Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΑΠΕ ΚΑΒΑΛΑ 2015 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΜΘ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΤΕ Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΑΠΕ ΚΑΒΑΛΑ 2015

Ηλιακή ενέργεια

Ηλιακή Ακτινοβολία Ήλιος βασική πηγή ενέργειας του πλανήτη Ενέργεια που απελευθερώνεται στον πυρήνα του από σύντηξη του υδρογόνου και μετατροπή σε ήλιο, που ακτινοβολείται προς όλες τις κατευθύνσεις Ενέργεια που ποσοτικά επαρκεί για πολλά εκατομ. χρόνια Ακτινοβολούμενη από τον ήλιο ισχύς 63MW/m2 Στα όρια της γήινης ατμόσφαιρας φτάνει (μετά από 8 λεπτά) 1353 W/m2 Στην ατμόσφαιρα είναι σταθερή Δεν είναι σταθερή αυτή που φτάνει στο έδαφος Εξαρτάται από την εποχή, την ώρα της ημέρας, την νέφωση, ομίχλη, σκόνη, εξασθενεί με την γωνία πρόσπτωσης

Ηλιακή ενέργεια Από την ενέργεια η οποία φτάνει στα όρια της ατμόσφαιρας: Το ~31% ανακλάται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης Το ~47% φθάνει μέχρι την επιφάνεια της γης Το ~23% συμβάλει στην δημιουργία των ανέμων, των κυμάτων και γενικά ρυθμίζει το κλίμα Οι ωκεανοί απορροφούν το 33% της ενέργειας που φθάνει στην επιφάνεια της γης Η ξηρά απορροφά το 14% της ενέργειας που φθάνει στην επιφάνεια της γης Το 0.1% της ηλιακής ενέργειας απορροφάτε από τα φυτά

Hλιακή σταθερά Ως ηλιακή σταθερά ορίζεται η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μία μοναδιαία επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου στο όριο της ατμόσφαιρας: Ιsc’=1367 W/m2 Οι τιμές στην βιβλιογραφία κυμαίνονται από 1353 έως 1395 W/m2

Συνιστώσες προσπίπτουσας ακτινοβολίας Άμεση ηλιακή ακτινοβολία: είναι η ηλιακή ακτινοβολία που λαμβάνεται χωρίς να έχει υποστεί σκέδαση στην ατμόσφαιρα Διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία: είναι η ηλιακή ακτινοβολία που έχει υποστεί σκέδαση στην ατμόσφαιρα Ολική ηλιακή ακτινοβολία: είναι το άθροισμα της άμεσης και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας που λαμβάνεται σε μία επιφάνεια Πυκνότητα ισχύος ακτινοβολίας (irradiance, W/m2): είναι ο ρυθμός με τον οποίο η ενέργεια που ακτινοβολείται πέφτει σε μία επιφάνεια, ανά μονάδα επιφάνειας Πυκνότητα ενέργειας ακτινοβολίας (irradiation, J/m2): είναι η προσπίπτουσα σε μία επιφάνεια ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας και υπολογίζεται με την ολοκλήρωση της πυκνότητας ισχύος σε κάποιο χρονικό διάστημα (1 ώρα, 1 μέρα)

Ακτινοβολία & μετεωρολογικές συνθήκες ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΚΑΘΑΡΟΣ ΟΜΙΧΛΗ ΟΜΙΧΛΩΔΕΙΣ ΗΛΙΟΣ ΧΡΩΜΑ ΚΙΤΡΙΝΟ ΗΛΙΟΣ ΧΡΩΜΑ ΛΕΥΚΟ ΗΛΙΟΣ ΛΙΓΟ ΕΜΦΑΝΗΣ ΠΙΚΝΗ ΟΜΙΧΛΗ ΟΥΡΑΝΟΣ ΝΕΦΟΣΚΕΠΗΣ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΛΙΚΗ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΔΙΑΧΥΤΗ Οι μετεωρολογικές συνθήκες επηρεάζουν την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στης επιφάνεια της γης λόγω: Μεταβολής της Άμεσης και Διάχυτης ηλιακής ακτινοβολία

Πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας θz: ζενίθια γωνία α: ύψος ηλίου ω: ωριαία γωνία ΓΗ θz ΗΛΙΟΣ Τοπικό ζενίθ α ω Ηλιακή μεσημβρία Κίνηση του Ήλιου Για τον υπολογισμό της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας σε επιφάνεια τυχαίου προσανατολισμού και κλίσης, η οποία βρίσκεται στην επιφάνεια της γης ορίζονται οι ακόλουθοι παράμετροι: Ζενίθια γωνία θz: η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του τοπικού ζενίθ και την ευθεία παρατηρητή-ήλιου (0<θz<90) Ύψος ηλίου α: η γωνιακή απόσταση του ήλιου με τον ορίζοντα του τόπου (συμπληρωματική γωνία της θz) Ωριαία γωνία ω: η γωνιακή απόσταση του ηλίου από την ηλιακή μεσημβρία Στην ηλιακή μεσημβρία ω=0ο, ενώ κάθε ώρα η ω μεταβάλλεται κατά 15ο Τις πρωινές ώρες ω(+) και κατά τις απογευματινές ω(-)

