Τεχνοοικονομική μελέτη αυτόνομου υβριδικού συστήματος φωτοβολταϊκών με χρήση υδρογόνου για κατοικία στην περιοχή της Θεσσαλονίκης

Akis ApostolidisClean Technology

Apr 22, 2012 (5 years and 3 months ago)

3,133 views

Τεχνοοικονομική μελέτη αυτόνομου υβριδικού συστήματος φωτοβολταϊκών με χρήση υδρογόνου για κατοικία στην περιοχή της Θεσσαλονίκης


Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης

Πολυτεχνική Σχολή

Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης

Τομέας
Υλικών, Διεργασιών και Μηχανολογίας



Επιβλέπων Καθηγητής:
Θ. Καρακατσάνης Επίκουρος Καθηγητής Δ.Π.Θ















Τεχνοοικονομ
ική

μελέτη αυτόνομου υβριδικού
συστήματος

φωτοβολταϊκών με χρήση υδρογόνου για κατοικία
στην περιοχή της Θεσσαλονίκης




Διπλωματική Εργασία



Αποστολίδης Σωφρόνιος

Αρ. Μητρώου 622
































Ξάνθη, Απρίλιος 2012






Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης

Πολυτεχνική Σχολή

Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης

Τομέας
Υλικών, Διεργασιών και Μηχανολογίας



Επιβλέπων Καθηγητής:
Θ. Καρακατσάνης Επίκουρος Καθηγητής Δ.Π.Θ.

















Τεχνοοικονομική

μελέτη αυτόνομου υβριδικού
συστήματος

φωτοβολταϊκών με χρήση υδρογόνου για κατοικία
στην περιοχή της Θεσσαλονίκης







Αποστολίδης Σωφρόνιος

Αρ. Μητρώου
622











































i


Άνθρωπος και ενέργεια είναι δύο στοιχεία αλληλένδετα. Ανάμεσα στην πρώτη φωτιά

που άναψε ο άνθρωπος για να ζεσταθεί και να επιβιώσει στις αντίξοες καιρικές
συνθ
ή
κες έως

και τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα το κοινό στοιχείο είναι η
παραγωγή

ε
νέργειας.

Ωστόσο υπάρχει μία σημαντική και ειδοποιός διαφορά
ανάμεσα στο τότε και

στο τώρα. Μια

εξελικτική διαφορά, καθώς η αρχική ανάγκη
του ανθρώπου

για επιβί
ω
ση, εξελίχθηκε σε

ανάγ
κη για πολυτέλεια. Πλέον η
παραγωγή της ενέργειας αφορά κάθε πτυχή της ανθρώπινης

δραστηριότητας. Όμως η
αλόγιστη σπατάλη των φυσικών πόρων με σκοπό την κάλυψη των

απαιτήσεων σε
ενέργεια έχουν φτάσει σε κρίσιμο σημείο το περιβάλλον. Και δεν είναι μόνο η

εξ
άντληση των φυσικών πόρων. Η

παραγωγή ενέργειας από μόνη της προκαλεί
προβλήματα

στο περιβάλλον. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η τρύπα του όζοντος, η
μόλυνση του

περιβάλλοντος, με άμεση συνέπεια την εξαφάνιση ειδών πανίδας και
χλωρίδας, είναι μόνο

μερικές
από τις συνέπειες που έχει η χρήση των ορυκτών
καυσίμων.

Αν και κάπως αργά η ανθρωπότητα έχει αρχίσει να δραστηριοποιείται. Τα
τελευταία

χρόνια παρατηρείται μία σημαντική προσπάθεια αντιμετώπισης του
προβλήματος από
όλες
τις αναπτυγμένες χώρες, οι οποίες ε
ίναι και οι κύριες
υπεύθυνες τόσο για την Ενεργειακή

Κρίση όσο και για την Καταστροφή του
Περιβάλλοντος. Μέσα από την υπογραφή συνθηκών

και πρωτοκόλλων
τοποθετούνται όρια στην αλόγιστη χρήση ορυκτών καυσίμων από
τις
χώρες, για την
παραγωγή ενέργειας, ενώ π
αράλληλα επιβάλλεται σταδιακά η χρήση Α.Π.Ε. Η

Ελλάδα, αν και ουραγός στο θέμα της ευαισθητοποίησης απέναντι στο

περιβάλλον,

συμμετέχει στην προσπάθεια αυτή αναλαμβάνοντας ορισμένες υποχρεώσεις.

Ήδη ο
Πρόλογος

ii


τομέας της έρευνας και της τεχνολογικής ανάπτυξης έχει
στραφεί αρκετά
προς
την
εύρεση εναλλακτικών μορφών ενέργειας.


Στόχος της διπλωματικής είναι τόσο η περιγραφή ενός αυτόνομου

συστήματος
παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας φιλικού προς το περιβάλλον,
και η οικονομική του
αξιολόγηση
.

Ειδικά σε περιοχές που
βρίσκονται μακριά από το δίκτυο
ηλεκτροδότησης και που η μεταφορά νέων γραμμών είναι μια χρονοβόρα και
δύσκολη διαδικασία

με μεγάλο κόστος
, η λειτουργία τέτοιων συστημάτων είναι μια
εξαιρετικά αξιόλογη επιλογή
.























iii


Οφείλω να
ευχαριστήσω θερμά όλους όσους συνέβαλαν στην εκπόνηση της
διπλωματικής εργασίας. Κυρίως θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα
καθηγητή μου κ. Θεόκλητο Καρακατσάνη για την ανάθεση του θέματος και την
συνεχή καθοδήγηση που μου παρείχε. Επίσης, τον κύριο Π.

Μπότσαρη για τις
πληροφορίες που μου έδωσε σχετικά με τους συσσωρευτές, και τον πατέρα μου για
την συνεχή υποστήριξη και την βοήθεια στην ολοκλήρωση του συστήματος.















Ευχαριστίες

iv


Πρόλογος

................................
................................
................................
................................
..........

i

Ευχαριστίες

................................
................................
................................
................................
...

iii

Πίνακας περιεχομένων

................................
................................
................................
..................

iv

Πίνακας σχημάτων

................................
................................
................................
........................

ix

Κατάλογος πινάκων

................................
................................
................................
.......................

xi

Περίληψη
................................
................................
................................
................................
.....

xiii

Abstract

................................
................................
................................
................................
........

xiv

1.

Ενέργεια

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮

1


1.1

Τι είναι ενέργεια

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮

1


1.2

Από πού προέρχεται η ενέργεια

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮

2


1.3

Ενεργειακό πρόβλημα

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮


3


1.4

Παρούσα κατάσταση στην Ελλάδα

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮

3


1.5

Το φαινόμενο του Θερμοκηπίου

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮

6


1.6

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ)

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮.

8


1.7

Γενικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮

9


1.8

Πρόγραμμα οικιακού συνδεδεμένου δικτύου

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮.




1.9

ΑΠΕ στην Ελλάδα

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮




1.10

Ηλιακή ενέργεια

⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮⸮
⸮⸮⸮⸮.



Πίνακας περιεχομένων

v


2

Φωτοβολταϊκά Συστήματα

................................
................................
................................
...

21


2.1

Φωτοβολταϊκά τεχνολογία
................................
................................
..........................

21


2.2

Τύποι
Φωτοβολταϊκών

................................
................................
...............................

23


2.3

Βασικά στοιχεία φωτοβολταϊκών

................................
................................
...............

27


2.4

Μοντελοποίηση ηλιακών κελιών

................................
................................
...............

28


2.5

Επίδραση έντασης ακτινοβολίας και θερμοκρασίας

................................
..................

31


2.6

Εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων

................................
................................
..

34



2.6.1

Αυτόνομο σύστημα

................................
................................
....................

34



2.6.2

Διασυνδεδεμένα
φωτοβολταϊκά συστήματα

................................
..............

3
4



2.6.3

Φωτοβολταϊκά πάρκα

................................
................................
.................

35


2.7

Ηλιακή Γεωμετρία

................................
................................
................................
......

36



2.7.1

Ηλιακή σταθερά
Gsc

................................
................................
..................

36



2.7.2

Γεωγραφικό πλάτος του τόπου φ

................................
...............................

37



2.7.3

Απόκλιση του ήλιου δ

................................
................................
................

38



2.7.4

Ύψος και αζιμούθιο ήλιου

................................
................................
.........

39



2.7.5

Προσανατολισμός του
συλλέκτη

................................
...............................

40



2.7.6

Η διακύμανση της ηλιακής ακτινοβολίας

................................
..................

43



2.7.7

Μέση μηνιαία απορροφώμενη ακτινοβολία

................................
...............

45


2.8

Ηλιακοί ιχνηλάτες

................................
................................
................................
......

46

3

Υδρογόνο

................................
................................
................................
................................

49


3.1

Γενικά για το υδρογόνο

................................
................................
..............................

49


3.2

Χρήση υδρογόνου

................................
................................
................................
.......

51


3.3

Παρασκευή υδρογόνου

................................
................................
...............................

53



3.3.1

Θερμοχημικές μέθοδοι παραγωγής του υδρογόνου

................................
....

53



3.3.2

Ηλεκτρολυτικές μέθοδοι παραγωγής του υδρογόνου

................................
.

55



3.3.3

Φωτολυτικές μέθοδοι παραγωγής του υδρογόνου

................................
......

58


3.4

Αποθήκευση υδρογόνου

................................
................................
.............................

58



3.4.1

Αποθήκευση του υδρογόνου σε αέρια μορφή

................................
.............

59



3.4.2

Αποθήκευση υδρογόνου σε υγρή μορφή

................................
....................

60

vi




3.4.3

Αποθήκευση υδρογόνου σε στερεά μορφή με την μορφή των υδριδίων

....

63


3.5

Κυψέλες καυσίμου
................................
................................
................................
......

64



3.5.1

Αρχή λειτουργίας

................................
................................
........................

65



3.5.2

Είδη κυψελών καυσίμου

................................
................................
.............

66



3.5.3

Απόδοση

................................
................................
................................
......

67


3.6

Μηχανές Εσωτερικής Καύσης
υδρογόνου

................................
................................
.

68



3.6.1

Καύση του υδρογόνου σε ΜΕΚ

................................
................................
..

68



3.6.2

Φαινόμενο
backfire

................................
................................
.....................

69



3.6.3

Βαθμός απόδοσης των ΜΕΚ υδρογόνου

................................
....................

70

4

Υβριδικά Συστήματα Φωτοβολταϊκών των με χρήση υδρογόνου


................................
...

73


4.1

Αντιστροφέας
DC
-
AC (inverter)

................................
................................
................

73


4.2

Μετατροπή
εναλλασσόμενης τάσεως σε συνεχή (Ανορθωτής)

................................
.

75


4.3

Μετατροπή συνεχούς ρεύματος (
DC
-
DC

converter
)
................................
..................

76


4.4

Συσσωρευτές

................................
................................
................................
..............

77



4.
4
.
1

Είδη συσσωρευτών

................................
................................
.....................

78



4.
4
.
2

Συστοιχίες συσσωρευτών

................................
................................
............

80



4.
4
.
3

Σχεδιαστική δομή και αρχή λειτουργίας συσσωρευτών

.............................

81



4.4.4

Φόρτιση και εκφόρτιση

................................
................................
...............

84



4.4.5

Χρόνος ζωής συσσωρευτή

................................
................................
..........

85



4.4.6

Συσσωρευτές για φωτοβολταϊκά

................................
................................
.

