Αυτόνομα Φωτοβολταϊκά Συστήματα και Net Billing με συσσωρευτές: το μέλλον των κτιριακών φωτοβολταϊκών

Μετά από μία δεκαετία ξέφρενων επενδύσεων στον τομέα των φωτοβολταϊκών συστημάτων αρχίζουν να διαφαίνονται παγκοσμίως οι προκλήσεις που θα αντιμετωπίσει ο τομέας στο μέλλον και δεν είναι άλλες από την πλεονάζουσα ενέργεια τις μεσημεριανές ώρες, σε αντίθεση με τις βραδινές ώρες που η έλλειψη παραγωγής είναι περισσότερο από εμφανής, αυξάνοντας το κόστος της κιλοβατώρας αλλά ενίοτε προκαλώντας και μπλακάουτ όπως στην Ισπανία πρόσφατα.

Το πρόβλημα…

Σε μία σύντομη ιστορική αναδρομή, περίπου στο 2010 άρχισαν τα πρώτα υποστηριζόμενα από το κράτος προγράμματα για φωτοβολταϊκά συστήματα («φωτοβολταϊκά στη στέγη»). Η τεχνολογία ήταν πανάκριβη και άγνωστη στον πολύ κόσμο. Συνεπώς, για την υιοθέτηση της τεχνολογίας, το κράτος έδωσε κίνητρα, αγοράζοντας το ρεύμα από φωτοβολταϊκά σε πολύ υψηλές τιμές (όταν το κόστος κιλοβατώρας ήταν κάτω από 10 λεπτά η αποζημίωση-ταρίφα ανέρχονταν στα 55 λεπτά για κατοικίες). Η έντονη ζήτηση δεν άργησε να φέρει μειώσεις στην ταρίφα αποζημίωσης (και «κούρεμα») στα 25cents, στα 12.5cents μέχρι και τα 6 λεπτά/kwh 10 χρόνια μετά…

Τα φωτοβολταϊκά σε κατοικίες όμως ήταν πολύ λίγα. Ακόμη και σήμερα συνισφέρουν λιγότερο από 5% στην παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ στην Ελλάδα (όταν η Ολλανδία ξεπερνά το 90%). Είναι γνωστό σε όλους ότι η ζημιά έγινε με την ανεξέλεγκτη εγκατάσταση φωτοβολταϊκών πάρκων σε κάθε ραχούλα της ελληνικής επικράτειας. Ταρίφες μεγάλες, εύκολη αδειοδότηση και δανειοδότηση, κινέζικος πάμφτηνος εξοπλισμός, εγγυημένη συνταγή αποτυχίας… Πολλοί αγρότες μετέτρεψαν τα χωράφια που τους ζούσαν εδώ και γενιές σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Συνταξιούχοι επένδυσαν τα εφάπαξ τους, νέοι αποφάσισαν να μετατρέψουν σε χώρο εργασίας τους το isobox στο πάρκο τους παίζοντας όλη μέρα εκεί playstation περιμένοντας τον ήλιο να τους εξασφαλίσει τα προς το ζην…

Ερχόμαστε στο 2025 όπου ο Διαχειριστής Δικτύου αγκομαχά καθημερινά για να κάνει τις περικοπές εκείνες ενέργειας, ώστε να μην καταρρεύσει το σύστημα όπως πρόσφατα έγινε στην Ισπανία. Και γιατί θα καταρρεύσει το σύστημα; Γιατί με απλά λόγια όταν περισσεύει ενέργεια και δεν έχει που να διοχετευθεί δημιουργεί πρόβλημα. Οι κινητήρες παραγωγής ρεύματος πριν 20 χρόνια λειτουργούσαν ανάλογα με την ζήτηση ενέργειας, τώρα η παραγωγή δεν έχει καμία σχέση με τη ζήτηση. Ειδικά τα φωτοβολταϊκά, παράγουν ενέργεια μεσημεριανές ώρες κυρίως. Αν δεν υπάρχει ζήτηση (όπως γίνεται την άνοιξη που δεν λειτουργούν τα κλιματιστικά) η ενέργεια αυτή δεν έχει πού να διοχετευθεί…

Η Λύση…

Αφού αναλύσαμε περιληπτικά το πρόβλημα, ας δούμε και τις λύσεις:

1. Περικοπές ενέργειας

Αυτό που γίνεται σήμερα δηλαδή. Ο διαχειριστής ενέργειας περικόπτει την παραγωγή με τη βοήθεια τηλεμετρίας (απομακρυσμένα δηλαδή) πετώντας ενέργεια, εξοργίζοντας τους χιλιάδες μικροεπενδυτές που για μία ακόμη φορά παρασύρθηκαν από το γρήγορο και εύκολο κέρδος όπως το Χρηματιστήριο το ‘99…

