Τα φωτοβολταϊκά από το Α ως το Ω

Η Ιστορία

Russell Ohl

Η πρώτη Φ/Β κυψέλη κατασκευάστηκε στα εργαστήρια της Bell από τον Αμερικανό μηχανικό Russell Shoemaker Ohl το 1940, ο οποίος είχε ειδικευτεί στην έρευνα των ημιαγωγών και των τρανζίστορ. Η εφεύρεσή του πατενταρίστικε με το όνομα "φωτοευαίσθητη ηλεκτρική συσκευή" (US Patent 2402662, "Light-sensitive electric device"). Για πρώτη φορά, το φωτοβολταϊκό φαινόμενο παρατηρήθηκε από τους Adams και Day, στα 1877, όταν μία πολύ μικρή ποσότητα ρεύματος εμφανίσθηκε στο χημικό στοιχείο σελήνιο. Ωστόσο, μόνο στα 1954 οι επιστήμονες Chapin, Fuller and Pearson των εργαστηρίων της Bell, κατάφεραν να παράγουν σημαντική ποσότητα ενέργειας από μία κυψελίδα πυριτίου.




Η ραγδαία όμως ανάπτυξή τους ξεκίνησε την δεκαετία του 70, όταν η πετρελαϊκή κρίση έδωσε το έναυσμα για την εξεύρεση μίας εναλλακτικής πηγής ενέργειας. Μετά από 20 χρόνια πειραματισμών και έρευνας, στις αρχές της δεκαετίας του 90, τα Φ/Β συστήματα ήταν πλέον αποδοτικότερα και μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε οικιακές και βιομηχανικές χρήσεις από το ευρύ κοινό.


Το Φαινόμενο

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο είναι η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική, παράγοντας ηλεκτρική τάση. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται στην ουσία από ένα σύνολο ημιαγωγών (φωτοδίοδοι), δηλαδή από συστοιχίες κυψελίδων πυριτίου (Si), τις λεγόμενες φωτοβολταϊκές κυψέλες (photovoltaic cells – PV cells).

Τα φωτόνια καθώς προσπίπτουν στις κυψέλες κάποια από αυτά αντανακλώνται, κάποια τα διαπερνούν και κάποια απορροφώνται παράγοντας ρεύμα συνεχούς ηλεκτρικής τάσης (DC). Μία φωτοβολταϊκή κυψέλη παράγει ηλεκτρισμό συνεχούς τάσης 0.6V και ρεύματος 0.146A. Ο συνδυασμός πολλών κυψελίδων αποτελεί ένα Φωτοβολταϊκό σύστημα (Φ/Β - PV). Για παράδειγμα ένα Φ/Β σύστημα των 200Wp (βατ πικ - peak: μονάδα ονομαστικής ισχύος του Φ/Β ίδιο με το W)έχει 54 κυψέλες (δηλ. P=V.I. = (54 x 0.6V) x (54 x 0.146A) = 255.46 V.A ή W).

Το ποσοστό μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε τάση συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος δεν είναι 100 %, αλλά το 70 με 90% χάνεται σε θερμότητα. Τα σημερινά Φ/Β έχουν αποδόσεις, που κυμαίνονται μεταξύ 5 – 19% ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους (βλέπε πίνακα «Συγκριτικός Πίνακας Φωτοβολταϊκών Τεχνολογιών» από τον ηλεκτρονικό οδηγό του συνδέσμου εταιρειών φωτοβολταϊκών). Με τα σημερινά δεδομένα, οι προοπτική βελτίωσης της απόδοσης των Φ/Β είναι οριακή και δεν μπορεί να ξεπεράσει το 40%. Έτσι για κάθε kWp εγκατεστημένης ισχύος, αναλόγως της τεχνολογίας και της ενεργειακής μελέτης, ένα Φ/Β σύστημα μπορεί να καταλάβει έκταση 8-10 m2 (ή αλλιώς 100-125 W / m2).