87



4.4.7

Εκφόρτιση και επιτρεπόμενο βάθος εκφόρτισης

................................
........

88



4.4.8

Σωστή χρήση συσσωρευτών

................................
................................
.......

89



4.4.9

Φόρτιση

................................
................................
................................
.......

91



4.4.
10

Συντελεστής φόρτισης και
απόδοσης ισχύος

................................
..............

92


4.5

Αυτοματισμοί

................................
................................
................................
.............

93



4.5.1

Ελεγκτές φόρτισης

................................
................................
......................

93



4.5.2

Ηλεκτρονόμος (ρελέ)

................................
................................
..................

94


4.6

Παρακολούθηση του σημείου μέγιστης ισχύος (
MPPT
)

................................
............

96


4.7

Περιγραφή πλήρους συστήματος

................................
................................
...............

97

vii




4.7.1

Βασικό μοντέλο

................................
................................
..........................

97



4.7.2

Εναλλακτικά μοντέλα

................................
................................
.................

99

5

Μοντελοποίηση υβριδικού συστήματος σε κατοικία στο νομό Θες/νίκης

.....................

103


5.1

Στοιχεία σπιτιού

................................
................................
................................
........

103



5.1.1

Τοποθέτηση φωτοβολταϊκών

................................
................................
....

103



5.1.2

Αρχιτεκτονική σπιτιού

................................
................................
..............

105


5.2

Πληροφορίες συσκευών κατανάλωσης

................................
................................
....

107



5.2.1

Γενικές προϋποθέσεις

................................
................................
...............

107



5.2.2

Μέση κατανάλωση

................................
................................
....................

108


5.3

Ηλιοφάνεια στην Θεσσαλονίκη

................................
................................
................

109


5.4

Επιλογή
Inverter

................................
................................
................................
.......

110


5.5

Διαστασιολόγηση ηλιογεννήτριας

................................
................................
............

112



5.5.1

Μηνιαίες ανάγκες ρεύματος

................................
................................
......

112



5.5.2

Μηνιαία παραγωγή

................................
................................
...................

113



5.5.3

Σύγκριση κατανάλωσης


παραγωγής

................................
......................

116



5.5.4

Διαστασιολόγηση και διάταξη φωτοβολταϊκής συστοιχίας

......................

116


5.6

Επιλογή


Διαστασιολόγηση συσσωρευτών

................................
............................

119


5.7

Επιλογή συσκευών υδρογόνου
……………………………………………………...122



5.7.1

Γενικές μετρήσεις

................................
................................
.....................

122



5.7.2

Επιλογή συσκευής ηλεκτρόλυσης

................................
.............................

123



5.7.3

Μοντελοποίηση αποθήκευσης υδρογόνου

................................
................

125




5.7.3.1

Περιγραφή μοντέλου δεξαμενών αποθήκευσης
.................

126




5.7.3.2

Προσομοίωση μοντέλου (
Buffer & Final Storage)

............

128



5.7.4

Επιλογή συμπιεστή

................................
................................
...................

129



5.7.5

Γεννήτρια με ΜΕΚ υδρογόνου

................................
................................
.

130



5.7.6

Σωληνώσεις

................................
................................
...............................

133


5.8

Καλωδίωση

................................
................................
................................
...............

134



5.8.1

Πλευρά συνεχούς ρεύματος

................................
................................
......

135



5.8.2

Πλευρά εναλλασσομένου ρεύματος

................................
..........................

137

viii



5.9

Ασφάλεια υδρογόνου

................................
................................
................................

137


5.10

Γείωση

................................
................................
................................
......................

140


5.11

Επιλογή και ρύθμιση αυτοματισμών

................................
................................
........

141



5.11.1

Χαρακτηριστικά των ρελέ

................................
................................
.........

142



5.11.
2

Πιεσοστάτες

................................
................................
..............................

143

5.11.
3

Ηλεκτροβαλβίδα

................................
................................
.......................

143


5.12

Συμπεράσματα

................................
................................
................................
..........

143

6

Οικονομική αξιολόγηση

................................
................................
................................
......

149


6.1

Εισαγωγή

................................
................................
................................
..................

149


6.2

Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής (
LCC

Analysis
)

................................
..................

150



6.2.1

Υπολογισμός Κόστους Κύκλου Ζωής

................................
......................

150



6.2.2

Μελέτη ευαισθησίας

................................
................................
.................

152


6.3

Δείκτης Καθαρής
Παρούσας Αξίας

................................
................................
..........

153



6.3.1

Κόστος αγοράς ενέργειας από την ΔΕΗ

................................
...................

153



6.3.2

Κόστος επέκτασης δικτύου

................................
................................
.......

154



6.3.3

Υπολογισμός Καθαρής Παρούσας Αξίας

................................
.................

155


6.4

Λόγος οφέλους προς δαπάνες

................................
................................
...................

156


6.5

Εναλλακτικό σενάριο με υδρογονοκίνηση

................................
...............................

157



6.5.1

Το
υδρογόνο ως καύσιμο αυτοκινήτου

................................
......................

157



6.5.2

Μετρήσεις νέου συστήματος

................................
................................
.....

158



6.5.3

Οικονομική αξιολόγηση νέου συστήματος

................................
................

161

Συμπεράσματα

................................
................................
................................
..............................

164

Προτάσεις

................................
................................
................................
................................
.....

165

Παράρτημα

................................
................................
................................
................................
...

167






ix



Σχήμα 1.1
Από που προέρχεται η ηλεκτρική ενέργεια της ΔΕΗ
για το έτος 2011

.......................

2

Σχήμα 1.2
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

................................
................................
...................

7

Σχήμα 1.3
Εγκατεστημένη ισχύς σε ΜW ανανεώσιμων πηγών ενεργείας στην
Ελλάδα
και στόχος για το 2020

................................
................................
................................
...........

14

Σχήμα 2.1
Τύποι ηλιακών κελιών και καταγεγραμμένες µέγιστες αποδόσεις

(Πηγή:
NREL
)

................................
................................
................................
................................
....

2
3

Σχήμα 2
.2
Απλό μοντέλο ηλιακού κελιού

................................
................................
...................

2
8

Σχήμα 2.3 Μοντέλο
ηλιακού κελιού με αντιστάσεις
................................
................................
...

2
9

Σχήμα 2.4 Καμπύλες
I
-
V

και
P
-
V

ενός ηλιακού κελιού

................................
.............................

30

Σχήμα 2.5 Επίδραση ηλιακής ακτινοβολίας στην καμπύλη
I
-
V

ενός ηλιακού κελιού
................

3
2

Σχήμα 2.6 Επίδραση της θερμοκρασίας στην
I
-
V

χαρακτηριστική καμπύλη ενός
ηλιακού κελιού

................................
................................
................................
.......................

3
2

Σχήμα 2.7 Το ύψος (
α) και το αζιμούθιο του ήλιου

................................
................................
....

40

Σχήμα 2.8 Η κλίση του συλλέκτη (β), το αζιμούθιο του συλλέκτη (γ) και η γωνία
πρόσπτωσης των ηλι
ακών ακτινών του
συλλέκτη (θ)

................................
...........................

4
1

Σχήμα 2.9 Ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε συλλεκτικές επιφάνειες κ
αθ’ όλη
τη διάρκεια του έτους

................................
................................
................................
.............

4
3

Σχήμα 2.
10 Βέλτιστες κλίσεις συλλέκτη

................................
................................
.....................

4
3

Σχήμα 2.11 Διακύμανση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται μία
οριζόντια επιφάνεια
στη διάρκεια τριών χαρ
ακτηριστικών ημερών του έτους

.....................

4
4

Πίνακας

Σχημάτων


x


Σχήμα 2.12 Διακύμανση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας με τον ηλιακό
συλλέκτη σε κλίση ίση με τ
ο γεωγραφικό πλάτος του τόπου

................................
................

4
4

Σχήμα

3.1 Παραγωγή υγρού υδρογόνου

................................
................................
.....................

61

Σχήμα 4.1 Κύκλωμα ανορθωτή

................................
................................
................................
...

76

Σ
χήμα 4.2 Κυψελίδα συσσωρευτή

................................
................................
..............................

81

Σχήμα 4.3 Φόρτιση
-
εκφόρτιση μπαταρίας μ
ολύβδου
-
οξέως

................................
......................

85

Σχήμα 4.4 Διάγραμμα
cell

voltage



SOC

και επίπεδα τάσης εκλύσεως αερίων για
συσσωρευτή
Pb
-
Sb

................................
................................
................................
.................

92

Σχήμα 4.5 Χαρακτηρι
στική καμπύλης εντοπισμού ΜΡΡ

................................
............................

9
7

Σχήμα 4.6

Περιγραφή πλήρους συστήματος

................................
................................
...............

98

Σχήμα 4.7 Περι
γραφή εναλλακτικού συστήματος

................................
................................
....

100

Σχή
μα 5.1 Αναπαράσταση γωνίας φ

................................
................................
.........................

10
4

Σχήμα 5.2 Παραγόμενες
kWh

ανά μήνα (πρώτου έτους)

................................
.........................

11
4

Σχήμα 5.3 Σύγκριση παραγόμενης ενέργειας και

ενέργειας που καταναλώνεται

.....................

11
6

Σχήμα 5.
4 Αναλογία Βάθους εκφόρτισης με Αριθμό Κύκλων Ζωής σε θερμοκρασία
20
º
C

................................
................................
................................
................................
......

1
21

Σχήμα 5.5 Τα μέρη που αποτελ
είται η συσκευή ηλεκτρόλυσης

................................
...............

12
5

Σχήμα 5.6 Αναπαράσταση του συνολικού μήκους του κ
αλωδίου για το συνεχές
ρεύμα

................................
................................
................................
................................
....

13
7

Σχήμα 5.7 Πλήρες σύστημα με αυτοματισ
μούς, μετρητές και ασφάλειες

................................

1
41

Σχήμα 5.8 Περίσσια ενέργεια ανά μήνα (
kWh
)

................................
................................
........

1
44

Σχήμα 5.9 Ποσοστό ενέργειας που πηγαίνει στην
κατανάλωση μετά από απώλειες

................

14
5

Σχήμα 6.1 Αντιστοιχία Κόστους κύκλου ζωής του συστήματος και προεξοφλητικό
επιτόκιο

................................
................................
................................
................................

153

Σχήμα 6.2

Μεταβολή του δείκτη καθαρής παρούσας αξίας της επένδυσης του
συστήματος, με την απόσταση της κατοικίας από τον κοντινότερο στύλο

..........................

154

Σχήμα 6.3 Καθαρή παρούσα αξία και απόσταση από τον κοντινότερο στύλο ΔΕΗ

................

156

Σχήμα 6.4 Αναλογία καυσίμου που χρησιμοποιείτ
αι

................................
................................

161

Σχήμα 6.5 Κόστος και κέρδος του νέου συστήματος ανά έτος λειτουργίας

.............................

162


xi




Πίνακας 2.1

Γεωγραφικά πλάτη περιοχών

................................
................................
..................

38

Πίνακας 2.2 Μέση μηνιαία ακτινοβολία σε οριζόντιο επίπεδο εκτός ατμόσφαιρας
(
Mj
/
m
2
)

................................
................................
................................
................................
...

4
5

Πίνακας 3
.1 Παγκόσμια
ζήτηση υδρογόνου

................................
................................
...............

52

Πίνακας 3.2 Παγκόσμια παραγωγή

υδρογόνου ανά μέσο παραγωγής

................................
........

