Ένα κτίριο απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας για τη λειτουργία του και για να ικανοποιήσει ανάγκες, όπως είναι η θέρμανση, ο δροσισμός, ο φωτισµός, κ.λ.π.
Υπολογίζεται ότι, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το 40% περίπου της συνολικής παραγόμενης ενέργειας δαπανάται στον κτιριακό τομέα.
Tα ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά αποτελούν μια βιώσιμη λύση, καθώς συνδυάζουν, τόσο ενεργειακά, όσο και οικονομικά οφέλη.
Έγχρωμα και ημιδιαφανή φωτοβολταϊκά.
Απόδοση φωτοβολταϊκών για διάφορες κλίσεις/προσανατολισμούς τοποθέτησης.
Διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα.
Αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα.
(α) τοποθέτηση φωτοβολταϊκών στη στέγη, (β) ενσωμάτωση στη στέγη.
Είδη φωτοβολταϊκών: (α) άμορφου πυριτίου, (β) πολυκρυσταλλικά, (γ) μονοκρυσταλλικά, (δ) άμορφου πυριτίου ενσωματωμένα σε υγρομονωτική μεμβράνη.
Αποστάσεις τοποθέτησης φωτοβολταϊκών (α) σε στέγη και (β) σε ταράτσα.
Εναλλακτικές δυνατότητες ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών σε κτίρια
(α)-(β) Αντικατάσταση υάλινων στεγών με άλλες με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά (γ) φωτοβολταϊκά κεραμίδια.
(α): Διπλοκέλυφη πρόσοψη με σκίαστρα με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά, (β) γυαλί διπλοκέλυφης πρόσοψης με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά.
Παραδείγματα φωτοβολταϊκών ενσωματωμένα σε σκίαστρα
Ένα κτίριο απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας για τη λειτουργία του. Υπολογίζεται ότι, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το 40% της συνολικής παραγόμενης ενέργειας δαπανάται στον κτιριακό τομέα.
Κτίρια μηδενικής κατανάλωσης (Zero Energy Buildings – ZEB)
Ένα κτίριο απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας για τη λειτουργία του και για να ικανοποιήσει ανάγκες, όπως είναι η θέρμανση, ο δροσισμός, ο φωτισµός, το ζεστό νερό καθώς και η λειτουργία των συσκευών. Υπολογίζεται ότι, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το 40% περίπου της συνολικής παραγόμενης ενέργειας δαπανάται στον κτιριακό τομέα. Η νομοθεσία προβλέπει τη μετατροπή των κτιρίων σε κτίρια μηδενικής κατανάλωσης με την οδηγία 2010/31/ΕΕ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 19ης Μαΐου 2010 για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων. Συγκεκριμένα με το άρθρο 7, τα κράτη μέλη καλούνται να λάβουν όλα τα αναγκαία μέτρα ώστε να εξασφαλίζεται ότι, όταν τα κτίρια υφίστανται ανακαίνιση μεγάλης κλίμακας, η ενεργειακή απόδοση του κτιρίου θα αναβαθμίζεται έτσι, ώστε να πληροί τις ελάχιστες απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης. Με το άρθρο 9, τα κράτη μέλη πρέπει να μεριμνούν έτσι, ώστε έως τις 31 Δεκεμβρίου 2020 όλα τα νέα κτίρια να αποτελούν κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας. Ως κτίριο μηδενικής κατανάλωσης ορίζεται ένα κτίριο του οποίου το ετήσιο ισοζύγιο ενέργειας είναι μηδενικό ή θετικό, δηλαδή δεν καταναλώνει περισσότερη ενέργεια από αυτή που παράγει. Για την κατασκευή ενός κτιρίου με μηδενικές καταναλώσεις, μπορεί να βοηθήσει σημαντικά η ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών πλαισίων στο κέλυφος του κτιρίου, ενώ όλη η απαιτούμενη ενέργεια μπορεί να καλυφθεί από υβριδικά συστήματα.
Ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά (Building Integrated Photovoltaics – BIPV)
Tα ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά αποτελούν μια βιώσιμη λύση, καθώς συνδυάζουν, τόσο ενεργειακά, όσο και οικονομικά οφέλη. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα μπορούν να αντικαταστήσουν γυάλινες και μη επιφάνειες, όπως στέγες, προσόψεις, και σκίαστρα, χωρίς να επηρεάζονται αισθητικές και λειτουργικές παράμετροι της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής. Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας με τη χρήση των φωτοβολταϊκών στα κτίρια παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα, όπως είναι η αθόρυβη λειτουργία και η απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Ταυτόχρονα, αυτά τα συστήματα αποτελούν αξιόπιστα και με μεγάλη διάρκεια ζωής, έργα που απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Ο αριθμός των κτιρίων που έχουν ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά συστήματα αυξάνεται συνεχώς, καθώς τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί καινοτόμα υλικά, τα οποία επιτρέπουν μεγάλη ευελιξία για την αρχιτεκτονική τους ενσωμάτωση, ενώ το κόστος τους ολοένα και μειώνεται. Μια πολύ διαδεδομένη τεχνολογία είναι αυτή του λεπτού υμένα (thin film), η οποία επιτρέπει στα φωτοβολταϊκά πλαίσια να είναι ιδιαίτερα ελαφριά και κατά συνέπεια, να μπορούν να τοποθετηθούν οπουδήποτε, ενώ μια άλλη πρωτοπόρα τεχνολογία είναι αυτή των φωτοευαισθητοποιημένων φωτοβολταϊκών με χρωστική που επιτρέπει την αισθητική ενσωμάτωση τους στο κτίριο.
Παραγόμενη ενέργεια
Η ενέργεια που μπορεί να παραχθεί από ένα σύστημα ενσωματωμένων φωτοβολταϊκών εξαρτάται από πολλαπλούς παράγοντες, όπως είναι η έκθεση του χώρου στην ηλιακή ακτινοβολία, η έκταση των φωτοβολταϊκών πλαισίων που μπορούν να εγκατασταθούν καθώς επίσης και τα ίδια τα πλαίσια και η απόδοση τους. Στη βέλτιστη περίπτωση, τα ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά πλαίσια μπορούν να τροφοδοτήσουν εξολοκλήρου τις ενεργειακές ανάγκες ενός σπιτιού. Γενικά, ο ιδανικός προσανατολισμός είναι ο νότιος, ενώ η βέλτιστη κλίση είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής που βρίσκεται το κτίριο.
Σχεδιασμός συστήματος BIPV
Ένα ολοκληρωμένο σύστημα περιλαμβάνει:
- Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια
- Σύστημα για τη ρύθμιση του φορτίου που εισέρχεται και εξέρχεται από τις μπαταρίες (για αυτόνομα συστήματα)
- Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας
- Αντιστροφέας (Inverter) για τη μετατροπή του ρεύματος από DC που παράγει το φωτοβολταϊκό πλαίσιο σε AC που είναι συμβατό, τόσο με τις συσκευές του κτιρίου, όσο και με το δίκτυο
- Εφεδρικά συστήματα παραγωγής ενέργειας, ειδικά για τα αυτόνομα συστήματα. Αυτά τα συστήματα μπορεί να είναι είτε συμβατικά (π.χ. γεννήτριες) είτε να αποτελούν μέρος ενός υβριδικού συστήματος ( π.χ. ανεμογεννήτριες)
- Κατάλληλη στήριξη και τοποθέτηση, καλωδίωση και συστήματα ασφαλούς αποσύνδεσης
Ένα κτίριο που σχεδιάζεται για να ενσωματώσει φωτοβολταϊκές γεννήτριες, είναι φιλικό προς το περιβάλλον και πρέπει να χρησιμοποιεί εξοπλισμό που να εξοικονομεί ενέργεια. Κάποια ζητήματα σχεδιασμού σε μια τέτοια κατασκευή, πρέπει να είναι η χρήση του κτιρίου, τα μέγιστα και τα συνολικά απαιτούμενα φορτία, ο προσανατολισμός και η κλίση επιφανειών που μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών και οι κώδικες δόμησης και ασφαλείας.
Τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν κατά το σχεδιασμό του συστήματος είναι τα παρακάτω:
Βήμα 1ο: Ενεργειακή αξιολόγηση Η ενεργειακή αξιολόγηση του κτιρίου βοηθάει στη βελτίωση της άνεσης και στην εξοικονόμηση πόρων, ενώ επιτρέπει σε ένα σύστημα BIPV να συνεισφέρει κατά μεγαλύτερο ποσοστό στα φορτία.
