Ηλιακή Ενέργεια και τεχνολογίες που αξιοποιούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα του Ηλίου…του Γιάγκου Δάγκινη

Η Ηλιακή Ενέργεια και τεχνολογίες που αξιοποιούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα του Ηλίου

Ίσως απαραίτητο να υπενθυμίσουμε για ακόμα μια φορά ότι ο Ήλιος είναι η προϋπόθεση για την ύπαρξη κάθε είδους ζωής στον πλανήτη. Σχεδόν κάθε φυσική λειτουργία πάνω στη Γη είναι άμεσα εξαρτώμενη από την ύπαρξή του. Οι εναλλαγές μέρας και νύχτας, οι εποχιακές αλλαγές, 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. Επίσης η ενέργειά του δρα στη γέννηση φυσικών φαινομένων όπως η εξάτμιση, η τήξη κ.α.  αλλά και επιδρά σε φυσικά στοιχεία που δημιουργούν άλλες πηγές ανανεώσιμης ενέργειας όπως ο άνεμος και ο κυματισμός.

Σε παγκόσμια κλίμακα οι προβληματισμοί για την διατήρηση του περιβάλλοντος  και την μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας είναι συνεχής, γι’ αυτό συνέχεια στο Stigma Ιανουαρίου είναι η αναφορά στην ποιο δημοφιλή ανανεώσιμη ενέργεια, την ηλιακή ενέργεια και κατ’ επέκταση των τεχνολογιών αξιοποίησής της.

 

Η ηλιακή ενέργεια είναι καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη. Ενώ, η ηλιακή ακτινοβολία δεν ελέγχεται από κανέναν και αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψημότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία. Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές, ενώ η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού κερδίζει έδαφος, με την βοήθεια της πολιτικής προώθησης των Ανανεώσιμων Πηγών τόσο από την Ευρωπαϊκή Ένωση όσο και από το ελληνικό κράτος.

Ως εκ τούτου, υπάρχουν τρεις τρόποι για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, αυτοί είναι:

• Η αξιοποίηση της ζεστασιάς του ήλιου για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό μέσω ηλιοθερμικών συστημάτων (ενεργητικά ηλιακά συστήματα).
• Η παραγωγή ηλεκτρισμού μέσω των φωτοβολταϊκών συστημάτων.
• Κατασκευάζοντας βιοκλιματικά κτήρια (παθητικά ηλιακά συστήματα).

 

 

Τα Ηλιοθερμικά συστήματα

Η “καρδιά” ενός ενεργητικού ηλιακού συστήματος είναι ο ηλιακός συλλέκτης που είναι συνήθως τοποθετημένος στην ταράτσα ή στη στέγη ενός σπιτιού. Περιλαμβάνει μια, μαύρη συνήθως, επίπεδη απορριφητική επιφάνεια η οποία απορροφά την ακτινοβολία και θερμαίνεται, (ενώ έχουν αναπτυχθεί και άλλου είδους συστήματα συγκέντρωσης της ενέργειας με υαλοσωλήνες κενού αέρος που διαθέτουν 12 ειδικές επιστρώσεις, τεχνολογία εναπόθεσης με ιοντικό βομβαρδισμό γνωστή ως sputtering, κατασκευασμένους από βιοπυριτικό γυαλί υψηλής αντοχής). Πάνω από την απορροφητική επιφάνεια βρίσκεται ένα διαφανές κάλυμμα που παγιδεύει τη θερμότητα (φαινόμενο θερμοκηπίου). Σε επαφή με την απορροφητική επιφάνεια τοποθετούνται λεπτοί σωλήνες μέσω των οποίων διέρχεται κατάλληλο υγρό, που απάγει την θερμότητα και τη μεταφέρει, με τη βοήθεια μικρών αντλιών (κυκλοφορητές), σε μια μεμονωμένη δεξαμενή αποθήκευσης εικ. 1.

Eικ 1 Βασικά χαρακτηριστικά ενός επίπεδου ηλιακού συλλέκτη, επιλεκτικής επιφάνειας.

