανάλογα με τον κατασκευαστή να είναι οριζόντιες ή κάθετα τοποθετημένες [1, 2, 4]. 4. ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΑΓΟΡΑ Η ιστορία της ελληνικής αγοράς ηλιακών συλλεκτών κατηγοριοποιείται σε τέσσερις φάσεις. Κατά τη περίοδο 1975 1984 είχαμε τις πρώτες μαζικές πωλήσεις ηλιακών συλλεκτών, οπότε η εγκατεστημένη επιφάνεια αυξανόταν σταθερά λόγω της πετρελαϊκής κρίσης καθώς και της υιοθέτησης από την ελληνική κυβέρνηση φορολογικών απαλλαγών για τους χρήστες. Κατά την αμέσως επόμενη περίοδο 1984 1986, οι πωλήσεις κυμαίνονταν στα 220.000 m 2 ετησίως ως αποτέλεσμα μεγάλης διαφημιστικής καμπάνιας με χορηγό το ελληνικό κράτος, αλλά και εξαιτίας του φόβου ότι ο φόρος προστιθέμενης αξίας (ΦΠΑ), που για πρώτη φορά θα εφαρμόζονταν την 1η Ιανουαρίου 1987 θα αύξανε τις τιμές των συστημάτων. Την περίοδο αυτή όλα τα συστήματα κατασκευάζονταν από εγχώριες βιομηχανίες και ένα πολύ μικρό ποσοστό εισάγονταν, κυρίως από το Ισραήλ. Από το 1987 έως το 1993 οι πωλήσεις παρέμειναν σταθερές και η εγκατεστημένη επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών αυξάνεται με σταθερό ρυθμό. Μία μεγάλης κλίμακας διαφημιστική καμπάνια με χορηγούς την ΕΒΗΕ και τον Οργανισμό για την Προώθηση των Ελληνικών Προϊόντων βελτίωσε την εικόνα της αγοράς. Το κίνητρο της έκπτωσης φόρου διατηρήθηκε μέχρι το 1991 οπότε και καταργήθηκε. Η συνεχώς αυξανόμενη τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος, η επιβολή του ΦΠΑ και οι πολλές υποτιμήσεις του εθνικού νομίσματος κατά τη περίοδο αυτή μπόρεσαν να προστατεύσουν την αγορά από μία έντονα πτωτική πορεία. Η οικονομική κρίση που επήλθε στις αρχές του 90, οι κυβερνητικές παρεμβάσεις για τη μείωση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος, η ελλιπής προώθηση των ηλιακών συστημάτων από τη βιομηχανία και η κατάργηση των οικονομικών κινήτρων από την κυβέρνηση είχαν ως αποτέλεσμα τη μείωση των πωλήσεων προς το τέλος αυτής της περιόδου. Από το 1994 έως και σήμερα η αγορά ηλιακών συστημάτων είναι πρακτικά σταθερή [1,4,5,6]. Στα τέλη του 2001, η συνολική εγκατεστημένη επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών στην Ελλάδα ανέρχονταν σε 2,79 εκατ. m 2. Το 99% της επιφάνειας εγκατεστημένων ηλιακών συλλεκτών αφορά συστήματα παραγωγής ζεστού νερού που διαθέτουν κυρίως κλειστό κύκλωμα. Τα
συστήματα αυτά χρησιμοποιούν αντιπηκτικό υγρό ώστε να μην παγώσει το κύκλωμα του συλλέκτη. Η δεξαμενή αποθήκευσης είναι συνήθως σε οριζόντια θέση και σε υψηλότερο σημείο από τον συλλέκτη. 5. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΟΦΕΛΗ Τα ηλιακά συστήματα από την αρχή θεωρήθηκαν ως μια εναλλακτική ενεργειακή τεχνολογία που συνέβαλε στην εξοικονόμηση ενέργειας, περιορίζοντας την εξάρτηση από το πετρέλαιο, και στην ανάπτυξη ενός νέου εγχώριου ενεργειακού πόρου. Η συμβολή των ηλιακών θερμοσιφωνικών συστημάτων σύμφωνα με το Εθνικό Πληροφοριακό Σύστημα Ενέργειας του Υπουργείου Ανάπτυξης αντιστοιχούσε στο 0,35% της ακαθάριστης εγχώριας κατανάλωσης ενέργειας (ή 104 kτιπ) ή στο 1,89% της κατανάλωσης του Οικιακού τομέα για το 2004. Για να εκτιμηθεί η συμβολή των ηλιακών θερμικών συστημάτων στην κάλυψη του θερμικού φορτίου και