Φωτοβολταϊκά

Ηλιακή Ενέργεια

Ο ήλιος είναι ένα αστέρι μεσαίου μεγέθους, με μέση απόσταση από την γη περίπου 150 εκατομμύρια km και αποτελείται κυρίως από υδρογόνο (Η2) και ήλιο (He). Το υδρογόνο (Η2) αποτελεί το κύριο καύσιμο για τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του πυρήνα του, παράγοντας την ενέργεια που ακτινοβολεί, ενώ το ήλιο (He) είναι το προϊόν της πυρηνικής σύντηξης του υδρογόνου. Η επιφανειακή του θερμοκρασία είναι περίπου 6.000 Κ ενώ στον πυρήνα του φτάνει τους 20.000.000 Κ.

Ο Ήλιος αποτελεί την απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη κάθε είδους ζωής στον πλανήτη. Σχεδόν κάθε φυσική λειτουργία πάνω στη Γη είναι άμεσα εξαρτώμενη από την ύπαρξη του. Οι εποχιακές αλλαγές, οι εναλλαγές μέρας και νύχτας, η ανάπτυξη κάθε είδους χλωρίδας και συνεπώς η ύπαρξη της διατροφικής αλυσίδας που συντηρεί και την πανίδα του πλανήτη μας είναι όλα αποτελέσματα της δράσης του Ηλίου.

Η ατμόσφαιρα της γης χωρίζεται σε διαφορετικά στρώματα. Τα κύρια συστατικά των κατώτερων στρωμάτων είναι το οξυγόνο (O2) και το άζωτο (Ν2). Σημαντική παρουσία στην ατμόσφαιρα έχουν και ορισμένα ακόμη αέρια όπως υδρατμοί (Η2Ο), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), μεθάνιο (CH4), όζον (Ο3) κ.α. Τα υλικά αυτά, παρουσιάζουν απορροφητική και ανακλαστική δράση με αποτέλεσμα μόνο ένα τμήμα του φάσματος την προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, να καταλήγει τελικά στην επιφάνεια της γης.

 

Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο

Ο Ήλιος αποτελεί μία τεράστια και ανεξάντλητη πηγή ενέργειας που η εκμετάλλευση μόνο του 0,05% αυτής θα ήταν αρκετή να καλύψει κάθε ενεργειακή ανάγκη της ανθρωπότητας. Η εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας και η μετατροπή του σε ηλεκτρικό ρεύμα είναι σήμερα δυνατή μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Η ιστορία του συνοψίζεται στα ακόλουθα κύρια σημεία:

•    1839: Ο δεκαεννιάρονος τότε Γάλλος φυσικός Alexandre-Edmond Becquerel,  ανακάλυψε το φωτοβολταικό φαινόμενο καθώς πειραματιζόταν με το  φωτοβολταϊκό φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης
•    1873: Ανακαλύφθηκε η φωτοαγωγιμότητα του σεληνίου από τον Willoughby Smith.
•    1876: Ο William Grylls Adams με τον μαθητή του Richard Evans Day,  ανακάλυψαν ότι το σελήνιο παράγει ηλεκτρισμό όταν εκτίθεται στο φως.
•    1883: Ο Αμερικάνος ερευνητής Charles Fritts, περιέγραψε την πρώτη κυψέλη η οποία αποτελούνταν από φωτοβολταϊκό στοιχείο σεληνίου.
•    1887: Ο Heinrich Hertz ανακάλυψε ότι διευκολύνεται η δημιουργία βολταϊκού τόξου μεταξύ δύο πολωμένων ηλεκτροδίων, όταν ο χώρος μεταξύ των ηλεκτροδίων ακτινοβολείται από υπεριώδη ακτινοβολία.

•   1904: Ο Albert Einstein δημοσίευσε την εργασία με την οποία έδωσε την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Γι’ αυτή του την προσπάθεια, τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1921.

