ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ

του Γ. Κολέμπα

Φωτοβολταϊκή (φ/β) εγκατάσταση

Προτού ξεκινήσει κανείς να υπολογίζει τι του χρειάζεται για μια τέτοια εγκατάσταση πρέπει να απαντήσει σε κάποια βασικά ερωτήματα. Πρώτα-πρώτα θα την κάνει για το εξοχικό του ή για τη μόνιμη κατοικία του; Θέλει να έχει ανεξαρτησία από τη ΔΕΗ ή να είναι και συνδεδεμένος με το δίκτυο; Από την απάντηση που θα δώσει σε αυτά τα ερωτήματα εξαρτάται το μέγεθος της εγκατάστασης, καθώς και από ποια στοιχεία θα αποτελείται. Σε κάθε περίπτωση όμως το απαραίτητο στοιχείο είναι η φωτοβολταϊκή γεννήτρια. Γιαυτό στην αρχή θα ασχοληθούμε μαζί της.

1)Φωτοβολταϊκή γεννήτρια: αποτελείται από συνδεδεμένες μεταξύ τους πλάκες(πάνελ, οι οποίες είναι υπόθεση υψηλής τεχνολογίας και δεν θα ασχοληθούμε με την κατασκευή τους), που διατίθενται στο εμπόριο από διάφορες κατασκευάστριες εταιρείες. Οι κατάλληλες για σπίτι πλάκες είναι διαστάσεων 50*100 εκατοστά και δίνουν ισχύ ηλεκτρική 50 ή 55 Βατ. Η απόδοση των πλακών(γενικά:13-14%) εξαρτάται από το πόσο είναι κάθετα στις ακτίνες του ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι, όσο είναι δυνατό, πρέπει να στρέφονται ακολουθώντας τη πορεία του ήλιου καθημερινά από ανατολή στη δύση και κατά τη διάρκεια του έτους το ύψος του στον ουρανό. Για αυτό λοιπόν το λόγο το συγκρότημα των πλακών το τοποθετούμε σε κατάλληλη βάση, που να έχει τέτοιο μηχανισμό, ώστε να εξασφαλίζονται ταυτόχρονα αυτές οι δύο κινήσεις. Υπάρχουν μηχανικοί ή ηλεκτρονικοί τέτοιοι μηχανισμοί, όμως εκτός του ότι είναι ακριβοί καταναλώνουν οι ίδιοι μεγάλο μέρος της ενέργειας που παράγουμε. Υπάρχει απλός τρόπος κατασκευής βάσης(σε ένα μηχανουργείο), με την οποία να εξασφαλίζονται οι δύο κινήσεις(ως προς οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα) χειροκίνητα. Έτσι μετακινούμε τη συστοιχία π.χ. 3 φορές τη μέρα(πρωί- μεσημέρι- απόγευμα) ως προς κατακόρυφο άξονα και π.χ μία φορά το μήνα ως προς οριζόντιο άξονα. Η πρώτη κίνηση γίνεται εύκολα με το μάτι ώστε να ακολουθείται ο ήλιος κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η δεύτερη κίνηση υπολογίζοντας το ύψος του ήλιου ανά μήνα και βρίσκοντας τη συμπληρωματική γωνία. Για το Γ.Π. των 40°(π.χ. Βόλος), η γωνία που πρέπει να σχηματίζει η συστοιχία με το οριζόντιο επίπεδο για κάθε μήνα του χρόνου φαίνεται στο παρακάτω πίνακα:

23 Ιούνη	17°
23 Μάη και 23 Ιούλη	24°
23 Απρίλη και 23 Αυγούστου	32°
23 Μάρτη και 23 Σεπτέμβρη	40°
23 Φλεβάρη και 23 Οκτώβρη	47°
23 Γενάρη και 23 Νοέμβρη	55°
23 Δεκέμβρη	63°