2. Διασύνδεση με άλλες χώρες

Αφού μας περισσεύει ενέργεια γιατί να μην την δώσουμε σε γείτονες που έχουν ανάγκη. Φυσικά είναι πανάκριβη λύση και απαιτεί διακρατικές συμφωνίες και… πολλά χιλιόμετρα καλωδίων. Ας μην αμελούμε όμως στο σημείο αυτό το γεγονός ότι με τον ίδιο ξέφρενο ρυθμό εγκατέστησαν τα τελευταία χρόνια φωτοβολταϊκά και οι γείτονές μας έχοντας το ίδιο πρόβλημα με εμάς. 

3. Αύξηση της ζήτησης

Δύσκολη λύση αλλά με προοπτική ανάπτυξης και πολλά οφέλη, η προσέλκυση επενδύσεων, η εκβιομηχανοποίηση ώστε να αυξηθεί η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Μετάβαση προς την ηλεκτροκίνηση, ανάπτυξη ενεργοβόρων data centers και εξοπλισμού για τεχνητή νοημοσύνη…

4. Προσθήκη συσσωρευτών

Μία άλλη κοστοβόρα λύση, η οποία επιχειρείται ήδη, είναι η προσθήκη συσσωρευτών στο Δίκτυο, ώστε η πλεονάζουσα ενέργεια μέσα στην ημέρα να αποθηκεύεται και να λαμβάνεται πίσω το βράδυ. Η πτώση των τιμών των μπαταριών λιθίου βοηθάει προς την κατεύθυνση αυτή, καθώς και προγράμματα του κράτους, μένει να δείξουν το ανάλογο ενδιαφέρον και οι επενδυτές…

5. Τα νέα συστήματα φωτοβολταϊκών να έχουν μπαταρίες

Το λάθος δεν πρέπει να συνεχιστεί. Τα νέα φωτοβολταϊκά που θα εγκατασταθούν (γιατί θα συνεχίσουν να εγκαθίστανται, ο κόσμος τα έμαθε, τα λειτούργησε, και είδε ότι μπορεί να απολαμβάνει αυτονομία και οικονομία από τον Ήλιο), θα πρέπει να είναι κατανεμημένα, κοντά στον χώρο κατανάλωσης (σε οικίες και επιχειρήσεις και όχι σε βουνά και λαγκάδια) και να διαθέτουν μπαταρίες τουλάχιστον για 1 βραδιά (και όχι για 1 ώρα). Είτε είναι συστήματα net billing είτε αυτόνομα θα πρέπει να διαθέτουν μπαταρίες για να μην επιβαρύνουν περαιτέρω το Δίκτυο.

Οικιακά Φωτοβολταϊκά με μπαταρίες

Η πλειοψηφία της κατανάλωσης στην Ελλάδα γίνεται σε κατοικίες (κακώς γιατί η βιομηχανία είναι ανύπαρκτη, αλλά αυτή είναι η αλήθεια…). Η πλειοψηφία της κατανάλωσης γίνεται στα αστικά κέντρα (καλώς αλλά δεν συνιστούν θέμα του άρθρου οι επιπτώσεις της αστυφιλίας). 

Όπως αναφέραμε τα οικιακά φωτοβολταϊκά αποτελούν το 5% της παραγωγής ενέργειας στην Ελλάδα. Είναι ξεκάθαρο ότι το νούμερο αυτό πρέπει να αυξηθεί και θα αυξηθεί. Η ζήτηση από ιδιοκτήτες κατοικιών είναι διαρκώς αυξανόμενη. Αυτή τη φορά όμως πρέπει να γίνει με σωστό τρόπο: με μπαταρίες για αποθήκευση της πλεονάζουσας ενέργειας κατά τις μεσημεριανές ώρες. Με την χρήση συσσωρευτών μπορούμε να απολαμβάνουμε το ρεύμα των μπαταριών την νύχτα ή όταν δεν υπάρχει ηλιοφάνεια (συννεφιά, βροχή).

Ως αντιστοιχία ας δούμε την υπολογιστική ισχύ που χρειάζεται η τεχνητή νοημοσύνη για να εξυπηρετήσει την ανθρωπότητα. Όταν βρεθήκαμε σε αδιέξοδο, κάποιος σκέφτηκε: και γιατί να μην χρησιμοποιήσουμε όλους τους υπολογιστές, κάθε ατόμου σε ένα κατανεμημένο δίκτυο τεράστιας υπολογιστικής ισχύος; Το ίδιο μπορεί να γίνει και με την πλεονάζουσα ενέργεια. Από το να ψάχνουμε επενδυτές που θα φτιάξουν πάρκα συσσωρευτών στα χωράφια και στα βουνά γιατί να μην έχουμε μικρές μονάδες αποθήκευσης κατανεμημένες στο σημείο που γίνεται η κατανάλωση: στα σπίτια!