5
3

Πίνακας 4.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά ενός
inverter

................................
................................
....

7
4

Πίνακας 5.1 Βέλτιστες κλίσεις ανά μήνα για
την περιοχή της Θεσσαλονίκης

.........................

10
4

Πίνακας 5.2 Οι ηλεκτρικές συσκευές της κατοικ
ίας και ο
χρόνος που αυτές
λειτουργούν

................................
................................
................................
..........................

10
8

Πίνακας 5.3 Εκτιμώμενες
μέσες καταναλώσεις κατοικίας

................................
.......................

10
9

Πίνακας 5.4 Υπολογισμός Αμπερωρίων/ημέρ
α που καταναλώνει η κατοικία

.........................

1
09

Πίνακας 5.5 Κλιματο
λογικά στοιχεία Θεσσαλονίκης

................................
...............................

1
10

Πίνακας 5.6 Χαρακτηριστικά
Inver
ter

Sunny

Island

5048

................................
.......................

1
11

Πίνακας 5.7 Εκτιμώμενη
μηνιαία κατανάλωση κατοικίας
................................
........................

1
13

Πίνακας 5.8 Εισερχόμε
να δεδομένα στον εξομοιωτή

................................
...............................

1
13

Πίνακας 5.9 Παραγόμενες
kWh

ανά μήνα (πρώτου έτους)

................................
......................

1
14

Πίνακας 5.10 Οι παραγόμενες
kWh

κάθε έτους

................................
................................
.......

11
5

Πίνακας 5.11 Παραγόμενες
kWh

ανά μήνα (25
ου

έτους)

................................
..........................

11
5

Κατάλογος πινάκων


xii


Πίνακας 5.12 Συντελεστές απωλειών ενέργειας από τα Φ/Β στην κατανάλ
ωση

......................

11
6

Πίνακας 5.13
kWh

που καταλήγουν στην κατανάλωση το 25
ο

έτος

................................
.........

11
6

Πίνακας 5.14 Συνοπτικά στοιχεία σχετικά με

την διαστασιολόγηση

των Φ/Β

.........................

11
7

Πίνακας 5.15 Στοι
χεία επιλεγμένων συσσωρευτών

................................
................................
..

11
9

Πίνακας 5.16 Υπολογισμός απαιτούμενων
Ah

................................
................................
.........

1
21

Πίνακας 5.17 Στ
οιχεία συσκευής ηλεκτρόλυσης

................................
................................
......

1
23

Πίνακας 5
.18 Παραγωγικότητα υδρογόνου

................................
................................
..............

1
23

Πίνακας 5.19
Χαρακτηριστικά τελικής δεξαμενής

................................
..............................

12
8

Πίνακας 5.20
Υπολογισμός αξιοποιήσιμης ενέργειας φιάλης

................................
............

12
9

Πίνακας 5.21 Χαρακτηρισ
τικά φιαλών που χρειαζόμαστε

................................
.......................

12
9

Πίνακας 5.2
2

Αναλογία αέρα / υδρογόνου κατά
moles
,
βάρος και όγκο

................................
..

1
31

Πίνακας 5.2
3

Στοιχεία γεννήτριας

................................
................................
............................

1
32

Πίνακας 5.2
4

Χαρακτηριστικά καλωδ
ίου ανάλογα με την δι
ατομή του

................................
...

1
36

Πίνακας 5.2
5

Αντιστοιχία
SOC
-
Volts

................................
................................
.......................

1
43

Πίνακας 5.2
6

Περίσσια ενέργεια ανά μήνα (
kWh
)

................................
................................
...

1
43

Πίνακας

5.2
7

Συνολική απόδοση εκμετάλλευσης περίσσιας
ενέργειας, μετά από
απώλειες

................................
................................
................................
...............................

1
45

Πίνακας 5.2
8

Α
ξιοποίηση ενέργειας ανά μήνα

................................
................................
.........

14
5

Πίνακας 5.
29

Εκτιμήσεις μεγίστου χρόνου λειτουργίας, και παραγόμενου υδρογόνου
ανά μήνα

................................
................................
................................
...............................

14
6

Πίνακας 6.1 Υπολογισμός κόστους κύκλου ζωής του συστήματος

................................
..........

151

Πίνακας 6.2 Αναλυτικά ο λογαριασμός της ΔΕΗ ανά τετράμηνο

................................
............

153

Πίνακας 6.3 Χαρακτηριστικά
electrolyzer

LM
-
10.000
όπως τα δίνει
η

κατασκευάστρια εταιρία

................................
................................
................................
.......

159

Πίνακας 6.4 Παραγωγή συνολικού υδρογόνου με την νέα συσκευή ηλεκτρόλυσης
LM
-
10.000
................................
................................
................................
............................

159

Πίνακας 6.5 Υδρογόνο που προορίζεται για καύσιμο αυτοκινήτου, καθώς και η
ισάξια ποσότητα βενζίνης και
τα αντίστοιχα χιλιόμετρα

................................
.....................

160



xiii




Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία
ενός
εύχρηστου και

αποτελεσματικού «εργαλείου», για τη μελέτη και
μοντελοποίηση ενός
ολοκληρωμένων συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Το σύστημα που
εξετάζεται παράγει ενέργεια από
φωτοβολταϊκά,

και συνάμα με τη

βοήθεια μέρους
αυτής της ενέργειας, παράγεται υδρογόνο. Το υδρογόνο μπορεί

να λειτουργήσει ως
εναλλακτική πηγή ενέργειας αποδίδοντας ηλεκτρικό ρεύμα.

Στο πρώτο εισαγωγικό κεφάλαι
ο
αναφέρεται τι είναι ενέργεια, από πού προέρχεται
και την παρούσα ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα.

Στο δεύτερο κεφάλαιο
γίνεται ανάλυση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας, τους τύπους
φωτοβολταϊκών κελιών και τους τρόπους λειτουργίας τους.

Στο τρίτο κεφάλαιο
μελετάται το υδρογόνο, οι φυσικές και χημικές του ιδιότητες, ο
τρόπος παρασκευής, αποθήκευσης και αξιοποίησής του.

Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται
το υβριδικό σύστημα φωτοβολταϊκών με
συμπαραγωγή και χρήση υδρογόνου, και οι συσκευές από τις οποίες
αποτελείται.

Στο πέμπτο
κεφάλαιο γίνεται η μοντελοποίηση αυτού του συστήματος σε κατοικία
στην περιοχή της Θεσσαλονίκης.

Στο έκτο κεφάλαιο
γίνεται η οικονομική αξιολόγηση του συστήματος και
παρουσιάζεται το εναλλακτικό σενάριο της υδρογονοκίνησης.


Λέξεις

Κλειδιά:

Ηλιακή ενέργεια, Αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα,
Y
δρογόνο,
H
λεκτρόλυση





Περίληψη

xiv





The aim of this thesis is to design a practical and effective “tool”

for studying and
modeling integrated power systems. The specific system

produces energy from
photovol
taic
, and some part of this energy, we produce hydrogen. The
hydrogen can
serve as an alternative source of energy by dissipating electrical current.

The first chapter refer
s

to “what is energy”, where it comes from and the current
energy situation in Greece.

The second chapter analyzes the photovoltaic technology,
the types of photovoltaic
cells and how they operate.

The third chapter describes the hydrogen, its physical and chemical properties, how
we produce it, how we store it and how we use it.

The forth chapter presents the hybrid photovoltaic system with co
-
pr
oduction and use
of hydrogen, and the devices making up.

The fifth chapter is the modelling of the system at a home in the area of Thessaloniki.

The sixth chapter is the economical evaluation of the system and presents the scenario
of using hydrogen in a c
ar.


Keywords
:


Solar energy
, Off
-
grid photovoltaic system
, Hydrogen, Electrolysis


Abstract

Design

and modeling of

integrated

off
-
grid

photovoltaic system

with

co
-
production,

storage and

use of hydrogen


Thesis submitted to the Department of Production and Management Engineering,
School of Engineering, Democritus University of Thrace, Greece, on April 2012

for the degree

Diploma in Production and Management Engineering (Dip. Eng.)

Supervisor: Assist. Prof
. T
. Karakatsanis


1

1.1 Τι είναι ενέργεια

K
άθε φυσικό σύστημα περιέχει (ή εναλλακτικά αποθηκεύει) μία ποσότητα που
ονομάζεται
ενέργεια
. Ενέργεια, συνεπώς, είναι η ικανότητα ενός σώματος ή
συστήματος να παραγάγει έργο.

Οποιαδήποτε μορφή δράσης από τα
παιδικά παιχνίδια μέχρι τη λειτουργία των
μηχανών και από το μαγείρεμα τροφών μέχρι τη γραμμή παραγωγής στο εργοστάσιο
προϋποθέτει κατανάλωση ενέργειας. Οι πράγματι πολυποίκιλες μορφές ενέργειας
βρίσκονται πίσω από την ασύλληπτη ποικιλία των φυσικών φαινομ
ένων.

Η ενέργεια με την οποία τροφοδοτείται ο πλανήτης μας προέρχεται σχεδόν εξ
ολοκλήρου από τον Ήλιο.

Η ενέργεια είναι σε τέτοιο βαθμό συνυφασμένη με την καθημερινή μας ζωή που μόνο
η έλλειψή της καθιστά πρόδηλη την αναγκαιότητά της. Το σύνολο των ανθρώπ
ινων
δραστηριοτήτων δεσμεύει, παράγει, καταναλώνει, μετατρέπει, αποθηκεύει και
υποβαθμίζει τεράστια ποσά ενέργειας.

Κάθε πολίτης των αναπτυγμένων κρατών
καταναλώνει ημερησίως τόση ενέργεια όση παράγουν οι μύες 100 μεγαλόσωμων
ανδρών ή 12 δυνατών αλόγων
.

Η ενέργεια εμφανίζεται με πολλές μορφές. Κίνηση, θερμότητα, ενέργεια χημικών
δεσμών ή ηλεκτρισμός. Ακόμη και η μάζα είναι μια μορφή ενέργειας. Η ενέργεια
μπορεί να προέρχεται από διαφορετικές πηγές όπως ο άνεμος, ο άνθρακας, η ξυλεία ή
Κεφάλαιο

1

Ενέργεια


2

τα τρόφιμα. Όλες οι
πηγές ενέργειας έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό. Η χρήση τους
μας δίνει τη δυνατότητα να θέσουμε αντικείμενα σε κίνηση, να μεταβάλουμε
θερμοκρασίες, να παράγουμε ήχο και εικόνα. Με άλλα λόγια,

μας δίνεται η
δυνατότητα να παράγουμε έργο
.

[1]


1.2 Από πού πρ
οέρχεται η ενέργεια

Ο κύκλος της παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας ξεκινά από τις αρχικές μορφές
ενέργειας όπως ο άνθρακας, το αργό πετρέλαιο, ο άνεμος, το ηλιακό φως ή το φυσικό
αέριο.
Αυτές οι μορφές χαρακτηρίζονται ως πρωτογενή ενέργεια και βεβαίως,
ελάχιστα μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους καταναλωτές. Το επόμενο βήμα
είναι η μετατροπή των πρωτογενών μορφών σε τελική ενέργεια όπως για παράδειγμα
ηλεκτρισμός ή βενζίνη. Τέλος, κατάλληλος εξοπλισμός ή συσκευές όπως το
αυτοκίνητο ή η τηλεόραση, μετατρ
έπουν την τελική ενέργεια σε χρήσιμη ενέργεια
παρέχοντας ενεργειακές υπηρεσίες. Από την πρωτογενή έως την χρήσιμη ενέργεια,
μεσολαβούν πολλά ενδιάμεσα στάδια ανάλογα με τη μορφή της ενέργειας. Εξόρυξη
άνθρακα η πετρελαίου, μεταφορά με αγωγούς, χρήση δεξαμε
νόπλοιων, καύση σε
μεγάλους θερμικούς σταθμούς, δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και πολλά
άλλα. Όλη αυτή η πολυσύνθετη αλυσίδα είναι γνωστή ως ενεργειακό σύστημα

[2]
.