PV/T solar system

Η μικρή απόδοση των Φ/Β οδήγησε στην ανάπτυξη (ξεκίνησε σε ερευνητικό στάδιο γύρω στις αρχές του ’90) ενός συστήματος που εκμεταλλεύεται και τη παραγόμενη θερμική ενέργεια. Είναι τα λεγόμενα PV/T solar systems (βλέπε SolarWall Photovoltaic Thermal – Ηλεκτρονικό Δελτίο ΠΣΧΜ τεύχος 07-2010) , τα οποία είναι ένας συνδυασμός Φ/Β και επίπεδων ηλιακών συλλεκτών, ανεβάζοντας την απόδοση τους από 10 – 30% σε σχέση με τα απλά Φ/Β συστήματα. Εδώ θα πρέπει να τονιστεί, ότι η παραγόμενη θερμότητα, κατά την πρόσπιψη της ακτινοβολίας πάνω σε ένα Φ/Β μειώνει την απόδοσή του. Έχει παρατηρηθεί ότι για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας του πλαισίου πάνω από την τιμή των 25 oC, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μειώνεται κατά περίπου 0,5% ανά βαθμό Κελσίου. Για παράδειγμα ένα Φ/Β σύστημα που έχει εγκατασταθεί στην Ελλάδα (θερμοκρασία πλαισίου 55-75 oC) ισχύος 10 kWp, δίνει 7.5 kWp, δηλαδή επέρχεται μία μείωση που μπορεί να φτάσει από 15 ως και 25%.


Η Ελλάδα

Στην Ελλάδα της μεγάλης ηλιοφάνειας, δίνεται η ευκαιρία αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας μέσω της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Η μέση ημερήσια ενέργεια που δίνεται από τον ήλιο στην Ελλάδα είναι 4,6 kWh/m². Όπως φαίνεται και στο παρακάτω διάγραμμα της Ηλιακής Ακτινοβολίας Φωτονίων επί οριζοντίου επιπέδου (Global Horizontal irradiation ), υπάρχουν γεωγραφικές περιοχές που αγγίζουν και τις 1800 kWh/m2 ανά χρόνο (βλέπε Κρήτη και Δωδεκάνησα).

Στο μεγαλύτερο τμήμα της Ελλάδας, η ηλιοφάνεια διαρκεί περισσότερες από 2700 ώρες το χρόνο. Στη δυτική Μακεδονία και την Ήπειρο εμφανίζει τις μικρότερες τιμές της, κυμαινόμενη από 2200 ως 2300 ώρες, ενώ στη Ρόδο και τη νότια Κρήτη ξεπερνά τις 3100 ώρες ετησίως.

H τεχνολογία των Φ/Β είναι μία από τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες, που σε συνδυασμό με άλλες τεχνολογίες ΑΠΕ (βλέπε π.χ. κυψέλες Υδρογόνου – Fuel Cells), μπορεί να δώσει απαντήσεις στα περιβαλλοντικά προβλήματα που έχουν ανακύψει τα τελευταία χρόνια. Η καθαρή ενέργεια που παράγουν, το μικρό λειτουργικό τους κόστος, η μεγάλη διάρκεια ζωής τους (20 με 30 χρόνια) και η ιδέα της ανεξαρτητοποίησης από τα κρατικά και ιδιωτικά κέντρα ενέργειας, δίνουν όλο και μεγαλύτερο κίνητρο για την εγκατάστασή τους, είτε ως αυτόνομα συστήματα, είτε ως βοηθητικά με το τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο.


Η Τεχνολογία

Η Φ/Β κυψέλη είναι φτιαγμένη κυρίως από ένα ημιαγώγιμο υλικό που ονομάζεται πυρίτιο(Silicon - Si). Ανάλογα με το είδος της πρόσμιξης που θα χρησιμοποιηθεί, ο ημιαγωγός χαρακτηρίζεται, είτε ως τύπου n (negative-αρνητικού), είτε ως τύπου p (positive - θετικού). Ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του n-τύπου χρησιμοποιείται ο φώσφορος, ενώ ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του p-τύπου χρησιμοποιείται το βόριο. Τα Φ/Β χωρίζονται σε τρεις κύριες κατηγορίες.

Μονοκρυσταλικά (m-Si)

Οι μονοκρυσταλλικές κυψέλες κατασκευάζονται τεμαχίζοντας έναν ενιαίο κρύσταλλο, (πάχος κυψέλης 1/3 έως 1/2 του χιλιοστού), από ένα μεγάλο πλίνθωμα ενιαίου κρυστάλλου που έχει επεξεργαστεί σε θερμοκρασίες περίπου 1400°C, κάτι που είναι μια πολύ ακριβή διαδικασία. Το πυρίτιο πρέπει να είναι πολύ υψηλής καθαρότητας και να έχει τέλεια δομή κρυστάλλου. Αυτού του είδους τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν και την μεγαλύτερη απόδοση, δηλαδή μετατρέπουν μεγαλύτερο ποσοστό της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Η απόδοση τους μπορεί να προσεγγίσει και το 23% (η μέση απόδοση είναι 11-19.3%), δηλαδή αν η ηλιακή ακτινοβολία είναι 700 Wh/m² την ημέρα τότε αυτά θα παράγουν για την συγκεκριμένη μέρα 120 Wh/m² με 160 Wh/m².