Επεξήγηση: στην εαρινή και φθινοπωρινή ισημερία(23 Μάρτη- 23 Σεπτέμβρη) π.χ. για το Γ.Π. των 40°(δες το σκίτσο 3 στο θερμοκήπιο), το ύψος του ήλιου είναι 50°. Οι πλάκες πρέπει να σχηματίζουν γωνία 90° με τις ακτίνες του, άρα: 180°-50°-90°= 180°-90°-50°=90°-50°=40°, σύμφωνα και με το σκίτσο 5:

Εάν η συστοιχία τοποθετηθεί μόνιμα σε μια θέση χωρίς δυνατότητα περιστροφών, τότε η βέλτιστη θέση είναι( για Γ.Π.40°): για καλοκαιρινή μόνο κατοικία, όπου μας ενδιαφέρει η απόδοση το καλοκαίρι, σε γωνία περίπου 30° με το οριζόντιο επίπεδο. Σε μόνιμη κατοικία, που μας ενδιαφέρει η απόδοση όλο το χρόνο, η βέλτιστη γωνία είναι των 40°. Όσον δε αφορά στη γωνία Ανατολή-Δύση την τοποθετούμε έτσι ώστε οι ακτίνες να πέφτουν κάθετα το μεσημέρι(αυτό εξαρτάται για την ακρίβεια από το γεωγραφικό μήκος του τόπου και πότε ακριβώς έχουμε μεσημβρινή ισημερία π.χ. αν ο τόπος έχει 20° ανατολικό γεωγραφικό μήκος τότε η μεσημβρινή ισημερία θα είναι στις 11 και 40 λεπτά π.μ., γιατί κάθε 1 μοίρα μετά τις 15° αντιστοιχεί σε 4 λεπτά νωρίτερα, ενώ κάθε 1° πριν τις 15° σε 4 λεπτά αργότερα από τις 12 η ώρα). Η σταθερή διάταξη έχει από 30-50% λιγότερη απόδοση από μια κινητή ως προς 2 άξονες διάταξη.

2)Υπολογισμός Ισχύος, αριθμού πλακών και λοιπών μέσων: ο αριθμός των πλακών και της ισχύος που χρειαζόμαστε εξαρτάται από τις ανάγκες που πρέπει να ικανοποιηθούν και αυτό με τη σειρά του από τον τρόπο ζωής. Το πρώτο που πρέπει λοιπόν να σκεφθούμε είναι μήπως μπορούμε να περιορίσουμε τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια, ικανοποιώντας κάποιες από αυτές με άλλο τρόπο, όπως π.χ. χρησιμοποιώντας κουζίνα υγραερίου και όχι ηλεκτρική ή πλυντήριο με επιλογή ζεστού νερού από ηλιακό θερμοσίφωνα(αποφεύγοντας την ηλεκτρική αντίσταση). Επίσης να μπορούμε να χρησιμοποιούμε τις ενεργοβόρες συσκευές το μεσημέρι και όταν έχουμε ηλιοφάνεια ή να είμαστε έτοιμοι να κάνουμε και χειροκίνητα το σκούπισμα, ή το πλύσιμο των ρούχων σε περίοδο παρατεταμένης συννεφιάς.

α) περίπτωση εξοχικού καλοκαιρινού σπιτιού: μπορούμε σε όλες τις καταναλώσεις να χρησιμοποιήσουμε συνεχές ρεύμα(το ρεύμα που παράγουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι συνεχές), αρκεί να είναι συσκευές συνεχούς. Ας πούμε ότι οι ανάγκες μας περιορίζονται όπως στον παρακάτω πίνακα:

Είδος Κατανάλωσης	Ισχύς σε w	Ημερήσια διάρκεια λειτουργίας σε h	Απαιτούμενη ενέργεια σε wh
3 λάμπες 12 v	11	3	3x11x3 =99
1 Ραδιοφωνάκι	4	10	4x10=40
Φορ. τηλεόραση	30	2	30x2 =60
		ΣΥΝΟΛΟ	199

Η κουζίνα και το ψυγείο είναι υγραερίου, ενώ ζεστό νερό παίρνουμε από τον ηλιακό θερμοσίφωνα. Συνολικά λοιπόν φαίνεται να απαιτούνται σε καθημερινή βάση 99+40+60=199wh .