Πρόσπτωση σε κεκλιμένο επίπεδο β Β γ Σχετικά με την θέση μίας επιφάνειας μελέτης ορίζουμε: Κλίση β: την κλίση της επιφάνειας ως προς το οριζόντιο επίπεδο Αζιμούθιο γ: η γωνία που σχηματίζει η προβολή του κάθετου διανύσματος της επιφάνειας στο οριζόντιο επίπεδο με τον άξονα Βορράς-Νότος Για νότιο προσανατολισμό γ=0 Για γωνίες δυτικά γ(+) Για γωνίες ανατολικά γ(-)

Κίνηση του ηλίου και επίδραση στην συλλεγόμενη ακτινοβολία 22 Ιουνίου 21 Μαρτίου 23 Σεπτεμβρίου 22 Δεκεμβρίου Βορράς Νότος Ανατολή Δύση Ηλιοστάσιο Ισημερία

Ο ήλιος κατά την ημερήσια κίνηση του ακολουθεί την διαδρομή από ανατολή προς δύση κινούμενος σε κυκλική τροχιά παράλληλη με τον ουράνιο ισημερινό Κατά την διάρκεια του έτους αυτός ο κύκλος μεταβάλλει την γωνιακή του απόσταση από τον ουράνιο Ισημερινό Η ημερήσια κίνηση του ηλίου έχει επίδραση στην ακτινοβολία που συλλέγει μια επιφάνεια σε σχέση με την εκλογή της αζιμούθιας γωνίας Η ετήσια κίνηση του ηλίου έχει σημαντική επίδραση στην συλλεγόμενη ακτινοβολία από μία επιφάνεια σε σχέση με την εκλογή της κλίσης της επιφάνειας

Υπολογισμός της ηλιακής ακτινοβολίας Ο υπολογισμός της ηλιακής ακτινοβολίας (άμεση, διάχυτη, ολική) και οι συσχετίσεις αυτών των μεγεθών με επιφάνειες διαφορετικών προσανατολισμών και κλίσεων είναι απαραίτητες για ορθή αξιολόγηση ηλιακών συστημάτων Σήμερα είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί με: Με την χρήση μοντέλων που απαιτούν μετρήσεις σε μεγαλύτερο χρονικό βήμα και τις ανάγουν σε μικρότερο Με την χρήση μοντέλων υπολογισμών τα οποία δεν απαιτούν χρήση μετρήσεων

Πρακτικές για την συλλογή της μέγιστης ηλιακής ακτινοβολίας Η βέλτιστη γωνία κλίσης (β) θα πρέπει να είναι περίπου ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (φ) Κατά την διάρκεια της θερινής περιόδου: Η βέλτιστη γωνία κλίσης (β) πρέπει να είναι περίπου 10ο-15ο μικρότερη από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (φ) Κατά την διάρκεια της χειμερινής περιόδου: Η βέλτιστη γωνία κλίσης (β) πρέπει να είναι περίπου 10ο-15ο μεγαλύτερη από το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (φ). Αν στο έδαφος υπάρχει επιφάνεια με μεγάλο συντελεστή ανάκλασης (π.χ. χιόνι) απαιτείται μεγαλύτερη κλίση Ο βέλτιστος προσανατολισμός (αζιμούθιο γ) είναι νότιος (γ=0), ενώ απόκλιση κατά 20ο-30ο από νότο έχει μικρή επίδραση στην ετήσια συλλεγόμενη ενέργεια

Links P/V ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ (ΥΠΑΝ) http://www.ypan.gr ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ, ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ & ΔΗΜΟΣΙΩΝ ΕΡΓΩΝ (ΥΠΕΧΩΔΕ) http://www.minenv.gr ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΗ ΑΡΧΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΡΑΕ) http://www.rae.gr ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ (ΔΕΗ) http://www.ppc.gr ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΔΕΣΜΗΕ) http://www.desmie.gr ΚΕΝΤΡΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΚΑΠΕ) http://www.cres.gr http://www.helapco.gr/index.html ΜΟΝΑΔΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ (RENES) http://www.ntua.gr/renes/renesgrk http://www.energypoint.gr/ (SIMULATION P/V) http://www.agores.org/