Οι κρίσιμες αποφάσεις για ελαχιστοποίηση του κόστους και ενίσχυση της απόδοσης στα φωτοβολταϊκά

Απαντήσεις σε σημαντικά ερωτήματα που επηρεάζουν το κόστος ενός φωτοβολταϊκού πάρκου έδωσε πρόσφατα στο συνέδριο Renewable & Storage Forum ο Κωνσταντίνος Καστάνης, Διευθύνων Σύμβουλος της ELVAN.

Όπως γνωρίζουμε, η τεχνολογία των φωτοβολταικών συνεχώς εξελίσσεται, χάρις στην πολύ εντατική έρευνα και εξέλιξη που διεξάγεται παγκοσμίως. Ταυτόχρονα όμως στην Ελλαδα, με την εφαρμογή του Target model και τη συνεπακόλουθη μείωση της χονδρεμπορικής τιμής του ρεύματος και την αύξηση του ανταγωνισμου, καθίσταται απαραίτητη σε κάθε φωτοβολταικό έργο η ελαχιστοποίηση του ανηγμένου κόστους ηλεκτρικής ενέργειας, αυτο που ονομάζουμε LCOE =  levelized cost of energy). 

Το LCOE είναι το μέσο καθαρό κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που θα παραγει το εργο σε όλη τη διάρκεια της ζωής του, ανηγμένο σε παρούσα αξία. Σε απλα λογια, πρεπει να ελαχιστοποιηθεί το κοστος της ενεργειας που παράγεται επι 20 χρονια, ωστε η επενδυση να ειναι οχι απλως βιωσιμη, αλλα ανταγωνιστικη και οσο το δυνατον πιο προσοδοφορα.

Σύμφωνα με τον κ. Καστάνη, για να επιτευχθει αυτο δεν αρκεί πλεον η αγορά μερικών τυχαίων υλικων και η εγκατασταση τους. Πρεπει να γινει σωστος σχεδιασμος του εργου πριν την εκτελεση του και να ληφθουν στο σταδιο αυτο κρισιμες αποφασεις, τις οποιες παλιά τις θεωρούσαμε δεδομένες. Αυτές οι αποφασεις ειναι:

-- panel συμβατικά η bifacial;

-- σταθερες βασεις η trackers;

-- αν επιλεγουν σταθερες βασεις: απλές βάσεις η ειδικές για bifacial panels;

-- αν επιλεγούν Bifacial panels και οι ανάλογες βάσεις: να κάνουμε βελτίωση εδαφους η οχι;

Παρ’ όλο που υπάρχουν αρκετές τεχνολογικές καινοτομίες διαθέσιμες, τα bifacial panels φαίνεται να κερδίζουν συνεχώς έδαφος στην αγορά και είναι βέβαιο ότι το μερίδιο αγοράς τους μπορεί να ανέλθει σε 60% την επόμενη δεκαετία. Σε αυτό βοηθάνε 2 παράγοντες: 1ον/ το ότι η διαφορά κόστους σε σχέση με τα συμβατικά panels είναι πλέον μηδαμινή  2ον / η αποδοχή απο τους επενδυτές είναι πια μεγάλη – δεν «φοβούνται» πλεον αυτη τη τεχνολογία και 3ον/ οι εγκαταστάσεις με bifacial panels είναι πλέον «χρηματοδοτήσιμες» (bankable).

Με δεδομένο ότι η τεχνολογία των bifacial panels θα κυριαρχήσει στην αγορά, είναι πολύ σημαντικό να γίνει κατανοητό πώς σχεδιάζεται ένα έργο με bifacial panels έτσι ώστε να μεγιστοποιηθεί η απόδοσή του και ποιες είναι οι αποδόσεις που αναμένονται. 

Με δεδομένο ότι τα bifacial panels παράγουν ενέργεια και από τις δυο πλευρές, είναι πρωταρχικής σημασίας και οι δυο πλευρές του panel να δέχονται τη μέγιστη ποσότητα φωτός. Είναι έτσι απαραίτητο να γίνουν κατανοητοί όλοι οι παράγοντες που επηρεάζουν την ποσότητα φωτός που φτάνει στις δυο πλευρές των panels.