Πολυκρυσταλλικά (p-Si)

Οι πολυκρυσταλλικές κυψέλες γίνονται με μια διαδικασία χύτευσης στην οποία το λιωμένο βιομηχανικό πυρίτιο χύνεται σε μια φόρμα όπου και μορφοποιείται. Κατόπιν τεμαχίζεται στις γκοφρέτες. Δεδομένου ότι οι πολυκρυσταλλικές κυψέλες γίνονται από χύτευση είναι σημαντικά φτηνότερη η παραγωγή τους, αλλά όχι τόσο αποδοτικές όσο οι μονοκρυσταλλικές. Αυτή η χαμηλότερη αποδοτικότητα, που κυμαίνεται μεταξύ 11% και 14.8%, οφείλεται στις ατέλειες στη δομή του κρυστάλλου ως αποτέλεσμα της διαδικασίας χύτευσης.

Άμορφου πυριτίου (a-Si) (μικρομορφικά [μ-Si], τα CIS-CIGS, CdTe, κ.λπ)

Το άμορφο πυρίτιο, μια από τις τεχνολογίες λεπτής μεμβράνης (thin film technology), γίνεται με την εναπόθεση του πυριτίου επάνω σε ένα υπόστρωμα γυαλιού από ένα αντιδραστικό αέριο όπως το σιλάνιο (SiH4). Δεν έχει κρυσταλλική δομή, και το πάχος του (2-3 µm) είναι ιδιαίτερα μικρότερο από το κρυσταλλικής μορφής πυρίτιο (200-500 µm). Από κατασκευαστική άποψη είναι το απλούστερο και επομένως το πιο φθηνό, αλλά η απόδοσή του είναι συγκριτικά μικρότερη. Παρόλα αυτά, είναι ικανοποιητική ακόμη και σε συνθήκες έλλειψης ηλιοφάνειας. Τα ηλιακά στοιχεία άμορφου πυριτίου έχουν μια κοκκινωπή-καφέ απόχρωση, σχεδόν μαύρη, και επιφάνεια αποτελούμενη από στενές, μεγάλου μήκους λωρίδες. Η αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών άμορφου πυριτίου κυμαίνεται μεταξύ 4% και 11%, ανάλογα με την τεχνολογία και τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν. Η επιλογή του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιμου χώρου ή ακόμα και της οικονομικής ευχέρειας του χρήστη.

nanowires solar cell

plasmonic structure

Σήμερα, με την βοήθεια της νανοτεχνολογίας, κατασκευάζονται στα εργαστήρια τα λεγόμενα nanowires solar cells. Το υλικό αυτό αποτελείται από χιλιάδες μικρές πυριτικές ίνες με διάμετρο 300 nm αυξάνοντας την επιφάνεια των κυψελίδων κατά 100 φορές, με την επικάλυψη πολλών στρωμάτων πολυμερούς υλικού. Επίσης, η τεχνολογία των plasmonic θα βελτιώσει τις αποδόσεις και το μέγεθος των Φ/Β κυψελίδων, έτσι ώστε στο προσεχές μέλλον να μιλάμε για την εποχή των φωτοβολταϊκών τεραβάτ.


Η Βιομηχανία

Μία βιομηχανία Φ/Β μπορεί να παράγει 400 MW τον χρόνο από πολυπυριτικά πλινθώματα και φέτες μέχρι κυψέλες και ολοκληρωμένα συστήματα έτοιμα για εγκατάσταση και λειτουργία.
Στην βιομηχανία των Φ/Β, μία πλήρη παραγωγική διαδικασία περιλαμβάνει:

• Την διεργασία παραγωγής πλινθωμάτων (ingots) πολυκρυσταλλικού πυριτίου και φετών (wafers).
• Την κατασκευή των Φ/Β κυψελίδων (PV Cells), από τις φέτες πολυκρυσταλλικού πυριτίου της παραπάνω διεργασίας
• Την κατασκευή των Φ/Β πάνελ (PV Modules), από την συνένωση και σύνδεση κατάλληλου αριθμού κυψελών
• Την σύνθεση ενός ολοκληρωμένου Φ/Β συστήματος με όλο τον ηλεκτρονικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό που τα συνοδεύει (μπαταρίες, inverters DC/AC, controllers κλπ)

