Ο ρόλος των Φ/Β συστημάτων στα κτίρια

Η χρήση Φ/Β για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο θεωρείται από τις πλέον σημαντικές τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής και με μεγάλες προοπτικές. Η Ελλάδα παρουσιάζει αξιοσημείωτες προϋποθέσεις, για ανάπτυξη και εφαρμογή των  Φ/Β συστημάτων λόγω του ιδιαίτερα υψηλού δυναμικού ηλιακής ενέργειας. Η δυνατότητα παραγωγής αποκεντρωμένης ηλεκτρικής ενέργειας σε κατοικημένες περιοχές, χωρίς επιπτώσεις στο περιβάλλον, κάνει ελκυστική τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κτίρια στην Ελλάδα.

Η χρήση Φ/Β συστημάτων σε κτίρια είναι μία εφαρμογή που προβλέπεται ότι θα κερδίσει έδαφος τα προσεχή χρόνια, σε συνδυασμό και με τα μέτρα που προωθούνται διεθνώς για φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες. Η Ελλάδα εναρμονίζεται με τις ευρωπαϊκές Οδηγίες και εισάγει στο θεσμικό της πλαίσιο το κτίριο σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας. Ένα κτίριο σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας είναι ένα κτίριο πολύ υψηλής ενεργειακής απόδοσης στο οποίο η σχεδόν μηδενική ή πολύ χαμηλή ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την κάλυψη των ενεργειακών του απαιτήσεων, καλύπτεται σε πολύ μεγάλο βαθμό από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Συνεπώς, παράλληλα με την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων Εξοικονόμησης Ενέργειας (ΕΞΕ) στα κτίρια είναι επιθυμητό να συνδυάζεται και η χρήση συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η πλέον πρόσφορη τεχνολογία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για εφαρμογές σε κτίρια προς κάλυψη των ενεργειακών αναγκών τους, είναι φωτοβολταϊκή.

Βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας των Φ/Β είναι η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, σε μικρές ή και σε μεγαλύτερες ποσότητες, στο σημείο χρήσης, με φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Άλλα πλεονεκτήματα είναι τα παρακάτω:

• μηδενική ρύπανση της ατμόσφαιρας,
• μεγάλη διάρκεια ζωής των ηλιακών στοιχείων (πάνω από 25 χρόνια)
• αθόρυβη λειτουργία,
• σχεδόν μηδαμινό κόστος συντήρησης και λειτουργίας,
• δυνατότητα ενσωμάτωσης τους σε οροφές, προσόψεις κτιρίων ως κύρια δομικά στοιχεία σε περίπτωση έλλειψης χώρου, ή/και για εξοικονόμηση σε συμβατικά δομικά στοιχεία με αποτέλεσμα οικονομικότερη συνολικά εγκατάσταση,
• δυνατότητα επέκτασης του συστήματος ανάλογα με τις ενεργειακές απαιτήσεις.

