Η καύση ορυκτών καυσίμων για ενεργειακούς σκοπούς εξακολουθεί να είναι η μεγαλύτερη πηγή εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου παγκοσμίως με 68%, καθιστώντας τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) για τον εφοδιασμό μας με ενέργεια την πιο σημαντική συνιστώσα για την επίτευξη των στόχων [International Energy Agency, Statistics].
Σε παγκόσμιο επίπεδο, ο τομέας της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ήταν υπεύθυνος για την κατανάλωση του 38% των ορυκτών καυσίμων και για το 31% των εκπομπών CO2. Αν και η ηλεκτρική ενέργεια αντιπροσώπευε μόνο το 18,5% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας το 2015. Παρά την πρόοδο στην αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) , οι συνολικές εκπομπές που σχετίζονται με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αυξήθηκαν κατά 45% σε σύγκριση με την συνολική αύξηση των εκπομπών CO2 κατά 40% μεταξύ 2000 και 2015 [1]. Για να επιτευχθούν οι στόχοι της Συμφωνίας των Παρισίων, οι παγκόσμιες εκπομπές CO2 από τον τομέα ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να μειωθούν σε 65 gr CO2/kWh έως το 2050 από 506 gr το 2015 [2]. Για την Ευρώπη η πρόκληση είναι ακόμη μεγαλύτερη, καθώς οι εκπομπές ηλεκτρισμού στην Ευρώπη πρέπει να μειωθούν σε 45 gr CO2/kWh έως το 2050.
Σχήμα 1: Η εξέλιξη των Φ/Β εγκαταστάσεων Διεθνώς μέχρι και το 2017, [3].
Πρόσφατα σενάρια για 100% διείσδυση ΑΠΕ επισημαίνουν τη σημασία των ηλιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων για την επίτευξη αυτού του στόχου και τη μείωση των εκπομπών άνθρακα στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας με οικονομικά αποδοτικό τρόπο. Για να επιτευχθεί αυτό μέχρι το 2050, η παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς φωτοβολταϊκών συστημάτων των περίπου 414 GWp στο τέλος του 2017 [ Σχήμα 1, [3]) θα πρέπει να αυξηθεί σε περισσότερο από 4 TWp μέχρι το 2025 και 21,9 TWp μέχρι το 2050 [4]. Το συνολικό μερίδιο στην παγκόσμια κατανάλωση που θα προέρχεται από φωτοβολταϊκά για το έτος 2050 υπολογίζεται σε περίπου 69% και είναι το υψηλότερο που αναφέρθηκε σε παρόμοια μελέτη, ενώ για την Ελλάδα υπολογίζεται γύρω στο 55%. Τα αποτελέσματα αυτά βασίζονται σε υψηλή χωρική ανάλυση των δεδομένων των ενεργειακών πόρων (0,45° Χ 0,45° παγκοσμίως) και 145 μεμονωμένες διαμορφωμένες περιοχές ανά τον κόσμο και πλήρη ωριαία προσομοίωση για ένα έτος, γεγονός που την ξεχωρίζει από συγκρίσιμες μελέτες ενεργειακής μετάβασης που έχουν γίνει μέχρι στιγμής.
Οι εθνικοί στόχοι για το 2020, όπως υιοθετήθηκαν στο Εθνικό Σχέδιο Δράσης για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας με το Νόμο 3851/2010 ήταν:
- Μείωση εκπομπών αερίων θερμοκηπίου τουλάχιστον κατά 20%,
- Αύξηση του μεριδίου των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από το 18% στο 20% τουλάχιστον στην τελική κατανάλωση και 40% στην ηλεκτρική κατανάλωση,
- Εξοικονόμηση ενέργειας κατά τουλάχιστον 20%.
- 10% συμμετοχή ΑΠΕ στον τομέα των μεταφορών τους.
Από τους στόχους των ΑΠΕ και την πραγματοποίησή τους, όπως παρουσιάζονται στο Σχήμα 2, είναι προφανές ότι υπάρχει αρνητική απόκλιση ως προς την συνολική υλοποίηση της εγκατεστημένη ισχύος ΑΠΕ των περίπου 10,5 GW με τις μόνες επιμέρους θετικές αποκλίσεις να φορούν τα φωτοβολταϊκά και μικρά υδροηλεκτρικά.
Σχήμα 2: Εθνικοί στόχοι ΑΠΕ για 2020.
Σχήμα 3: Εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύος Φ/Β στην Ελλάδα.