Αν δεχθούμε ότι έχουμε 10 ώρες την ημέρα ηλιοφάνεια με μέση απόδοση μιας πλάκας των 55w, περίπου τα 30w, τότε σε μια μέρα κάθε πλάκα θα μας δώσει 30x10=300wh. Έτσι οι παραπάνω ανάγκες μας ικανοποιούνται πλήρως μόνο με μια πλάκα. Το περίσσευμα πάντως πρέπει να αποθηκευθεί στις μπαταρίες μας, οι οποίες πρέπει να υπολογισθούν έτσι ώστε να έχουμε διαθέσιμο ρεύμα π.χ. για ένα συννεφιασμένο 3ήμερο. Με λίγες γνώσεις ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων μπορεί κανείς να κάνει μόνος του το κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και έτσι να τροφοδοτήσει το εξοχικό του από τον ήλιο ( πρέπει να βρει καλώδια κατάλληλα χοντρά για συνεχές ρεύμα, ώστε να μην έχει απώλειες, όσο πιο μακριά στον πίνακα διανομής βρίσκεται μία κατανάλωση τόσο πιο χοντρό πρέπει να είναι το καλώδιο). (διάγραμμα 1)

Το κόστος μια τέτοιας εγκατάστασης σε τιμές του 1999-2000(τώρα είναι φθηνότερα) δεν ξεπέρασε τις 300.000δρχ.

β) περίπτωση μόνιμης αυτόνομης κατοικίας: κάνουμε π.χ. τις εξής παραδοχές: οι υπολογισμοί για τη δύσκολη από άποψη ηλιοφάνειας εποχή του χειμώνα, μεγαλύτερη διάρκεια έντονης συννεφιάς μία εβδομάδα, οικονομικές συσκευές, ψυγείο-κουζίνα-ζεστό νερό από υγραέριο ή ξύλα. Σαν αναγκαία φορτία για τη χειμωνιάτικη περίοδο θεωρούμε π.χ. τα παρακάτω:

Είδος	Ισχύς σε w	Ημερήσια διάρκεια σε h	Απαιτούμενη ενέργεια σε wh
Φωτισμός ταυτόχρονος 2	11	6	2x11x6 = 132
CD-Ραδιοκασετόφωνο	50	2	50x2 = 100
Τηλεόραση	30	2	30x2 = 60
Πλυντήριο(όχι αντίσταση)	250	1,5	250x1,5= 375
Ηλεκ. Σίδερο	500	0,3	500x0,3= 150
Ηλεκ. Σκούπα	1000	0,15	1000x0,15=150
		ΣΥΝΟΛΟ	967

Οι ανάγκες μας λοιπόν σε καθημερινή βάση θα είναι περίπου 1000wh. Αυτά μπορούμε να τα πάρουμε από 12 πλάκες(πάντα ζυγός ο αριθμός των πλακών), που για τον χειμώνα με μια μέση ηλιοφάνεια 3 ωρών τη μέρα και απόδοση 30w μας δίνουν: 3x30x12=1080wh. Έτσι, επειδή και κάποιες μέρες δεν θα χρησιμοποιήσουμε τις ενεργοβόρες καταναλώσεις (πλυντήριο, σίδερο, σκούπα), θα έχουμε περίσσεια ρεύματος που θα γεμίζει τις μπαταρίες, ώστε να έχουμε ρεύμα και τις εντελώς συννεφιασμένες μέρες. Με μια τέτοια εγκατάσταση εξασφαλίζουμε λογική χρήση των καταναλώσεών μας το χειμώνα και άφοβη(μπορούμε να τις αυξήσουμε ) τους υπόλοιπους 9 μήνες, κατά τους οποίους θα χρειαζόμαστε και ρυθμιστή φόρτισης των μπαταριών, ώστε να κόβεται το ρεύμα από τις πλάκες, όταν οι μπαταρίες θα είναι πλήρως φορτισμένες(στο 90-95% της χωρητικότητάς τους).

