Επιπλέοντα φωτοβολταϊκά

» Η δυνατότητα δημιουργίας τέτοιων συστημάτων στη χώρα

Η ενεργειακή αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας αποτελεί σημαντικό πυλώνα της μετάβασης σε μια οικονομία μηδενικών καθαρών εκπομπών άνθρακα τις προσεχείς δεκαετίες.

Το Εθνικό σχέδιο για την ενέργεια και τη κλιματική αλλαγή της χώρας προβλέπει ότι η εγκατεστημένη ισχύς των φωτοβολταϊκών (Φ/Β) συστημάτων θα υπερδιπλασιασθεί τη τρέχουσα δεκαετία δηλαδή θα αυξηθεί από 3 GWp το 2020 σε 7.7 GWp το 2030. Ταυτόχρονα ο στόχος της χώρας μας και της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι ο μηδενισμός των εκπομπών άνθρακα μέχρι το 2050 ενώ οι επιδόσεις της Ελλάδας στην ανάπτυξη ποικίλων εφαρμογών των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι πολύ ικανοποιητικές δεδομένου και του πλούσιου ηλιακού και αιολικού δυναμικού της.
Μία εναλλακτική της σημερινής τεχνολογίας αξιοποίησης των Φ/Β συστημάτων είναι η εγκατάσταση τους σε υδάτινους ταμιευτήρες αντί της τοποθέτησης τους στο έδαφος και στις στέγες κτιρίων.

Η τεχνολογία των “επιπλεόντων φωτοβολταϊκών συστημάτων” αναπτύχθηκε τη τελευταία δεκαετία και αξιοποιείται σήμερα στις Ασιατικές κυρίως χώρες οι οποίες πρωταγωνιστούν στην εγκατάσταση τέτοιων συστημάτων. Τα επιπλέοντα Φ/Β συστήματα (floating photovoltaic systems) περιλαμβάνουν φωτοβολταϊκά πάνελ κρυσταλλικού πυριτίου τοποθετημένα σε κατάλληλες κατασκευές οι οποίες επιπλέουν σε υδάτινους ταμιευτήρες γλυκών υδάτων. Τα πάνελ τοποθετούνται με μικρές κυρίως κλίσεις σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο και αγκυρώνονται στο πυθμένα η/και στα πλευρικά τοιχώματα του υδάτινου ταμιευτήρα για να μην μετακινούνται.

Ο μεγάλος αριθμός των εγκατεστημένων σήμερα επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων βρίσκεται στις Ασιατικές χώρες όπου σε τρείς από αυτές (Κίνα, Ιαπωνία και Β. Κορέα) είναι σήμερα εγκατεστημένο το 95% περίπου των επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων παγκοσμίως. Αυτό συμβαίνει γιατί με την εγκατάσταση επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων αποφεύγεται η χρήση γης (η οποία είναι απαραίτητη για την εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων) που είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στις πυκνο- κατοικημένες αυτές χώρες. Τα επιπλέοντα Φ/Β συστήματα καταλαμβάνουν ένα μικρό μέρος της επιφανείας του υδάτινου ταμιευτήρα το οποίο συνήθως δεν υπερβαίνει το 10% της συνολικής επιφανείας του χωρίς να επηρεάζουν δυσμενώς τη ποιότητα του νερού και της υδάτινης ζωής.
Σύμφωνα με τα υπάρχοντα στοιχεία (The dams of Greece, Greek committee on large dams, Athens, 2013) η συνολική επιφάνεια των υδάτινων ταμιευτήρων της χώρας ανέρχεται σε περίπου 476.12 τετ. χιλ. της οποίας τουλάχιστον το 10%, δηλαδή περίπου 47.6 τετ. χιλ., θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για τη τοποθέτηση επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων. Η ονομαστική ισχύς των επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων που θα μπορούσαν να εγκατασταθούν στην επιφάνεια αυτή των 47.6 τετ. χιλ. των υδάτινων ταμιευτήρων της χώρας ανέρχεται σε περίπου 4.77 GWp και αντιστοιχεί στο 25 % περίπου της συνολικά εγκατεστημένης σήμερα ηλεκτρικής ισχύος της χώρας. Η ετήσια ηλεκτρική ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί από τα προαναφερθέντα επιπλέοντα Φ/Β συστήματα ανέρχεται σε 6.435 GWhel που αντιστοιχούν σε περίπου 12.40 % της καταναλωθείσης το 2020 ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα.