Το κόστος των μπαταριών έχει ήδη πέσει πολύ και η αγορά είναι ώριμη να εγκαταστήσει χιλιάδες έργα αποθήκευσης σε σπίτια. Οι επιλογές για οικιακά φωτοβολταϊκά με αποθήκευση είναι δύο: είτε με φωτοβολταϊκά Net billing με μπαταρίες είτε με αυτόνομα φωτοβολταϊκά.

Φωτοβολταϊκά Net Billing

Για μία δεκαετία σχεδόν κυριάρχησε το σύστημα net metering στα κτιριακά φωτοβολταϊκά (οικίες και επιχειρήσεις). Το net metering ήταν ένα σύστημα ενεργειακού συμψηφισμού (όχι λογιστικού όπως ήταν το σύστημα με τις ταρίφες νωρίτερα που πλήρωνε – επιδοτούσε την έγχυση ενέργειας στο Δίκτυο), κατά το οποίο ο Πάροχος λάμβανε την πλεονάζουσα ενέργεια από το φωτοβολταϊκό και την επέστρεφε όποτε η κατοικία ή η επιχείρηση το είχε ανάγκη.

Το σχήμα του net metering όμως έκρυβε μία τεράστια παγίδα για τους Παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας. Έπρεπε να λαμβάνουν ενέργεια όταν δεν την είχαν ανάγκη (γιατί διαθέτουν τεράστια πάρκα φωτοβολταϊκών και οι ίδιοι), μεσημέρια και μέρες με καλοκαιρία, και να την επιστρέφουν (χωρίς επιπλέον χρέωση) τις νυχτερινές ώρες ή τον χειμώνα όταν δεν υπήρχε καθόλου ηλιοφάνεια (και το κόστος ενέργειας ήταν τεράστιο).

Η μετάβαση στο Χρηματιστήριο Ενέργειας και στην χρέωση της ενέργειας ανάλογα με την ώρα τίναξε το σύστημα στο αέρα, καθώς το κόστος ενέργειας τον χειμώνα ή τα βράδια ήταν τριπλάσιο από τις μεσημεριανές ώρες ή/και τα καλοκαίρια. Και έτσι προέκυψε το net billing.

Ένα φωτοβολταϊκό net billing είναι ένα σύστημα αυτοπαραγωγής ενέργειας με ταυτογχρονισμένο συμψηφισμό. Αναλυτικότερα, όσο καταναλώνεται ενέργεια κατά την διάρκεια της παραγωγής, αυτή εισέρχεται στο κτίριο απευθείας από το φωτοβολταϊκό και δεν χρεώνεται. Όταν όμως περισσεύει αποζημιώνεται από τον πάροχο βάσει της ωριαίας τιμής Χρηματιστηρίου Ενέργειας.

Με ένα απλό (χωρίς μπαταρία) σύστημα net billing μπορεί να επωφεληθεί μία κατοικία που η κατανάλωση γίνεται μεσημέρια και καλοκαίρια (είτε γιατί κατοικούν συνταξιούχοι και όλες οι ενεργοβόρες συσκευές χρησιμοποιούνται την ώρα της ηλιοφάνειας – είτε γιατί υπάρχει πισίνα ή μεγάλες ανάγκες κλιματισμού το καλοκαίρι) ή μία επιχείρηση εποχιακή (πχ ένα ξενοδοχείο). Δεν μπορεί να ωφεληθεί όμως η μέση ελληνική οικογένεια, στην οποία όλοι λείπουν από το σπίτι μέχρι αργά το απόγευμα (εργασία, σχολεία, φροντιστήρια) και η κατανάλωση εκτοξεύεται τις ώρες 19:00-22:00.

Στην περίπτωση αυτή είναι μονόδρομος η προσθήκη μπαταριών σε ένα σχήμα net billing με αποθήκευση κατά το οποίο η πλεονάζουσα ενέργεια αποθηκεύεται στις μπαταρίες και λαμβάνεται πίσω μόλις ο ήλιος δύσει. Τα συστήματα net billing με μπαταρίες αποτελούν το μέλλον στα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά για κτίρια και θα βοηθήσουν σημαντικά τον προϋπολογισμό κατοικιών και επιχειρήσεων καθώς και τις δυσκολίες του Δικτύου για την απορρόφηση της πλεονάζουσας ενέργειας από ΑΠΕ.