PV Industry production flow

Πλινθώματα και Στήλες (blocks) Πολυκρυσταλλικού Πυριτίου

polysilicon ingots

Τα πολυκρυσταλλικά πλινθώματα σχηματίζονται με την χύτευση υψηλής καθαρότητας πρώτης ύλης πυριτίου σε καλούπια και την κρυσταλλοποίηση τους σε αυτά. Η επίτευξη υψηλής ποιότητας πολυκρυσταλλικών πλινθωμάτων συνεπάγεται υψηλή ποιότητα τελικού προϊόντος και υψηλός βαθμός απόδοσης των Φ/Β συστημάτων. Οι πολυπυριτικές ενώσεις λιώνουν μέσα σε καμίνους και το λιωμένο προϊόν υποβάλλεται σε κρυσταλλοποίηση μέσα σε καλούπια, όπου βαθμιαία σκληραίνει και παίρνει το σχήμα τους, δημιουργώντας τα πλινθώμτα..
Τα πλινθώματα μπορεί να ζυγίζουν από 270 - 400 kg και να έχουν διαστάσεις 690 mm x 690 mm x 250 mm ή 840 mm x 840 mm x 250 mm. Στην συνέχεια τα πλινθώματα τεμαχίζονται σε στήλες (blocks) με μέγεθος 156 mm x 156 mm x 209 mm. Τα τελευταία χρησιμοποιούνται για την δημιουργία φετών πολυκρυσταλλικού πυριτίου.

Φέτες Πολυκρυσταλλικού Πυριτίου

silicon wafers

wire saws device

Οι στήλες που παράχθηκαν παραπάνω, τεμαχίζονται σε φέτες με πολύ λεπτά συρμάτινα πριόνια (wire saws). Όσο πιο λεπτές είναι οι φέτες τόσο πιο αποδοτικές θα είναι στην συνέχεια οι Φ/Β κυψέλες. Έτσι το κόστος τους ανά watt παραγόμενης ισχύος θα είναι χαμηλότερο, αφού αυξάνεται ο αριθμός των κυψελών σε μικρότερο εμβαδόν.

Η σημερινή βιομηχανία έχει καταφέρει να μειώσει το πάχος των φετών από 220 µm το 2006 σε 180 µm το 2009 με την βοήθεια των συρμάτινων πριονιών που μειώθηκαν από 140 µm σε 120 µm.

Φ/Β Κυψέλες

Οι κυψέλες κατασκευάζονται από τις φέτες του πολυκρυσταλλικού πυριτίου, οι οποίες είναι αυτές που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια, γνωστό ως φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Ο βαθμός απόδοσης των Φ/Β κυψελίδων είναι ο λόγος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγουν προς την ενέργεια του ηλιακού φωτός που προσπίπτει σε αυτές. Ο βαθμός απόδοσης εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από την ποιότητα των φετών, που τις αποτελούν, και αυτές από τις αρχικές πρώτες ύλες (πολυπυριτικά μίγματα) και την διεργασία της χύτευσης σε καλούπια για την παραγωγή πλινθωμάτων (ingots). Οι πυριτικές φέτες καθαρίζονται αρχικά από έλαια και διάφορα σωματίδια με την εφαρμογή υπερήχων. Στην συνέχεια ακολουθεί χημικός καθαρισμός, δημιουργώντας μία καθαρή επιφάνεια η οποία μειώνει την αντανάκλαση και αυξάνει την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας των κυψελίδων. Μέσω της διεργασίας της διάχυσης, εισάγονται στις φέτες αγώγιμα υλικά για να δημιουργηθεί εσωτερικά των κυψελίδων ηλεκτρικό πεδίο. Στη συνέχεια οι φέτες μονώνονται ηλεκτρικά στην επάνω και στην κάτω επιφάνεια, αφαιρώντας ένα λεπτό στρώμα υλικού τους. Η επάνω επιφάνεια των φετών επικαλύπτεται με ένα αντι-ανακλαστικό υλικό που βοηθάει την απορρόφηση του ηλιακού φωτός. Η τελευταία διαδικασία περιλαμβάνει την δημιουργία μεταλλικού πλέγματος (ηλεκτρικές συνδέσεις) στην επάνω και κάτω επιφάνεια των κυψελίδων. Το πυρίτιο και τα μεταλλικό πλέγμα των ηλεκτροδίων “δένουν” με την εισαγωγή των κυψελίδων σε φούρνο υψηλής θερμοκρασίας.

