Του Φώτη Μαυροματάκη, καθηγητή ΤΕΙ Κρήτης

Σημαντική αναμένεται να είναι η ανάπτυξη φωτοβολταϊκών (ΦΒ) πάρκων στην Κρήτη, αλλά και στον Ελλαδικό χώρο γενικότερα, ως συνέπεια του νέου νόμου για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που θέσπισε η Πολιτεία.

Είναι κατανοητό ότι η Ελλάδα έχει ακόμα να διανύσει αρκετό δρόμο ως προς την ευρεία χρήση της ΦΒ τεχνολογίας όπως φαίνεται από τα παρακάτω στοιχεία αλλά ήδη έχουν πραγματοποιηθεί σημαντικότατα βήματα.

Η εγκατεστημένη φωτοβολταϊκή ισχύς στην Ελλάδα ήταν 4,5 MW (μέχρι και το 2004), την ίδια στιγμή που σε χώρες με σαφέστερα μειωμένο ηλιακό δυναμικό η αντίστοιχη ισχύς ήταν πολλαπλάσια. Εδώ ο όρος ηλιακό δυναμικό εμπεριέχει τόσο την έννοια της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας και συνδέεται με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και τη διαύγεια της ατμόσφαιρας, όσο και με την ηλιοφάνεια που συνδέεται άμεσα με τις τοπικές μετεωρολογικές συνθήκες. Ενδεικτικά αναφέρονται, η Αγγλία με 8,2 MW, η Αυστρία με 19,2 MW, η Ολλανδία με 49 MW και η Γερμανία με 934 MW (!!). Μεσογειακές χώρες, όπως η Ιταλία και Ισπανία, διαθέτουν πλήθος φωτοβολταϊκών συστημάτων με ισχύ που φθάνει τα 31 και 38 MW, αντίστοιχα.

Μερικές από τις περιπτώσεις όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα φωτοβολταϊκά συστήματα αφορούν σε

• Οικιακές και βιομηχανικές εφαρμογές

• Φωτισμό πάρκων, δρόμων κ.λ.π

• Άντληση νερού (γεωτρήσεις)

• Αφαλάτωση νερού

• Τροφοδότηση αναμεταδοτών τηλεπικοινωνιών

• Τροφοδότηση συστημάτων καταγραφής δεδομένων σε απομονωμένες περιοχές.

Στα βασικά πλεονεκτήματα τους συγκαταλέγονται η μηδενική συνεισφορά σε ρύπους, η εγγύηση διατήρησης υψηλής απόδοσης για 25 και πλέον έτη, η ισοδύναμη μείωση εκπομπών καυσαερίων στο περιβάλλον, το χαμηλό κόστος λειτουργίας, συντήρησης και η ποιότητα ισχύος που προσφέρουν. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι 1 kW φωτοβολταϊκής ισχύος εξοικονομεί ετήσια περίπου 1.4 τόνους διοξειδίου του άνθρακα που θα εξέπεμπε μια ντιζελομηχανή. Το κύριο μειονέκτημα τους εξακολουθεί να είναι το σχετικά υψηλό κόστος, παρά το ότι έχει μειωθεί πολύ τα τελευταία χρόνια. Θα πρέπει όμως όλοι να συνειδητοποιήσουμε ότι το κόστος δεν πρέπει να αποτελεί και το μοναδικό κριτήριο μιας τέτοιας επιλογής.

Το εργαστήριο «Φωτοβολταϊκό Πάρκο» του ΤΕΙ Κρήτης δραστηριοποιείται στο χώρο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και συγκεκριμένα στην εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας. Διαθέτει την εμπειρία και την κατάλληλη τεχνογνωσία για την ανάπτυξη, μελέτη και παρακολούθηση ΦΒ συστημάτων. Έτσι έχει τη δυνατότητα να αναλάβει το ρόλο τεχνικού συμβούλου σε μικρά ή μεγάλα ΦΒ συστήματα και να συνεισφέρει στην ορθή λειτουργία και μεγιστοποίηση της απόδοσης τέτοιων συστημάτων.

Επιπλέον, πραγματοποιεί και καταγράφει μετρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας και μετεωρολογικών δεδομένων που είναι διαθέσιμα σε, σχεδόν, πραγματικό χρόνο στο δικτυακό τόπο http://physics.stef.teiher.gr/meteo. Τα δεδομένα αυτά είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό της αποδοτικότητας ενός ΦΒ συστήματος, μια ιδιαίτερα σημαντική παράμετρος είτε πρόκειται για ένα απλό σύστημα μερικών kW, είτε για ένα πάρκο των 200 ή περισσοτέρων kW.

Το νησί της Κρήτης προσφέρει τη δυνατότητα ανάπτυξης φωτοβολταϊκών εφαρμογών εξαιτίας των πολύ καλών καιρικών συνθηκών που επικρατούν γενικά. Στον Πίνακα Ι γίνεται μια ενδεικτική καταγραφή της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο, των ωρών ηλιοφάνειας ανά έτος και της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας για συγκεκριμένες πόλεις της Κρήτης καθώς και για πόλεις της Ελλάδας σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη για λόγους σύγκρισης.