•  1918: Ο πολωνός επιστήμονας Jan Czochralski ανέπτυξε μια νέα μέθοδο παραγωγής του μονοκρυσταλλικού πυριτίου, το οποίο αργότερα χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή των αντίστοιχων ηλιακών κυψελών.

•   1954: Οι ερευνητές του Bell Labs, Gerald Pearson, Daryl Chapin και Calvin Souther Fuller ανακάλυψαν τις πρώτες ηλιακές κυψέλες πυριτίου με απόδοση 4,5%, η οποία έφτασε στο 6% λίγους μόλις μήνες μετά.

•   1958: Η Hoffman Electronics πετυχαίνει να αυξήσει τον βαθμό απόδοσης κυψέλης στο 9%, ενώ στις 17 Μαρτίου εκτοξεύεται ο Vanguard I, ο πρώτος δορυφόρος του οποίου η ισχύς προέρχεται από ηλιακές κυψέλες. 

• Σήμερα: Η έρευνα πάνω στην βελτίωση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών είναι συνεχής και εντεινόμενη. Οι εμπορικά διαθέσιμες εφαρμογές,αποτελούνται πλέον από κυψέλες, των οποίων ο βαθμός απόδοσης μπορεί να ξεπερνάει ακόμη και το 20%, με κόστος σημαντικό μικρότερο από ότι στο παρελθόν.

Το ηλιακό φως αποτελείται από φωτόνια, τα οποία περιέχουν ποικίλα ποσά ενέργειας που αντιστοιχούν σε διαφορετικά μήκη κύματος. Όταν αυτά προσπίπτουν σε μία επιφάνεια, ένα μέρος την διαπερνά, ένα μέρος ανακλάται και ένα μέρος απορροφάται από την επιφάνεια αυτή. Όταν το φωτόνιο απορροφηθεί από μια επιφάνεια με υψηλή φωτοαγωγιμότητα (ημιαγωγός), η ενέργεια του μεταφέρεται στα ηλεκτρόνια του υλικού. Με την βοήθεια του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται στις επαφές διαφορετικών υλικών, το ηλεκτρόνιο αποδράει από την κανονική του θέση και τίθεται σε κίνηση, αφήνοντας πίσω του μία οπή. Αυτός ο ημιαγωγός ονομάζεται πλέον φωτοβολταϊκό στοιχείο. Εάν συνδέσουμε στις πλευρές του δύο ακροδέκτες και κλείσουμε το κύκλωμα, θα έχουμε την διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος.

 

Φωτοβολταϊκά Πάνελ

                                                                                                            

Αξιοποιώντας το φ/β φαινόμενο, μέσω της απορρόφησης των φωτονίων της από ειδικούς ημιαγωγούς τοποθετημένους σε ειδικές φωτοβολταϊκές κυψέλες, μετατρέπεται η ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η ενέργεια όμως που παράγεται από ένα συλλέκτη  είναι περιορισμένη. Γι αυτό πολλές κυψέλες συνδέονται μεταξύ τους σχηματίζοντας ένα φ/β πάνελ. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονο ενδιαφέρον και σημαντική πρόοδος της τεχνολογίας κατασκευής τους. Αν και υπάρχουν διάφορα ημιαγώγιμα υλικά, αυτό που χρησιμοποιείται περισσότερο στην παγκόσμια παραγωγή Φ/Β πλαισίων είναι το πυρίτιο. Σημαντικό ρόλο γι αυτό έπαιξε η αφθονία του στην φύση, η ευκολία κατεργασίας του και η υφιστάμενη τεχνογνωσία. Τα Φ/Β κύτταρα πυριτίου χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες, τα κρυσταλλικά και τα μη κρυσταλλικά. Σήμερα σύμφωνα με στοιχεία του Ι.Ε.Α., τα κρυσταλλικά αποτελούν την πρώτη ύλη για το 80% περίπου της αγοράς. Συνοπτικά, η διάκριση των Φ/Β κυψελών πυριτίου είναι η ακόλουθη:

1. Μονοκρυστάλλικα κύτταρα Si

Η ονομασία τους προέρχεται από την μορφή του κρυσταλλικού πλέγματος των ατόμων Si που πλησιάζει τον τέλειο κρύσταλλο. Κατασκευάζονται ύστερα από ψύξη λιωμένου Si και πριονισμό του σε λεπτές πλάκες – τα κύτταρα. Η ανάγκη χρησιμοποίησης ιδιαίτερα καθαρού Si (ακριβή «πρώτη» ύλη) και η χρήση εξειδικευμένων μεθόδων τήξης και κοπής για την επίτευξη του μονοκρυσταλλικού πλέγματος, αυξάνει το κόστος παραγωγής δίνοντας τους όμως τον καλύτερο βαθμό απόδοσης από τις τρεις κατηγορίες, φθάνοντας το 15-18%. Το ποσοστό αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι τα μονοκρυσταλλικά κύτταρα είναι πιο ευαίσθητα στην υπέρυθρη ακτινοβολία που το ενεργειακό της περιεχόμενο είναι σχετικά χαμηλό.

2. Πολυκρυσταλλικά κύτταρα Si

Σε αντίθεση με τα μονοκρυσταλλικά, τα πολυκρυσταλλικά κύτταρα στο πλέγμα τους περιλαμβάνουν κρυστάλλους ποικίλων προσανατολισμών. Αιτία αυτής της διαφοροποίησης, η μαζική και λιγότερο ελεγχόμενη ψύξη του Si, κάτι που μειώνει αισθητά το κόστος παραγωγής. Όπως και στην προηγούμενη τεχνολογία, μετά την ψύξη το  πολυκρυσταλλικό πλέγμα πριονίζεται στα λεπτά Φ/Β κύτταρα. Η ύπαρξη διαφόρων κρυστάλλων μέσα στο πλέγμα αυξάνει την ε σωτερική αντίσταση στα σημεία σύνδεσής τους, με αποτέλεσμα ο συνολικός βαθμός απόδοσης να μην μπορεί να ξεπεράσει το 13-15%.

3. Thin film

Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της κατηγορίας αυτής είναι η μη κρυσταλλική της δομή. Οι λεπτές ταινίες ορισμένων ειδικών στοιχείων, μπορούν να αποτελέσουν το υλικό παρασκευής ηλιακών κυψελών, χρησιμοποιώντας πολύ λιγότερο υλικό από τις αντίστοιχες κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου. Η μικρή και οικονομική ποσότητα πρώτων υλών, ο απλός τρόπος κατασκευής και η ευκολία στην εγκατάσταση και συναρμολόγηση, καθιστούν τα άμορφα κύτταρα ικανά για μαζική παραγωγή. Μειονέκτημα αποτελεί η σχετικά χαμηλή απόδοση, μόλις στο 5-8%, γεγονός που οφείλεται στην έλλειψη του κρυσταλλικού πλέγματος στην δομή τους.  Τα βασικά υλικά παραγωγής τέτοιων πάνελ είναι το Άμορφο Πυρίτιο (a-Si), ο Δισεληνοϊνδιούχος Χαλκός (CIS) και τα κράματά του, το Τελουριούχο Κάδμιο και το Αρσενικούχο Γάλλιο (CdTe).

4. Υβριδικά στοιχεία

Μια προσπάθεια περαιτέρω βελτίωσης της απόδοσης των κυψελών αποτελούν τα υδριδικά στοιχεία, τα οποία αναπτύχθηκαν από την Sanyo Solar. Ένα υβριδικό φωτοβολταϊκό στοιχείο αποτελείται από στρώσεις υλικών διαφορετικού κρυσταλλικού πλέγματος. Πιο συγκεκριμένα κατασκευάζεται από μία στρώση μονοκρυσταλλικού πυριτίου ανάμεσα σε δύο λεπτές στρώσεις άμορφου πυριτίου. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται υψηλός βαθμός απόδοσης, που φτάνει το 18,6%.

