Οι θερμικοί συλλέκτες παρέχουν ζεστό νερό με χρόνο αποπληρωμής της εγκατάστασης περίπου στα 5 χρόνια, αντικαθιστούν την κατανάλωση ηλεκτρισμού από την καύση λιγνίτη, πετρελαίου ή φυσικού αερίου και συμβάλουν επιπλέον στην προστασία του περιβάλλοντος.
Του Ιωάννη Τρυπαναγνωστόπουλου*
Ενέργεια και Κτήρια
Μεταξύ των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας έχει δεσπόζουσα θέση με τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες και τα φωτοβολταϊκά. Στην Ελλάδα οι εγκατεστημένοι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες (ΘΗΣ) είναι περί τα 4 εκατ. m2 και αντιπροσωπεύουν περίπου το 2% της παγκόσμιας χρήσης θερμικών συλλεκτών. Πρέπει να σημειωθεί πως πριν από λίγα χρόνια η χώρα μας κατείχε την 1η θέση στην Ευρώπη στην παραγωγή, εγκατάσταση και εξαγωγή θερμικών ηλιακών συλλεκτών, που τώρα την έχει η Γερμανία και η Ελλάδα είναι τρίτη μετά την Αυστρία. Η χρήση των ΑΠΕ είναι αναγκαία για την αντιμετώπιση του παγκόσμιου ενεργειακού και περιβαλλοντικού προβλήματος και είναι καθοριστικής σημασίας η κάλυψη από ΑΠΕ του 20% των ενεργειακών αναγκών των ευρωπαϊκών χωρών για το 2020. Τα νέα κτήρια πρέπει από το 2020 να προσεγγίζουν τον μηδενισμό της καθαρής εκπομπής CO2 για τις ενεργειακές τους ανάγκες και αυτό προϋποθέτει τον μέγιστο δυνατό περιορισμό των ενεργειακών τους αναγκών και την συνεργατική αξιοποίηση των διαφόρων μορφών ΑΠΕ. Για να είναι ενεργειακά, οικονομικά και περιβαλλοντικά ουσιαστική η χρήση των θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών, είναι απαραίτητος ο βιοκλιματικός σχεδιασμός του κτηρίου. Στο θέμα αυτό ο νέος κανονισμός για την ενεργειακή απόδοση των κτηρίων (ΚΕΝΑΚ), που άρχισε να ισχύει και στη χώρα μας, αναμένεται να συμβάλει στην εξοικονόμηση ενέργειας με τις ενεργειακές βελτιώσεις, την εφαρμογή βιοκλιματικής σχεδίασης και την εφαρμογή συστημάτων ΑΠΕ.
Θερμικοί Ηλιακοί Συλλέκτες
Οι θερμικοί συλλέκτες μπορούν να έχουν σημαντική συμβολή στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο των κτηρίων, παρέχοντας Ζεστό Νερό Χρήσεως (ΖΝΧ) και υποβοήθηση στη θέρμανση χώρων, καθώς επίσης και στη βιομηχανική θερμότητα χαμηλών θερμοκρασιών και ορισμένους τομείς της γεωργικής και κτηνοτροφικής παραγωγής. Το 95% των εγκατεστημένων θερμικών ηλιακών συλλεκτών για ζεστό νερό στην Ελλάδα είναι θερμοσιφωνικού τύπου με επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες. Τα τελευταία χρόνια, σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες (Γερμανία, Αυστρία και αλλού) εφαρμόστηκαν τα Κεντρικά Θερμικά Ηλιακά Συστήματα (ΚΘΗΣ) των 4 – 6 m2 συλλεκτών και 200-300 λίτρων δοχείο αποθήκευσης για ΖΝΧ και των μεγαλύτερων μονάδων για ΖΝΧ και μερική θέρμανση χώρων, με 10 – 20 m2 συλλεκτών και 500 – 1000 λίτρων δοχείο αποθήκευσης. Η Ελλάδα δεν ακολούθησε – δυστυχώς – αυτή την τεχνολογία και «έμεινε» στις θερμοσιφωνικές συσκευές, που είναι μεν μικρότερου κόστους αλλά έχουν συνήθως αντιαισθητική ένταξη στα κτήρια και δεν μπορούν να ανταποκριθούν στην κάλυψη αναγκών θέρμανσης χώρων. Αν και σήμερα μόνο το 1/3 των κατοικιών της χώρας (περίπου 2 εκατ.) διαθέτουν θερμικό ηλιακό σύστημα για ΖΝΧ, είναι ανάγκη να επεκταθεί η χρήση τους και στις υπόλοιπες κατοικίες, ή τουλάχιστον στα 3/4 αυτών. Με την εφαρμογή του ΚΕΝΑΚ, κάθε νέο κτήριο πρέπει να καλύπτει με ηλιακή ενέργεια τουλάχιστον το 60% των αναγκών του σε ΖΝΧ. Επιπλέον, η ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για υποβοήθηση στη θέρμανση χώρων. Στην κατεύθυνση αυτή οι θερμοσιφωνικοί ηλιακοί συλλέκτες δεν μπορούν να ανταποκριθούν ενεργειακά, λειτουργικά, οικονομικά και αισθητικά. Η κύρια εφαρμογή τους περιορίζεται σε μονοκατοικίες, ενώ στις άλλες περιπτώσεις και για κατοικίες με περισσότερες από 3 οικογένειες τα ΚΘΗΣ υπερτερούν και οικονομικά και επιπλέον μπορούν να συμβάλουν και στην υποβοήθηση της θέρμανσης χώρων.