Φ/Β πάνελ

Τα Φ/Β πάνελ κατασκευάζονται από την συναρμολόγηση των Φ/Β κυψελίδων, οι οποίες συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους μέσω ηλεκτρικών επαφών. Το σύνολο των συνδεδεμένων κυψελίδων ενσωματώνεται μέσα σε έναν σκελετό, δημιουργώντας ένα ανθεκτικό και αδιάβροχο Φ/Β πάνελ. Τα πάνελ που δημιουργούνται έχουν ηλεκτρική ισχύς που κυμαίνεται από 150 έως 230 watts.


Ολοκληρωμένο Φ/Β Σύστημα

Ένα Φ/Β σύστημα αποτελείται από ένα ή περισσότερα Φ/Β πάνελ τα οποία συνδέονται ηλεκτρικά με άλλα βοηθητικά στοιχεία, όπως μπαταρίες και ηλεκτρονικά ισχύος (inverters, controllers κ.α.) για την αποθήκευση και την παραγωγή ενέργειας.

Ο Ρόλος του Χημικού Μηχανικού στην Βιομηχανία Φ/Β

Η συνεισφορά του Χημικού Μηχανικού στην παραγωγική διεργασία των Φ/Β είναι σημαντική. Το αντικείμενο του είναι η επίτευξη υψηλής απόδοσης Φ/Β συστημάτων με το μικρότερο κόστος και εξαπλώνεται σε τομείς και δράσεις που αφορούν την παραγωγική διαδικασία, τον έλεγχο και την διασφάλιση της ποιότητας, την περιβαλλοντική ευθύνη και την ασφάλεια των χημικών εγκαταστάσεων. Ο ΧΜ είναι υπεύθυνος για:

• Την μελέτη των ιδιοτήτων των κυττάρων κατά τη διεργασία (Ellipsometer, FTIR, ανακλασίμετρο) και υπέρυθρων καμερών.
• Τον ποιοτικό έλεγχο στο χημικό εργαστήριο με αντικείμενο τιτλοδοτήσεις χημικών μιγμάτων, χρήση ηλεκτρονικών μικροσκοπίων και ζυγών ακριβείας και χρήση ιοντικών χρωματογράφων.
• Έλεγχο της λειτουργίας των μονάδων επεξεργασίας υγρών και αέριων ρύπων.
• Έλεγχο της λειτουργίας της παραγωγής νερού της διεργασίας.
• Την λειτουργία δικτύου διανομής υγρών και αέριων χημικών.
• Την ποιότητα του τελικού προϊόντος.
• Τις χημικές εγκαταστάσεις.

Η καθαρότητα, τόσο των πρώτων υλών, όσο και στα πρώτα στάδια σχηματισμού των πολυπυριτικών μιγμάτων είναι σημαντική γιατί καθορίζει και τον βαθμό μετατροπής των Φ/Β κυψελίδων. Οι σημαντικότερες παράμετρες που πρέπει να ελεχθούν είναι:

• Έλεγχος των εισερχόμενων wafer για αστοχίες, προσμίξεις, μικρορωγμές και διακυμάνσεις στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά.
• Έλεγχος και βελτίωση της διεργασίας καθαρισμού και διάβρωσης της επιφάνειας των wafer που πραγματοποιείται με χρήση διαλυμάτων ισχυρών οξέων και βάσεων.
• Έλεγχος της διακύμανσης λειτουργικών παραμέτρων όπως είναι η θερμοκρασία, το pH κλπ.
• Έλεγχος του ντοπαρίσματος με φωσφόρο και της διαμόρφωσης της διόδου n-p.
• Έλεγχος των μονάδων χημικού καθαρισμού του σχηματιζόμενου στρώματος PSG κατά την διάχυση του φωσφόρου.
• Έλεγχος της διεργασίας εναπόθεσης του αντι-ανακλαστικού στρώματος νιτριδίου του πυριτίου.

Η Εφαρμογή

Φ/Β Συστήματα συνδεδεμένα με το τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο

Τα βασικά μέρη ενός Φ/Β Συστήματος είναι:

• Τα Φωτοβολταϊκά πλαίσια.
• Οι Ηλεκτρονικές διατάξεις διαχείρισης και προστασίας παραγωγής DC.
• Οι ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου θέσης συλλεκτών και καιρικών συνθηκών.
• Μπλοκ Αντιστροφέων (Inverters).
• Όργανα μετρήσεως, καταγραφής και προστασίας παραγωγής και ελέγχου σύνδεσης με το δίκτυο.
• Σύστημα παρακολούθησης και καταγραφής παραμέτρων Φωτοβολταϊκού πεδίου.

Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από τους Φ/Β συλλέκτες στο Φωτοβολταϊκό πεδίο είναι συνεχές (DC). Αυτό ελέγχεται και συγκεντρώνεται με τις κατάλληλες συσκευές στο Πεδίο ελέγχου και παροχής DC. Για να τροφοδοτηθεί στο δίκτυο πρέπει να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο (AC). Αυτό γίνεται εφικτό με το Μπλοκ των Αντιστροφέων (Inverters).

Τα συστήματα αυτά έχουν επενδυτικό χαρακτήρα, που με την κατάλληλη μελέτη και των υπολογισμό κρίσιμων παραμέτρων μπορούν να αποσβέσουν το έργο μέσα σε 7 χρόνια και να τριπλασιάσουν το πραγματικό κεφάλαιο μέσα στα 20 χρόνια που διαρκεί η σύμβαση με την ΔΕΗ. Οι τεχνικές παράμετρες είναι:

• Η περιοχή της εγκατάστασης του έργου
• Η κλιματολογική ζώνη της περιοχής
• Ο βαθμός ρύπανσης της γύρω ατμόσφαιρας
• Ο βαθμός απορρόφησης της παραγόμενης ενέργειας από το δίκτυο

Αυτόνομα Φ/Β Συστήματα

Τα αυτόνομα Φωτοβολταϊκά συστήματα είναι εκείνα που έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να μπορούν να αποθηκεύουν το πλεόνασμα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας και να το αποδίδουν στον καταναλωτή την ώρα που το χρειάζεται. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται Υβριδικά και μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό από συνδυασμό πηγών ΑΠΕ όπως Φωτοβολταϊκά, Ανεμογεννήτριες, κλπ.

Τα συστήματα αυτά όταν εξυπηρετούν έναν οικιακό καταναλωτή παράγουν συνολική ισχύ έως 10 KWp για την κάλυψη των ημερήσιων αναγκών.

Τα βασικά μέρη ενός Αυτόνομου Φ/Β Συστήματος είναι :

• Οι Φωτοβολταϊκοί συλλέκτες,
• Οι Αντιστροφείς
• Οι Μετατροπείς τάσης DC/DC ( σε ειδικές περιπτώσεις)
• Οι Ελεγκτές φόρτισης μπαταριών,
• Οι μπαταρίες βαθιάς εκφόρτισης (Τράπεζα μπαταριών).

Οι μπαταρίες είναι απαραίτητες σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα για να αποθηκεύει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στα Φ/Β πλαίσια και να την αποδίδει στον καταναλωτή, κατά τα χρονικά διαστήματα που δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία ή απαιτείτε μεγαλύτερο φορτίο. Οι μπαταρίες κατά την λειτουργία τους παράγουν κατά κανόνα Υδρογόνο και για αυτό απαιτείται ξεχωριστός καλά εξαεριζόμενος χώρος. Σε κάθε περίπτωση απαιτείτε ενεργειακή μελέτη που να καλύπτει τα φορτία κατανάλωσης και τον σχεδιασμό του σταθμού.

Νομικό Πλαίσιο Εγκατάστασης
Στην Ελλάδα, η νέα νομοθεσία για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Ν.3468/2006) έδωσε γενναία κίνητρα στην ηλεκτροπαραγωγή από φωτοβολταϊκά συστήματα, παρέχοντας υψηλές τιμές πώλησης της παραγόμενης ηλιακής κιλοβατώρας και μάλιστα εγγυημένες για μία 20ετία.
Σύμφωνα με τον Ν.3468/06 καθορίζονται οι διαδικασίες για την έναρξη δραστηριότητας πώλησης Ηλεκτρικής Ενέργειας προς τη ΔΕΗ και εξαρτώνται από τα επίπεδα της εγκατεστημένης ισχύος των ΑΠΕ. Διακρίνονται βασικά τρεις βασικές κατηγορίες σταθμών ανάλογα με την εγκατεστημένη ισχύ και τις απαιτούμενες άδειες:

Φωτοβολταϊκές Εγκαταστάσεις έως 20kWp

• Δεν απαιτούν καμία αδειοδότηση, εκτός εάν συνδέονται σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά οπότε απαιτείται έγκριση από την Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) για μη κορεσμό του δικτύου. 

Φωτοβολταϊκές Εγκαταστάσεις από 20kWp έως 150kWp

• Δεν απαιτούν άδεια παραγωγής, εγκατάστασης ή λειτουργίας.
• Απαιτείται Εξαίρεση από την άδεια παραγωγής, η οποία εκδίδεται από την ΡΑΕ. 
• Έκδοση Περιβαλλοντικής Άδειας από την οικεία διεύθυνσης περιβάλλοντος.