Περισσότερο λεπτομερή στοιχεία χρησιμοποιούνται σε μελέτες φωτοβολταϊκών συστημάτων και δείχνουν ότι ένα σύστημα ενός (1) kW μπορεί να διαθέσει στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. 1500 kWh σε ετήσια βάση. Αντίθετα, για ένα σύστημα όπου η ενέργεια πρέπει να αποθηκευτεί σε συσσωρευτές για χρήση καθόλη τη διάρκεια του 24ωρου, η αποδιδόμενη ενέργεια προς κατανάλωση φθάνει τις 1200 kWh ανά έτος.

Τα παραπάνω στοιχεία αφορούν σε μέσες τιμές αρκετών ετών και είναι απλά ενδεικτικές για την περιοχή της Κρήτης. Στην πραγματικότητα αναμένονται διακυμάνσεις που θα διαφοροποιήσουν την τελικά παραγόμενη ενέργεια και θα οφείλονται κύρια στις καιρικές και ατμοσφαιρικές συνθήκες. Μείωση της ενέργειας είναι δυνατόν να προέλθει από τη μη ορθή λειτουργία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ή επιμέρους πλαισίων, από πιθανές φθορές σε καλωδιώσεις, ή από προβλήματα στις ηλεκτρικές συνδέσεις. Τέτοιες μεταβολές μπορεί να φαίνονται μικρές αλλά είναι σημαντικές για τα οικονομικά στοιχεία του συστήματος. Τα στοιχεία της Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας δείχνουν ότι ένα τυπικό σύστημα, από αυτά που πρόκειται να αναπτυχθούν στην Κρήτη, θα έχει ισχύ 200 kW. Σε αυτή την περίπτωση ένα ποσοστό 5% απωλειών λόγω οποιουδήποτε ενδογενούς προβλήματος σημαίνει σε ετήσια βάση απώλεια :

200 kW x 1500 kWh/kW x 5% x 0.45 ευρώ/kWh = 6750 ευρώ.

Χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα μπορούμε να δούμε αναλυτικότερα την ενέργεια που μπορεί να παραχθεί από ένα σύστημα 1 kW βασιζόμενοι σε σύστημα φωτοβολταϊκών πλαισίων που έχει στη διάθεση του το εργαστήριο «Φωτοβολταϊκό Πάρκο». Ο Πίνακας ΙΙ δείχνει την ενέργεια που έχει καταγραφεί στο εργαστήριο μας σε κιλοβατώρες ανά τετραγωνικό μέτρο καθώς και την ενέργεια, που αποδίδει στην έξοδο του ένα σύστημα 1 kW, σε κιλοβατώρες. Να τονιστεί εδώ ότι δεν έχουν ληφθεί υπόψη απώλειες μεταφοράς και απώλειες λόγω μετατροπής της συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη. Γενικά, οι πρώτες είναι εφικτό να μην ξεπερνούν το 3%, ενώ οι δεύτερες κυμαίνονται στο 5-10%.

Σχεδόν όλες οι ημερομηνίες στον Πίνακα ΙΙ αντιπροσωπεύουν τυπικές αίθριες ημέρες μέσα στο 2005 και 2006. Η 27η Δεκεμβρίου 2005 επιλέχθηκε γιατί ήταν μια ημέρα με έντονη νέφωση και δείχνει τη σημαντική μείωση στην ενέργεια που παράγει το σύστημα. Το σχήμα Ι δείχνει τη μεταβολή της προσπίπτουσας ισχύος σε οριζόντιο επίπεδο μέσα στην ημέρα για τις ημερομηνίες που αναφέρονται στον Πίνακα ΙΙ. Οι διαφορές που παρατηρούνται τις αίθριες ημέρες στις μέγιστες τιμές οφείλονται στη θέση του ήλιου στην ουράνια σφαίρα καθώς και στη διαπερατότητα της ατμόσφαιρας.

Μια βασική παράμετρος που επηρεάζει την αποδιδόμενη ενέργεια είναι η κλίση των ΦΒ πλαισίων σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο. Τυπικά η γωνία κλίσης επιλέγεται να είναι κοντά στο γεωγραφικό μας πλάτος. Είναι δυνατόν όμως να υπάρξουν εποχικές ρυθμίσεις της κλίσης των πλαισίων ώστε να αυξηθεί η παραγωγή ενέργειας.

Τα δεδομένα του εργαστηρίου «Φωτοβολταϊκό Πάρκο» δείχνουν ότι για το δεύτερο εξάμηνο του 2005 το σύστημα του 1 kW με σταθερή κλίση πλαισίων στις 30ο θα παρήγαγε περίπου 5% λιγότερη ενέργεια από ότι αν ρυθμιζόταν, εποχικά, με δύο διαφορετικές κλίσεις 20ο και 50ο. Η χρήση μοντέλων δείχνει ότι το ποσοστό μπορεί να φτάσει το 8-9% στην περίπτωση αίθριων ημερών. Συνήθως, οι κλίσεις των πλαισίων αλλάζουν κατά τις ισημερίες (τέλη Μαρτίου, Σεπτεμβρίου). Ο χρόνος (και ισοδύναμα το κόστος) που απαιτείται για την αλλαγή της κλίσης των πλαισίων σε μεγάλα ΦΒ πάρκα εξαρτάται από το πλήθος των βάσεων στήριξης.