η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων κατά την περίοδο 1978 2001 γίνονται οι εξής παραδοχές: Περιοχές εγκατάστασης: Λόγω των διαφορετικών κλιματικών και δημογραφικών δεδομένων, οι εκτιμήσεις γίνονται για κάθε νομό ξεχωριστά. Νοικοκυριά: Από το μέγεθος του νοικοκυριού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό και το μέγεθος της απαιτούμενης συλλεκτικής επιφάνειας του ηλιακού συστήματος. Τα νοικοκυριά που επιλέγονται να εξεταστούν είναι αυτά των δύο, τριών, τεσσάρων και πέντε ατόμων, τα οποία σύμφωνα με τις απογραφές του 1981, 1991 και 2001 αποτελούν την συντριπτική πλειοψηφία του συνόλου [7]. Συστήματα: Τα τυπικά συστήματα για την ελληνική πραγματικότητα αποτελούνται από τον ηλιακό συλλέκτη, δεξαμενή και βάση. Για να καλυφθούν οι πιο διαδεδομένες τεχνολογίες, αναλύονται τέσσερα διαφορετικά ηλιακά συστήματα με συλλέκτες: σωλήνων χαλκού με πτερύγια χαλκού (Cu-Cu), με πτερύγια αλουμινίου (Cu-Al), με πτερύγια χάλυβα (Cu-St) καθώς και χαλύβδινοι τύπου σάντουιτς (SW) στα κατάλληλα μεγέθη για κάθε νοικοκυριό, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. Τα μεγέθη της δεξαμενής είναι 180lt, 200lt και 240lt [8]. Πίνακας 2: Αντιστοιχία Ηλιακών Συστημάτων - Νοικοκυριών Μέγεθος Νοικοκυριού Μέγεθος Συστήματος [m² / l] Άτομα 2m 2 \180l 4m 2 \200l 4m 2 \240l 6m 2 \240l 2 x 3 x 4 x 5 x Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών ποικίλλουν ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιούν και την περίοδο εγκατάστασης τους. Για την επιλογή των απαραίτητων χαρακτηριστικών για τους υπολογισμούς (δηλαδή των F r U L και Fr(τα)) χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από αντιπροσωπευτικούς συλλέκτες των αντίστοιχων περιόδων. Η διάρκεια ζωής των ηλιακών συστημάτων θεωρήθηκε ίση με 10 χρόνια για του συλλέκτες τύπου σάντουιτς και 15 χρόνια για όλους τους υπόλοιπους. Η εξεταζόμενη χρονική περίοδος χωρίστηκε σε δύο υποπεριόδους από το 1978 1989 και από το 1990 σήμερα, καθώς στις αρχές τις δεκαετίας του 1990 έκαναν την εμφάνιση τους οι συλλέκτες με σωλήνες χαλκού και πτερύγια χαλκού με συνδέσεις τύπου «ωμέγα» ή κολλήσεις υψηλής ποιότητας και ανώτερα τεχνικά χαρακτηριστικά από τους ήδη υπάρχοντες. Επίσης οι συλλέκτες κάθε τύπου χωρίστηκαν σε συλλέκτες υψηλής (H) και χαμηλής (L) τεχνολογίας αντίστοιχα ώστε να περιληφθούν όσο το δυνατόν πιο αντιπροσωπευτικά οι συνθήκες της αγοράς (υψηλή
ποιότητα = υψηλή τιμή, κτλ) (Πίνακας 3). Τα ποσοστά εγκατεστημένων συλλεκτών ανά τύπο ελήφθησαν με βάση την χρονική στιγμή της ενσωμάτωσης της κάθε τεχνολογίας στην αγορά και με το κόστος που συνεπαγόταν. Πίνακας 3: Τεχνικά χαρακτηριστικά αναλυόμενων συστημάτων 1978-1989 1990-2001 Τεχνολογία Συλλέκτη Cu-Cu Cu-Al Co-St SW Low High Low High F R U L 8,00 6,40 8,50 7,20 9,00 8,90 F R (τα) n 0,74 0,76 0,72 0,74 0,64 0,77 F R U L 6,40 4,80 7,20 5,80 7,50 8,20 F R (τα) n 0,76 0,79 0,74 0,76 0,68 0,81 Με βάση τα δεδομένα των εθνικών απογραφών του 1971, 1981 και 2001 για την ποσοστιαία κατανομή των νοικοκυριών ανά αριθμό μελών σε κάθε νομό και με δεδομένη διάρκεια ζωής για τα συστήματα υπολογίζεται η συνολική εγκατεστημένη επιφάνεια για τα νοικοκυριά των δύο, τριών, τεσσάρων