Στις εφαρμογές σε κτίρια τα Φ/Β πλαίσια μπορούν να εγκατασταθούν στην επίπεδη οροφή μέσω μιας πρόσθετης κατασκευής η οποία θα χρησιμοποιείται σαν βάση στήριξης, ανάλογη με αυτήν που χρησιμοποιείται σε Φ/Β συστήματα που εγκαθίστανται επί εδάφους.  Ωστόσο υπάρχει και η δυνατότητα τα Φ/Β πλαίσια να ενσωματωθούν αρχιτεκτονικά στο κτίριο. Στις εφαρμογές αυτές τα Φ/Β συστήματα εγκαθίστανται σε κτίρια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενώ συγχρόνως τα Φ/Β πλαίσια χρησιμοποιούνται και σαν δομικά στοιχεία για τη κάλυψη εξωτερικών επιφανειών του κτιρίου, όπως π.χ. σε οροφές, προσόψεις, σκίαστρα κλπ.
Πολλές εταιρίες συστημάτων αλουμινίου προσφέρουν ή αναπτύσσουν κατάλληλο προφίλ για την ενσωμάτωση Φ/Β πλαισίων σε όψεις ή οροφές κτιρίων ενώ υπάρχουν και κεραμίδια με ενσωματωμένα Φ/Β για την τοποθέτηση στην οροφή των κτιρίων. Με αυτόν τον τρόπο συμβάλλουν εκτός των άλλων στην υποκατάσταση μέρους του κόστους των δομικών υλικών, ειδικά στα εμπορικά κτίρια με την ακριβή επένδυση, με συνέπεια την μείωση του καθαυτού κόστους του Φ/Β συστήματος. Επίσης μπορούν να εγκατασταθούν ομοίως και σε κατασκευές του ευρύτερου οικιστικού περιβάλλοντος, όπως σε υπαίθρια πάρκινγκ, στέγαστρα, ηχοπετάσματα κλπ. Στις εφαρμογές αυτές πρέπει να δίδεται ιδιαίτερη προσοχή στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό ώστε τα Φ/Β πλαίσια να δένουν αισθητικά με την αρχιτεκτονική του κτιρίου. Κατά τη φάση της σχεδίασης του Φ/Β συστήματος απαιτείται πλέον και η ενεργός συμμετοχή των αρχιτεκτόνων, ώστε να συνδυασθεί η τεχνική λύση με αποτελέσματα που πληρούν τους όρους της αισθητικής.

Πολλές κατασκευάστριες εταιρείες διαθέτουν Φ/Β πλαίσια και προϊόντα κατάλληλα για την ενσωμάτωση των Φ/Β πλαισίων σε κτίρια. Για εφαρμογές ενσωμάτωσης Φ/Β πλαισίων σε κτίρια διατίθενται και πλαίσια διαφόρων χρωμάτων και βαθμού διαφάνειας, σε βάρος όμως της απόδοσης.

Ημιδιαφανείς Φ/Β γεννήτριες αμόρφου Πυριτίου ενσωματωμένες στην πρόσοψη κτιρίου γραφείων στην πόλη Kobe της Ιαπωνίας.

[Πηγή: http://ktm.cres.gr/bibliothiki/Ape/fotovoltaika.php]

Οι βασικές ιδιότητες των Φ/Β συστημάτων

Η βασική δομική μονάδα των Φ/Β συστημάτων είναι το Φ/Β πλαίσιο. Το σημαντικότερο από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του Φ/Β πλαισίου είναι η ισχύς αιχμής (Wp), που εκφράζει την παραγόμενη ηλεκτρική ισχύ όταν το Φ/Β πλαίσιο εκτεθεί σε ηλιακή ακτινοβολία 1000W/m² και θερμοκρασία 25°C. Ένα Φ/Β σύστημα αποτελείται από Φ/Β πλαίσια ηλεκτρικά συνδεδεμένα μεταξύ τους για την επίτευξη της επιθυμητής ισχύος και περιλαμβάνει έναν ή περισσότερους αντιστροφείς (inverters), για την μετατροπή του συνεχούς ρεύματος που παράγουν τα Φ/Β πλαίσια σε εναλλασσόμενο, συμβατό με τα χαρακτηριστικά του δημόσιου ηλεκτρικού δικτύου.

Ένα Φ/Β σύστημα 1 kWp  αποτελούμενο από Φ/Β πλαίσια  κρυσταλλικού Πυριτίου (η πιο διαδεδομένη τεχνολογία) έχει επιφάνεια 5 με 8 τ.μ. ανάλογα με την απόδοση που διαθέτει και παράγει κατά μέσο όρο 1.550 kWh AC το χρόνο , σε συνθήκες ελληνικού χώρου, πάνω σε σταθερή βάση στήριξης. Η επιφάνεια που απαιτείται για την εγκατάσταση ενός Φ/Β συστήματος σε επίπεδη επιφάνεια (οροφή) συνήθως, στην περίπτωση που πρέπει να διαταχθούν σε σειρές τηρώντας τις απαραίτητες αποστάσεις μεταξύ τους, είναι 1,5 με 2,5 φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική επιφάνεια των Φ/Β.

