Νέες τάσεις στην τεχνολογία των φωτοβολταϊκών
Πρώτη δημοσίευση: CLIMA 21
Του Υπάτιου Μωυσιάδη..
Καινοτόμες εφαρμογές και προκλήσεις για μεγαλύτερη διείσδυση, φιλικότερες λύσεις και μείωση του κόστους
Πολλοί είναι εκείνοι οι οποίοι προσπαθούν να προβλέψουν ποια θα είναι η κυρίαρχη τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2050. Το μόνο σίγουρο είναι ότι το μείγμα παραγωγής ηλεκτρισμού δεν θα αποτελείται πλέον από μία κυρίαρχη τεχνολογία, αλλά πολλές διαφορετικές, με συγκεκριμένες εφαρμογές που θα καλύπτουν συγκεκριμένες ανάγκες σε συγκεκριμένες συνθήκες (γεωγραφικές, περιβαλλοντικές, προφίλ κατανάλωσης, κτλ.).
Όσον αφορά τις διαθέσιμες τεχνολογίες που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρισμό, αυτές είναι δύο, τα γνωστά φωτοβολταϊκά συστήματα (Solar PV ή Photovoltaics) και τα συστήματα ηλιοθερμικής ενέργειας, τα λεγόμενα CSP (Concentrated Solar Power). Από τις δύο αυτές τεχνολογίες τα Φ/Β συστήματα έχουν κυριαρχήσει παγκοσμίως, στην συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων και με αυτά θα ασχοληθούμε στο παρόν.
Βλέποντας την παγκόσμια διείσδυση των Φ/Β συστημάτων, αλλά και το γεγονός ότι αποδίδουν το χαμηλότερο σταθμισμένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας LCOE (levelized cost of electricity), μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα Φ/Β είναι η τεχνολογία που επιτρέπει τον εκδημοκρατισμό της ενέργειας, επιτρέποντας την φθηνή παραγωγή πράσινης ενέργειας και την εν-δυνάμει μετατροπή κάθε καταναλωτή σε αυτο-παραγωγό (consumer to prosumer).
Στην χώρα μας το 2022 εγκαταστάθηκαν νέα Φ/Β συστήματα περισσότερα από 1.4GW, που σε συνδυασμό και με τις άλλες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας βοήθησαν και βοηθούν στην συγκράτηση των τιμών ηλεκτρισμού σε όσο το δυνατόν χαμηλότερα επίπεδα. Αντίστοιχα, σε ευρωπαϊκό επίπεδο είχαμε 41.4GW νέας εγκατεστημένης ισχύος, αύξηση περίπου 47% σε σχέση με το 2021. Οι επενδύσεις αυτές ξεπερνούν τα €25δις και, συνδυαζόμενες με το γεγονός ότι για πρώτη φορά το 2022 τα Φ/Β και τα αιολικά συνδυαστικά ξεπέρασαν τα ορυκτά καύσιμα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, υποδεικνύουν το μέλλον της ηλεκτρικής παραγωγής [Διαβάστε σχετικά εδώ].
Ποιες είναι όμως οι τεχνολογικές τάσεις ;
Σε ερευνητικό επίπεδο, σε εργαστηριακό περιβάλλον έχουμε πλέον πετύχει αποδοτικότητα (efficiency) που ξεπερνά το 39%. Πρακτικά, σε επίπεδο παραγωγής και κατασκευαστών, βλέπουμε την παραγωγή μεγαλύτερων σε ισχύ πάνελ, αλλά και με απόδοση κελιών (cells) που θα φτάνει περίπου το 27% μέχρι το 2025. Ειδικότερα, για εφαρμογές σε μεγάλες εγκαταστάσεις εδάφους, τα bifacial πάνελ έχουν σχεδόν κυριαρχήσει σε συνδυασμό με τεχνολογίες half cell που προσδίδουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά τις απώλειες και τις θερμικές ανοχές, αυξάνοντας ταυτόχρονα τις αποδόσεις ακόμη και υπό σκίαση.
Τα πλωτά Φ/Β συστήματα, κυρίως σε δεξαμενές νερού και σε κλειστές φυσικές ή τεχνικές λίμνες, μπορούν να δώσουν πολλές διαφορετικές λύσεις σε παραλίμνιες κοινότητες, αλλά και στον αγροτικό τομέα. Τα πλωτά Φ/Β βοηθούν στην διατήρηση χαμηλότερων θερμοκρασιών στην επιφάνεια των λιμνών, προσφέρουν ασφαλές περιβάλλον στα ψάρια και στους υδρόβιους οργανισμούς, ενώ αποτρέπουν την εξάτμιση του νερού και τον σχηματισμό άλγης. Μπορούν να εγκατασταθούν με ασφαλή τρόπο σε ειδικές πλωτές πλατφόρμες, αλλά και να καλύψουν κανάλια ύδρευσης. Στην Ελλάδα δεν υπάρχει ειδική νομοθεσία για πλωτά Φ/Β και δεν υπάρχει ξεκάθαρη περιβαλλοντική αδειοδοτική διαδικασία.