Βήμα 2ο: Αλληλεπίδραση με το δίκτυο
Στην πλειοψηφία τους, τα BIPV είναι συνδεδεμένα με το δίκτυο, χρησιμοποιώντας το ως μέσω αποθήκευσης και εφεδρείας. Το σύστημα πρέπει να είναι τέτοιο, ώστε να επιτευχθούν οι στόχοι του ιδιοκτήτη, οι οποίοι συνήθως ορίζονται από τον προϋπολογισμό ή από το διαθέσιμο χώρο. Τα αυτόνομα συστήματα πρέπει να έχουν διαστάσεις τέτοιες, που να ικανοποιούν το φορτίο αιχμής. Για να αποφεύγεται η υπερδιαστασιολόγηση της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης και του συστήματος αποθήκευσης, μια μικρή γεννήτρια συχνά χρησιμοποιείται, ενώ σε πολλές περιπτώσεις, πιο βιώσιμη είναι η ύπαρξη ενός υβριδικού συστήματος.
Βήμα 3ο: Μετατόπιση του φορτίου αιχμής
Εάν το φορτίο αιχμής του κτιρίου δεν ταιριάζει με την μέγιστη ισχύ εξόδου των φωτοβολταϊκών, μπορεί να είναι οικονομικά σκόπιμο να ενσωματωθούν σε μπαταρίες για να αντισταθμίσουν το φορτίο της περιόδου με τη μεγαλύτερη ζήτηση. Το σύστημα αυτό θα μπορούσε επίσης να λειτουργεί ως μια αδιάκοπη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος σε περίπτωση διακοπής ρεύματος (UPS).
Βήμα 4ο: Τοπικό κλίμα
Το τοπικό κλίμα είναι καθοριστικό για την επιλογή των φωτοβολταϊκών που θα χρησιμοποιηθούν καθώς η θερμοκρασία λειτουργίας διαφέρει μεταξύ των διαφόρων συστημάτων.
Βήμα 5ο: Φωτισμός κατά τη διάρκεια της ημέρας
Οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις κυψέλες ημιπερατών φωτοβολταϊκών για να δημιουργήσουν με τη βοήθεια του φωτός ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στην πρόσοψη ή την οροφή του κτιρίου. Επιπλέον, κάποια είδη φωτοβολταϊκών είναι σε θέση να μειώσουν τα ψυκτικά φορτία και το έντονο φως, που μπορεί να προέρχονται από μεγάλες γυάλινες επιφάνειες.
Βήμα 6ο: Σχεδιασμός συστοιχιών
Ο σχεδιασμός των συστοιχιών είναι ιδιαίτερα σημαντικός καθώς από αυτόν εξαρτάται η απόδοση των φωτοβολταϊκών. Ο προσανατολισμός, η κλίση και το ποσοστό του σκιασμού, έχουν σημαντική επίπτωση στην παραγόμενη ενέργεια, ενώ επιφάνειες που αντανακλούν φως πάνω στα φωτοβολταϊκά, μπορεί να αυξήσουν την παραγωγή ενέργειας.
Βήμα 7ο: Παραδοσιακός σχεδιασμός και υλικά
Τα συστήματα BIPV μπορούν να σχεδιαστούν με τέτοιο τρόπο, ώστε να ενσωματώνονται και να μην ξεχωρίζουν από τα παραδοσιακά υλικά δόμησης, αλλά και να δημιουργούν μια εμφάνιση σύγχρονης αρχιτεκτονικής.