Πρέπει στη συνέχεια να υπολογίσουμε τους συσσωρευτές (τις μπαταρίες). Οι κατάλληλες για αυτό το σκοπό μπαταρίες είναι οι ξηρού τύπου(GEL), που μπορούν να φορτοεκφορτισθούν πολλές φορές χωρίς να χαλάσουν(οι μπαταρίες αυτοκινήτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όμως καλύτερα να το αποφύγει κανείς γιατί έχουν πολλά μειονεκτήματα για αυτή τη χρήση: απαιτούν συχνή συντήρηση με παρακολούθηση της στάθμης των υγρών τους, η χωρητικότητά τους δεν συμπίπτει με την ονομαστική, δεν μπορούμε να αντλήσουμε περισσότερο από 30-40% της ισχύς τους και αν τις «στραγγίξουμε», τότε η βλάβη είναι ανεπανόρθωτη). Το βασικό χαρακτηριστικό τους, πέρα από το ότι είναι πηγές τάσης 12V, είναι η χωρητικότητά τους σε Αμπερώρια(Αh), μέγεθος που δίνει το μέτρο των φορτίων που μπορούν να αποθηκευθούν και είναι το γινόμενο του φορτίου σε Α επί την χρονική διάρκεια σε ώρες(h). Έτσι αν η μπαταρία τροφοδοτούμενη από φ/β γεννήτρια με 12,5 Α σε 8 h φορτιστεί πλήρως, τότε η χωρητικότητά της είναι 100 Αh και μπορεί να αποδώσει το 60% στις καταναλώσεις. Για πόση ώρα μπορούμε να διαθέτουμε ρεύμα από αυτή τη μπαταρία εξαρτάται από το ρεύμα εκφόρτισης(δίνεται σε μορφή καμπύλης συνήθως από τον κατασκευαστή: μικρό ρεύμα εκφόρτισης μεγάλη διάρκεια, μεγάλο ρεύμα-μικρή διάρκεια). Μπορούμε να αυξήσουμε τη χωρητικότητα συνδέοντας παράλληλα τις μπαταρίες π.χ. 2 μπαταρίες των 12 V και 100 Αh σε παράλληλη σύνδεση μας δίνουν ένα συσσωρευτή των 12 V, 200 Ah. Πρέπει όμως να προσέξουμε να είναι όχι μόνο της ίδιας χωρητικότητας και τύπου, αλλά και ίδιας ηλικίας, καθώς επίσης να τοποθετήσουμε μεταξύ τους διόδους ή ασφάλειες.

Υπολογισμός: έχουμε υπολογίσει ήδη τις ανάγκες μας σε καθημερινή βάση και είναι περίπου 1000wh, θεωρούμε ότι θα έχουμε απώλειες στην αποθήκευση στους συσσωρευτές π.χ. της τάξης του 20%, άρα οι ανάγκες μας στην ουσία θα είναι 1000/0,8=1250wh. Αν λάβουμε υπόψη και τις απώλειες λόγω θερμότητας που για τη χώρα μας θεωρείται ότι είναι γύρω στο 20%, έχουμε: 1250/0,8=1562 Wh. Με τις ανάγκες που έχουμε μπορούμε να επιλέξουμε σαν τάση του συστήματος τα 12 V. Έτσι διαιρώντας τη μέση ημερήσια κατανάλωση με την τάση του συστήματος έχουμε: 1562 wh/12V= 1562 Avh/12v=130 Ah. Αυτή είναι η ζητούμενη κατανάλωση σε Αμπερώρες. Έχουμε δεχθεί σαν διάρκεια αυτονομίας(ημέρες συνεχούς συννεφιάς) τις 7 μέρες, άρα πρέπει να έχουμε στην «αποθήκη»: 130x7=910 Ah. Αν διαλέξουμε π.χ. ηλιακούς συσσωρευτές των 100 Αh που έχουν βάθος εκφόρτισης μέχρι 40%(που σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το υπόλοιπο 60%),πρέπει να αυξήσουμε στην πραγματικότητα τη χωρητικότητα κατά 40%, άρα χρειαζόμαστε 910x1,4=1274 Ah. Έτσι 1274Ah/100Ah=12,74. Άρα χρειαζόμαστε 13(ακέραιος αριθμός) συσσωρευτές. Πρέπει λοιπόν να συνδέσουμε παράλληλα 13 τέτοιες μπαταρίες.