Φωτοβολταϊκές Εγκαταστάσεις μεγαλύτερες από 150kWp

• Απαιτείται Πλήρης Αδειοδότηση (άδεια Παραγωγής, Εγκατάστασης και Λειτουργίας)
• Απαιτείται Εξαίρεση από την άδεια παραγωγής, η οποία εκδίδεται από την ΡΑΕ.
• Έκδοση Περιβαλλοντικής Άδειας από την οικεία διεύθυνσης περιβάλλοντος (ΔΙΠΕ).

Και στις τρεις παραπάνω περιπτώσεις απαιτείται :

• Η Σύμβαση Σύνδεσης με τη ΔΕΗ (στην οποία ζητείται και έγγραφο καταλληλότητας από την πολεοδομία).
• Η Σύμβαση Αγοραπωλησίας Ηλεκτρικής Ενέργειας με ΔΕΣΜΗΕ (Διαχειριστής Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας) ή ΔΕΗ.

Επιδότηση μέσω Αναπτυξιακού Νόμου
Έχουν δικαίωμα επιδοτήσεως ύψους 40% όλα τα Επενδυτικά σχέδια που υποβάλλονται από μικρομεσαίες εμπορικές εταιρίες για Φωτοβολταϊκά Έργα Παραγωγής Ηλεκτρισμού με προϋπολογισμό μεγαλύτερο από 100.000€. Η έγκριση της επιδότησης γίνεται με προκαθορισμένη βαθμολόγηση από το υπουργείο Οικονομικών με βάση τα κριτήρια αξιολόγησης και τα δικαιολογητικά που συνυποβάλλονται μαζί με την τεχνοοικονομική μελέτη του έργου.
Προϋποθέσεις για υπαγωγή επενδυτικού σχεδίου στον Αναπτυξιακό:

• Άδεια Παραγωγής ή Εξαίρεσης από την ΡΑΕ
• Έγκριση Περιβαλλοντικών Όρων όπου απαιτείται
• Προσφορά σύνδεσης του φωτοβολταϊκού σταθμού με το Δίκτυο
• Πιστοποιητικό ISO κατασκευαστή
• Άδεια Εγκατάστασης για Φ/Β Σταθμούς ισχύος >150kWp.

Η Βασική Ερμηνεία του Επενδυτικού Αναπτυξιακού Νόμου Ν.3299/04 (ΦΕΚ261Α/23-12-2004) και τροποποιήσεών του βάση του νόμου Ν.3522/06 (ΦΕΚ276Α/22-12-2006) με τίτλο "ΚΙΝΗΤΡΑ ΙΔΙΩΤΙΚΩΝ ΕΠΕΝΔΥΣΕΩΝ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ ΣΥΓΚΛΙΣΗ" συνοψίζονται στα ακόλουθα:
Οι επιδοτήσεις Αφορούν Εμπορικές εταιρείες ή συνεταιρισμούς που έχουν βιβλία Β και Γ κατηγορίας. Ελάχιστο όριο επένδυσης για χορήγηση επιδότησης (Ν.3299 και Ν.3522 άρθ. 5 §1α):

• Για πολύ μικρές επιχειρήσεις ορίζονται τα 100.000 €
• Για μικρές επιχειρήσεις ορίζονται τα 150.000 €
• Για μεσαίες επιχειρήσεις ορίζονται τα 250.000 €
• Για μεγάλες επιχειρήσεις ορίζονται τα 500.000 €

Καταβολή των ενισχύσεων (Ν.3299 και Ν.3522 άρθ.5 §5)
Καταβάλλεται το 50% του ποσού της επιχορήγησης μετά την υλοποίηση του 50% της επένδυσης και το υπόλοιπο 50% του ποσού της επιδότησης καταβάλλεται με την ολοκλήρωση του έργου και με την σύνδεση της εγκατάστασης με τη ΔΕΗ.
Παρέχεται η δυνατότητα εφάπαξ προκαταβολής που δεν υπερβαίνει το 50% της επιχορήγησης με την προσκόμιση ισόποσης εγγυητικής επιστολής προσαυξημένης κατά 10% από τράπεζα που είναι εγκατεστηµένη και λειτουργεί νόµιµα στην Ελλάδα. Η ανωτέρω προκαταβολή αποτελεί μέρος της συνολικά καταβαλλόμενης επιχορήγησης. (Ν.3299 και Ν.3522 άρθ. 8§1 α iii)
Παρέχεται η δυνατότητα εκχώρησης της Επιδότησης σε Τραπεζικό Οργανισμό και η Είσπραξή της ως δάνειο από την Τράπεζα.