Σχήμα
1
.1

-

Από που προέρχεται η ηλεκτρική ενέργεια της Δ
ΕΗ για το έτος 2011

[3]


3


1.3 Ενεργειακό πρόβλημα

Το ενεργειακό πρόβλημα στις μέρες μας εμφανίζεται οξύτερο από ποτέ. Τι όμως είναι
το ενεργειακό πρόβλημα; Μπορούμε να πούμε ότι η ουσία του ενεργειακού
προβλήματος βρίσκεται στην

συσχέτιση των ενεργειακών
αποθεμάτων που διαρκώς
μειώνονται με τις απαιτήσεις για κατανάλωση ενέργειας που διαρκώς αυξάνονται.

Είναι αρκετά εύκολο να κατανοήσουμε τι σημαίνει αύξηση της ενέργειας που
καταναλώνεται αν αναλογιστούμε το πλήθος των ηλεκτρικών συσκευών που έχουμε
σήμερα

στο σπίτι μας σε σχέση με τις συσκευές που είχαμε, ας πούμε, πριν 50 χρόνια,
ή τον αριθμό των αυτοκινήτων που κυκλοφορούν τώρα στους δρόμους σε σχέση με
τότε. Στο ίδιο συμπέρασμα θα καταλήξουμε αν παρατηρήσουμε τις ενεργοβόρες
εγκαταστάσεις ενός σύγχρονου

κτιρίου (π
.
χ
.

νοσοκομείου με κεντρική εγκατάσταση
κλιματισμού, δίκτυο υπολογιστών, ιατρικό εξοπλισμό) και τις συγκρίνουμε με ένα
ανάλογο κτίριο που κατασκευάστηκε πριν μερικές δεκαετίες.

Υπολογίζεται ότι ο πρωτόγονος άνθρωπος χρησιμοποιούσε για τις ανάγκε
ς του
ενέργεια ίση με 6,3

MJ

την ημέρα που έπαιρνε μέσω της τροφής του. Ο σημερινός
άνθρωπος χρησιμοποιεί περίπου 1
.
000

MJ

δηλαδή 150 φορές περισσότερη.

[4]


1.4 Παρούσα κατάσταση στην Ελλάδα

Το πετρέλαιο και ο λιγνίτης καλύπτουν περίπου το 86% της συνολικής διάθεσης
ενέργειας στην Ελλάδα. Ακολουθεί µια σύντοµη ανάλυση του ενεργειακού ισοζυγίου
της Ελλάδος στην Ευρωπαϊκή Ένωση (Ε.Ε.) αλλά και την θέση του πετρελαίου σε
αυτήν.

Μέσα στην δεκαετί
α του 70 πραγματοποιήθηκαν

δυο
μεγάλες κρίσεις στο πετρέλαιο,
οι οποίες επηρέασαν σηµαντικά το οικονοµικό σύστηµα. Στόχ
ος για ελληνικό κράτος
έγινε η
μείωση της εξάρτησης του ενεργειακού συστήµατος της
χώρας από το
πετρέλαιο. Βασικό

στοιχείο των πολιτικών

αυτών ήταν η εξάρτηση του λιγνίτη και
τη δημιουργία έργων υποδοµής για την παραγωγή ηλεκτρισµού και τη

4

διαφοροποίηση της προσφοράς ενέργειας µε την εισαγωγή του φυσικού αεριού
(Υπουργείο Ανάπτυξης, 2007).

Το 2005 η συνολική ∆ιάθεση Πρωτογενούς Ενέ
ργειας (∆ΠΕ) στην Ελλάδα έφτασε
τα 31.1 Mtoe, αυξημένη κατά 40% περίπου από τα επίπεδα του 1990 όταν η
ακαθάριστη εγχώρια κατανάλωση ήταν 22.2 Mtoe. Την περίοδο (1995
-
2005) ο µέσος
ετήσιος ρυθµός αύξησης ήταν 2.3%.

[5]


Ο λιγνίτης και το πετρέλαιο καλ
ύπτουν περίπου το 86% της συνολικής διάθεσης
ενέργειας, η οποία παρουσιάζει µια σταθερή αύξηση τα τελευταία χρόνια. Το φυσικό
αέριο πρωτοεμφανίστηκε το 1995 και οι ανανεώσιµες πήγες ενέργειας άρχισαν να
εµφανίζονται σαν υπολογίσιµη πηγή παραγωγής ηλεκτ
ρισµού. Η ενεργειακή
εξάρτηση της χώρας ήταν 75% το 2005 γι αυτό αυξήθηκε η εισαγωγή πετρελαίου και
φυσικού αεριού.

Πιο αναλυτικά, η «1
η Έκθεση για το
μακροχρόνιο ενεργειακό σχεδιασµό της
Ελλάδας 2008
-
2020» του Υπουργείου Ανάπτυξης (2007) αποκάλυψε τα
εξής για τον
ενεργειακό χάρτη της Ελλάδας:

Πετρελαϊκά Αποθέµατα


Η Ελλάδα εισάγει αργό πετρέλαιο και πετρελαϊκά προϊόντα, κατά κύριο λόγο, από τη
Ρωσία (32,3%), τη Σαουδική Αραβία (31,1%) και το Ιράν (28,6%). Τα πετρελαϊκά
αποθέµατα καλύπτουν τη ζήτη
ση για µέ
χρι το τέλος του Επενδύσεις των

Φωτοβολταϊκών Επενδύσεων στην Κρήτη παρόντος αιώνα. Η εξέλιξη της τιµής του
πετρελαίου δεν επηρεάζεται αρνητικά παρασύρεται από άλλους παράγοντες εκτός
από την πρόσφορα και την ζήτηση. Σηµαντικά στοιχεία του παγκ
όσμιου ισοζυγίου
πετρελαίου για την ερχόµενη πενταετία είναι η εκτίµηση ότι η παγκόσμια παραγωγή
πετρελαίου θα ξεπερνά οριακά τη ζήτηση. Σηµαντικά αυξητική θα είναι η διύλιση
κυρίως λόγο έργων στη Μέση Ανατολή. Παρά την αύξηση της διύλισης πετρελαίου
εκτιµάται ότι θα παρουσιαστεί αύξηση στη ζήτηση του βίο καυσίµου.





5

Φυσικό Αέριο


Η ζήτηση της Ελλάδας σε φυσικό αέριο γίνεται από τη Ρωσία (85%) µέσω
της

Βουλγαρίας και σε µορφή υγροποιημένου φυσικού αεριού από την Αλγερία

(15%). Η
παγκόσμια κατάσταση
στον τοµέα του φυσικού αεριού

χαρακτηρίζεται από την
αναµενόµενη αύξηση της ζήτησης λόγω πρόσθετων

αναγκών αεριού για
ηλεκτροπαραγωγή στις αναπτυσσόμενες χώρες. Η τιµή

του φυσικού αεριού
κυµαίνεται σε υψηλά επίπεδα όπως και του πετρελαίου

και αναµένεται κά
µψη µετά
το 2010.

Ηλεκτρισµός

Η συνολική εγχώρια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα ανήλθε το

2005
στις 58,7TWh από την οποία, περίπου, το 6,5% καλύφθηκε από καθαρές

εισαγωγές
που πραγματοποιήθηκαν, κατά κύριο λόγο, από τη Βουλγαρία

(81%) και την
πΓ∆Μ
(14%).

Τα σταθερά καύσιµα συνεχίζουν να αποτελούν τη βασική µορφή ενέργειας για
την
παραγωγή σε σχετική σταθερότητα τιµών. Μια ανάλυση για τα βασικά
αποθέµατα
δείχνει ότι ακολουθώντας την σηµερινή παγκόσµια παραγωγή υπάρχει διαθεσιµότητα
τροφοδοσίας
για λιθάνθρακα και λιγνίτη για πολλά χρόνια. Οι θετικές εξελίξεις στην
τεχνολογία για αποθήκευση και την δέσµευση του διοξειδίου του άνθρακα αποτελούν
µια βιώσιµη και µακροχρόνια χρήση του άνθρακα. Η ανταγωνιστικότητα και η
ασφάλεια τροφοδοσίας της χρήσης

του άνθρακα στο ενεργειακό ισοζύγιο εξετάζεται
για την µείωση των εκποµπών αέριων του θερµοκηπίου. Οι επενδύσεις σε
τεχνολογίες άνθρακα αποδεικνύεται µεγάλης άξιας για την διαθεσιμότητα,
προσβασιμότητα, και ευελιξία του πόρου αυτού.

Βιοκαύσιµα

Η προώθηση

του βιοκαυσιµου της αιθανόλης και του βιο ντίζελ είναι µια από τις
σηµαντικές αναζήτησης της ελληνικής πολιτείας. Η αύξηση της παγκόσµιας
παραγωγής βιοκαυσιµων αναµένεται να είναι ραγδαία. Οι Η.Π.Α είναι µια από τις
χώρες κλειδιά για την ανάπτυξη του βιοκ
αυσιµου ξεπερνώντας την Βραζιλία που
ήταν ο µεγαλύτερος παραγωγός της αιθανόλης.


6

Ανανεώσιµες Μορφές Ενέργειας

Η συνεισφορά των ΑΠΕ στο εθνικό ενεργειακό ισοζύγιο το 2008 είναι της τάξης του
5,6%, σε επίπεδο συνολικής ακαθάριστης εγχώριας κατανάλωσης, και της τάξης του
17,7%, σε επίπεδο εγχώριας παραγωγής πρωτογενούς ενέργειας (ΚΑΠΕ, 2009).

Η παραγωγή πρωτογενούς

ενέργειας από ΑΠΕ το 2008 ήταν 1,8Mtoe, ενώ στις αρχές
της δεκαετίας του 90 ήταν 1,2 Mtoe. Εξ’ αυτών:



600 ktoe περίπου οφείλονται στη χρήση βιοµάζας στα νοικοκυριά,



264 ktoe στη χρήση βιοµάζας στη βιοµηχανία για ίδιες ανάγκες

(συνολικό
ποσοστό της βιο
µάζας 53,6%),



από την παραγωγή βιοκαυσίµων 63 ktoe (3,5%),




357 ktoe (19,7%) από την παραγωγή των υδροηλεκτρικών σταθµών,




193 ktoe (10,7%) από την παραγωγή των αιολικών συστηµάτων




174 ktoe (9,6%) από την παραγωγή των θερµικών ηλιακών

συστηµάτων,




35 ktoe (2%) από το βιοαέριο, κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής

ενέργειας και





17 ktoe (1%) από την παραγωγή γεωθερμικών συστηµάτων

Στόχος της Ελλάδας είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ να αγγίξει το
29% επί της συνολικής ηλεκτροπαραγωγής µέχ
ρι το 2020.
[6]



1.5 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

Από τα στοιχεία που αναφέραμε παραπάνω ότι συνθέτουν το περιβαλλοντικό
πρόβλημα ασφαλώς το
σημαντικότερο είναι το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το
φαινόμενο αυτό συνίσταται στον εγκλωβισμό της θερμικής
ενέργειας στην γήινη
ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα την αύξηση της συνολικής θερμοκρασίας του πλανήτη με
ανυπολόγιστες συνέπειες για τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι συνέπειες αυτές
μπορεί να είναι

άμεσες

(εμφάνιση ακραίων θερμοκρασιών, ερημοποίηση
«πράσινων» περι
οχών) ή

μελλοντικές

(συνολική αλλαγή του κλίματος,
λιώσιμο των πάγων, άνοδος του επιπέδου της θάλασσας, καταποντισμός
παράκτιων περιοχών)
.