και πέντε ατόμων (Εικόνα 2). Η χρήση των συστημάτων αυτών εξοικονομεί κατά κύριο λόγο ηλεκτρική ενέργεια η οποία θα κάλυπτε τη θέρμανση του νερού, καθώς η χρήση συστημάτων τριπλής ενέργειας άρχισε μετά το 1990 και κάλυπτε θερμικό φορτίο τον χειμώνα που η συμβολή του ΗΘΣ είναι ούτως ή άλλως μικρή λόγω της χαμηλής έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας. Για τον υπολογισμό των ενεργειακών οφελών από τα οποία προκύπτουν τα περιβαλλοντικά οφέλη χρησιμοποιείται η μέθοδος των καμπύλων f [9]. Οι υπολογισμοί γίνονται για κάθε μήνα από όπου και υπολογίζεται η ετήσια κάλυψη. [m²] 3.000.000 2.500.000 2.000.000 1.500.000 Copper - Foils Cu-Fe Copper - Foils Cu-Al High Copper - Foils Cu-Al Low Copper - Foils Cu-Cu High Copper - Foils Cu-Cu Low SW 1.000.000 500.000 0 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 Εικόνα 2: Εξέλιξη της εγκατεστημένης επιφάνειας ΗΘΣ ανά τύπο συλλέκτη Αρχικά υπολογίζεται το συνολικό μηνιαίο και ετήσιο θερμικό φορτίο που πρέπει να καλυφθεί ανά νομό και οικογένεια (μέγεθος νοικοκυριού). Για τον υπολογισμό, θεωρείται ότι η θερμοκρασία του ζεστού νερού που απαιτείται είναι 50 C, ενώ η απαιτούμενη ποσότητα ανά άτομο 50 lt. Το φορτίο κυμαίνεται από 615 έως 3.794 kwh th ετησίως ανάλογα με το μέγεθος και την τοποθεσία του νοικοκυριού. Από το απαιτούμενο θερμικό φορτίο ανά οικογένεια και ανά νομό και χρησιμοποιώντας τα υπόλοιπα απαραίτητα μετεωρολογικά δεδομένα και
τεχνικά χαρακτηριστικά των υπό εξέταση συλλεκτών, προκύπτει η μηνιαία κάλυψη για κάθε περιοχή και τελικώς το τμήμα του θερμικού φορτίου που καλύπτει το ΗΘΣ. Το συνολικό καλυπτόμενο φορτίο για όλη την εξεταζόμενη περίοδο παρουσιάζεται στην Εικόνα 3. 1.400 1.200 1.000 [GWh] 800 600 400 200-1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 Εικόνα 3: Συνολικό καλυπτόμενο θερμικό φορτίο 1978-2001 σε όλη τη χώρα 5,0% 4,5% 4,0% SOx CO2 NOx 3,5% 3,0% 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,0% 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 Εικόνα 4: Ετήσια «εξοικονόμηση» CO 2, SO x και NO x για όλη την εξεταζόμενη περίοδο Για να υπολογιστούν τα περιβαλλοντικά οφέλη πολλαπλασιάζετε το ολικό και το καλυπτόμενο φορτίο με την επιβάρυνση που προκαλεί η κατανάλωση μίας ΜWh ηλεκτρικής ενέργειας (με βαθμό απόδοσης 95%) σε έναν ηλεκτρικό θερμοσίφωνα. Θεωρώντας ότι η παραγωγή μίας ηλεκτρικής ΜWh από το Ελληνικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απελευθερώνει κατά μέσο όρο 1,39 t CO 2, 2,79 kg NO x και 17,9 kg SO x [11], προκύπτει το ετήσιο περιβαλλοντικό όφελος. Προκύπτει ότι η χρήση των ηλιακών θερμικών συστημάτων στην Ελλάδα από το 1978 έως το 2001 είχε ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση 18.365 GWh ηλεκτρικής ενέργειας και την αποφυγή έκλυσης 25,53 Mt CO 2, με 1,8 Mt μόνο για το 2000. Τα αποτελέσματα αυτά ξεπερνούν τους στόχους που είχε θέσει το Ελληνικό πρόγραμμα για την Κλιματική Αλλαγή για το 2000, το οποίο υποδείκνυε «εξοικονόμηση» 0,95 Mt CO 2 για το 2000, κατά 89%. Η διαφορά αυτή οφείλεται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι η εγκαταστημένη επιφάνεια ηλιακών συστημάτων ξεπέρασε τις προσδοκίες του προγράμματος [12].