SeparatorBetweenMainTexts Προοπτική Ευρείας Χρήσης Θερμικών Ηλιακών Συλλεκτών
Σήμερα, εκτιμάται ότι στην Ελλάδα είναι εγκατεστημένα περί τα 4 εκατ. m2 συλλεκτών. Οι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να μετατρέπουν σημαντικό ποσοστό της προσπίπτουσας σε αυτούς ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα, παρέχοντας ΖΝΧ. Ας θεωρήσουμε ένα συντηρητικό ποσοστό μετατροπής, περί τις 500 kWh/m2, αναφερόμενοι και σε εφαρμογές κάτω από λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες, τότε τα 4 εκατ. m2 συλλεκτών θα καλύπτουν το 1.7 % της ενέργειας στα κτήρια και το 0.7 % της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται σε όλους τους τομείς στη χώρα μας. Αν προστεθούν συλλέκτες στο μεγαλύτερο μέρος των κατοικιών και φτάσει το ¾ των κατοικιών, τότε ο συνολικός αριθμός ηλιακών συλλεκτών θα φτάνει τα 8-10 εκατ m2. Αν θεωρήσουμε επιπλέον του ΖΝΧ οικιακής χρήσης και την εγκατάσταση θερμικών συλλεκτών για την κάλυψη ποσοστού γύρω στο 5% των αναγκών σε θέρμανση κατοικιών, γραφείων, ξενοδοχείων, νοσοκομείων, αθλητικών. κέντρων, κλπ, προκύπτουν άλλα 5-6 εκατ m2, καθώς επίσης και για την κάλυψη του 5% των ενεργειακών αναγκών του βιομηχανικού και αγροτικού τομέα, που είναι άλλα 5-6 εκατ m2, τότε ο συνολικός αριθμός των συλλεκτών το 2020 θα φτάσει να είναι περί τα 20-22 εκατ. m2. Με τους θερμικούς αυτούς ηλιακούς συλλέκτες αναμένεται να καλύπτεται το 9 % της ενέργειας των κτηρίων και περί το 3.5 % της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται στη χώρα μας.
Η εφαρμογή του ΚΕΝΑΚ καθώς και προγραμμάτων εξοικονόμησης ενέργειας και εφαρμογής συστημάτων ΑΠΕ, όπως το πρόσφατο «Εξοικονομώ κατ’ οίκον» και το επερχόμενο «Χτίζοντας το Μέλλον», αναμένεται να βοηθήσουν στην αύξηση των εγκαταστάσεων θερμικών ηλιακών συλλεκτών στα κτήρια. Στα πλαίσια αυτά, ο καθορισμός ειδικής συμφωνίας μεταξύ των εταιριών κατασκευής ηλιακών συστημάτων και αγοραστών για έκπτωση στα συστήματα ΚΘΗΣ, σε συνδυασμό και με ορισμένες φορολογικές διευκολύνσεις, αναμένεται να οδηγήσει σε ανταγωνιστική τιμή των ΚΘΗΣ σε σχέση με τα θερμοσιφωνικά συστήματα, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και να αποτελέσει μια νέα κατάσταση στην αγορά των ηλιακών συλλεκτών.
