ECON -Economy, ecology, construction
ΑΡΘΡΑ

Oικίσκος παραγωγής ενέργειας

01-03-2010

Στο Εργαστήριο Περιβαλλοντικού και Ενεργειακού Σχεδιασμού Κτιρίων και Οικισμών έχει αναπτυχθεί και λειτουργεί πιλοτικός αυτόνομος οικίσκος, επονομαζόμενος ZED-KIM (Zero Energy Demand). Ο οικίσκος έχει σχεδιαστεί σύμφωνα με βιοκλιματικά κριτήρια για ελαχιστοποίηση των θερμικών απωλειών (κατάλληλη μόνωση, «κλειστή» μορφή στο βορρά και στη δύση) και εκμετάλλευση των θερμικών κερδών (ανοίγματα στον νότο και την ανατολή) και έχει πετύχει ενεργητική αυτονομία με την εγκατάσταση μίας ανεμογεννήτριας και φωτοβολταϊκών συστημάτων (Εικ.1).


Εικόνα 1: Ολοκληρωμένη άποψη του ενεργειακά αυτόνομου οικίσκου ZED-KIM


Ερευνητικός σκοπός του εργαστηρίου είναι η μελέτη της δυνατότητας εγκατάστασης συστημάτων Α.Π.Ε. για την παραγωγή ενέργειας. Το σύστημα των φωτοβολταϊκών και της ανεμογεννήτριας είναι συνδεδεμένο με Η/Υ για την αναλυτική και συνεχή καταγραφή της παραγωγής ενέργειας από Α.Π.Ε., ώστε να είναι δυνατή η μετέπειτα ανάλυση των δεδομένων και διεξαγωγή συμπερασμάτων.

Στη στέγη του οικίσκου (το εμβαδόν του οποίου είναι 20 m2) είναι τοποθετημένα 6 φωτοβολταϊκά πλαίσια κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου, ενεργού επιφάνειας 1.31 m2 το καθένα (8 m2 περίπου συνολικά). Η στέγη του οικίσκου έχει κλίση 42ο, ώστε να μπορεί να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση των φωτοβολταϊκών σε σχέση με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής (Εικ. 2).       
 

Εικόνα 2: Σταθερά Φ/Β στη στέγη του οικίσκου κλίσης 420



Δίπλα στον οικίσκο έχει τοποθετηθεί συστοιχία Φωτοβολταϊκών πάνελ σε ηλιοστάτη δύο αξόνων τύπου Ptolemeo PV6 (Εικ. 3). Η δυνατότητα αυτόματης ηλεκτροκίνητης περιστροφής 140ο στον άξονα ανατολής/δύσης κάθε 20 λεπτά σε συνδυασμό με τον αισθητήρα Panoptis που παρακολουθεί την κίνηση του Ήλιου, οδηγεί σε μια αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, από 30% τους χειμερινούς μήνες έως και 50% κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα.
                                    

       
Εικόνα 3: Περιστρεφόμενα Φ/Β                     Εικόνα 4: Ανεμογεννήτρια    


Η ανεμογεννήτρια (Εικ. 4) είναι ειδικά μελετημένη ώστε να χρησιμοποιείται σε υβριδικά συστήματα, σε συνδυασμό με φωτοβολταϊκά πλαίσια και να βοηθάει ουσιαστικά στην ενεργειακή παραγωγή κατά τη διάρκεια εποχικών διακυμάνσεων.
Τα πτερύγιά της είναι πρωτοποριακής σχεδίασης και κατασκευής, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη αποδοτικότητα σε συνδυασμό με τις κατά τον δυνατόν χαμηλότερες οχλήσεις (ελάχιστο θόρυβο, καμία παρεμβολή σε ράδιο και τηλεόραση) και αδράνεια. Κατά την φόρτιση των συσσωρευτών υπάρχει ρυθμιστής που ελέγχει ανά τακτά χρονικά διαστήματα την διαδικασία διορθώνοντας την απώλεια τάσης και παρακολουθώντας το βαθμό φόρτισης. Όταν επιτευχθεί το μέγιστο επίπεδο φόρτισης, τότε το σύστημα είναι ρυθμισμένο ώστε να σταματάει η λειτουργία της ανεμογεννήτριας αποτρέποντας την υπερφόρτιση της συστοιχίας. Το ίδιο συμβαίνει και όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι ιδιαίτερα μεγάλη, προκειμένου να προστατευτεί από τυχόν βλάβες.
Επίσης, στον οικίσκο είναι εγκατεστημένα κλιματολογικός σταθμός, πυρανόμετρα και στεφάνη σκιάς για την μέτρηση των συνθηκών περιβάλλοντος (εσωτερική/εξωτερική θερμοκρασία αέρα, ταχύτητα ανέμου και διεύθυνση, υγρασία, μέτρηση ύψους βροχόπτωσης, βαρομετρικές πιέσεις) και της Ολικής και Διάχυτης ακτινοβολίας. Παρέχεται έτσι η δυνατότητα μελέτης και ανάλυσης της παραγωγής ενέργειας από τις Α.Π.Ε. συναρτήσει των ημερησίων κλιματολογικών παραμέτρων.

Το όλο σύστημα είναι πρότυπο καθώς η λειτουργία του μπορεί να είναι είτε αυτόνομη είτε  διασυνδεδεμένη με το δίκτυο της ΔΕΗ. Η συνολική ισχύς των συστημάτων είναι περίπου 3 kW. Η ισχύς των σταθερών φωτοβολταϊκών είναι 1 kW, των περιστρεφόμενων περίπου 1 kW και της ανεμογεννήτριας 900 W. Το όλο σύστημα συνδέεται μέσω αντιστροφέων με τον οικίσκο, λειτουργώντας αφαιρετικά από τις καταναλώσεις ρεύματος του οικίσκου, ενώ σε περίπτωση που υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρικού ρεύματος φορτίζονται οι μπαταρίες, με σκοπό την αδιάλειπτη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για όσο διάστημα δεν είναι αυτή δυνατή μέσω της ΔΕΗ. Αν οι μπαταρίες είναι πλήρως φορτισμένες, τότε υπάρχει η δυνατότητα το πλεονάζων ρεύμα να επιστραφεί στο δίκτυο της ΔΕΗ, συμβάλλοντας στην επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας.

