ΕΠΑ.Λ ΜΟΥΖΑΚΙΟΥ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Α΄ΤΕΤΡΑΜΗΝΟΥ Α΄ΛΥΚΕΙΟΥ Φωτοβολταϊκά:« μόδα ή λύση; » Θέμα εργασίας: Φωτοβολταϊκά:« μόδα ή λύση; » Σχ. Έτος:

Φωτοβολταϊκά: « μόδα ή λύση; »

ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της ερευνητικής εργασίας είναι να κατανοήσουν και να προβληματιστούν οι μαθητές για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Να αναπτύξουν την ηλιακή ενέργεια με την χρήση των φωτοβολταϊκών τόσο των μονάδων όσο και των πάρκων. Να αναπτύξουν συνείδηση εξοικονόμησης ενέργειας μέσα από τα ερωτήματα: χρήσης αυτής, επάρκειας, παραγωγής, κόστους εγκατάστασης και αναμενόμενων αποτελεσμάτων (κέρδος). Να ευαισθητοποιηθούν σε περιβαλλοντικά θέματα.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΕΡΩΤΗΜΑΤΩΝ Ένταξη των λέξεων-κλειδιών σε σύνολα και το μετασχηματισμό τους σε ερευνητικά ερωτήματα, δημιουργία 4 υποομάδων.

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

Με τον γενικό όρο φωτοβολταϊκά χαρακτηρίζονται οι βιομηχανικές διατάξεις μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στην ουσία πρόκειται για ηλεκτρογενήτριες που συγκροτούνται από πολλά φωτοβολταϊκά στοιχεία σε επίπεδη διάταξη που έχουν ως βάση λειτουργίας το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Τα φωτοβολταϊκά ανήκουν στη κατηγορία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ).ηλιακής ενέργειαςηλεκτρικήΑνανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Τρόπος λειτουργίας Φωτοβολταϊκών. Το ηλιακό φως αποτελείται από Φωτόνια, τα οποία δεν έχουν (θεωρητικά) μάζα ή φορτίο, αλλά είναι η βασική μονάδα φωτεινής ενέργειας. Ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός, τα φωτόνια περιέχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας. Όταν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο, άλλα ανακλώνται, άλλα το διαπερνούν και άλλα απορροφώνται από το φωτοβολταϊκό. Αυτά τα τελευταία φωτόνια είναι που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Πλεονεκτήματα Φ/Β σε σχέση με οποιονδήποτε άλλο τρόπο παραγωγής Ενέργειας: Τεχνολογία φιλική στο περιβάλλον Η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη ενεργειακή πηγή, διατίθεται παντού και δεν στοιχίζει απολύτως τίποτα Η λειτουργία του συστήματος είναι ολοσχερώς αθόρυβη Έχουν σχεδόν μηδενικές απαιτήσεις συντήρησης Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής: οι κατασκευαστές εγγυώνται τα «κρύσταλλα» για χρόνια λειτουργίας Υπάρχει πάντα η δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης, ώστε να ανταποκρίνονται στις αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών

Μπορούν να εγκατασταθούν πάνω σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές, όπως είναι π.χ. η στέγη ενός σπιτιού ή η πρόσοψη ενός κτιρίου. Διαθέτουν ευελιξία στις εφαρμογές. Επιπλέον, ένα μεγάλο πλεονέκτημα του Φ/Β συστήματος είναι ότι μπορεί να διασυνδεθεί με το δίκτυο ηλεκτροδότησης (διασυνδεδεμένο σύστημα), καταργώντας με τον τρόπο αυτό την ανάγκη για εφεδρεία και δίνοντας επιπλέον τη δυνατότητα στον χρήστη να πωλήσει τυχόν πλεονάζουσα ενέργεια στον διαχειριστή του ηλεκτρικού δικτύου.