Σήμερα η εγκατεστημένη ισχύς των ΑΠΕ στην Ελλάδα είναι ~2000 MW (με 1500 MW να είναι Α/Γ) και παρέχουν συνολικά το έτος περίπου 4000 GWh και η ενέργεια αυτή αγοράζεται από την ΔΕΗ με επιδοτούμενη την kWh. Το μεγαλύτερο όμως μέρος του ηλεκτρικού αυτού ρεύματος (περίπου οι 3000 GWh) ισοδυναμεί με την κατανάλωση ηλεκτρισμού για την θέρμανση νερού στους ηλεκτρικούς θερμοσίφωνες των κατοικιών. Όμως, οι θερμικοί συλλέκτες παρέχουν ζεστό νερό με χρόνο αποπληρωμής της εγκατάστασης περίπου στα 5 χρόνια, αντικαθιστούν την κατανάλωση ηλεκτρισμού από την καύση λιγνίτη, πετρελαίου ή φυσικού αερίου και συμβάλουν επιπλέον στην προστασία του περιβάλλοντος με την αποφυγή εκπομπής CO².
Πρόγραμμα Προώθησης Κεντρικών Θερμικών Ηλιακών Συστημάτων
Στα πλαίσια του Προγράμματος του ΥΠΕΚΑ «Χτίζοντας το Μέλλον», που πρόκειται σύντομα να προκηρυχθεί, επιδιώκεται η θέρμανση νερού στις κατοικίες με Κεντρικά Θερμικά Ηλιακά Συστήματα με τουλάχιστον 5000 m2 ηλιακών συλλεκτών εντός της διετίας 2011-2012. Στα συστήματα αυτά οι ηλιακοί συλλέκτες (επίπεδοι, σωλήνα κενού, κλπ) συνδέονται με την δεξαμενή ζεστού νερού μέσω κυκλοφορητή και εναλλάκτη και με τη βοήθεια αυτοματισμών. Η δεξαμενή ζεστού νερού βρίσκεται σε απόσταση από τους συλλέκτες και συνήθως εντός του κτηρίου. Για την βοηθητική θέρμανση του νερού της δεξαμενής μπορεί να χρησιμοποιείται ο λέβητας πετρελαίου (ή φυσικού αερίου) του κτηρίου, που καλύπτει τις ανάγκες του για την θέρμανση χώρων και επίσης, ηλεκτρική αντίσταση για την περίπτωση της μη λειτουργίας του λέβητα. Τα ΚΘΗΣ στοχεύουν κυρίως στην θέρμανση νερού οικιακής χρήσης και επιπλέον έχουν την δυνατότητα για υποβοήθηση στη θέρμανση χώρων.
Τα ΚΘΗΣ υπερτερούν των θερμοσιφωνικών συσκευών επίπεδων συλλεκτών σε ενεργειακή απόδοση, οικονομικό κόστος και επάρκεια σε ζεστό νερό, ενώ η πολύ καλύτερη ένταξη των συλλεκτών στην οροφή ή στην πρόσοψη του κτηρίου τα καθιστά σαφώς ανώτερα αισθητικά. Στο Πρόγραμμα «Χτίζοντας το Μέλλον» εντάσσονται τα Κεντρικά Θερμικά Ηλιακά Συστήματα, που διαθέτουν πιστοποιημένους κατά Solar Keymark θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες, καθώς επίσης και τις απαραίτητες πιστοποιήσεις για τα άλλα τμήματα της εγκατάστασης (δεξαμενή ζεστού νερού, αντλίες, αυτοματισμοί, κλπ). ?λλα οφέλη από την εφαρμογή των Κεντρικών Θερμικών Ηλιακών Συστημάτων στις κατοικίες είναι ότι με την αποφυγή εγκατάστασης των δοχείων νερού των θερμοσιφωνικών ηλιακών συστημάτων στην οροφή των κτηρίων, διευκολύνεται η διάθεση χώρου για μελλοντική εγκατάσταση μονάδας φωτοβολταϊκών. Ενδιαφέρουσες περιπτώσεις για την εγκατάσταση ΚΘΗΣ είναι και οι κατοικίες ή οι πολυκατοικίες που έχουν ήδη ηλιακές θερμοσιφωνικές συσκευές, οι οποίες όμως είναι ήδη γερασμένες και χρειάζονται αντικατάσταση. Τέλος, οι αρχιτέκτονες αναμένεται να έχουν θετική γνώμη για την χρήση των αισθητικά καλύτερα ενταγμένων θερμικών συλλεκτών των ΚΘΗΣ στις εξωτερικές επιφάνειες των κτηρίων, σε σχέση με την εγκατάσταση των συχνά αντιαισθητικών θερμοσιφωνικών συσκευών.