Δυνατότητες ένταξης φωτοβολταϊκών στο κτίριο
Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές ενσωματωμένων φωτοβολταϊκών είναι σε:
- Στέγες και ταράτσες
- Προσόψεις κτιρίων
- Σκίαστρα και στέγαστρα
Φωτοβολταϊκά σε στέγες ή ταράτσες Σε αυτή την περίπτωση, τα πλαίσια που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι απλές εφαρμογές από άμορφο (thin film), πολυκρυσταλλικό ή μονοκρυσταλλικό πυρίτιο. Ένα άλλο προϊόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις εγκαταστάσεις σε στέγες είναι τα φωτοβολταϊκά άμορφου πυριτίου ενσωματωμένα σε υγρομονωτική μεμβράνη. Κατά την τοποθέτηση τους στη στέγη, τα φύλλα κολλιούνται με θερμοκόλληση δημιουργώντας έτσι μια ενιαία υδατοστεγή επιφάνεια. Με αυτό τον τρόπο, το όφελος είναι διπλό καθώς υγρομονώνεται η οροφή παράγοντας ταυτόχρονα ενέργεια. Η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών στις στέγες θα πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να απέχουν 0.50 m από το περίγραμμα στην περίπτωση σκεπής και 1m από το στηθαίο στην περίπτωση ταράτσας. Στην περίπτωση ενσωμάτωσης των φωτοβολταϊκών στη στέγη υπάρχουν 3 εναλλακτικοί τρόποι. Ο πρώτος αφορά στην απλή τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πάνω στην επιφάνεια της στέγης. Ο τρόπος αυτός ενδείκνυται για ήδη υπάρχοντα κτίρια, και δεν απαιτεί αλλαγές στο κτιριακό κέλυφος, ενώ είναι και η πιο συνηθισμένη εφαρμογή σήμερα. Στο δεύτερο τρόπο, δεν υπάρχει τοποθέτηση στη στέγη, αλλά απευθείας ενσωμάτωση τους. Τέλος, στον τρίτο τρόπο υπάρχει πλήρης ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών στη στέγη, υποκαθιστώντας το αντίστοιχο οικοδομικό υλικό. Χαρακτηριστικό παράδειγμα σε αυτή την περίπτωση είναι τα ηλιακά κεραμίδια, που μπορεί να αποτελούνται είτε εξολοκλήρου από φωτοβολταϊκές κυψέλες ή μόνο κατά κάποιο ποσοστό. Η ενέργεια που μπορεί να παραχθεί από μια εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στη στέγη ενός σπιτιού εξαρτάται από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τη γωνία και τον προσανατολισμό της στέγης, καθώς επίσης και άλλους παράγοντες, όπως τη σκόνη και τη σκίαση του χώρου.
Φωτοβολταϊκά στην πρόσοψη κτιρίου Η ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών στοιχείων στο εξωτερικό κέλυφος ενός κτιρίου είναι μία τεχνική η οποία κερδίζει συνεχώς έδαφος, καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται ραγδαία. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι εφαρμογές σε προσόψεις κτιρίων σαν μέρος του υαλοπετάσματος, και αυτό γιατί προσφέρουν τη δυνατότητα σε νέα ή υπάρχοντα κτίρια να ενσωματώσουν την τεχνολογία αυτή χωρίς να κάνουν εκπτώσεις στο γενικότερο σχεδιαστικό ύφος του κτιρίου. ΠαρΆ όλα αυτά, δύσκολα αποτελεί μια αποδοτική ενεργειακά και οικονομικά λύση για ήδη υπάρχοντα κτίρια, καθώς το κόστος κατασκευής είναι μεγάλο, ενώ ταυτόχρονα και η απόδοση των φωτοβολταϊκών είναι μειωμένη λόγω του σταθερού προσανατολισμού και της σταθερής κλίσης που έχουν. Φωτοβολταϊκοί υαλοπίνακες μπορούν να αντικαταστήσουν τους κλασσικούς υαλοπίνακες δίνοντας ένα εντυπωσιακό αισθητικά αποτέλεσμα. Έτσι, δίνεται η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας για το κτίριο. Είναι μια μέθοδος που εφαρμόζεται συχνά σε κτίρια με μεγάλες προσόψεις και με νότιο προσανατολισμό. Και σε αυτή την περίπτωση υπάρχουν τρεις εναλλακτικοί τρόποι ενσωμάτωσης των ηλιακών πλαισίων. Ο πρώτος περιλαμβάνει την ύπαρξη μιας δεύτερης πρόσοψής, η οποία γαντζώνεται στην κανονική πρόσοψη του κτιρίου. Στην πρόσοψη αυτή ενσωματώνονται φωτοβολταϊκά πλαίσια, είτε πάνω σε σκίαστρα, είτε κατευθείαν πάνω στην πρόσοψή με χρήση ημιδιαφανών κυψελών. Δημιουργείται με αυτό τον τρόπο, ένα είδος θερμοκηπίου το οποίο θερμαίνει τον εσωτερικό αέρα του κτιρίου μειώνοντας σημαντικά τις ανάγκες θέρμανσης. Με σωστό σχεδιασμό του κτιρίου κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, υπάρχει κατάλληλος αερισμός, ώστε οι ανάγκες κλιματισμού να είναι ελάχιστες. Με αυτό τον τρόπο, υπάρχει όφελος, τόσο από την άμεση παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά όσο και από την εξοικονόμηση ενέργειας κατά την ψύξη/ θέρμανση του κτιρίου. Στη δεύτερη περίπτωση, τα φωτοβολταϊκά προσαρτώνται ακριβώς πάνω στην πρόσοψη του κτιρίου, ενώ στην τρίτη, υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της πρόσοψης αντικαθίστανται από άλλα που περιέχουν φωτοβολταϊκές κυψέλες, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τα παράθυρα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτή την περίπτωση, είναι κατασκευασμένα έτσι, ώστε, είτε να έχουν ορατό πλέγμα σε επιλεγμένο χρώμα ανάλογα με την περίπτωση είτε να δημιουργούν μια ενιαία πρόσοψη.
Φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε σκίαστρα
Τα σκίαστρα με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά έχουν το πλεονέκτημα ότι, εκτός από το ότι σκιάζουν την επιθυμητή περιοχή, ταυτόχρονα παράγουν καθαρή ηλεκτρική ενέργεια. Ανάλογα με τον επιθυμητό βαθμό σκίασης, επιτρέπεται με τη χρήση ημιπερατών πλαισίων, ο προσδιορισμός του βαθμού διαφάνειας των ίδιων των πλαισίων, ρυθμίζοντας έτσι και τον κατάλληλο βαθμό σκίασης. Παρά τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας αυτής, μια σειρά αρνητικών παραμέτρων εμποδίζει την ευρεία διάδοση των ενσωματωμένων φωτοβολταϊκών πλαισίων. Το κυριότερο μειονέκτημα είναι η ύπαρξη απωλειών, λόγω της ατομικής, συνήθως, συναρμολόγησης κάθε πλαισίου, γεγονός που καθιστά δύσκολη την απόκτηση της μέγιστης δυνατής ισχύος. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η δυσκολία τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών γεννητριών στον κατάλληλο προσανατολισμό και κλίση, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή μικρότερης ποσότητας ενέργειας. Για να μειωθούν αυτές οι αρνητικές συνέπειες, πρέπει ένα ενσωματωμένο σύστημα φωτοβολταϊκών πλαισίων να ενταχθεί από την αρχή στο σχεδιασμό του κτιρίου, καθώς επίσης και να συνδυαστεί με τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας, όπως είναι η θερμομονωτική επάρκεια και τα αποδοτικά συστήματα ψύξης θέρμανσης.
Υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήματα
Τα υβριδικά συστήματα είναι ένας συνδυασμός φωτοβολταϊκού συστήματος με κάποια άλλη πηγή ενέργειας, είτε ανανεώσιμη είτε συμβατική. Πρόκειται για συστήματα τα οποία μετατρέπουν τη φωτεινή ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια και την αποθηκεύουν σε ηλεκτρικούς συσσωρευτές ή κυψέλες υδρογόνου. Καλό είναι ένα αυτόνομο ενεργειακό σύστημα να έχει περισσότερες από μία πηγές ενέργειας και για το λόγο αυτό, συνδυάζονται συχνά τα φωτοβολταϊκά συστήματα με ανεμογεννήτριες. Ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται υβριδικό, γιατί χρησιμοποιεί 2 ή περισσότερες πηγές ενέργειας. Για εγκαταστάσεις οι οποίες χρειάζονται μεγαλύτερη αυτάρκεια, μπορούμε να συνδέσουμε στο σύστημα μία πετρελαιογεννήτρια, η οποία θα παράγει ενέργεια όταν δεν έχουμε ήλιο ή άνεμο. Τα υβριδικά συστήματα, κατά κύριο λόγο χρησιμοποιούνται για την αδιάλειπτη λειτουργία σημαντικών οικιακών ή επαγγελματικών εφαρμογών ή εφαρμογών πρώτης ανάγκης (όπως σε στρατιωτικές μονάδες, αεροδρόμια, νοσοκομεία), αλλά και για εξοχικές κατοικίες ή ακόμα κατοικίες πολύ απομακρυσμένες από το δίκτυο της ΔΕΗ, σκάφη αναψυχής, τροχόσπιτα κτλ. Γενικότερα, οι τεχνολογίες που μπορεί να συμμετέχουν σε μια υβριδική εγκατάσταση είναι συνήθως οι φωτοβολταϊκές γεννήτριες, οι ανεμογεννήτριες, και οι πετρελαιοκινητήρες Η/Ζ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι ενεργειακές πηγές μπαίνουν παράλληλα στο τοπικό δίκτυο με σκοπό την αδιάκοπη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ μπορούν να λειτουργήσουν και αυτόνομα. Η επιλογή ενός τέτοιου συστήματος προέρχεται από ένα συγκερασμό μετεωρολογικών και οικονομοτεχνικών δεδομένων.