Παράδειγμα φωτοβολταϊκού net billing με μπαταρίες σε κατοικία

Ένα μέσο ελληνικό νοικοκυριά καταναλώνει 15kwh την ημέρα εκ των οποίων οι 10kwh καταναλώνονται νύχτα. Ένα φωτοβολταϊκό 4kwp το οποίο παράγει 6000kwh ετησίως με μία μπαταρία λιθίου 10kwh κοστίζει 13-14.000€ και μπορεί να εκμηδενίσει το κόστος ρεύματος. Αν λάβουμε υπόψην μας και την φοροέκπτωση που προσφέρει το κράτος για ένα τέτοιο σύστημα η οποία αγγίζει τις 4.000€ τότε η απόσβεση του συστήματος γίνεται σε λιγότερο από 8 έτη.

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα

Η δεύτερη επιλογή για οικονομία αλλά και ανεξαρτησία σε αυτή την περίπτωση είναι τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκό μπορεί να λειτουργήσει και χωρίς διασύνδεση με το Δίκτυο, καθώς διαθέτει αντιστροφέα με μετασχηματιστή και μπαταρίες ικανές να τροφοδοτήσουν αδιάλλειπτα το ηλεκτρικό φορτίο υπό οποιεσδήποτε συνθήκες.

Αρχικά τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιηθήκαν σε σκάφη, σε αυτοκινούμενα οχήματα και σε κατοικίες απομακρυσμένες από το Δημόσιο Δίκτυο. Έλυσαν αξιόπιστα το πρόβλημα της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας παντού και πάντα!

Τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί η ζήτηση για αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα και σε περιοχές ύπαρξης Δικτύου, είτε για λόγους ασφάλειας σαν μεγάλα συστήματα ups, τα οποία μπορούν να τροφοδοτήσουν κρίσιμα φορτία σε περιόδους κρίσεων (πολιτική και κοινωνική αστάθεια, πόλεμοι), είτε για λόγους οικονομίας τροφοδοτώντας οικονομικά με τη βοήθεια του ήλιου ηλεκτρικά φορτία (πισίνες, φορτιστές αυτοκινήτων κλπ.) ακόμη και ολόκληρα σπίτια ή επιχειρήσεις (καντίνες, ενοικιαζόμενα, Airbnb κα.).

Κατά την έναρξη του ρωσο-ουκρανικού πολέμου η ανάγκη ήταν κυρίως για ασφαλή και αδιάλλειπτη ηλεκτρική τροφοδότηση των κρίσιμων φορτίων μίας κατοικίας (συσκευές οξυγόνου ηλικιωμένων, γεωτρήσεις, πιεστικά, ψυγεία, καταψύκτες, κάμερες, σύστημα συναγερμού, γκαραζόπορτες κα.), στην συνέχεια, με το κόστος κιλοβατώρας σταθερά πάνω από 20-30cents η ζήτηση επικεντρώθηκε σε ενεργοβόρες συσκευές (κλιματιστικά, πισίνες, φορτιστές αυτοκινήτων κα.).

Παράδειγμα αυτόνομου φωτοβολταϊκού

Ένα μέσο σπίτι με ανάγκες 12-15kwh μπορεί να αυτονομηθεί με 15 φωτοβολταϊκά πλαίσια των 450watts, 8-10kva inverter και 20kwh μπαταρία λιθίου με λιγότερο από 15.000€, αρκεί να μην θερμαίνεται τον χειμώνα με ηλεκτρικό ρεύμα (αντλία θερμότητας, κλιματιστικό, σώματα λαδιού-αλογόνου). Αξίζει να αναφερθεί ότι το αντίστοιχο κόστος 10 χρόνια πρίν ήταν πάνω από 30.000€ και με μπαταρίες μολύβδου 2.000 κύκλων και όχι 6.000 κύκλων που προσφέρουν οι σύγχρονες μπαταρίες λιθίου.

Συμπέρασμα

Η πρόοδος της τεχνολογίας και η μείωση του κόστους έρχονται να λύσουν το ενεργειακό πρόβλημα των κτιρίων. Είτε με net billing με αποθήκευση, είτε με αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα κατοικίες και επιχειρήσεις μπορούν να απολαμβάνουν τα οφέλη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας χωρίς να επιβαρύνουν το Δημόσιο Δίκτυο με πλεονάζουσα ενέργεια. Στην Ελλάδα της απεριόριστης ηλιοφάνειας θα πρέπει να συνεχιστεί η απεξάρτησή μας από τις Συμβατικές και η εκμετάλλευση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.

Ο κ. Μιχαήλ Νικ. Πέτσιος είναι Διδάκτωρ ΕΜΠ, Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός, Γενικός Δ/ντής και ιδρυτής της MP-Energy