 

Φωτοβολταϊκό Σύστημα

Η διαρκής έκθεση του συλλέκτη στην ηλιακή ακτινοβολία έχει τελικά σαν αποτέλεσμα την παραγωγή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο στη συνέχεια μπορεί να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο με τη χρήση ειδικών μετατροπέων. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για ιδία χρήση, είτε να δοθεί προς πώληση στο δίκτυο ηλεκτρισμού. 

Όταν τα πάνελ συνδέονται μεταξύ τους, δημιουργούνται Φ/Β συστοιχίες με ισχύ ίση με το άθροισμα της ισχύος των πάνελ που την αποτελούν. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα τα πάνελ να τοποθετηθούν πάνω σε στηρίγματα που ακολουθούν την τροχιά του ήλιου (ηλιοστάτες) ώστε να αυξηθεί η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και συνεπακόλουθα η παραγωγή ενέργειας. Ο κύριος διαχωρισμός των φ/β συστημάτων είναι σε αυτόνομα και διασυνδεδεμένα.

Τα αυτόνομα βρίσκονται συνήθως σε απομακρυσμένες περιοχές και το σύνολο της παραγόμενης ενέργειας καταναλώνεται εξ’ ολοκλήρου από τον χρήστη. Ως εκ τούτου, υπάρχει η απαίτηση εγκατάστασης μιας διάταξης αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας. Κατά κανόνα, τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροδότηση συσκευών χαμηλής ισχύος, σε απόμερα μέρη και εξοχικές κατοικίες.

Διασυνδεδεμένα λέγονται τα Φ/Β συστήματα που έχουν άμεση σύνδεση στο ηλεκτρικό δίκτυο ώστε να διοχετεύεται σε αυτό η παραγόμενη ενέργεια. Δεν απαιτείται κάποια διάταξη αποθήκευσης της ενέργειας με αποτέλεσμα να μειώνεται τόσο το κόστος κατασκευής όσο και το κόστος λειτουργίας τους.Συνοπτικά, η παραγόμενη ποσότητα ενέργειας από την φ/β συστοιχία, μεταφέρεται στον μετατροπέα (inverter),στον οποίο μετατρέπεται το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ΔΕΗ (τάση 230V-συχνότητα 50Hz). Στην συνέχεια η ισχύς συγκεντρώνεται στον κεντρικό πίνακα, από τον οποίο διοχετεύεται στο ηλεκτρικό δίκτυο, διαμέσου του μετρητή της ΔΕΗ, ο οποίος προσμετρά την ποσότητα της διερχόμενης ενέργειας. Μία τέτοια εγκατάσταση, παριστάνεται στο ακόλουθο σχεδιάγραμμα:

 

 

 

Οικιακά φωτοβολταϊκά

Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για να ενταχθώ στο καθεστώς κινήτρων; 

Τρεις είναι οι προϋποθέσεις: 

1.  Να έχετε μετρητή της ΔΕΗ στο όνομά σας (ή στον κοινόχρηστο λογαριασμό της πολυκατοικίας αν επιλεγεί η συλλογική εγκατάσταση). 

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

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

Ποιους αφορά το πρόγραμμα εγκατάστασης φωτοβολταϊκών σε κτίρια;

Αφορά οικιακούς καταναλωτές και πολύ μικρές επιχειρήσεις που επιθυμούν να εγκαταστήσουν φωτοβολταϊκά ισχύος έως 10 κιλοβάτ (kWp) στο δώμα ή τη στέγη νομίμως υφισταμένου κτιρίου,  συμπεριλαμβανομένων στεγάστρων βεραντών, προσόψεων και σκιάστρων,  καθώς και βοηθητικών χώρων του κτιρίου,  όπως αποθήκες και χώροι στάθμευσης. Για να ενταχθούν στο πρόγραμμα, θα πρέπει να έχουν στην κυριότητά τους το χώρο στον οποίο εγκαθίσταται το φωτοβολταϊκό σύστημα.