Το μόνο μειονέκτημα που θα μπορούσε να καταλογίσει κανείς στα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι το κόστος τους: παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις, το κόστος παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό. Μια γενική ενδεικτική τιμή είναι 6000 € ανά εγκατεστημένο κιλοβάτ (kW) ηλεκτρικής ισχύος. Το μόνο μειονέκτημα που θα μπορούσε να καταλογίσει κανείς στα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι το κόστος τους: παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις, το κόστος παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό. Μια γενική ενδεικτική τιμή είναι 6000 € ανά εγκατεστημένο κιλοβάτ (kW) ηλεκτρικής ισχύος.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ

Φωτοβολταϊκή Διάταξη Τα Φ/Β πλαίσια έχουν ως βασικό μέρος το ηλιακό στοιχείο που είναι ένας κατάλληλα επεξεργασμένος ημιαγωγός μικρού πάχους σε επίπεδη επιφάνεια. Η πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργεί ηλεκτρική τάση και με την κατάλληλη σύνδεση σε φορτίο παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα Φ/Β πλαίσια έχουν ως βασικό μέρος το ηλιακό στοιχείο που είναι ένας κατάλληλα επεξεργασμένος ημιαγωγός μικρού πάχους σε επίπεδη επιφάνεια. Η πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργεί ηλεκτρική τάση και με την κατάλληλη σύνδεση σε φορτίο παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. ηλεκτρική τάση ηλεκτρική τάση

Κατηγορίες Φ/Β στοιχείων 1. φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου a. φωτοβολταϊκά Μονοκρυσταλλικού a. φωτοβολταϊκά Μονοκρυσταλλικού πυριτίου με αποδόσεις πλαισίων 14,5% έως 21% πυριτίου με αποδόσεις πλαισίων 14,5% έως 21% b. φωτοβολταϊκά Πολυκρυσταλλικού πυριτίου με b. φωτοβολταϊκά Πολυκρυσταλλικού πυριτίου με αποδόσεις πλαισίων 13% έως 14,5%. αποδόσεις πλαισίων 13% έως 14,5%. 2. φωτοβολταϊκά λεπτών μεμβρανών a. φωτοβολταϊκά από άμορφο Πυρίτιο ονομαστική a. φωτοβολταϊκά από άμορφο Πυρίτιο ονομαστική απόδοση 7%. απόδοση 7%. b. φωτοβολταϊκά από Χαλκοπυρίτες CIS / CIGS, b. φωτοβολταϊκά από Χαλκοπυρίτες CIS / CIGS, ονομαστική απόδοση από 7% έως 11%. ονομαστική απόδοση από 7% έως 11%.

Τύποι Φωτοβολταϊκών συστημάτων Τύποι Φωτοβολταϊκών συστημάτων

Διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα Στα διασυνδεδεμένα με το δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από τα φωτοβολταϊκά, τροφοδοτεί τα ηλεκτρικά φορτία και η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας εφ' όσον υπάρχει διαβιβάζεται και πωλείται στο δίκτυο. Στα διασυνδεδεμένα με το δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από τα φωτοβολταϊκά, τροφοδοτεί τα ηλεκτρικά φορτία και η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας εφ' όσον υπάρχει διαβιβάζεται και πωλείται στο δίκτυο.

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Σήμερα υπάρχει πληθώρα μικρών φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κεραίες τηλεπικοινωνιακών σταθμών, εξοχικά σπίτια, αντλίες άντλησης νερού, χιονοδρομικά κέντρα, τροχόσπιτα, φάρους, μετεωρολογικούς σταθμούς, υπαίθρια φωτιστικά σώματα, σκάφη και άλλα τα οποία καθίστανται ενεργειακά αυτόνομα. Σήμερα υπάρχει πληθώρα μικρών φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κεραίες τηλεπικοινωνιακών σταθμών, εξοχικά σπίτια, αντλίες άντλησης νερού, χιονοδρομικά κέντρα, τροχόσπιτα, φάρους, μετεωρολογικούς σταθμούς, υπαίθρια φωτιστικά σώματα, σκάφη και άλλα τα οποία καθίστανται ενεργειακά αυτόνομα.

Υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήματα. Πρόκειται για αυτόνομα συστήματα που αποτελούνται από τη Φ/Β συστοιχία σε συνδυασμό με άλλες πηγές ενέργειας όπως μια γεννήτρια πετρελαίου ή άλλη μορφή ΑΠΕ (π.χ. ανεμογεννήτρια).

ΤΟΠΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ

Ένα σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο σχεδιαστής μιας διάταξης είναι το που θα στερεωθούν οι βασικές μονάδες, αν θα στερεωθούν σε σταθερές θέσεις ή οι προσανατολισμοί τους θα ακολουθούν (ιχνηλατούν) την κίνηση του ηλίου. Ένα σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο σχεδιαστής μιας διάταξης είναι το που θα στερεωθούν οι βασικές μονάδες, αν θα στερεωθούν σε σταθερές θέσεις ή οι προσανατολισμοί τους θα ακολουθούν (ιχνηλατούν) την κίνηση του ηλίου. Στις περισσότερες διατάξεις οι βασικές μονάδες στερεώνονται σ’ ένα σταθερό κεκλιμένο επίπεδο με την πρόσοψη προς τον ισημερινό. Αυτό έχει την αρετή της απλότητας, δηλαδή κανένα κινούμενο τμήμα και χαμηλό κόστος. H άριστη γωνία κλίσης εξαρτάται κυρίως από το γεωγραφικό πλάτος, την αναλογία της διάχυτης ακτινοβολίας στην τοποθεσία και το είδος του φορτίου. Στις περισσότερες διατάξεις οι βασικές μονάδες στερεώνονται σ’ ένα σταθερό κεκλιμένο επίπεδο με την πρόσοψη προς τον ισημερινό. Αυτό έχει την αρετή της απλότητας, δηλαδή κανένα κινούμενο τμήμα και χαμηλό κόστος. H άριστη γωνία κλίσης εξαρτάται κυρίως από το γεωγραφικό πλάτος, την αναλογία της διάχυτης ακτινοβολίας στην τοποθεσία και το είδος του φορτίου. Στερεώνοντας τη διάταξη πάνω σε σύστημα με δύο άξονες παρακολούθησης του Ηλίου, μπορεί να συλλεχθεί μέχρι 25% περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια ενός έτους, σε σύγκριση με την εγκατάσταση σταθερής κλίσης. Στερεώνοντας τη διάταξη πάνω σε σύστημα με δύο άξονες παρακολούθησης του Ηλίου, μπορεί να συλλεχθεί μέχρι 25% περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια ενός έτους, σε σύγκριση με την εγκατάσταση σταθερής κλίσης.

Δυνατότητες εφαρμογής φ/β Τα Φ/Β μπορούν να τοποθετηθούν σε: γήπεδα (οικόπεδα και αγροτεμάχια) γήπεδα (οικόπεδα και αγροτεμάχια) στέγες(επίπεδες ή κεκλιμένες) στέγες(επίπεδες ή κεκλιμένες) σε προσόψεις κτιρίων σε προσόψεις κτιρίων

Φωτοβολταϊκά σε γήπεδα (οικόπεδα και αγροτεμάχια ) Απαραίτητη προϋπόθεση για την εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι η απόδειξη της κυριότητας ή της νόμιμης κατοχής του γηπέδου για την εγκατάστασή τους. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι η απόδειξη της κυριότητας ή της νόμιμης κατοχής του γηπέδου για την εγκατάστασή τους.

Φωτοβολταϊκά σε στέγες επιχειρήσεων Η σύμβαση υπογράφεται με τον ΔΕΣΜΗΕ (Διαχειριστής Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ενέργειας) και διαρκεί 20 χρόνια. Όλο αυτό το διάστημα ο ΔΕΣΜΗΕ υποχρεούται, βάση νόμου, να αγοράζει την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε τιμή που καθορίζεται την ώρα της υπογραφής της σύμβασης ( η σημερινή τιμή πώλησης είναι στα ευρώ ανά Kwh) και προσαυξάνεται κάθε χρόνο σε ποσοστό 25% του ετήσιου τιμάριθμου

Φωτοβολταϊκά σε οικιακές στέγες Στην Ελλάδα έχουν ξεκινήσει φωτοβολταϊκά προγράμματα επιδότησης των επενδύσεων σε φωτοβολταϊκά σε στέγες, τα οποία παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που μεταπωλείται και εισάγεται στα δημόσια δίκτυα μεταφοράς ΔΕΗ. Τα προγράμματα αυτά έχουν στόχο τη διαφοροποίηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τη σταδιακή απεξάρτησή της από το πετρέλαιο. φωτοβολταϊκά προγράμματα επιδότησηςφωτοβολταϊκά σε στέγες Το κόστος μιας εγκατάστασης στα 10kW ο επενδυτής θα το έχει αποσβέσει σε 5 με 6 έτη και τα υπόλοιπα 20 με 19 έτη θα έχει καθαρό κέρδος. Το καθαρό κέρδος για τον επενδυτή θα βρίσκεται πάνω από €.

ΚΟΣΤΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ

Κόστος εξοπλισμού και Τοποθέτησης Φ/Β Το κόστος ενός Φωτοβολταϊκού συστήματος ανά εγκατεστημένο ΚW εξαρτάται από: την τεχνολογία των πάνελ που θα χρησιμοποιηθεί (π.χ. τα πάνελ άμορφου πυριτίου κοστίζουν φτηνότερα αλλά απαιτούν περίπου διπλάσια έκταση την προέλευση των πάνελ και των λοιπών στοιχείων του εξοπλισμού (τα ευρωπαϊκά είναι ακριβότερα αλλά και πιο αξιόπιστα από τα κινέζικα) το μέγεθος του Φ/Β Συστήματος (όσο μικρότερη είναι η ισχύς, τόσο μεγαλύτερο είναι το κόστος ανά εγκατεστημένο KW) τη δυσκολία της εγκατάστασης (δυσπρόσιτες περιοχές, ή εγκαταστάσεις με αυξημένη τεχνική δυσκολία κοστίζουν περισσότερο) τη μορφολογία του εδάφους (ένα σχετικά ίσιο χωράφι έχει μικρότερο κόστος χωματουργικών και λοιπών εργασιών στήριξης) την απόσταση της εγκατάστασης από το δίκτυο της ΔΕΗ (υπολογίζεται επιπλέον το κόστος επέκτασης του δικτύου)

Το κόστος για κάθε εγκατεστημένο KW κυμαίνεται από Ευρώ (για εγκατάσταση με thin film- λεπτού υμεναίου άμορφου πυριτίου σε σκεπή κτιρίου) έως ευρώ (για εγκαταστάσεις με πάνελ πολυκρυσταλικού ή μονοκρυσταλικού πυριτίου, σύστημα ανίχνευσης του ήλιου δύο αξόνων και πλήρη διαμόρφωση χώρου και περίφραξη ασφαλείας).

ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ

Προσανατολισμός φωτοβολταϊκού συστήματος Προσανατολισμός και κλίση της επιφάνειας των φωτοβολταϊκών. Τα πάνελ θα πρέπει να "κοιτάνε" στον νότο και η κλίση των πάνελ σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο (εάν δεν έχετε κινητές βάσεις) είναι για την Ελλάδα μοίρες.

Παράδειγμα εγκατάστασης με το κόστος επένδυσης ανά τεχνολογία και την απόσβεση. Έστω κάποιος εγκαταστήσει σε 80 τμ. 5 kw που κοστίζουν €, πάρει δάνειο για το μισό κόστος ( €) με ευνοϊκούς όρους δεδομένης της 25ετης σύμβασης και εγκαταστήσει το ΦΒ σύστημα: έσοδα/ετησίως 5 Kw * 1300 kwh * 0,55 €/ kwh = € Από αυτά αφαιρούνται περί τα € αποπληρωμή δάνειου και συντήρηση του εξοπλισμού. Οπότε, καθαρά έσοδα €/ ετησίως, που σημαίνει απόσβεση των δικών του χρημάτων σε 5-6 χρόνια. Από την άλλη ένα μέσο νοικοκυριό (με ηλεκτρικές συσκευές και Από την άλλη ένα μέσο νοικοκυριό (με ηλεκτρικές συσκευές και φωτισμό) καταναλώνει μ.ο kWh /ετησίως kwh * 0,12 €/ kwh = 600 € κόστος/ετησίως kwh * 0,12 €/ kwh = 600 € κόστος/ετησίως

«Όταν μας δείχνουν τον ήλιο εμείς βλέπουμε το δάσος, όταν κερδίσουμε το δάσος κερδίζουμε το μέλλον».

Κατασκευές μαθητών