Το ποσοστό του «εξοικονομούμενου» CO 2, NO x και SO x σε σχέση με το συνολικά εκλυόμενο στη χώρα για όλη την εξεταζόμενη περίοδο [13, 14] παρουσιάζεται στην Εικόνα 4. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα ηλιακά συστήματα όπως προκύπτει από τα παραπάνω συνέβαλαν ουσιαστικά στο ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας, κυρίως στον οικιακό τομέα, εξοικονομώντας 18.365 GWh ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και την αποφυγή έκλυσης 25,53 Mt CO 2. Επιπρόσθετα, η χώρα μας αποτελεί μια από τις ποιο αναπτυγμένες αγορές στην ΕΕ, αλλά η περαιτέρω ανάπτυξη της αγοράς όμως εξαρτάται από μια πληθώρα παραγόντων. Μερικοί από τους παράγοντες αυτούς εξαρτώνται από την τεχνολογία που ενσωματώνουν οι παραγόμενοι συλλέκτες ενώ άλλοι είναι εξωγενείς και αφορούν την γενική οικονομική κατάσταση, όπως οι τιμές των συμβατικών μορφών ενέργειας. Σύμφωνα με έκθεση της Ευρωπαϊκής Ένωσης Βιομηχανιών Ηλιακής Ενέργειας το τεχνικά αξιοποιήσιμο δυναμικό στη χώρα φτάνει τα 28.500.000 m² ή 2,7 m² ανά κάτοικο. Είναι δηλαδή εμφανές ότι και για τα επόμενα χρόνια τα ηλιακά θερμικά συστήματα θα πρωταγωνιστήσουν στην Ελληνική αγορά. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία εντάσσεται στο γενικότερο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής του εκ των συγγραφέων Γ. Μαρτινόπουλου, υποτρόφου του Ιδρύματος Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ), προς το οποίο οι συγγραφείς εκφράζουν τις ευχαριστίες τους. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. European Commission, European Solar Thermal Industry Federation, «Sun in Action II - A solar thermal strategy for Europe», ALTENER Programme, 2003. 2. EBHE, «Utilisation of solar energy and the role of the Greek Industry», Athens 2001. 3. F. de Winter, «Solar Collectors, Energy Storage and Materials», MIT Press, 1990. 4. ΙΟΒΕ, «Ηλιακά συστήματα: Η εγχώρια αγορά ηλιακών συστημάτων», Αθήνα 1985. 5. T. D. Tsoutsos, «Marketing solar thermal technologies: strategies in Europe, experience in Greece», Renewable Energy 26, p.33 46, 2002. 6. A. Argiriou, S. Mirasgedis, «The Solar Thermal Market in Greece - Review and Perspectives», Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.7, pp. 397-418, 2003. 7. ΕΣΥΕ, «Στατιστική Επετηρίδα 1971-2001». 8. Β. Α.Σωτηρόπουλος, «Τελική Έκθεση Έργου: Ανάπτυξη νέου τύπου συλλέκτη για την διεύρυνση των εφαρμογών της ηλιακής ενέργειας» ΠΕΝΕΔ 1991, Θεσσαλονίκη 1997. 9. J. A. Duffie, W. A.Beckman, «Solar Engineering of Thermal Processes», 1991. 10. Γ. Μαρτινόπουλος, «Διερεύνηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη χρήση ηλιακών θερμοσιφωνικών συστημάτων στην Ελλάδα με χρήση της μεθοδολογίας της ανάλυσης κύκλου ζωής», Μεταπτυχιακή Διατριβή, Θεσσαλονίκη 2004. 11. Pre Consultants, «SimaPro 5.1», 2002. 12. Τεχνική Έκθεση, «Ελληνικό πρόγραμμα δράσης για την Κλιματική Μεταβολή»,1995. 13. Γ. Τσιλιγκιρίδης, «Χρονική και χωρική ανάλυση της χρήσης ενέργειας και των συνεπαγόμενων εκπομπών αερίων ρύπων κατά την περίοδο 1960-90 στην Ελλάδα», Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΑΠΘ. Θεσσαλονίκη, 1995. 14. Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, «Κλιματική Αλλαγή, Στοιχεία Εκπομπών Αέριων Ρύπων 1990-2001».