 

Λόγοι για εφαρμογή ηλιοθερμικών συστημάτων αποτελούν:

1. Η αξιοπιστία . Είναι μια καθ΄ όλα ώριμη και δοκιμασμένη τεχνολογία.
2. Η αποκέντρωση. Η θερμική ενέργεια παράγεται στα σημεία ζήτησής της. Αποφεύγονται έτσι οι τεράστιες απώλειες μεταφοράς ενέργειας μέσω του ηλεκτρικού δικτύου (που στην Ελλάδα φτάνουν κατά μέσο όρο το 12%).
3. Η αυτονομία. Αποτρέπονται οι τεράστιες δαπάνες για εισαγωγή ενέργειας.
4. Οι θέσεις εργασίας. Ήδη πάνω από 3.500 άτομα απασχολούνται στη βιομηχανία ηλιοθερμικών συστημάτων στην Ελλάδα.
5. Η ευκολία. Η τοποθέτηση ενός ηλιακού συλλέκτη είναι απλή. Η δε συντήρηση που απαιτεί είναι ελάχιστη.
6. Η εξοικονόμηση χρημάτων. Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η πιο απλή και συμφέρουσα λύση για να περικόψει τους λογαριασμούς ρεύματος. Το μέσο ετήσιο κέρδος του μπορεί να φτάσει έως 100 € περίπου.
7. Η εξοικονόμηση ενέργειας. Οι εγκατεστημένοι ηλιακοί θερμοσίφωνες εξοικονομούν ήδη 1,1 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες το χρόνο, όση ενέργεια παράγει δηλαδή ένας συμβατικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής, ισχύος 200 MW.
8. Η προστασία του περιβάλλοντος. Αποτρέπεται η έκλυση μεγάλων ποσοτήτων ρύπων που επιβαρύνουν το περιβάλλον και τη δημόσια υγεία.
9. Η επίδραση στις Κλιματικές αλλαγές. Αποτρέπεται η κατανάλωση ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και κατά συνέπεια οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Ένα τυπικό θερμοσιφωνικό σύστημα παράγει στην Ελλάδα ετησίως 840-1.080 κιλοβατώρες και αποτρέπει την έκλυση 925-1.200 κιλών CO2 το χρόνο, όσο δηλαδή θα απορροφούσε 1,5 στρέμμα δάσους.

Περισσότερο από τρεις δεκαετίες οι Έλληνες καταναλωτές έχουν εξοικειωθεί με τους ηλιακούς θερμοσίφωνες για την παραγωγή ζεστού νερού. Εκείνο όμως που αγνοεί η πλειοψηφία των καταναλωτών είναι οι λοιπές χρήσεις των ηλιοθερμικών τεχνολογιών όπως η θέρμανση χώρων, ο ηλιακός κλιματισμός και η ηλιοθερμική παραγωγή ηλεκτρισμού που ακολουθούν.

 

Φωτοβολταϊκά συστήματα

Η εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας και η μετατροπή του σε ηλεκτρικό ρεύμα είναι σήμερα δυνατή μέσω της Φωτοβολταϊκής Τεχνολογίας. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της απορρόφησης των φωτονίων της από ειδικούς ημιαγωγούς τοποθετημένους σε ειδικές φωτοβολταϊκές κυψέλες (συλλέκτες) εικ. 2.

Εικ 2 Φωτοβολταϊκές  κυψέλες

Η διαρκής έκθεση των συλλεκτών στην ηλιακή ακτινοβολία έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο στη συνέχεια μπορεί να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο με τη χρήση κατάλληλων μετατροπέων. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για ιδία χρήση είτε να δοθεί προς πώληση στο δίκτυο ηλεκτρισμού εικ 3.

Η επιλογή του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιμου χώρου ή ακόμα και της οικονομικής ευχέρειας του χρήστη μια και αποτελεί συνάρτηση της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται. Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες και κεκλιμένες) ή και σε προσόψεις κτηρίων, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα από το δίκτυο της ηλεκτρισμού ή σε συνεργασία μ’ αυτό. Έτσι μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση μπορεί να αποτελεί ένα αυτόνομο σύστημα που να καλύπτει το σύνολο των ενεργειακών αναγκών ενός κτηρίου ή μιας επαγγελματικής χρήσης. Η ενεργειακή παραγωγή στην περίπτωση που υπερκαλύπτει την κατανάλωση ρεύματος παρέχεται στο δίκτυο ενώ όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δεν επαρκεί (π.χ. όταν έχει συννεφιά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας) οι ανάγκες κατανάλωσης καλύπτονται από το ρεύμα του δικτύου.  Για τη συνεχή εξυπηρέτηση του καταναλωτή, η εγκατάσταση θα πρέπει να περιλαμβάνει και μια μονάδα αποθήκευσης (μπαταρίες) και διαχείρισης της ενέργειας.