7


Σχήμα
1.
2

-

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου

Τα βασικά χαρακτηριστικά του φαινομένου του
θερμοκηπίου είναι ότι:

Έχει

οικουμενικό χαρακτήρα
, δηλαδή, παρά το ότι δημιουργείται από ρύπους που
παράγονται κυρίως σε συγκεκριμένες περιοχές (αστικά κέντρα, βιομηχανικές ζώνες),
οι επιπτώσεις του διαχέονται σε κάθε γωνιά του πλανήτη, (πχ λιώσιμο των πάγ
ων
στους πόλους).

Τα αποτελέσματά του εμφανίζονται με χρονική υστέρηση
, επομένως σε κάποιο
βαθμό είναι δύσκολο να γίνει πρόβλεψη για το πραγματικό μέγεθος του
προβλήματος.

Η ανάπτυξη του φαινομένου είναι ανάλογη της βιομηχανικής ανάπτυξης και της
αύξησης τ
ου βιοτικού επιπέδου,

και για το λόγο αυτό συνεχής τις τελευταίες
δεκαετίες. Με τα σημερινά δεδομένα η ανάσχεση του φαινομένου μπορεί να
πραγματοποιηθεί περισσότερο με τη χρήση αντιρρυπαντικών τεχνολογιών (φίλτρα,
καλύτερης ποιότητας κινητήρες), παρά


με την αναδιάρθρωση του συνδυασμού των
χρησιμοποιούμενων πηγών ενέργειας.

Το αέριο που ευθύνεται κυρίως για τη δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου
είναι το διοξείδιο του άνθρακα

CO
2
.

[
2]




8

1.6 Ανανεώσημες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ)

Ως «ανανεώσιμες πηγές

ενέργειας» θεωρούνται γενικά οι εναλλακτικές των
παραδοσιακών πηγών ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), όπως η ηλιακή
και η αιολική. Ο χαρακτηρισμός «ανανεώσιμες» είναι κάπως καταχρηστικός, μιας και
ορισμένες από αυτές τις πηγές, όπως η

γεωθερμ
ική ενέργεια

δεν ανανεώνονται σε
κλίμακα χιλιετιών. Σε κάθε περίπτωση οι ΑΠΕ έχουν μελετηθεί ως λύση στο
πρόβλημα της αναμενόμενης εξάντλησης των (μη ανανεώσιμων) αποθεμάτων
ορυκτών καυσίμων
. Τελευταία από την

Ευρωπαϊκή Ένωση
, αλλά και από πολλά
μεμονωμένα

κράτη
, υιοθετούνται νέες πολιτικές για τη χρήση ανανεώσιμων πηγών
ενέργειας, που προάγουν τέτοιες εσωτερικές πολιτικές και για τα κράτη μέλη. Οι
ΑΠΕ αποτελούν τη βάση του μοντέλου

οικονομικής ανάπτυξης

της
πράσινης
οικονομίας

και κεντρικό σημείο εστίασης
της σχολής των

οικολογικών οικονομικών
,
η οποία έχει κάποια επιρροή στο

οικολογικό κίνημα
.
[1]

Σύμφωνα με τον νόμο:

«Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) είναι οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές
ενέργειας, δηλαδή η αιολική, η ηλιακή και η γεωθερμική ενέργεια, η
ενέργεια
κυμάτων, η παλιρροϊκή ενέργεια, η υδραυλική ενέργεια, τα αέρια τα εκλυόμενα από
χώρους υγειονομικής ταφής, από εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού και τα
βιοαέρια, όπως ορίζει η ΟΔΗΓΙΑ 2001/77/ΕΚ»

Επίσης:

«Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας από ΑΠΕ
(σύμφωνα με τον Ν 2773/1999) είναι η
Ηλεκτρική Ενέργεια η προερχόμενη από:

1.

Την εκμετάλλευση Αιολικής ή Ηλιακής Ενέργειας ή βιομάζας ή Βιοαερίου.

2.

Την εκμετάλλευση Γεωθερμικής Ενέργειας, εφόσον το δικαίωμα
εκμετάλλευσης του σχετικού Γεωθερμικού Δυναμικού έχε
ι παραχωρηθεί στον
ενδιαφερόμενο, σύμφωνα με τις ισχύουσες κάθε φορά διατάξεις.

3.

Την εκμετάλλευση της Ενέργειας από την Θάλασσα.


9

4.

Την εκμετάλλευση Υδάτινου Δυναμικού με Μικρούς Υδροηλεκτρικούς
Σταθμούς μέχρι 10
MW
.

5.

Συνδυασμό των ανωτέρω.

6.

Τη Συμπαραγωγή, με
χρήση των Πηγών Ενέργειας, των (1) και (2) και
συνδυασμό τους.»


1.7 Γενικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ

T
ο θεσμικό πλαίσιο για την στήριξη των ΑΠΕ στην Ελλάδα αποτελείται από δύο

βασικές παραμέτρους. Η πρώτη παράμετρος έχει να κάνει με οικονομική στήριξη
της

παραγόμενης κιλοβατώρας από ΑΠΕ (
feed
-
in
-
tariff

system
), ενώ η δεύτερη

παράμετρος με την οικονομική στήριξη των επενδύσεων για ΑΠΕ, μέσω παροχής

επιδοτήσεων για την υλοποίηση έργων για παραγωγή ηλεκτρισμού.
[7]


Ο πρώτος νόμος που έδωσε λύση σε παρατειν
όμενα προβλήματα των ΑΠΕ τέθηκε σε

ισχύ το 1994 (
Νόμος 2244/94

“Ρύθμιση θεμάτων ηλεκτροπαραγωγής από
ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και από συμβατικά καύσιμα και άλλες διατάξεις”),
αλλά πρακτικά εφαρμόστηκε το 1998, όταν ψηφίστηκε ο Εθνικός Αναπτυξιακός
Νόμο
ς (
2601/98
) και δεσμεύτηκαν από το 2
ο

Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης κονδύλια
για τους τομείς των Ανανεώσιμων, της Εξοικονόμησης Ενέργειας και της
Συμπαραγωγής. Το Επιχειρησιακό Πλαίσιο Στήριξης των ΑΠΕ, απέδωσε θετικά
αποτελέσματα κατά τη διάρκεια ισχύος
του. Συγκεκριμένα η εγκατεστημένη ισχύς
από ΑΠΕ αυξήθηκε από 71
MWe

το 1997 (ίδια κατάσταση με το 1994) σε 500
MWe

το 2004 και 1.100
MWe

το 2007. Το μεγαλύτερο μέρος της εγκατεστημένης ισχύος
των ΑΠΕ αφορά αιολικά πάρκα.

Ο
νόμος 2773/1999

για την απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και ο
νόμος
3468/2006

, που συμπλήρωσε και αντικατέστησε τον 2244/1994, για την
παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και συμπαραγωγή
ηλεκτρισμού και θερμότητας υψηλής απόδοσης,
αποτελούν μέχρι σήμερα το βασικό
νομοθετικό πλαίσιο της σημερινής αγοράς ΑΠΕ. Με τους νόμους αυτούς έγινε η
ενσωμάτωση των Ευρωπαϊκών Οδηγιών 96/92/ΕΚ και 2001/77/ΕΚ στο εθνικό
δίκαιο. Δυστυχώς στην παρούσα φάση δεν υπάρχει κάποιος νόμος που να

10

αναφέρετα
ι ειδικότερα στην παραγωγή θέρμανσης/ ψύξης από ΑΠΕ. Οι
σημαντικότερες διατάξεις των νόμων 2773/1999 και 3468/2006 που αφορούν τις
ΑΠΕ συνοψίζονται παρακάτω:

1) Σύμφωνα με το νόμο
2773/1999

ιδρύετ
αι η Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας

(ΡΑΕ) και ο Διαχειρισ
τής Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας

(ΔΕΣΜΗΕ). Και τα δύο αυτά σώματα είναι βασικοί φορείς της απελευθερωμένης

ηλεκτρικής αγοράς.

2) Σύμφωνα με το νόμο
2773/99

ορίζεται η άδεια παραγωγής ηλεκτρικής

ενέργειας, η οποία είναι απαραίτητη

για τη λειτουργία ενός σταθμού παραγωγής

ηλεκτρικής ενέργειας,

είτε συμβατικού είτε με ΑΠΕ.
Η χορήγηση της άδειας

παραγωγής δεν απαλλάσσει τον κάτοχό της από την υποχρέωση να λαμβάνει

άλλες
άδειες ή εγκρίσεις που προβλέπονται από την ισχύουσα νομοθεσία,
όπως οι άδειες
εγκατάστασης και λειτουργίας.

3) Ο Διαχειριστής του Συστήματος (ΔΕΣΜΗΕ) υποχρεούται να δίνει

προτεραιότητα, κατά την κατανομή του Φορτίου, σε διαθέσιμες εγκαταστάσεις

παραγωγής, στις οποίες η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από ΑΠΕ, ανεξάρτ
ητα

από
την εγκατεστημένη ισχύ τους, καθώς και σε υδροηλεκτρικές μονάδες με

εγκατεστημένη ισχύ μέχρι 15
MWe
.

4) Ο Διαχειριστής του συστήματος (ΔΕΣΜΗΕ) είναι υποχρεωμένος να
συνάπτει σύμβαση πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας με τον κάτοχο άδειας παραγωγής
τη
ς για 10 έτη, η οποία μπορεί να παρατείνεται για 10 επιπλέον έτη.

5) Ο νόμος
3468/06

προσπαθεί να απλοποιήσει και να επιταχύνει την
αδειοδοτική διαδικασία και επιπλέον θέτει ένα τιμολόγιο για επιδότηση της
παραγόμενης κιλοβατώρας (
feed
-
in
-
tariff

system
)
. Όπως προαναφέρθηκε στο θεσμικό
πλαίσιο στήριξης των ΑΠΕ, πέρα από την

επιδότηση της παραγόμενης κιλοβατώρας
προβλέπεται και η παροχή επιδοτήσεων για

την υλοποίηση έργων ΑΠΕ
(προβλέπονται επιδοτήσεις και για άλλου τύπου

επενδύσεις). Οι επιδοτήσεις αυτές

προβλέπονται κυρίως μέσω:

1. Του νόμου
3299/2004
, που συχνά καλείται και Αναπτυξιακός Νόμος.

2. Επιχειρησιακού Προγράμματος Ανταγωνιστικότητας (ΕΠΑΝ), υπό την


11

στήριξη του 3
ου

Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης (ΚΠΣ
III
, 2000
-
2006).

3. Του Εθνικού
Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) 2007
-
2013 υπό
την στήριξη του 4
ου

Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης (ΚΠΣ
IV
, 2007
-
2013).