Φωτοβολταϊκά – αιολικά συστήματα
Το πλεονέκτημα αυτών των υβριδικών συστημάτων είναι ότι, όταν υστερεί η μία πηγή ενέργειας, συνήθως πλεονεκτεί η άλλη. Σημαντική, επίσης, είναι η χρήση των ανεμογεννητριών στα φωτοβολταϊκά συστήματα για όλο το χρόνο και κυρίως το χειμώνα, όπου η ανεμογεννήτρια παίζει ένα σημαντικό ρόλο ενίσχυσης του φωτοβολταϊκού συστήματος. Ο συνδυασμός ανεμογεννητριών και φωτοβολταϊκών χρησιμοποιείται αρκετά συχνά σε απομονωμένες κατοικίες και οικισμούς όπου η πρόσβαση στο κεντρικό δίκτυο είναι πολύ δαπανηρή ή ακόμα και αδύνατη. Συνήθως στο σύστημα προστίθεται και μία ηλεκτρογεννήτρια με συμβατικά καύσιμα για μεγαλύτερη αξιοπιστία, ενώ η χρήση των μπαταριών (ή και κυψελών καύσιμου με υδρογόνο) είναι σχεδόν απαραίτητη, τόσο σαν εύκολη και απλή λύση παροχής σταθερής τάσης στο σύστημα, όσο και σαν σύστημα εφεδρείας.
Κατά τη διάρκεια λειτουργίας του αυτόνομου υβριδικού συστήματος μπορεί να συμβούν τα εξής:
- Αν η ζήτηση της ενέργειας είναι μικρότερη από την παραγόμενη ενέργεια από την ανεμογεννήτρια, το πλεόνασμα της ενέργειας που παράγεται μαζί με την ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά, αποθηκεύεται μέσω των μετατροπέων ισχύος και του ρυθμιστή φόρτισης στις μπαταρίες του συστήματος
- Αν η ζήτηση είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που παράγεται από την ανεμογεννήτρια, τότε το πλεόνασμα ενέργειας καλύπτεται από τα φωτοβολταϊκά μέσω του μετατροπέα ισχύος. Αν παρΆ όλα αυτά, το φορτίο δεν καλυφθεί ούτε από τα φωτοβολταϊκά, τότε εισέρχεται στο σύστημα και η ενέργεια των μπαταριών, εάν και εφόσον είναι φορτισμένες περισσότερο από το κατώτερο επιτρεπτό επίπεδο φόρτισης τους.
Φωτοβολταϊκό - θερμικό σύστημα
Μια τεχνολογία που μπορεί να ενσωματωθεί στο κτιριακό κέλυφος και χρησιμοποιεί την ηλιακή ενέργεια, είναι ο συνδυασμός ηλιακών θερμικών συστημάτων με φωτοβολταϊκά πλαίσια, ώστε να παρέχεται θέρμανση στο χώρο με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας. Το μεγαλύτερο μέρος τη προσπίπτουσας ακτινοβολίας στα φωτοβολταϊκά δεν μετατρέπεται σε ενέργεια αλλά σε θερμότητα, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας των φωτοβολταϊκών πλαισίων και κατά συνέπεια τη μείωση της απόδοσης τους. Σε αυτή την περίπτωση, φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετούνται στη στέγη του κτιρίου, όμως αυτή τη φορά ειδικές σωληνώσεις που υπάρχουν πίσω από αυτά, εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που παράγεται από την ηλιακή ακτινοβολία πάνω στα πάνελ, η οποία μεταφέρεται με τη βοήθεια νερού ή αέρα και στη συνέχεια διαχέεται εντός του κτιρίου με ανεμιστήρες. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται αφενός η θέρμανση του εσωτερικού του κτιρίου ή του νερού, ενώ ταυτόχρονα αυξάνεται και η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων, καθώς όταν η θερμοκρασία είναι σε φυσιολογικά επίπεδα, τότε το πλαίσιο λειτουργεί στη μέγιστη απόδοση του.