Ένα πλήρες σύστημα 1 kWp, εγκατεστημένο  κοστίζει περίπου 1.500€, για συστήματα του μεγέθους που εγκαθίστανται σε κτίρια.  Για να καλυφθούν οι ανάγκες ενός σπιτιού απαιτούνται περίπου 2-3 kWp και οριζόντια επιφάνεια περίπου 10-30 τ.μ., ανάλογα την τεχνολογία Φ/Β που θα επιλεχθεί. Ωστόσο απαραίτητη προϋπόθεση για την εγκατάσταση του συστήματος είναι να μην υπάρχουν σημαντικοί σκιασμοί στην θέση που θα επιλεγεί.

Δυνατότητες αξιοποίησης Φ/Β συστημάτων σε κτίρια

Για τις εφαρμογές Φ/Β σε κτίρια ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η δυνατότητα του ένταξης στο πρόγραμμα Net Metering, (Αυτοπαραγωγή με ενεργειακό συμψηφισμό)^[1].

Ο αυτοπαραγωγός χρησιμοποιεί την ενέργεια που παράγεται από το Φ/Β σύστημα κυρίως για κάλυψη της ιδιοκατανάλωσής του, μειώνοντας έτσι την απορροφούμενη από το δίκτυο ενέργεια. Το όφελος για τον καταναλωτή προκύπτει από την μείωση του λογαριασμού του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο αγοραστής αποφεύγει τις χρεώσεις για την ηλεκτρική ενέργεια που παράγει από το Φ/Β σύστημα και που καταναλώνει ο ίδιος, οι οποίες συσχετίζονται με το μοναδιαίο κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που καθορίζεται από τη συμφωνία με τον πάροχο της ηλεκτρικής ενέργειας.

Είναι επίσης δυνατή η χρήση εικονικού net-metering (διαφορετική τοποθεσία για παραγωγή και κατανάλωση, με τον περιορισμό να βρίσκονται εντός της ίδιας περιφερειακής ενότητας)

Η δεύτερη δυνατότητα εγκατάστασης Φ/Β σε κτίρια αφορά στα Φ/Β που εγκαθίστανται υπό το «Ειδικό Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών Συστημάτων μικρής ισχύος σε κατοικίες συνδεδεμένες με αντίστοιχη παροχή οικιακής χρήσης». Το νέο Ειδικό Πρόγραμμα Φ/Β αφορά στην εγκατάσταση, από οικιακούς καταναλωτές, φωτοβολταϊκών συστημάτων μέγιστης ισχύος έως 6 kW για την ηπειρωτική χώρα, τα Διασυνδεδεμένα με το Σύστημα νησιά και την Κρήτη. Στην περίπτωση των Μη-Διασυνδεδεμένων νησιών, η μέγιστη ισχύς ορίζεται στα 3 kW.. Σύμφωνα με αυτό, το φωτοβολταϊκό σύστημα παρέχει το σύνολο της παραγόμενης ενέργειας στο δίκτυο και ο ιδιοκτήτης του αποζημιώνεται για αυτήν με καθορισμένη τιμή πώλησης, η οποία ανέρχεται στα 87 €/MWh. Το νέο Ειδικό Πρόγραμμα Φ/Β προβλέπει την εγκατάσταση σταθμού παραγωγής και σε χώρο εκτός κτιρίου (σε βοηθητικούς χώρους του κτιρίου, όπως σε αποθήκες και σε χώρους στάθμευσης, ή επί εδάφους).

Και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις, σε περίπτωση διακοπής του δημόσιου ηλεκτρικού δικτύου, το Φ/Β σύστημα δεν μπορεί να παράσχει ενέργεια στο κτίριο.

Η τρίτη δυνατότητα αφορά στους χρήστες σε απομακρυσμένες περιοχές που χαρακτηρίζονται από έλλειψη ηλεκτρικού δικτύου. Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα με σύστημα αποθήκευσης ενέργειας (συσσωρευτές), θεωρούνται η πλέον ενδεδειγμένη, αξιόπιστη και οικονομική λύση για την κάλυψη των βασικών ηλεκτρικών τους αναγκών.