Ο επενδυτικός νόμος (
3299/2004
) χορηγεί ελκυστικά κίνητρα για επενδύσεις, σε
όλους τους τομείς της οικονομίας, όπως είναι ο πρωτογεν
ής τομέας (π.χ.
θερμοκήπια, ιχθυοτροφεία), ο δευτερογενής (π.χ. κατασκευές, ενέργεια), ο
τριτογενής (π.χ. υπηρεσίες) και ο τουρισμός. Ο συγκεκριμένος νόμος έχει ισχυρό
γεωγραφικό χαρακτήρα, καθώς το επίπεδο της επιδότησης που δίνεται κάθε φορά
εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση που θα υλοποιηθεί η επένδυση. Έτσι γίνεται
διαίρεση της επικράτειας σε τέσσερις ζώνες, ενώ οι δραστηριότητες που εμπίπτουν
στις παροχές του χωρίζονται σε πέντε κατηγορίες.


Όσον αφορά τώρα τις επενδύσεις ΑΠΕ, ο νόμος
3299/2004

δίνει επιδοτήσεις για
επενδύσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας από ΑΠΕ, καθώς και
για επενδυτικά σχέδια παραγωγής βιοκαυσίμων ή στερεών καυσίμων από βιομάζα,
επενδυτικά σχέδια παραγωγής βιομάζας από φυτά, με σκοπό τη χρήση της ω
ς πρώτης
ύλης για την παραγωγή ενέργειας. Η πιο συνηθισμένη περίπτωση από τις παραπάνω
επενδύσεις είναι βέβαια η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ.

Στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Ανταγωνιστικότητας (ΕΠΑΝ), υπό την στήριξη του
3ου Κοινοτικού Πλαισίου Στή
ριξης (ΚΠΣ
III
, 2000
-
2006), σύμφωνα με το μέτρο 2.1
του υποπρογράμματος 2, δίνονται κρατικές επιδοτήσεις σε ιδιωτικές επενδύσεις για:
α) επενδύσεις ΑΠΕ, γ) ορθολογική χρήση ενέργειας και γ) μικρής κλίμακας
συμπαραγωγή (<

50
MW
e
).

Το Επιχειρησιακό Πρ
όγραμμα Ανταγωνιστικότητας (ΕΠΑΝ), έχει πλέον κλείσει
αλλά ως συνέχειά του έρχεται το Εθνικό Στρατηγικό Πλαίσιο Αναφοράς (ΕΣΠΑ)
2007
-
2013, το οποίο μόλις ξεκίνησε και καλύπτει όλους τους τομείς της οικονομίας,
συμπεριλαμβανομένου και του ενεργειακού τομέα
. Σύμφωνα και με ένα πρόσφατο
δελτίο τύπου από το Υπ. Ανάπτυξης η ιεραρχία στον ενεργειακό τομές είναι ως εξής:

ηλεκτροπαραγωγή από ΑΠΕ, εξοικονόμηση ενέργειας και ενεργειακή
αποδοτικότητα, παραγωγή θέρμανσης και ψύξης από ΑΠΕ, βιομάζα και
συμπαραγωγή.


12


1.8 Πρόγραμμα
οικιακού συνδεδεμένου δικτύου

Από 1η Ιουλίου 2009 ισχύει ένα πρόγραμμα για την εγκατάσταση μικρών
φωτοβολταϊκών συστημάτων σε οικίες ή πολύ μικρές επιχειρήσεις. Με το πρόγραμμα
αυτό δίνονται κίνητρα με τη μορφή ενίσχυσης της παραγόμενης ηλι
ακής
κιλοβατώρας, ώστε ο οικιακός καταναλωτής ή μία μικρή επιχείρηση να κάνουν
απόσβεση του συστήματος που εγκατέστησαν και να έχουν ένα λογικό κέρδος για τις
υπηρεσίες (ενεργειακές και περιβαλλοντικές) που παρέχουν στο δίκτυο.

Στην περίπτωση φωτοβολταϊκού

συστήματος σε κοινόχρηστο ή κοινόκτητο χώρο
κτιρίου (ταράτσα), επιτρέπεται η εγκατάσταση ενός και μόνο συστήματος και τότε
πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω όροι. Είτε να συμφωνήσουν εγγράφως οι
υπόλοιποι ιδιοκτήτες, είτε το φωτοβολταϊκό να εγκατασταθεί εξ

ονόματος όλων των
ιδιοκτητών (τους οποίους στην περίπτωση αυτή εκπροσωπεί ο διαχειριστ
ής). Αν η
ταράτσα είναι κοινόκτη
τη και οι κύριοι του χώρου αυτού θέλουν να την
παραχωρήσουν σε κάποιο άλλο ιδιοκτήτη του κτιρίου που δεν έχει δικαιώματα στην
ταράτσα,
μπορούν να το κάνουν. Αν το σύστημα μπει σε στέγαστρο βεράντας
διαμερίσματος, προφανώς μπορούν να μπουν περισσότερα συστήματα σε μια
πολυκατοικία.

Το συγκεκριμένο πρόγραμμα, αφορά οικιακούς καταναλωτές και πολύ μικρές
επιχειρήσεις που επιθυμούν να εγκαταστ
ήσουν φωτοβολταϊκά ισχύος έως 10 κιλοβάτ
(
KWp
) στο δώμα ή τη στέγη κτιρίου, συμπεριλαμβανομένων των στεγάστρων
βεραντών. Για να ενταχθούν στο πρόγραμμα, θα πρέπει να έχουν στην κυριότητά
τους το χώρο στον οποίο εγκαθίσταται το φωτοβολταϊκό σύστημα.

Όλη η π
αραγόμενη από το φωτοβολταϊκό ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο
της ΔΕΗ και ο αδειούχος πληρώνεται γι’ αυτή με
55 λεπτά

την
κιλοβατώρα

(0,55
€/
kWh
)
, τιμή που είναι εγγυημένη για 25 χρόνια. Ο αδειούχος συνεχίζει να αγοράζει
ρεύμα από τη ΔΕΗ και να
το πληρώνει στην τιμή που το πληρώνει και σήμερα
(περίπου 10
-
12 λεπτά την κιλοβατώρα). Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι η ΔΕΗ θα
εγκαταστήσει ένα νέο μετρητή για να καταγράφει την παραγόμενη ενέργεια. Αν, για
παράδειγμα, στο δίμηνο το φωτοβολταϊκό παράγει ηλεκ
τρική ενέργεια αξίας 250 €

13

και ο αδειούχος καταναλώνει ενέργεια αξίας 100 €, θα του έρθει πιστωτικός
λογαριασμός 150 €,

ποσό που θα καταθέσει η ΔΕΗ στον τραπεζικό του λογαριασμό.

Τρεις είναι οι προϋποθέσεις:

1.
Ο ιδιοκτήτης να έχει

μετρητή της ΔΕΗ στο όνομ
ά του (ή στον κοινόχρηστο
λογαριασμό της πολυκατοικίας αν επιλεγεί η συλλογική εγκατάσταση).

2. Αν είναι οικιακός καταναλωτής, να καλύπτει μέρος των αναγκών του σε ζεστό
νερό από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (π.χ. ηλιακό θερμοσίφωνα, βιομάζα,
γεωθερμική αντλία θερμότητας), και

3. Αν είναι επιχείρηση, να μην έχει πάρει κάποια άλλη επιδότηση για το
φωτοβολταϊκό από εθνικά ή κοινοτικά προγράμματα.

Ο οικιακός μικροπαραγωγός ηλιακού ηλεκτρισμού δεν θεωρείται πια επιτηδευματίας,
με άλλα λόγια απαλλάσσεται από το άνοιγμα βιβλίων στην εφορία. Όπως αναφέρει η
σχετική κοινή υπουργική απόφαση, “δεν υφίστανται

για τον κύριο του
φωτοβολταϊκού συστήματος φορολογικές υποχρεώσεις για τη διάθεση της ενέργειας
αυτής στο δίκτυο”. Μ
ε άλλα λόγια, τα όποια έσοδα έχ
ει από την πώληση της
ενέργειας δεν φορολογούνται. Με βάση τον ισχύοντα φορολογικό νόμο, δικαιούτε
επιπλέον
και έκπτωση δαπανών από το εισόδημα (εκπίπτει 20% της δαπάνης για
εγκατάσταση φωτοβολταϊκού και μέχρι 700 € ανά σύστημα).

Δεν επιτρέπεται η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πάνω από την απόληξη του
κλιμακοστασίου, του φρεατίου ανελκυστήρα και οποιασδήποτε άλλη
ς κατασκευής. Η
διάταξη των φωτοβολταϊκών πλαισίων δεν θα πρέπει να δημιουργεί χώρο κύριας ή
βοηθητικής χρήσης ή ημιυπαίθριο. Σε περίπτωση τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών
σε υπάρχουσες στέγες, θα πρέπει αυτή να γίνεται εντός του όγκου της στέγης
ακολουθώντας

την κλίση τους και να απέχει μισό μέτρο από τη περίγραμμά της. Αν
τα φωτοβολταϊκά τοποθετούνται σε δώμα, θα πρέπει η απόσταση από το στηθαίο του
δώματος να είναι ένα (1) μέτρο εσωτερικά αυτού για λόγους ασφαλείας.





14

1.9
ΑΠΕ στην Ελλάδα

Η Ελλάδα αποτελεί ιδανικό τόπο για ευρεία χρήση των ΑΠΕ.
Τα ιδιαίτερα

φυσικά
τοπιολογικά χαρακτηριστικά της σε συνδυασμό με τα ποικιλόμορφα

κλιματολογικά
στοιχεία της ικανοποιούν την αναγκαία συνθήκη για την ανάπτυξη κάθε

εφαρμογής
των
ανανεώσιμων πηγών εν
έργειας
.
H χώρα μας βρίσκεται σε μι
α
περιοχή εξαιρετικά
ηλιόλουστη, όπου υπάρχουν πλούσιοι υδάτινοι πόροι και

πνέουν συχνά ισχυροί
άνεμοι.
Η Ελλάδα διαθέτει σχεδόν ανεξάντλητο δυναμικό

κάθε μορφής ΑΠΕ.
Ενδεικτικά, σύμφωνα με μελέτη για τις ανανεώσιμες πηγέ
ς στη

Μεσόγειο,
η
οικονομικά εκμεταλλεύσιμη παραγωγή ηλεκτρισμού στην Ελλάδα

από κάθε μορφής
ΑΠΕ ανέρχεται σε
55.000 GWh

το χρόνο, ενώ το τεχνικά

εκμεταλλεύσιμο δυναμικό
υπερβαίνει τις

218.000 GWh
.



Σχήμα
1.
3

-

Εγκατεστημένη ισχύς σε ΜW ανανεώσιμων πηγών ενεργείας στην
Ελλάδα και στόχος για το 2020

(

http://www.investingreece.gov.gr/default.asp?pid=36&sectorID=51&la=2

)


Η
γεωγραφική της θέση (γεωγρ. πλάτος 33°) εξασφαλίζει μια εκτεταμένη περίοδο

ηλιοφάνειας, προσφέροντας την δυνατότητα μιας ουσιαστικής αξιοποίησης
της
ηλιακής ενέργειας
. Στο μεγαλύτερο τμήμα της χώρας η ηλιοφάνεια διαρκεί

περισσότ
ερο από 2700 ώρες τον χρόνο
.