 
Διάγραμμα 1: Ημερήσια παραγωγή από τα σταθερά Φωτοβολταικά (PV), την Ανεμογεννήτρια (WG) και το άθροιθσμα αυτών

Σύμφωνα με τα δεδομένα που συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν τα προηγούμενα  χρόνια λειτουργίας του αυτόνομου οικίσκου ZED-KIM (τα περιστρεφόμενα φωτοβολταϊκά εγκαταστάθηκαν κατά το τελευταίο χρονικό διάστημα, οπότε δεν περιλαμβάνονται δεδομένα στο παρόν κείμενο), η συνολική ενέργεια που παράγεται από τα σταθερά φωτοβολταϊκά και την ανεμογεννήτρια είναι της τάξης των 1182 kWh ετησίως.  Από το συνολικό ποσοστό ενέργειας που παράγεται το 70% προέρχεται περίπου από τα σταθερά φωτοβολταϊκά και το 30% από την ανεμογεννήτρια. Τα ποσοστά αυτά σαφώς διαφοροποιούνται ανάλογα με την χρονική περίοδο του έτους και της εποχιακές διακυμάνσεις. Για παράδειγμα, κατά την χειμερινή περίοδο, μέρες όπου δεν επικρατεί ηλιοφάνεια αλλά ισχυροί άνεμοι τα ποσοστά διαφοροποιούνται και κυμαίνονται σε 35% για τα φωτοβολταϊκά και 65% για την ανεμογεννήτρια, ενώ το καλοκαίρι, με διαφορετικές κλιματολογικές συνθήκες, τα ποσοστά είναι 90% και 10%, αντίστοιχα.

 


Διάγραμμα 2: Μηνιαία παραγωγή από τα φωτοβολταικά (PV), την ανεμογεννήτρια (WG), και το άθροισμα αυτών.

Σύμφωνα με έρευνα του εργαστηρίου (P.Kosmopoulos, D. Galanos, The use of renewable energy sources in houses (ZED-KIM), The 3rd Conference on Passive and Low Energy Architecture, Geneva, Switzerland, 6-8 September 2006), αν γίνει αναγωγή του οικίσκου σε μια συμβατική κατοικία, χρησιμοποιώντας την ίδιου τύπου ανεμογεννήτρια, φωτοβολταϊκά πάνελ 30 m2 (τα εγκατεστημένα στον οικίσκο είναι 8m2) και αυξήσουμε την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από την ανεμογεννήτρια κατά 50%,  καθώς η περίσσεια επιστρέφεται στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. και δεν αποθηκεύεται σε συνήθεις περιπτώσεις όπως στο αυτόνομο σύστημα του οικίσκου, τότε πετυχαίνουμε κατά 97% κάλυψη των αναγκών της συμβατικής κατοικίας από Α.Π.Ε.. Η δυνατότητα αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική, αν λάβει κανείς υπόψη ότι τα δεδομένα της έρευνας (κλιματολογικά δεδομένα-παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από Φ/Β και Α/Γ), προέρχονται από μία δυσμενή κλιματολογική Ζώνη (Βόρεια Ελλάδα-Ξάνθη, Γεωγραφική Ζώνη Γ).

Ο πρότυπος οικίσκος ZED-KIM αποτελεί παράδειγμα εφαρμογής συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στον κτιριακό τομέα. Η ελάττωση των φυσικών πόρων και η ανάγκη απεξάρτησης από τις συμβατικές πηγές καυσίμων κάνουν επιτακτική την ανάγκη ορθολογικής διαχείρισης της ενέργειας. Στην κατεύθυνση αυτή προσανατολίζονται πολλές επιστημονικές και τεχνολογικές έρευνες με στόχο τη βελτιστοποίηση των συστημάτων Α.Π.Ε. και την εξοικονόμηση ενέργειας.

 

Πάνος Κοσμόπουλος, Αν. Καθηγητής,
Διευθυντής Εργαστηρίου

Αθηνά Καντζιούρα, Μηχανικός
Περιβάλλοντος, Υποψήφια Διδάκτωρ

Λεωνίδας Μπουρίκας, Μηχανικός
Περιβάλλοντος, Υποψήφιος
Διδάκτωρ

Πολυάννα Φραγγίδου, Αρχιτέκτων
Μηχανικός, Υποψήφια Διδάκτωρ





Βιβλιογραφία

  1. P.Kosmopoulos, D. Galanos, The use of renewable energy sources in houses (ZED-KIM), The 3rd Conference on Passive and Low Energy Architecture, Geneva, Switzerland, 6-8 September 2006
  2. Editor P. Kosmopoulos, 2008, Buildings, Energy and Environment, University Studio Press, Thessaloniki, 2008  
  3. Th. Tsoutsos, N. Karapanagiotis, I. Mavrogiannis, S. Tselepis, D. Agoris, An analysis of the Greek photovoltaic market, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 8/1. pp 49-72, 2004
Εγγραφή Είσοδος
Υπενθύμηση κωδικού
Εγγραφή Είσοδος
Θα σας αποσταλεί μήνυμα στη διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου για την ενεργοποίηση της εγγραφής.
Εγγραφή Είσοδος
Έγγραφή