Συμβάσεις Πώλησης με ΔΕΗ - ΔΕΣΜΗΕ
Ο Επενδυτής υπογράφει 2 συμβάσεις με τις Αρχές διάρκειας συνολικά 20 ετών (10 +10 ετών)
Η πρώτη είναι η σύμβαση πώλησης με την ΔΕΣΜΗΕ και η δεύτερη είναι η σύμβαση σύνδεσης με την ΔΕΗ για την σύνδεση της εγκατάστασης με το δίκτυο της χώρας.
Η ανανέωση των συμβάσεων γίνεται 3 μήνες πριν τη λήξη της πρώτης δεκαετίας με δήλωση που κάνει ΜΟΝΟ ο ιδιοκτήτης του έργου. Η ΔΕΗ ή ΔΕΣΜΗΕ είναι υποχρεωμένες να αποδεχθούν την ανανέωση βάση του νόμου Ν.3468/2006 άρθ.12 §2.
Για υβριδικούς σταθμούς η σύμβαση πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας με την ΔΕΗ ορίζεται για δύο εικοσαετίες (40 έτη).
Υβριδικοί Σταθμοί είναι οι σταθμοί που αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιούν τουλάχιστον μια ΑΠΕ για την παραγωγή αυτής.

Η Τιμολόγηση
Η παραγόμενη ηλιακή ενέργεια αφού καταμετρηθεί, διοχετεύεται στο δίκτυο έναντι τιμής που καθορίζεται από το Ν.3468/06. Σύμφωνα με το νέο νόμο για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ο οποίος ψηφίστηκε στις 6-6-2006), η παρεχόμενη τιμή πώλησης της ηλιακής κιλοβατώρας ανέρχεται σε 0,40-0,50 €/kWh με εγγύηση μιας εικοσαετίας.
Η τιμή αυτή αναπροσαρμόζεται με βάση το μέσο ποσοστό αναπροσαρμογής των τιμολογίων της ΔΕΗ Α.Ε. που εγκρίνεται κάθε φορά από τον Υπουργό Ανάπτυξης. Αν δεν υπάρξει μεταβολή των τιμολογίων της ΔΕΗ, οι ανωτέρω τιμές αναπροσαρμόζονται ετησίως κατά ποσοστό ίσο προς το 80% του δείκτη τιμών καταναλωτή, όπως ανακοινώνεται από την Τράπεζα της Ελλάδος.
Πιο συγκεκριμένα, η Τιμή Πώλησης της Παραγόμενης Ηλιακής Ενέργειας έχει αναπροσαρμοστεί ως εξής :

Ισχύς Φ/Β Συστήματος	Ηπειρωτικό Δίκτυο	Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά
≤100	0,45282 €/kWh	0,50282 €/kWh
>100	0,40282 €/kWh	0,45282 €/kWh

Οι παραπάνω τιμές ισχύουν και για Αυτοπαραγωγούς Η.Ε. έως 35.000 KW, δηλαδή παραγωγούς που παράγουν ενέργεια από Φ/Β κυρίως για δική τους χρήση και διοχετεύουν το πλεόνασμα αυτής στο Δίκτυο. Οι τιμές ισχύουν για πλεόνασμα έως 20% (7.000 KW) της συνολικά παραγόμενης από αυτούς Η.Ε.

Πως τιμολογεί και καταβάλει η ΔΕΗ το τίμημα παραγόμενης Ηλ. Ενέργειας;

Η τιμολόγηση γίνεται από τον επενδυτή με τιμολόγιο που κόβει προς την ΔΕΗ κάθε 4 μήνες. Ο επενδυτής παίρνει ΑΦΜ για το σκοπό αυτό και τιμολογεί την ΔΕΗ - ΔΕΣΜΗΕ με βάση :

Την τιμή σε ευρώ ανά Μεγαβατώρα (MWh) που αναλογεί στην Ονομαστική ισχύ της εγκατάστασης

Το ποσό της Ηλεκτρικής Ενέργειας του μετρητή της ΔΕΗ που δείχνει το ποσό της ενέργειας που απορροφήθηκε από το Σύστημα ή το Δίκτυο.

Πηγές

• Φωτοβολταϊκά - Ένας Πρακτικός Οδηγός (Σύνδεσμος Εταιρειών Φωτοβολταϊκών)
• Ηλεκτρονικό Δελτίο ΠΣΧΜ τεύχος 07-2010
• Ιστοσελίδα της Εταιρείας XLOGIC
• Παρουσίαση Α. Φατσικώστα - Βιομηχανία Παραγωγής Εξοπλισμού ΑΠΕ (Ο Ρόλος του ΧΜ)