Τα καινοτόμα αυτά ηλιακά συστήματα θα μπορούσαν να εγκατασταθούν σε υδάτινους ταμιευτήρες της χώρας μεταξύ των οποίων:

Α) Σε φυσικές λίμνες ή τεχνητούς υδάτινους ταμιευτήρες των οποίων το νερό χρησιμοποιείται για ύδρευση ή άρδευση. Στη περίπτωση αυτή οι υδάτινοι ταμιευτήρες θα χρησιμοποιούνται και για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας,
Β) Σε υδάτινους ταμιευτήρες υπαρχόντων υδροηλεκτρικών εργοστασίων. Στη περίπτωση αυτή τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια θα μετατραπούν σε υβριδικά εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής και θα συμ-παράγουν υδροηλεκτρική και ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια ενώ ο ετήσιος συντελεστής ισχύος τους θα βελτιωθεί πολύ,
Γ) Στους δύο υδάτινους ταμιευτήρες των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση. Στη περίπτωση αυτή το σύστημα αντλησιοταμίευσης εκτός από την αποθήκευση ενέργειας θα παράγει και ηλεκτρική ενέργεια. Αξίζει να σημειωθεί ότι το Εθνικό σχέδιο για την ενέργεια και τη κλιματική αλλαγή προβλέπει τη σημαντική ανάπτυξη συστημάτων αντλησιοταμίευσης στη χώρα τα οποία αναμένεται να φθάσουν τα 2.5 GW μέχρι το 2030.
Δ) Στους υδάτινους ταμιευτήρες υβριδικών συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπως το υπάρχον υβριδικό σύστημα στο νησί El Hierro της Ισπανίας και στο προγραμματιζόμενο μεγάλο έργο της ΤΕΡΝΑ Ενεργειακής σε σύμπραξη με τον ΟΑΚ στη Κρήτη το οποίο περιλαμβάνει σύστημα αιολικών πάρκων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και σύστημα αποθήκευσης της με αντλησιοταμίευση στη περιοχή του φράγματος ποταμών στο Αμάρι του νομού Ρεθύμνης. Σε μια τέτοια περίπτωση το υβριδικό σύστημα ηλεκτροπαραγωγής από τον άνεμο και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να μετατραπεί σε υβριδικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο και τον ήλιο καθώς και αποθήκευσης της.

Τα επιπλέοντα Φ/Β συστήματα έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα που εγκαθίστανται στο έδαφος. Τα κυριότερα από αυτά είναι:

Α) Αποφεύγεται η χρήση του εδάφους το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλες χρήσεις όπως π.χ. οικιστική χρήση, παραγωγή τροφίμων κ.α.
Β) Αποφεύγεται η εξάτμιση νερού από τους υδάτινους ταμιευτήρες. Καθώς τμήμα τους καλύπτεται από τα επιπλέοντα Φ/Β πάνελ μειώνεται η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε αυτούς και συνεπώς μειώνεται η εξάτμιση του νερού. Αυτό είναι σημαντικό για περιοχές με περιορισμένους υδάτινους πόρους αλλά και σε περιοχές όπου λόγω κλιματικής αλλαγής οι υδάτινοι πόροι θα είναι περιορισμένοι στο μέλλον.
Γ) Αυξάνεται η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε σχέση με τα Φ/Β συστήματα που τοποθετούνται επί του εδάφους. Καθώς τα ηλιακά πάνελ ψύχονται αφού βρίσκονται στην επιφάνεια του νερού η θερμοκρασία τους θα μειωθεί και θα αυξηθεί η ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα κύρια μειονεκτήματα των επιπλεόντων Φ/Β συστημάτων σχετίζονται:

Α) με το αυξημένο κόστος εγκατάστασης τους, το οποίο είναι περίπου 20% υψηλότερο σε σχέση με το αντίστοιχο των Φ/Β που τοποθετούνται στο έδαφος καθώς και
Β) με τις πιθανή δυσμενή επίδραση τους στη ποιότητα των νερών των υδάτινων ταμιευτήρων όπου εγκαθίστανται και στη πιθανή δυσμενή επίδραση τους στη υδρόβια ζωή οι οποίες δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως μέχρι σήμερα.
Από τα προαναφερθέντα γίνεται φανερό ότι τα επιπλέοντα Φ/Β πάνελ θα μπορούσαν να εγκατασταθούν σε ορισμένους υδάτινους ταμιευτήρες στην Ελλάδα, όπως γίνεται και σε άλλες χώρες, δεδομένων των πολλαπλών πλεονεκτημάτων τους συμβάλλοντας μαζί με τις άλλες ήπιες εναλλακτικές ενεργειακές τεχνολογίες στη επίτευξη των στόχων του εθνικού προγράμματος για την ενέργεια και το κλίμα καθώς και του Εθνικού και Ευρωπαϊκού στόχου για μηδενικές καθαρές εκπομπές άνθρακα μέχρι το έτος 2050.

Περισσότερα στοιχεία για τη δυνατότητα δημιουργίας επιπλεόντων φωτοβολταϊκών συστημάτων στην Ελλάδα είναι διαθέσιμα:

Α) στο άρθρο του γράφοντος με τίτλο “Assessment of the potential of installing floating photovoltaics in existing water reservoirs in Greece” το οποίο δημοσιεύεται στο προσεχές τεύχος του Αγγλόφωνου επιστημονικού περιοδικού “European Journal of Energy Research”, και

Β) στο άρθρο του γράφοντος με τίτλο “Integration of floating solar photovoltaic systems with hydropower plants in Greece” το οποίο δημοσιεύεται στο προσεχές τεύχος του Αγγλόφωνου επιστημονικού περιοδικού “American Academic Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences”

* Ο Γιάννης Στυλ. Βουρδουμπάς είναι Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ, M.Sc., Ph.D.