 

Eικ 3 Σχηματική παράσταση μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, μεγάλης κλίμακας,

συνδεδεμένης στο ηλεκτρικό δίκτυο, με σχετική αυτοδυναμία, μέσω συσσωρευτών.

 

 

Η παραγωγή από ένα τυπικό φωτοβολταϊκό σύστημα ισχύος 1 κιλοβάτ (kW) φτάνει κατά μέσο όρο 1.200-1.500 κιλοβατώρες το χρόνο (ανάλογα με την ηλιοφάνεια της περιοχής) και αποτρέπει κατά μέσο όρο κάθε χρόνο την έκλυση 1.450 κιλών διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέμματα δάσους.

Σημειώνεται ότι τα φωτοβολταϊκά έχουν μηδενική ρύπανση, σχετικά αθόρυβη λειτουργία, αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής (που φθάνει τα 30 χρόνια), απεξάρτηση από την τροφοδοσία καυσίμων για τις απομακρυσμένες περιοχές, δυνατότητα επέκτασης ανάλογα με τις ανάγκες, ελάχιστη συντήρηση.

Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως δομικά υλικά, υποκαθιστώντας άλλα παραδοσιακά υλικά (π.χ. κεραμοσκεπές ή υαλοστάσια σε προσόψεις). Κατ’ αυτό τον τρόπο εξοικονομούνται χρήματα και φυσικοί πόροι.

 

Τα βιοκλιματικά κτήρια

Είναι ένα κτήριο που περιλαμβάνει παθητικά συστήματα θέρμανσης, δροσισμού ή ακόμη και φυσικού φωτισμού, κατασκευασμένο εξαρχής ή τροποποιημένο, και είναι δυνατό να καλύψει μεγάλο μέρος των ενεργειακών του αναγκών από την άμεση ή έμμεση αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας.

Προϋπόθεση για την εφαρμογή σ’ ένα κτήριο παθητικών ηλιακών συστημάτων είναι η θερμομόνωσή του, ώστε να περιοριστούν οι θερμικές απώλειες (χρήση κατάλληλων υλικών και διπλών τζαμιών, στεγανοποίηση, κ.ά.) εικ 4.

 

Eικ 4 βιοκλιματικό κτήριο

Η αρχή λειτουργίας των παθητικών συστημάτων θέρμανσης βασίζεται στο “φαινόμενο του θερμοκηπίου”, ενώ τα παθητικά συστήματα δροσισμού βασίζονται στην ηλιοπροστασία του κτηρίου, δηλαδή στην παρεμπόδιση της εισόδου των ανεπιθύμητων κατά τη θερινή περίοδο ακτινών του ήλιου στο κτήριο.

Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση μόνιμων ή κινητών σκίαστρων (πρόβολοι, τέντες, περσίδες, κληματαριές κ.ά.) που τοποθετούνται κατάλληλα, καθώς και με τη διευκόλυνση της φυσικής κυκλοφορίας του αέρα στο εσωτερικό των κτηρίων.

Με δεδομένο ότι ο κτηριακός τομέας καταναλώνει περισσότερο από 40% της παραγόμενης ενέργειας στην Ευρώπη, η εξοικονόμηση ενέργειας καθίσταται αυτόματα από τους πλέον δυναμικούς τομείς, αφού με τις τεχνικές που εφαρμόζονται για την υλοποίησή της μπορεί να μειωθεί η ενεργειακή κατανάλωση ενός κτηρίου έως και 25%.

 

Οι εφαρμογές και η χρήση των συστημάτων αξιοποίησης της ηλθακής ενέργειας αναπτύσσονται συνεχώς, ενώ τα πλεονεκτήματα της χώρα μας είναι ότι στο μεγαλύτερο τμήμα της η ηλιοφάνεια διαρκεί περισσότερες από 2700 ώρες το χρόνο. Ειδικότερα στη Βόρεια Ελλάδα Δυτική Μακεδονία και Ήπειρο όπου εμφανίζει τις μικρότερες τιμές κυμαίνεται από 2200 ως 2300 ώρες, ενώ στα Νησιά του Αιγαίου  όπως ενδεικτικά στη Ρόδο και τη νότια Κρήτη ξεπερνά τις 3100 ώρες ετησίως. Επόμενος στην προσπάθεια για βιώσιμη ανάπτυξη και ενεργειακή ανοικοδόμηση, τα συστήματα αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας αποτελούν μια ευκαιρία τόσο οικονομικής όσο και φιλικής προς το περιβάλλον ενεργειακής πηγής.