Για τα καλώδια του κυκλώματος συνεχούς ρεύματος ισχύουν αυτά που αναφέρθηκαν στην α) περίπτωση, με την παρατήρηση ότι αν έχουμε κάποια κατανάλωση με μεγάλη ισχύ, τότε είναι καλύτερα να συνδεθεί με ιδιαίτερο καλώδιο, ενώ αν έχουμε κάποιες καταναλώσεις 220V που δεν μπορούμε να αποφύγουμε, τότε μπορεί να αναπτυχθεί ιδιαίτερο μικρό δίκτυο 220 V, το οποίο βέβαια χρειάζεται μετασχηματιστή-εναλλάκτη. Αν κάποιος θέλει πλήρη αυτονομία(πέρα από βδομάδα),τότε για οικονομικούς λόγους δεν κάνει επέκταση της φ/β γεννήτριας, αλλά βάζει συμπληρωματικά παράλληλα μια ντιζελογεννήτρια(διάγραμμα 2)

Το κόστος μιας τέτοιας εγκατάστασης(χωρίς τη συμπληρωματική πηγή ρεύματος) φθάνει σήμερα γύρω στα 12000 Ευρώ.

γ) Περίπτωση κατοικίας συνδεδεμένης με το δίκτυο: εδώ βασικά κάνει κανείς φ/β εγκατάσταση με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας για οικολογικούς λόγους(μακροπρόθεσμα και για οικονομικούς όπως θα δούμε παρακάτω με τον νέο νόμο για τις ΑΠΕ). Το μέγεθος της γεννήτριας (αριθμός πλακών) εξαρτάται από το πόση εξοικονόμηση θέλουμε να κάνουμε και από το πόσα χρήματα είμαστε διατεθειμένοι να διαθέσουμε για την αγορά των πλακών καθώς και για ένα μειωμένο αριθμό μπαταριών και μιας συσκευής, τον εναλλάκτη(Inverter), που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των 12 V σε εναλλασσόμενο 220V. Μπορεί κανείς να ξεκινήσει με μικρή εγκατάσταση και να την επεκτείνει σιγά σιγά, ανάλογα με τα οικονομικά του, αρκεί η ισχύς του εναλλάκτη να είναι από την αρχή η απαιτούμενη της τελικής σχεδιαζόμενης εγκατάστασης, ώστε να μη χρειασθεί να αντικατασταθεί με άλλο κατάλληλο στο τέλος. Π.χ. μπορεί να ξεκινήσει με 6 πλάκες και δύο μπαταρίες. Από οικονομική άποψη δεν συνιστάται να έχουμε πολλές μπαταρίες, γιατί όταν έχουμε συνεχή συννεφιά, τότε το κύκλωμα τροφοδοτείται από το δίκτυο. Για να γίνεται αυτό πρέπει ο εναλλάκτης να είναι κατάλληλα κατασκευασμένος και εκτός από την μετατροπή του συνεχούς σε εναλλασσόμενο, να μπορεί να «αποφασίζει» ηλεκτρονικά, όταν δεν υπάρχει αρκετό ρεύμα στις μπαταρίες να «ρίχνει» το σύστημα στο δίκτυο και το αντίστροφο, αν διαπιστώνει ότι υπάρχει πάλι αρκετό να το γυρίζει στα φ/βολταϊκά. Είναι δύσκολο να βρει κανείς τέτοιο Inverter στο εμπόριο. Καλύτερα να στραφεί κανείς σε τοπικό ηλεκτρονικό που θα μπορεί να τον κατασκευάσει με τις προδιαγραφές που θέλουμε, ο οποίος εξάλλου θα μας είναι χρήσιμος και μελλοντικά για επιδιορθώσεις σε τυχόν βλάβες που μπορεί να έχουμε.