Στην Δυτική Μακεδονία και στην

Ήπειρο

15

εμφανίζει τις μικρότερες τιμές της κυμαινόμενη από 2200 έως 2300 ώρες ,

ενώ στη
Ρόδο και στη νότια Κρήτη ξε
περνά τις 3100 ώρες ετησίως
. Ο

συνδυασμός του
γεωγραφικού πλάτους της Ελλάδας και της υψηλής

ηλιοφάνειάς της έ
χει ως
αποτέλεσμα να προσπίπτουν ημερησίως κατά μέσο

όρο 4,3 kwh ηλιακής ενέργειας
ανά τετραγωνικό μέτρο οριζόντιας επιφάνειας. Αυτό συντελεί στο να είναι δυνατή σε
ολόκληρη της επικράτεια η οικονομικά

επ
ωφελής εκμετάλλευση της ηλιακή
ακτινοβολίας σε ένα μ
εγάλο εύρος εφαρμογών.

Εκτιμάται ότι η ηλιακή ενέργεια
μπορεί να καλύψει το ένα τρίτο των αναγκών της χώρας σε ηλεκτρισμό
.



κατανάλωση ηλεκτρισμού αντιστοιχούσε σε

58,7 ΤWh το 2005).

Επίσης, η διάσπαρτη παρουσία μιας πλειάδας μικρών αλλά ορμητικών
ποταμών,

λόγω του έντονου τοπογραφικού της ανάγλυφου, επιτρέπει την αξιοποίηση
της
διαθέσιμης υδραυλικής ενέργειας ως συνέπεια της φυσικής ροής του ύδατος
προς
κατώτερα υψομετρικά επίπεδα

.
Εκτιμάται ότι το σύνολο του οικονομικά

εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικ
ού της Ελλάδας είναι 10.000 GWh/έτος
(με

θεωρητικό
επιφανειακό υδροδυναμικό 80.000 GWh και τεχνικά εκμεταλλεύσιμο

21.500 GWh)
.
Το 10% περίπου του δυναμικού αυτού (1.000 GWh) θεωρείται ότι

είναι δυνατό να
αξιοποιηθεί μέσω μικρών υδροηλεκτρικών έργων (μέχρι

5 MW)
.


Ακόμα, η συνύπαρξη ηπειρωτικού


νησιωτικού τοπίου προσφέρει φυσικές

διόδους
στην

νομοτελειακή μετακίνηση μεγάλων αέριων μαζών, διαμορφώνοντας ένα

ιδιαίτερα αξιόλογο αιολικό δυναμικό κυρίως στις παράκτιες περιοχές.
Το

εκμεταλλεύσιμο

αιολικό δυναμικ
ό
εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύει το 13,6% του

συνόλου των

ηλεκτρικών αναγκών της χώρας.


Επιπλέον η «πράσινη»

ενέργεια από τα έγκατα της γης , δηλαδή η παραγωγή

ενέργειας από το πλήθος των θερμών πηγών που υπάρχουν διάσπαρτες στις

χερσαίες
αλλά και στις
νησιώτικες περιοχές της χώρας .Σύμφωνα με τα μέχρι σήμερα

γνωστά
στοιχεία, το ενεργειακό απόθεμα που υπάρχει κάτω από τη γη με τη μορφή

ζεστού
νερού αντιστοιχεί σε πάνω από 1.000 θερμικά MW ετησίως. Το άμεσα

αξιοποιήσιμο
δυναμικό ξεπερνά σε ισχύ τα 200 MWt

και μπορεί να

αντικαταστήσει 160.000 τόνους
ισοδύναμου πετρελαίου ανά έτος.

Τέλος η βιομάζα. Στην Ελλάδα, τα κατ’ έτος διαθέσιμα γεωργικά και δασικά

υπολείμματα ισοδυναμούν ενεργειακά με 3
-
4 εκατ. τόνους πετρελαίου, ενώ το


16

δυναμικό των ενεργειακών καλλιερ
γειών μπορεί, με τα σημερινά δεδομένα, να

ξεπεράσει άνετα εκείνο των γεωργικ
ών και δασικών υπολειμμάτων
. Το ποσό

αυτό
αντιστοιχεί ενεργειακά στο 30
-
40% της ποσότητας του πετρελαίου που

καταναλ
ώνεται ετησίως στη χώρα μας
. Σημειώνεται ότι 1 τόνος βιομάζας ισ
οδυναμεί
με περίπου 0,4 τόνους πετρελαίου. Εντούτοις, με τα σημερινά

δεδομένα, καλύπτεται
μόλις το 3% περίπου των ενεργειακών αναγκών της με

τη χρ
ήση της διαθέσιμης
βιομάζας
.

[10]

Έτσι ο νέος νόμος για τις ΑΠΕ, που ψηφίστηκε στις 25 Μαΐου 2010 από το

Ελλη
νικό
Κοινοβούλιο, καθορίζει ως εθνικό δεσμευτικό στόχο το 20%, για τη

συμμετοχή των
ΑΠΕ στην κάλυψη της τελικής κατανάλωσης ενέργειας το 2020 και το

40% για τον
ηλεκτρισμό. Επίσης προβλέπει ακόμη ότι έως τις 31 Δεκ 2019, όλα τα

νέα κτίρια θα
πρέπει να καλύ
πτουν το σύνολο της ενεργειακής
τους
κατανάλωσης με ανανεώσιμες
πηγές ενέργειας, συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και

θερμότητας, συστήματα
τηλεθέρμανσης σε κλίμακα περιοχής ή οικοδομικού

τετραγώνου, καθώς και σε
αντλίες θερμότητας. Για τα κτίρια του Δημοσίου η

υποχρέωση αυτή θα τεθεί σε ισχύ
πέντε χρόνια νωρίτερα, δηλαδή το 2014.

[11]


1.10 Ηλιακή Ενέργεια

Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί µία ανεξάντλητη µορφή ενέργειας. Έτσι όταν υλοποιηθεί
ένα σύστηµα εκµετάλλευσής της για την παραγωγή χρήσιµης ενέργειας (ηλεκτρική
ή
θερµική για παράδειγµα), η πρώτη ύλη
-
καύσιµο είναι δωρεάν και δεν υποβάλλεται
ποτέ στις διακυµάνσεις των αγορών ενέργειας. Επιπλέον, η ηλιακή ενέργεια
αντιπροσωπεύει µία «καθαρή»µορφή ενέργειας εν συγκρίσει µε την ενέργεια που
προέρχεται από ορυκτά καύσι
µα, οι ρύποι από τη χρήση της οποίας συµβάλλουν στην
ανάπτυξη

του φαινοµένου του θερµοκηπίου. Έτσι η ηλιακή ενέργεια µπορεί
ενδυνάµει να αποτελέσει µία σηµαντική µορφή ενέργειας προς εκµετάλλευση.
Γενικότερα, η ηλιακή ενέργεια έχει ζωτική σηµασία για την δ
ιατήρηση της ζωής στη
Γη και αποτελεί τη βάση για όλες σχεδόν τις άλλες µορφές ενέργειας που
χρησιµοποιούµε. Για παράδειγµα, η ηλιακή ενέργεια είναι απαραίτητη για την
ανάπτυξη των φυτών που µπορούν να

χρησιµοποιηθούν ως βιοµάζα ή, υπό

17

κατάλληλες συνθήκες,

να οδηγήσουν στη δηµιουργία πετρελαίου µετά από
εκατοµµύρια χρόνια.
[12]


Εικόνα
1.
1

-

Επίπεδο ηλιακής ακτινοβολίας σε κάθε περιοχή της Ελλάδας

Η θερµότητα του ήλιου δηµιουργεί θερµοκρασιακές διαφορές µεταξύ περιοχών και
ανάπτυξη

ανέµων η ενέργεια των οποίων χρησιμοποιείται στις σύγχρονες
ανεµογεννήτριες. Επιπλέον, ποσότητες νερού εξατµίζονται λόγω της θερµότητας του
ήλιου, πέφτουν ως βροχή σε υψόμετρα και κατηφορίζουν

προς τη θάλασσα, µε
δυνατότητα εκμετάλλευσης της δυναµικής του
ς ενέργειας σε υδροηλεκτρικές
γεννήτριες. Ωστόσο, µε τον όρο «ηλιακή ενέργεια» αναφερόµαστε συνήθως στην

18

ενέργεια του ήλιου που µπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την παραγωγή
κυρίως θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας ποσό της ηλιακής ενέργειας που
προσ
πίπτει στην επιφάνεια της Γης είναι πραγματικά τεράστιο: όλη η ενέργεια που
βρίσκεται αποθηκευμένη στα παγκόσμια κοιτάσματα άνθρακα, πετρελαίου και
φυσικού αερίου αντιστοιχεί σε ποσότητα ενέργειας που προκύπτει από µόλις 20
ηµέρες ηλιοφάνειας. Πέρα από τη
γήινα ατμόσφαιρα, η ενέργεια του ήλιου είναι
περίπου 1,3
kW
/τ.µ. Περίπου ένα τρίτο (1/3) αυτής της ενέργειας ανακλάται πίσω στο
διάστηµα και µία ποσότητα της απορροφάται από την

ατµόσφαιρα. Όταν η ηλιακή
ενέργεια φτάσει στην ατµόσφαιρα, η ισχύς της µειώνετα
ι σε περίπου 1
kW
/τ.µ. κατά
τις
μεσημβρινές ώρες σε καθαρό

ουρανό. Κατά µέσο όρο, λαµβάνοντας υπόψη όλη
την επιφάνεια του πλανήτη, κάθε τ.µ. δέχεται περίπου 4,2

kWh

την ηµέρα. Τα
ποσοστά ενέργειας είναι υψηλότερα σε επιφάνειες όπως έρηµοι όπου µπορούν να
ξε
περάσουν τις 6

kWh
/τ.µ. την ηµέρα.



Εικόνα
1.
2

-

Μόλις το 51% της συνολικής ηλιακής ενέργειας απορροφάται από το έδαφος της Γης




19

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1
ου

ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ


[1]
el
.
wikipedia
.
org
/

[2]
www
.
allaboutenergy
.
gr
/
Intro
11.
html

[3]
Εκκαθαριστικός λογαριαμός ΔΕΗ

[4] www.a2green.gr/energProblem.php

[5] kathimerini.gr "Πρωταθλήτρια στη χρήση πετρελαίου η Ελλάδα" Hμερομηνία
δημοσίευσης: 26
-
10
-
07

[6] www.ypan.gr "Έκθεση μακροχρόνιου σχεδιασμού"

[7] www.rae.gr

[8]
http://www.piraeusbank.gr/
ecPage.asp?id=300789&lang=1&nt=96&from=links&ti
d=298256&fromsearch=298256&sid=

[9] http://www.retd.gr/index.php?cat=2&page=4&language=gr

[10] www.cres.gr/energy
-
saving/images/pdf/biomass_guide.pdf

[11] www.pvtech.gr/fotovoltaika
-
ktiria.html

[12] Οδηγός Μελ
έτης και Υλοποίησης Φωτοβολταϊκών Έργων "Μόνιμη Επιτροπή
Ενέργειας" Πόρισμα Ομάδας Εργασίας του ΤΕΕ/ΤΚΜ όπως εγκρίθηκε με την
απόφαση

Α159/Σ9/11.04.2011 της Διοικούσας Επιτροπής








20




















21

2.1 Φωτοβολταϊκή
τεχνολογία

Το 1839, ο Γάλλος φυσικός
Edmund

Becquerel

ανακάλυψε ότι ορισµένα υλικά
µπορούσαν να παράγουν σπινθήρες ηλεκτρισµού όταν υποβάλλονταν