Οι παράγοντες αυτοί είναι:

«Αντανακλασιμότητα» εδάφους                            (albedo)

Συντελεστής κάλυψης εδάφους                            (Ground Coverage Ratio – GCR)

Εμπρός ελεύθερο ύψος της βάσης                         (Clearance)

Ειδική σχεδίαση της βάσης

Όσον αφορά τον καθένα απο αυτούς τους παράγοντες χωριστά:

1.«Αντανακλασιμότητα» εδάφους (albedo)

Ένα panel παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν το φως πρoσπίπτει πάνω σε αυτό. Ενώ η εμπρός πλευρά του panel έχει επαρκή άμεση έκθεση στο ηλιακό φως, η πίσω πλευρά απορροφά το φως που αντανακλάται απο το έδαφος. Έτσι είναι πολύ σημαντικό το έδαφος πάνω στο οποίο θα εγκατασταθεί το φωτοβολταικό πάρκο να έχει τη μέγιστη αντανάκλαση φωτός. Ο λόγος του φωτός που προσπίπτει στο έδαφος προς το φως που αντανακλάται πίσω είναι γνωστός ως albedo. Είναι προφανές οτι κάθε έδαφος έχει το δικό του albedo. Έτσι ένα έδαφος με βελτίωση  έχει υψηλότερο albedo απο ένα σκουρόχρωμο έδαφος χωρίς βελτίωση. Η αύξηση της απόδοσης λόγω εγκατάστασης bifacial panels είναι ανάλογη του albedo του εδάφους και με τη βελτίωση του εδάφους αυξάνεται η απόδοση. Οι πιο απλοί και οικονομικοί τρόποι άυξησης albedo του εδάφους είναι: 1.) η επίστρωση με άσπρο γεωύφασμα και 2.) η επίστρωση με σκύρο και 2 στρώματα 3Α που θα πατηθεί με οδοστρωτήρα ώστε να γίνει συμπαγές.

2.  Συντελεστής κάλυψης εδάφους (Ground Coverage Ratio – GCR)

Η χωροθέτηση ενός φβ πάρκου έχει επίσης πάρα πολύ μεγάλη επίδραση στην απόδοση του. Είναι πολύ σημαντικό να επιτρέπουμε στο φώς να φτάνει στο έδαφος έτσι ώστε να έχουμε την απαραίτητη αντανάκλαση στο πίσω μέρος του panel. Και εδώ ακριβώς παίζει πολύ μεγάλο ρόλο το ο συντελεστής κάλυψης εδάφους (Ground Coverage Ratio – GCR). Ο συντελεστής κάλυψης εδάφους (Ground Coverage Ratio – GCR) ορίζεται ως ο λόγος του μήκους των panels πρός την απόσταση μεταξύ των σειρών τραπεζιών του πάρκου. Ουσιαστικά δίνει μια ένδειξη του πόσο αραιά είναι τοποθετημένα  τα panels μέσα στο πάρκο. ‘Ενας υψηλός Ground Coverage Ratio σημαίνει πυκνά τοποθετημένα τραπέζια / panels και άρα μειωμένα κέρδη απο την εγκατάσταση Bifacial panels. Αντιθέτως ένας χαμηλός Ground Coverage Ratio της τάξεως του 20% σημαίνει ότι επιτρέπουμε σε αρκετό φως να φτάσει στο έδαφος και άρα στην πίσω πλευρά του panel, αλλά απο την άλλη πλευρά η έκταση που απαιτείται για την εγκατάσταση του πάρκου αυξάνει εκθετικά. Είναι γι αυτό απαραίτητο να επιτύχουμε μια «χρυσή τομή» ανάμεσα στην έκταση που απαιτείται και την ενέργεια που παράγεται απο το πάρκο. Ένας λόγος 40 έως 50% είναι ο βέλτιστος.