Ένα τέτοιο σύστημα σαν το παραπάνω(διάγραμμα 3) μαζί με την κατασκευή του κοστίζει σήμερα γύρω στα 6000 Ευρώ.

	Διάγραμμα 3

3) Οικονομική απόσβεση-επιδοτήσεις:

Συνήθως υπολογίζεται ότι μια αυτόνομη εγκατάσταση κάνει οικονομική απόσβεση(σε σχέση με τους λογαριασμούς της ΔΕΗ) μετά από 20 χρόνια. Όταν όμως πρόκειται για κατοικία που βρίσκεται μακριά από το δίκτυο της ΔΕΗ, επειδή το κονδύλι που πληρώνει κανείς σε αυτή, για να του μεταφέρει το ρεύμα στο σπίτι είναι υψηλό(κολώνες, μετασχηματιστής κ.λ.π.) η απόσβεση είναι σχεδόν άμεση. Δυστυχώς στο νόμο για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας(ψηφίστηκε στις 6/6/06) δε πέρασε η επιδότηση για αυτόνομες φ/β εγκαταστάσεις.

Ενδιαφέρουσα είναι η περίπτωση για εγκατάσταση συνδεδεμένη με το δίκτυο. Βέβαια δεν επιδοτείται η ίδια η εγκατάσταση, όμως επιδοτείται η τιμή της κιλοβατώρας που διοχετεύεται στο δίκτυο, ανάλογα με την περιοχή της εγκατάστασης. Πιο συγκεκριμένα, η τιμολόγηση της παραγόμενης ηλιακής ενέργειας έχει ως εξής:

Ισχύς φωτοβολταϊκού συστήματος	Ηπειρωτικό δίκτυο	Μη διασυνδεδεμένα νησιά
=<>	0,45 €/kWh	0,50 €/kWh
>100 kW	0,40 €/kWh	0,45 €/kWh

Και είναι εγγυημένη για μια εικοσαετία. Η τιμή αυτή αναπροσαρμόζεται με βάση το μέσο ποσοστό αναπροσαρμογής των τιμολογίων της ΔΕΗ Α.Ε. που εγκρίνεται κάθε φορά από τον Υπουργό Ανάπτυξης. Ο οικιακός καταναλωτής της ΔΕΗ, πέραν της παραπάνω ενίσχυσης δικαιούται και μια φοροελάφρυνση σε ποσοστό είκοσι τοις εκατό (20%) της δαπάνης για εγκατάσταση φωτοβολταϊκών. Αυτό μεταφράζεται σε έκπτωση 3-8% επί της πραγματικής αξίας του συστήματος. Από το 2007, το ανώτατο όριο της φοροελάφρυνσης εκτιμάται ότι θα ανέβει στα 700 Ευρώ.

Αν πρόκειται για εμπορική επιχείρηση δικαιούται επιδότηση της αρχικής εγκατάστασης σε ποσοστό 30-55% της αξίας του συστήματος μέσω του αναπτυξιακού νόμου. Κατά καιρούς προκηρύσσονται επίσης διάφορα εξειδικευμένα προγράμματα που ενισχύουν και τα φωτοβολταϊκά.

Ο στόχος, σύμφωνα με απόφαση του Υπουργείου Ανάπτυξης, είναι η παραγωγή 700 MW από φ/β συστήματα μέχρι το 2014. Για τη Θεσσαλία για παράδειγμα προβλέπονται συνολικά 55 MW, εκ των οποίων μόνο 5,5 MW για μικρότερα(κάτω των 20 KW) συστήματα. Τα τελευταία ενδιαφέρουν και τους πολίτες( τα μεγάλα συστήματα αφορούν σε επιχειρηματίες της ενέργειας). Αν όχι ατομικά, τουλάχιστον σαν γειτονικά νοικοκυριά ή σαν συνοικισμοί ή κοινότητες και μικροί δήμοι, καθώς και σαν μικρές επιχειρήσεις ή μη κερδοσκοπικές επιχειρήσεις ή επιχειρήσεις λαϊκής βάσης.

Περισσότερα για το νόμο στην ιστοσελίδα:http://www.seners.gr/

Γ.Κολέμπας