σε ηλιακή
ακτινοβολία. Αυτό το φαινόµενο, γνωστό και ως φωτοηλεκτρικό φαινόµενο,
χρησιμοποιήθηκε σε «πρωτόγονα»

ηλιακά κελιά από σελήνιο

στα τέλη του 18ου
αιώνα. Τη δεκαετία του 1950, επιστήμονες στα
Bell

Labs
, αναπροσάρµοσαν την
τεχνολογία και, χρησιμοποιώντας ως βάση το πυρίτιο, κατασκεύασαν ηλια
κά κελιά
τα οποία µπορούσαν να
μετατρέψουν ποσοστό περίπου 4% της
ηλιακής ενέργειας
απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Με απλά λόγια, τα σημαντικότερα στοιχεία ενός
ηλιακού κελιού (
solar

cell
) είναι δύο στρώµατα ηµιαγωγικού υλικού τα οποία γενικά
αποτελούνται από

κρυστάλλους πυριτίου. Το κρυσταλλικό πυρίτιο, αυτό καθ’ αυτό

δεν είναι ένας πολύ καλός αγωγός του ηλεκτρισµού, αλλά όταν προστίθενται σ’ αυτό
προσµίξεις, δηµιουργούνται οι προϋποθέσεις για την παραγωγή ηλεκτρισµού. Στο
κάτω στρώµα του ηλιακού κελιού προστίθεται συνήθως βόριο, το οποίο δημιουργεί
δεσµούς µε το πυρίτ
ιο οδηγώντας στην

ανάπτυξη θετικού φορτίου (
p
). Στο πάνω
µέρος του ηλιακού κελιού προστίθεται συνήθως φώσφορος, το οποίο δηµιουργεί
δεσµούς µε το

πυρίτιο οδηγώντας στην ανάπτυξη αρνητικού φορτίου (
n
). Η
επιφάνεια µεταξύ των ηµιαγωγών τύπου
p

και τύπου
n

πο
υ δημιουργούνται
ονοµάζεται
p
-
n

επαφή (Ρ
-
Ν
junction
).


Κεφάλαιο

2

Φωτοβολταϊκά Συστήματα


22


Εικόνα
2.1
-

Δομή ηλιακού κελιού



Όταν το ηλιακό φως εισέρχεται στο κελί , η ενέργεια του ελευθερώνει ηλεκτρόνια
και στα δύο στρώµατα. Τα ηλεκτρόνια αυτά, γνωστά και ως ελεύθερα ηλεκτρόνια,
προσπαθο
ύν, λόγω των διαφορετικών φορτίσεων των δύο στρωµάτων, να
µετακινηθούν από τοστρώµα τύπου
-
n

στο στρώµα τύπου
-
p
, αλλά εµποδίζονται από
το ηλεκτρικό πεδίο στην επαφή
p
-
n
. Ωστόσο, η παρουσία ενός εξωτερικού
κυκλώµατος δηµιουργεί την απαραίτητη διαδρομή για τη

µεταφορά ηλεκτρονίων από
το

στρώµα τύπου
-
n

στο στρώµα τύπου
-
p
. Εξαιρετικά λεπτά καλώδια κατά

µήκος του
στρώµατος τύπου
-
n

επιτρέπουν τη διέλευση ηλεκτρονίων και η

κίνηση αυτή των
ηλεκτρονίων προκαλεί τη δηµιουργία ρεύµατος. Τα ηλιακά κελιά έχουν συνήθως
τε
τράγωνο σχήµα πλευράς περίπου 10 εκατοστών. Ένα ηλιακό κελί παράγει πολύ
µικρή ισχύ (συνήθως λιγότεροαπό 2
W
) και έτσι ενώνονται ηλεκτρικά εν σειρά ή εν
παραλλήλω, όπως θα αναλυθεί παρακάτω για να δηµιουργηθούν τα φωτοβολταϊκά
πάνελ. Η απόδοση των ηλιακών κ
ελιών, εκφραζόµενη ως το ποσοστό της ηλιακής
ενέργειας που µετατρέπεται σε ηλεκτρική, εξαρτάται από την τεχνολογία των υλικών

23

που χρησιμοποιούνται. Σε ερευνητικό επίπεδο

έχουν αναφερθεί (Σχήµα 2
.1
)
αποδόσεις έως και 40%. Ωστόσο η πλειονότητα των ηλιακών κε
λιών και των
δημιουργούμενων φωτοβολταϊκών πάνελ που στο εµπόριο έχουν µία µέγιστ
η
απόδοση της τάξης του 17
-
19%.




Σχήμα
2.1

-

Τύποι ηλιακών κελιών και καταγεγραμμένες µέγιστες αποδόσεις(Πηγή:
NREL
)



2.2 Τύποι φωτοβολταϊκών


Οι κυριότεροι τύποι
ηλιακών κελιών είναι οι παρακάτω:

1.

Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο

Τα κελιά µονοκρυσταλλικού πυριτίου κατασκευάζονται από έναν
µεγάλοκρυσταλλικό δίσκο (
wafer
) πυριτίου. Τα κελιά αυτά κατασκευάζονται µε µία

διαδικασία γνωστή ως διαδικασία “
Czochralski
”. Χαρακτηρίζον
ται από υψηλή
απόδοση, της τάξης του 15
-
18% αλλά και υψηλότερο κόστος. Τα ηλιακά κελιά
κατασκευάζονται σε σχήµα κύκλου, ή σχεδόν κύκλου καθώς

και τετράγωνα. Τα

24

κυκλικά ηλιακά κελιά είναι φθηνότερα από τα υπόλοιπα επειδή είναι λιγότερα τα
υπολείµµατα κατά τ
ην κατασκευή τους. Ωστόσο δεν χρησιµοποιούνται συχνά στην
κατασκευή φωτοβολταϊκών πάνελ επειδή δεν χρησιμοποιείται αποδοτικά µία
επιφάνεια, λόγω των κενών µεταξύ τους όταν τοποθετούνται δίπλα το ένα στο άλλο.
Αποτελούν όµως µία καλή προοπτική για ενσωµάτωσ
η σε κτίρια όταν απαιτείται
µερική διαπερατότητα στο φως. Το χρώµα τους είναι συνήθως βαθύ µπλε έως µαύρο
όταν διαθέτουν αντί
-
ανακλαστική (
AR
) επίστρωση ή γκρι (χωρίς αντί
-
ανακλαστική
επίστρωση).


Εικόνα
2.2

-

Μορφές µονοκρυσταλλικών κελιών πυριτίου



2.

Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο

Τα κελιά πολυκρυσταλλικού πυριτίου είναι φθηνότερα από αυτά του
µονοκρυσταλλικού πυριτίου αλλά και λιγότερο αποδοτικά. Όπως προκύπτεικαι από
τον όρο, κατασκευάζονται από δίσκους (
wafers
) πυριτίου που

κόβονται από
τετραγωνισµένους ρά
βδους πυριτίου. Η µέθοδος κατασκευής ενός πολυκρυσταλλικού
κελιού απαιτεί πολύ µικρότερη ακρίβεια και κόστος σε σχέση µε τα
µονοκρυσταλλικά κελιά. Η απόδοση τους κυµαίνεται από13% έως 16% και
κατασκευάζονται συνήθως σε τετράγωνο σχήµα. Το χρώµα τους είναι
συνήθως µπλε

25

(µε αντί
-
ανακλαστική επίστρωση) ή γκρι
-
ασηµί (χωρίς αντί
-
ανακλαστική
επίστρωση).



Εικόνα
2.3

-

Μορφές πολυκρυσταλλικών κελιών πυριτίου

3.

Γ. Τεχνολογίες λεπτού υµενίου (
thin
-
film
)

Αρκετή έρευνα έχει διεξαχθεί τα τελευταία χρόνια για την
τελειοποίηση

µεθόδων
κατασκευής ηλιακών κελιών µε ηµιαγωγούς πάχους µόλις

µερικών µικροµέτρων, µε
στόχο την επίτευξη µίας εύλογης απόδοσης µε τηχρήση µικρής ποσότητας πυριτίου. Τα
κελιά αυτά έχουν µικρότερη

απόδοση από τα κελιά κρυσταλλικού πυριτίου (της τ
άξης
του 5
-
7%) αλλάµε αρκετά χαµηλότερο κόστος, ώστε να τα καθιστά ανταγωνιστικά.

Συνήθως χαρακτηρίζονται από το έντονα σκούρο (σχεδόν µαύρο) χρώµατους.
Κυριότεροι αντιπρόσωποι της κατηγορίας αυτής αποτελούν τα

παρακάτω:



Κελιά άµορφου πυριτίου (
amorphous
-
S
i
)

:
Αποτελούν την πιο συνηθισµένη
µορφή και έχουν χρησιµοποιηθεί ευρέωςσε ηλεκτρονικά προϊόντα ευρείας
κατανάλωσης (π.χ. υπολογιστές τσέπης).Το άµορφο πυρίτιο, η µη
-
κρυσταλλική
µορφή του πυριτίου, µπορεί να

τοποθετηθεί σε ένα αγώγιμο υπόστρωμα σε ένα
στρώ
μα πάχους μερικών μικρομέτρων δημιουργώντας ένα κελί τεχνολογίας
λεπτού υμενίου. Η διαδικασία τοποθέτησης επιτρέπει στο όμορφο πυρίτιο να έχει
λιγότερο από 1% του πάχους ενός κρυσταλλικού κελιού. Επιπλέον, τα κελιά
άμορφου πυριτίου δίνουν τη δυνατότητα κατ
ασκευής εύκαμπτων φωτοβολταϊκών
πάνελ.


26


Εικόνα
2.4

-

Φωτοβολταϊκά πάνελ από άμορφο πυρίτιο


αντιστοιχεί

σε γωνία του ήλιου ίση προς 41,
8° ως προς τον

ορίζοντα. Ιδιαίτερη µνεία
πρέπει να γίνει στον παράγοντα της θερµοκρασίας κελιού, η

οποία είναι συνήθως
κατά
25
-
30°
C

υψηλότερη από τη θερµοκρασία

περιβάλλοντος. Έτσι συνήθως οι
κατασκευαστές παρέχουν και τα δεδοµένα

ισχύος στις λεγόµενες
NOCT

συνθήκες
(
Normal

Operating

Cell

Temperature
), οι οποίες αντιστοιχούν σε θερµοκρασία κελιού
περί τους 45
-
48°
C

για θερµ
οκρασία περιβάλλοντος 20°
C
, ένταση ακτινοβολίας
800
W
/
mAM
=1.5 και ταχύτητα ανέµου 1
m
/
sec
. Τα δεδοµένα αυτά παρέχουν µία

περισσότερο ρεαλιστική εικόνα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από

τα ηλιακά
κελιά, αναφορικά µε τις επικρατούσες περιβαλλοντικές συνθή
κες.



Κελιά καδμίου
-
τελλουρίου (
CdTe
)

: Η κρυσταλλική ένωση καδμίου
-
τελλουρίου
(
CdTe
) είναι ένα αποτελεσματικό υλικό κατασκευής φωτοβολταϊκών κελιών. Για
τη δημιουργία μίας ένωσης
pWn

σε ένα ηλιακό κελί, ένα στρώμα σουλφιδίου
του καδμίου προστίθεται στο
CdTe
. Λόγω της αποτελεσματικότητας ένα κελί
CdTe

χρησιμοποιεί περίπου το 1% του ημιαγωγού υλικού σε σχέση με ένα