Στην περίπτωση αυτόνομων οικιακών ή άλλων εφαρμογών που απαιτούν κατανάλωση μέσα σε όλο το 24ωρο, τότε η ενέργεια πρέπει να αποθηκευτεί σε κατάλληλους συσσωρευτές. Μια επιπλέον διαδικασία που πρέπει να πραγματοποιηθεί εδώ είναι η μετατροπή της υψηλής συνεχούς τάσης σε χαμηλότερη κατάλληλη για τη φόρτιση των συσσωρευτών και στη συνέχεια η μετατροπή της στη γνωστή μας εναλλασσόμενη τάση των 220 Volt.

Σύμφωνα με τα προηγούμενα ένα σύστημα ισχύος της τάξης των 2 kW θα μπορούσε να καλύψει το 67% των ενεργειακών αναγκών μιας οικογένειας με κατανάλωση 1200 kWh ανά τετράμηνο. Στην περίπτωση συστήματος 3 kW, αυτό θα σήμαινε κάλυψη του 100% των αναγκών. Όμως πρέπει να τονίσουμε εδώ ότι τα ποσοστά αυτά αναφέρονται στο σύνολο της κατανάλωσης και δε διαχωρίζουν τις πηγές που συνεισφέρουν σε αυτή. Έτσι ένα σύστημα 2 ή 3 kW δεν μπορεί να καλύψει μια ηλεκτρική κουζίνα, για παράδειγμα, των 4 kW ή ένα θερμοσίφωνο παρόμοιας ισχύος. Για τέτοιες συσκευές απαιτείται διαφορετική προσέγγιση, είτε τροφοδότηση τους άμεσα από το δίκτυο της Δ.Ε.Η., είτε χρήση γεννήτριας (για απομονωμένα συστήματα), είτε χρήση ηλ. κουζίνας με υγραέριο κ.ά. Το κόστος μιας αυτόνομης εγκατάστασης που περιλαμβάνει τα πλαίσια, το φορτιστή, τον αντιστροφέα τάσης, συσσωρευτές, μηχανικές κατασκευές στήριξης των πλαισίων, καλωδιώσεις κ.ά ανέρχεται ενδεικτικά στα 9 ευρώ ανά Watt. Επομένως, ένα σύστημα 2 kW θα κοστίσει περίπου 18000 ευρώ πλέον Φ.Π.Α. Η τιμή αυτή μπορεί να αυξηθεί στην περίπτωση ειδικής αγκύρωσης των βάσεων στήριξης (π.χ. με μπετόν) ή επεμβάσεων στην υπάρχουσα ηλεκτρική εγκατάσταση. Να τονίσουμε εδώ ότι στην περίπτωση π.χ. οικιακού συστήματος διασυνδεδεμένου με τη Δ.Ε.Η. τότε το πλήθος των συσσωρευτών μπορεί να μειωθεί και κατά συνέπεια το κόστος (ενδεικτικά 20%).

Είναι σαφές ότι το κόστος αυτό δεν είναι τόσο εύκολο να το αναλάβει ένας ιδιώτης ή μια οικογένεια. Για αυτό θα πρέπει να υπάρξουν σημαντικά κίνητρα ώστε τα φωτοβολταϊκά συστήματα να γίνουν προσιτά και στο ευρύ κοινό μια και σε αυτή τη φάση επιδοτούνται μεγάλα συστήματα που ανήκουν σε εταιρείες.

Κίνητρα μπορούν να δοθούν με τη μορφή επιδοτήσεων, φορολογικών ελαφρύνσεων (υπάρχουν στο νέο νόμο αλλά με μικρό τελικό κέρδος), ή χαμηλότοκων δανείων με μεγάλο χρόνο αποπληρωμής. Να σημειώσουμε εδώ ότι τέτοιες ενέργειες έχουν δοκιμαστεί στην πράξη. Συγκεκριμένα, στη Γερμανία, την περίοδο 1999-2003, το πρόγραμμα των 100000 ηλιακών σκεπών (Roofs programme) οδήγησε στην εγκατάσταση 300 MW. Νωρίτερα, το διάστημα 1991-1995 είχε υλοποιηθεί με επιτυχία το πρόγραμμα των 1000 ηλιακών σκεπών.

Επομένως, είναι δυνατόν να ενισχυθεί η διάδοση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και στο ευρύ κοινό με τη βοήθεια της Πολιτείας και/ή εκείνων των φορέων που μπορούν να συνεισφέρουν σε αυτή τη διεύθυνση.

(Τα στοιχεία για τις εγκατεστημένες ΦΒ ισχείς στις Ευρωπαϊκές χώρες προέρχονται από τον «Ευρωπαϊκό παρατηρητή», ενώ τα στοιχεία του Πίνακα Ι είναι διαθέσιμα στο δικτυακό τόπο του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.)