Τα αγροτοφωτοβολταϊκά είναι επίσης μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή: αποτελούν ειδικές εγκαταστάσεις που μπορεί να έχουν διαφορετικό ύψος και πυκνότητα έτσι ώστε να επιτρέπουν την αγροτική παραγωγή. Συνδυάζονται ιδανικά με την κτηνοτροφία (πρόβατα) και την μελισσοκομία, αλλά ακόμη και με φυτικές παραγωγές χαμηλής δυναμικότητας (καλλιέργειες που μαζεύονται με το χέρι). Τα αγροτοφωτοβολταϊκά διατηρούν την υγρασία του εδάφους, αυξάνουν την παραγωγή, προσφέρουν σκίαση στα φυτά και τα ζώα ειδικότερα τους μήνες του καλοκαιριού, αυξάνουν την βιοποικιλότητα της περιοχής και ανεβάζουν μέχρι και 180% την χρηστικότητα της γης. Δυστυχώς στην χώρα μας δεν υπάρχει ούτε ειδική κατηγοριοποίηση ούτε και εφαρμογή παρόμοιων τεχνολογιών. Παρόλα αυτά έχουν προταθεί καινοτόμες εφαρμογές από διάφορες εταιρείες για συγκεκριμένα έργα που βρίσκονται σε διαδικασία αδειοδοτικής ωρίμανσης.
Φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια (Building Integrated PV – BIPV): Πολλές είναι πλέον οι εφαρμογές Φ/Β πάνελ στο δώμα των κτιρίων, ειδικότερα σε οροφές και σε προσόψεις. Τα BIPV μπορούν να αντικαταστήσουν οποιαδήποτε γυάλινη επιφάνεια, και εκτός της παραγωγής ρεύματος, προσφέρουν και σκίαση. Τα «κελιά» μπορούν να παραχθούν σε μεγάλη ποικιλία χρωμάτων και σχημάτων, αλλά και να προσαρμοστεί η πυκνότητά τους ανά πάνελ. Η κύρια χρησιμότητά τους είναι η αύξηση της ενεργειακής επάρκειας του κτιρίου, αλλά και η χρήση τους ως αρχιτεκτονικά στοιχεία. Δυστυχώς δεν υπάρχουν ιδιαίτερα παραδείγματα χρήσης BIPV στη χώρα μας, σε αντίθεση με την Γερμανία [Διαβάστε σχετικά εδώ], την Μ. Βρετανία και την Ολλανδία.
Σκεπαστές θέσεις πάρκινγκ με φωτοβολταϊκά στοιχεία. Ιδιαίτερα δημοφιλής πρακτική για εφαρμογές σε ανοιχτά παρκινγκ σούπερ μάρκετ ή κτιρίων που έχουν μεγάλη κινητικότητα ανθρώπων και αυτοκινήτων, όπως για παράδειγμα τα εμπορικά κέντρα. Συνδυάζονται ιδανικά με ηλεκτρικούς φορτιστές. Αναμένονται τα πρώτα έργα στην Ελλάδα μέσα στο 2023.
Ειδικά «κεραμίδια» (solar tiles) που ενσωματώνουν Φ/Β κελιά. Χρησιμοποιούνται και εγκαθίστανται όπως τα υπόλοιπα κοινά κεραμίδια. Δεν έχουν γίνει ακόμη ιδιαίτερα αποδεκτά από το αγοραστικό κοινό, ειδικότερα της Ευρώπης, κυρίως λόγω κόστους και απόδοσης.
Ειδικά «υφάσματα» (Solar Fabrics) στα οποία έχουν ενσωματωθεί και Φ/Β στοιχεία. Αυτές είναι ειδικές εφαρμογές για την ναυτιλία, για την άμεση εγκατάσταση συστημάτων παροχής ενέργειας σε περιπτώσεις φυσικών καταστροφών και εκτάκτου ανάγκης, για την εφαρμογή σε αξεσουάρ επιβίωσης (όπως backpacks και σκηνές), κτλ. Κατά περίπτωση μπορεί να δούμε και παρόμοιες εφαρμογές σε οροφές και στον σκελετό διάφορων τύπων οχημάτων.
Φράγματα περιορισμού ηχορύπανσης (Solar noise Barriers). Κυρίως εγκαθίστανται σε σημεία αυτοκινητοδρόμων που βρίσκονται κοντά σε κατοικήσιμες περιοχές. Εδώ έχουμε και πάλι ειδικές εφαρμογές που δεν έχουν υιοθετηθεί σε ευρεία κλίμακα.