Ηλιακά – γεωθερμικά συστήματα
Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να χρησιμοποιηθούν ηλιακά συστήματα για την υποστήριξη του δικτύου γεωθερμίας. Τα ηλιοθερμικά συστήματα συνδυασμένης λειτουργίας για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης και τη θέρμανση χώρων, μπορούν να καλύψουν, από 20 έως 40%, τις ανάγκες μιας κατοικίας σε θέρμανση και σε ζεστό νερό χρήσης, ανάλογα με το μέγεθος της συλλεκτικής επιφάνειας, τον όγκο του θερμοδοχείου, τα μετεωρολογικά δεδομένα της περιοχής και τα χαρακτηριστικά της κατοικίας. Ένα σύστημα τέτοιο χρησιμοποιεί το θερμό νερό που προέρχεται από τα ηλιοθερμικά συστήματα ή κάποιο άλλο σύστημα όπως αυτό της παραπάνω κατηγορίας για την τροφοδότηση του συστήματος γεωθερμίας με θερμό νερό που θα έχει ως συνέπεια τη θέρμανση του χώρου. Η ενέργεια που παράγεται από τους ηλιακούς συλλέκτες μεταφέρεται σε ένα θερμοδοχείο, το νερό του οποίου βρίσκεται σε κλειστό κύκλωμα, δηλαδή δεν βρίσκεται υπό πίεση και δεν ανανεώνεται, αλλά λειτουργεί για μεταφορά θερμότητας. Το θερμοδοχείο αυτό μεταφέρει θερμότητα σε δύο εναλλάκτες, έναν πλαστικό που είναι συνδεδεμένος με το δίκτυο ύδρευσης και ένα μεταλλικό που είναι συνδεδεμένος με το δίκτυο θέρμανσης. Έτσι υπάρχουν δύο περιπτώσεις
- Όταν υπάρχει ζήτηση σε ζεστό νερό χρήσης, κρύο νερό από το δίκτυο ύδρευσης περνά διαμέσου του πλαστικού εναλλάκτη και αποκτά τη θερμοκρασία του στατικού νερού.
- Ομοίως, το νερό της κεντρικής θέρμανσης, πριν εισέλθει στην γεωθερμική αντλία, περνάει από τον μεταλλικό εναλλάκτη αποκτώντας τη θερμοκρασία του στατικού νερού.
Όταν η ηλιακή ενέργεια επαρκεί για να θερμάνει το νερό του θερμοδοχείου στους 70°C, τότε η γεωθερμική δε θα λειτουργήσει καθόλου καθώς η θερμοκρασία του νερού είναι ήδη μεγαλύτερη από την αναγκαία για τη χρήση του νερού στην ενδοδαπέδια θέρμανση. Η υπόλοιπη αποθηκευμένη ενέργεια θα χρησιμοποιείται για τη παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. Όταν το στατικό νερό έχει θερμανθεί στη μέγιστη θερμοκρασία και δεν χρειάζεται άλλο η ηλιακή ενέργεια, τότε το νερό που κυκλοφορεί στους ηλιακούς συλλέκτες επιστρέφει στο μπόιλερ και έτσι προστατεύονται οι συλλέκτες από την υπερθέρμανση το καλοκαίρι και αντίστοιχα από τον παγετό το χειμώνα. Με αυτό τον τρόπο, υπάρχει μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας για τη θέρμανση των χώρων του κτιρίου.
Δομικά υλικά από τον ειδικό ή από ένα γνωστό;
Διαλέξτε την ηλεκτρική συσκευή που πραγματικά χρειάζεστε
Εύκολα roof gardens και για προστασία από την βροχή!
Μηχανικός αερισμός: Για να ανασαίνει το σπίτι!