Θα πουλάω όλο το ηλιακό ρεύμα που παράγω στη ΔΕΗ ή μόνο την περίσσεια; 

Όλη η παραγόμενη από το φωτοβολταϊκό ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο της ΔΕΗ και πληρώνεστε γι’ αυτή με 55 λεπτά την κιλοβατώρα (0,55 €/kWh), τιμή που είναι εγγυημένη για 25  χρόνια. Εσείς συνεχίζετε να αγοράζετε ρεύμα από τη ΔΕΗ και να το πληρώνετε στην τιμή που το πληρώνετε 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 σας παράγει ηλεκτρική ενέργεια αξίας 1100 €  και καταναλώνετε ενέργεια αξίας 100 €,  θα σας έρθει πιστωτικός λογαριασμός 1000 €, ποσό που θα καταθέσει η ΔΕΗ στον τραπεζικό σας λογαριασμό.

Ποια η διάρκεια της σύµβασης συµψηφισµού του Φ/Β συστήµατος; 

Η σύµβαση συµψηφισµού που υπογράφεται µεταξύ του Προµηθευτή και του κυρίου του Φ/Β συστήµατος έχει διάρκεια ισχύος 25 έτη, µε έναρξη ισχύος την ηµεροµηνία ενεργοποίησης της σύνδεσης του Φ/Β συστήµατος. 

Τι χώρο θα χρειαστώ;

Το πόσα τετραγωνικά μέτρα χρειάζεστε,  εξαρτάται από το χώρο εγκατάστασης (δώμα ή κεκλιμένη στέγη)  και από την τεχνολογία των φωτοβολταϊκών που θα επιλέξετε.  Σε ένα δώμα,  για παράδειγμα,  θα χρειαστείτε χοντρικά περί τα 15 τετραγωνικά μέτρα για κάθε κιλοβάτ, ενώ σε μια κεραμοσκεπή 7-10 τ.μ. (για κρυσταλλικά πλαίσια) 

Τι εξοπλισμός χρειάζεται; 

Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια (φωτοβολταϊκή γεννήτρια που ακουμπά σε κάποια μεταλλική βάση στήριξης), και τον αντιστροφέα (inverter)  που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παράγουν τα φωτοβολταϊκά σε εναλλασσόμενο της ίδιας ποιότητας με το ρεύμα της ΔΕΗ.  Το ρεύμα αυτό περνά από ένα μετρητή και διοχετεύεται στο δίκτυο.

Ποιες είναι οι αποδόσεις των φωτοβολταϊκών;

Από το παραπάνω διάγραμμα προκύπτει εύκολα ότι η απόσβεση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος μπορεί να γίνει από 5 έως 6 έτη ανάλογα με την τοποθεσία εγκατάστασης στον ελλαδικό χώρο

Μπορεί μια τράπεζα να χρηματοδοτήσει την επένδυσή μου;

Οι περισσότερες τράπεζες πλέον καλύπτουν έως το 100% της αξίας του φωτοβολταϊκού με ιδιαίτερα ευνοϊκά επιτόκια. Η TD Consulting & Engineerng σε συνεργασία με τις μεγαλύτερες τράπεζες αναλαμβάνει τη διεκπεραίωση του δανείου που χρειάζεται κάνοντας πράξη τη φράση «με το κλειδί στο χέρι»!!

Επικοινωνήστε μαζί μας για μια ΔΩΡΕΑΝ αυτοψία-επίσκεψη στον τόπο εγκατάστασης φωτοβολταϊκού συστήματος!!

Πληροφορίες: thomasdourvas@gmail.com