Προκλήσεις στην περαιτέρω υιοθέτηση των Φ/Β στην χώρα μας
Το ηλεκτρικό δίκτυο αποτελεί αυτή τη στιγμή τροχοπέδη για την περαιτέρω διείσδυση των Φ/Β συστημάτων. Ο απαιτούμενος ηλεκτρικός χώρος είναι η αρχή για κάθε νέα εγκατάσταση, είτε πρόκειται για το σπίτι είτε για βιομηχανικές οροφές είτε για μεγάλα έργα παραγωγής. Η επέκταση του ηλεκτρικού χώρου μπορεί να γίνει μέσω αναβαθμίσεων του υπάρχοντος δικτύου μεταφοράς και διανομής, με την προσθήκη και υιοθέτηση συστημάτων αποθήκευσης που αντιμετωπίζουν το πρόβλημα διαλειπτότητας των Φ/Β, ή τέλος με τεχνητό περιορισμό έγχυσης ισχύος (curtailment) κατά το διάστημα αιχμής της παραγωγής.
Το νομοθετικό πλαίσιο για την εγκατάσταση Φ/Β τόσο στα κτήρια όσο και σε μεγαλύτερα συστήματα δεν μπορεί να ακολουθήσει τις επιταγές των καιρών. Ενώ από την μία η ανάγκη απεξάρτησης από εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα, τόσο για λόγους της κλιματικής κρίσης όσο και για γεωπολιτικούς λόγους, είναι επιτακτική, από την άλλη -ειδικότερα στην χώρα μας- ο νομοθέτης δημιουργεί ένα μη φιλικό προς τις επενδύσεις κλίμα με συνεχείς παρεμβάσεις και αλλαγές. Πολλές νέες τεχνολογίες δεν μπορούν να υιοθετηθούν λόγω έλλειψης κατάλληλου πλαισίου, ενώ πολλές φορές νομοθετικά ευνοούνται συγκεκριμένες τεχνολογίες και λύσεις χωρίς να προσδίδουν κάποιο ιδιαίτερο πλεονέκτημα στην χώρα και στο ευρύ σύνολο.
Κοινωνικές αντιδράσεις / Έλλειψη ενημέρωσης: Όλοι θέλουμε φθηνή και πράσινη ενέργεια αρκεί να μην παράγεται δίπλα μας. Αυτό είναι γενικά το σλόγκαν που αντιμετωπίζουν όσοι αναπτύσσουν Φ/Β έργα. Δεν αρνείται κανείς ότι η οποιαδήποτε ανάπτυξη πρέπει να γίνεται με σεβασμό προς το περιβάλλον και με τρόπο φιλικό προς τις τοπικές κοινωνίας, αλλά δεν είναι δυνατό πολύ μικρές μειοψηφίες και ανενημέρωτοι τοπικοί παράγοντες, που διέπονται από ειδικές ιδεοληψίες και πολλές φορές νοοτροπίες του παρελθόντος, να εμποδίζουν επενδύσεις εκατομμυρίων εθνικού ενδιαφέροντος. Είναι λοιπόν ευθύνη όλων μας η συνεχής προσπάθεια αληθούς ενημέρωσης και εφαρμογής καλών πρακτικών ανάπτυξης έργων με κριτήρια περιβαλλοντικής και κοινωνικής υπευθυνότητας.
Γεωγραφική κατανομή πληθυσμού: Το μεγαλύτερο μέρους του πληθυσμού της χώρας ζει σε πολυκατοικίες σε μεγάλα αστικά κέντρα. Ενώ ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα των Φ/Β συστημάτων είναι η ευελιξία στην εγκατάστασή τους σε κτίρια, η οικιστική πραγματικότητα της χώρας αποτρέπει στην μεγάλη πλειοψηφία την εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων στο σπίτι ή στο χώρο εργασίας. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρειάζεται κατάλληλη νομοθετική ρύθμιση για όλα τα νεόδμητα κτίρια και για την διαδικασία συντήρησης των Φ/Β συστημάτων που βρίσκονται σε πολυκατοικίες.
Μέσα στα επόμενα χρόνια είναι βέβαιο ότι οι αντιλήψεις που όλοι μας έχουμε διαμορφώσει για τα Φ/Β συστήματα θα αλλάξουν. Τα Φ/Β θα εξακολουθούν να παράγουν την πιο φθηνή ηλεκτρική ενέργεια, να γίνονται αποδοτικότερα, πιο προσιτά στο μέσο καταναλωτή, αλλά και με πολύ περισσότερες εφαρμογές. Το ζητούμενο λοιπόν είναι η οργανωμένη πολιτεία να δημιουργήσει τα κατάλληλα πλαίσια, έτσι ώστε να αυξηθεί η υιοθέτηση των Φ/Β, από το σπίτι μέχρι τα έργα μεγάλης κλίμακας, χωρίς να βάζει εμπόδια και να αποτελεί η ίδια τροχοπέδη του αναγκαίου αυτού πράσινου μετασχηματισμού και του εκδημοκρατισμού της παραγωγής και χρήσης της ενέργειας. Το μόνο σίγουρο είναι ότι ο ήλιος στην χώρας μας θα συνεχίσει να είναι φωτεινός είτε τον εκμεταλλευτούμε είτε όχι. Γιατί λοιπόν μετά τον λιγνίτη να μην είναι ο ήλιος το νέο μας εθνικό καύσιμο; Η επιλογή είναι πλέον στα χέρια της κοινωνίας.