SeparatorBetweenMainTextsΣυμβολή του Εργαστηρίου Ηλιακής Ενέργειας του Παν/μίου Πατρών
Στα 30 χρόνια λειτουργίας του Εργαστηρίου Ηλιακής Ενέργειας του Παν/μίου Πατρών υπάρχει αξιόλογο ερευνητικό έργο στον σχεδιασμό και δοκιμή νέων τύπων ηλιακών συλλεκτών. Μεταξύ αυτών είναι οι ηλιακοί συλλέκτες με χρωματιστό απορροφητή, για την αποφυγή της μονοτονίας του μαύρου χρώματος. Ειδικά οι συλλέκτες με μπλε απορροφητή μπορεί να είναι απόλυτα εναρμονισμένοι με τα κυκλαδίτικα σπίτια. Μια άλλη κατηγορία είναι οι διατάξεις επίπεδων ενισχυτικών κατόπτρων που αυξάνουν την ηλιακή ακτινοβολία στους ηλιακούς συλλέκτες και βελτιώνουν σημαντικά την παραγόμενη ενέργεια. Σημαντική είναι η πρωτοπόρα και με διεθνή αναγνώριση έρευνα στις ολοκληρωμένες ηλιακές συσκευές συλλέκτη-αποθήκης θερμού νερού (ηλιακοί θερμαντήρες νερού τύπου ICS) και στα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά ηλιακά συστήματα (Hybrid PV/T solar systems). Οι συσκευές ICS είναι απλούστεροι και φθηνότεροι των γνωστών θερμοσιφωνικών συσκευών επίπεδων συλλεκτών, ενώ οι συσκευές PV/T παρέχουν ταυτόχρονα ηλεκτρισμό και θερμότητα χρησιμοποιώντας ως απορροφητική επιφάνεια τα φωτοβολταϊκά κύτταρα. Στους συλλέκτες PV/T, εκτός από τον ηλεκτρισμό εξάγεται και η θερμότητα που αναπτύσσεται στο φωτοβολταϊκό από την ηλιακή ακτινοβολία που δεν μετατράπηκε σε ηλεκτρισμό και η πρόσληψή της από το ρευστό ωφελεί και στην διατήρηση της ηλεκτρικής απόδοσης σε υψηλό επίπεδο.
Ενδιαφέρον έχει και η πρόταση για εφαρμογή ηλιακής διάταξης με μπλε συλλέκτες νερού και PV/T συλλεκτών, σε συνδυασμό με αξιοποίηση της διάχυτης ανακλώμενης ακτινοβολίας της λευκής οροφής στα σπίτια των Κυκλάδων. Οι επίπεδοι διάχυτοι ενισχυτικοί ανακλαστήρες είναι μια πρακτική λύση για την αύξηση της ενεργειακής απολαβής σε εγκαταστάσεις PV και PV/T συλλεκτών, ενώ ενδιαφέρον έχει και η πρόταση για αισθητική ενσωμάτωση PV ή PV/T συλλεκτών, αλλά ακόμη και μικρών ανεμογεννητριών, σε κτίρια παραδοσιακής αρχιτεκτονικής. Εκτός αυτών, έχουν μελετηθεί και ειδικές συγκεντρωτικές διατάξεις θερμικών συλλεκτών, φωτοβολταϊκών και PV/T συλλεκτών για εφαρμογή στα κτήρια και κυρίως για τον έλεγχο του φωτισμού και της θερμοκρασίας αίθριων χώρων με παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τέτοιες διατάξεις βασίζονται στους φακούς Fresnel, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και εκτός των κτηρίων για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών στα θερμοκήπια. Τελευταία, μελετώνται στο Εργαστήριό μας νέες σύνθετες διατάξεις ηλιακής ενέργειας με παραβολικά κάτοπτρα και κινούμενους απορροφητές, με στόχο την αισθητική και λειτουργική τους ενσωμάτωση στα κτήρια καθώς επίσης και συνδυασμός θερμικών συλλεκτών, φωτοβολταϊκών και συσκευών PV/T με άλλες ΑΠΕ (βιομάζα, γεωθερμία και μικρές Α/Γ) για την επίτευξη των κτηρίων (σχεδόν) μηδενικής ενέργειας και εκπομπής CO2.
* Ο κ. Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος είναι Αν. Καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής Παν/μίου Πατρών.