3. Εμπρός ελεύθερο ύψος της βάσης (Clearance)

Πέρα απο το συντελεστής κάλυψης εδάφους (Ground Coverage Ratio – GCR), το εμπρός ελεύθερο ύψος της βάσης έχει πολύ σημαντική επίδραση στο κέρδος απο την εγκατάσταση bifacial panels. Το εμπρός ελεύθερο ύψος ορίζεται ως η απόσταση από το έδαφος έως το χαμηλότερο σημείο του Panel. Εαν τα panels τοποθετούνται σε ένα μεγάλο μεν, λογικό δε ύψος, το φώς που προσπίπτει στο έδαφος, άρα και στην πίσω πλευρά του panel αυξάνει την απόδοση του πάρκου. Βέβαια κάθε αύξηση στο ύψος σημαίνει και άυξηση στην φόρτιση του συστήματος απο τον άνεμο, λόγω υψηλότερων ανεμοπιέσεων,  οπότε απαιτείται πιο στιβαρή κατασκευή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα και αυξημένο κόστος της βάσης. Το σχεδιαστικό τμήμα της ELVAN αφού έλαβε υπόψιν και τους περιορισμούς από τον Ελληνικό Πολεοδομικό κανονισμό και όλους τους παράγοντες κόστους κατέληξε ότι ένα εμπρός ελεύθερο ύψος της βάσης της τάξεως του 1.2 m. είναι το βέλτιστο.

4. Ειδική σχεδίαση της βάσης

Ο τελευταίος παράγοντας που παίζει ιδιαίτερο ρόλο στην αύξηση της απόδοσης ενός πάρκου με bifacial panels είναι ο ειδικός σχεδιασμός της βάσης έτσι ώστε:

να προσπίπτει το μέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας στο έδαφος

να ελαχιστοποιούνται οι σκιάσεις των μεταλλικών μερών στο πίσω μέρος των panels.

Η ELVAN εχει μια ειδικά σχεδιασμένη βάση για bifacial panels(ελευθερο υψος εμπρος 1,2 μ. + minimum σκιασεις) και ηδη εχουν εγκατασταθει ανω των 10 MWp απο τον Σεπτεμβριο που βγηκε στην αγορα εως σημερα.

Πολυ περιληπτικα οι αποδοσεις που μπορουμε να  αναμενουμε για τις διαφορες περιπτωσεις εχουν ως εξης: 

αν παρουμε σαν επιπεδο αναφορας ενα εργο με απλα panels + σταθερη βαση, τοτε αν χρησιμοποιησουμε:

bifacial panels + απλη σταθερη βαση                     +3%

bifacial panels + ειδικη για bifacials σταθερη βαση                 +8%

bifacial panels + ειδικη για bifacials σταθερη βαση +βελτιωση εδαφους    +20%

απλα panels + μονοαξονικα trackers                        +20%

bifacial panels + μονοαξονικα trackers + βελτιωση εδαφους        +40%

Στην περιπτωση βεβαια που θα χρησιμοποιηθουν μονοαξονικα trackers θα πρεπει να λαβουμε υπ' οψιν μας και ορισμένους παραγοντες που ειναι δυσκολο να υπολογιστουν τα ακριβη κοστη, οπως:

--- Το πολύ υψηλό κόστος (σχεδόν τριπλάσιο μιας σταθερής βάσης)

--- συντηρηση, μια και μιλαμε για ενα συστημα με μηχανικα μερη

--- απωλεια της επιπλεον αποδοσης που μας δινει το tracker για καποιο χρονικο διαστημα      λογω βλαβων 

--- αστοχιες και καταστροφες του μεταλλικου μερους λογω λανθασμενου υπολογισμου απο τον κατασκευαστη η πoλυ εντονων τοπικων καιρικων     φαινομενων (τα οποια προιοντος του χρονου γινονται ολο και πιο συχνα με την κλιματικη αλλαγη).

Το κύριο ερώτημα για καθεμία από τις παραπάνω περιπτώσεις ειναι: “η επιπλέον παραγωγή καλύπτει το επιπλέον κόστος;» Η απάντηση σύμφωνα με τον κ. Καστάνη είναι πως δυστυχώς το θέμα είναι πολύπλοκο στην απάντηση του. Από την άλλη πλευρά, παράλληλα με την τεχνολογια των φωτοβολταικων εχουν αναπτυχθει και εξειδικευμένα λογισμικά προσμείωσης για την εκτίμηση της παραγωγης ενος φβ συστηματος, με διαφορα απο τα παραπάνω σενάρια. 

Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει αναγκη να γινεται ΠΟΛΥ προσεκτικος προσχεδιασμος καθε εργου, σε συνεργασια παντοτε με ειδικους.