Η συνολική Εγκατεστημένη ισχύς Φ/Β στην Ελλάδα στο τέλος του 2017 ανέρχεται σε 2630 MWp, από τα οποία τα 2464 MWp είναι εγκατεστημένα στο Διασυνδεδεμένο Σύστημα (ηπειρωτική Ελλάδα και διασυνδεδεμένα νησιά) και είχαν μια συμμετοχή στη κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας κατά 7,29%, ενώ στα Μη Διασυνδεδεμένα δίκτυα (νησιά) υπάρχουν εγκατεστημένα φωτοβολταϊκά συστήματα ισχύος 160 MWp, με συμμετοχή στην ηλεκτρική κατανάλωση ίση με 4.69%. Ο υπολογισμός της συμμετοχής των Φ/Β στην κατανάλωση εκτιμήθηκε με χρήση των μέσων τιμών απόδοσης των Φ/Β συστημάτων ανά περιοχή και κατηγορία συστημάτων από τα στατιστικά στοιχεία του ΣΕΦ (pv-stats_greece_2017_11July2018).
Στον πίνακα 1 παρουσιάζονται στατιστικά στοιχεία που συνέλεξε ο αρθρογράφων για τα φωτοβολταϊκά συστήματα στην Ελλάδα στα τέλη του έτους 2017.
Πίνακας 1: Στατιστικά στοιχεία για τα Φ/Β συστήματα και συμμετοχή στην κατανάλωση στην Ελλάδα το 2017.
Πηγή: Επεξεργασμένα στοιχεία από ΑΔΜΗΕ, ΔΕΔΔΗΕ, ΡΑΕ
Τον Νοέμβριο 2018, το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο ψήφισε το πακέτο Καθαρής Ενέργειας για όλους τους Ευρωπαίους που μεταξύ άλλων έθεσε δεσμευτικούς στόχους για το 2030. Η ενεργειακή απόδοση στην ΕΕ πρέπει να έχει βελτιωθεί κατά 30%, ενώ το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα πρέπει να βρίσκεται το λιγότερο στο 32% της τελικής ακαθάριστης κατανάλωσης στην ΕΕ, μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 40% και αύξηση της ικανότητας ισχύος της ηλεκτρικής διασύνδεσης μεταξύ των κρατών μελών τουλάχιστον στο επίπεδο του 15%. Το ποσοστό της διασύνδεσης ορίζεται ως η σχέση της ικανότητας εισαγωγής σε σχέση με την εγκατεστημένη παραγωγική ικανότητα σε ένα κράτος μέλος. Οι στόχοι εξοικονόμησης και ΑΠΕ πρόκειται να επανεξεταστούν μέχρι το 2023 και μπορούν μόνο να αυξηθούν περαιτέρω.
Το Εθνικό Σχέδιο για την Ενέργεια και το Κλίμα (ΕΣΕΚ), λαμβάνοντας υπόψιν τις ευρωπαϊκές πολιτικές και δεσμεύσεις, αναρτήθηκε για διαβούλευση τον Νοέμβριο μέχρι αρχές Δεκεμβρίου 2018 και αναμένεται να οριστικοποιηθεί σύντομα. Το ΕΣΕΚ προτείνει αναδιάρθρωση του ενεργειακού μίγματος της χώρας μέχρι το 2030, με αύξηση συμμετοχής των ΑΠΕ στο 32% της συνολικής κατανάλωσης, που συνεπάγεται 57% στην παραγωγή ενέργειας από το περίπου 26% σήμερα, περιορισμό του ειδικού βάρους του λιγνίτη και αξιοποίηση του φυσικού αερίου ως σταθεροποιητικό παράγοντα για τη μεταβατική περίοδο.
Ηλιακή ενέργεια και αποθήκευση
Η ηλιακή ενέργεια και η αποθήκευσή της αποτελούν ένα τέλειο συνδυασμό. Η αποθήκευση επεκτείνει την ισχύ της ηλιακής ενέργειας πέρα από το χρόνο που υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία, επιτρέποντας στους παραγωγούς ενέργειας (αυτό-καταναλωτές) να χρησιμοποιούν ηλιακή ενέργεια 24 ώρες την ημέρα, 365 ημέρες το χρόνο. Αυτό ανοίγει έναν εντελώς νέο κόσμο ευκαιριών για την ηλιακή ενέργεια, επιτρέποντας στις ηλιακές τεχνολογίες να αξιοποιηθούν πλήρως.
Η αυτό-κατανάλωση θα αποτελέσει το μοχλό της ζήτησης για ηλιακή ενέργεια στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ). Οι μικρής κλίμακας λύσεις αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην επέκταση της αυτο-κατανάλωσης. Ταυτόχρονα, η αποθήκευση σε συσσωρευτές μεγάλης κλίμακας θα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για την παροχή πρόσθετων υπηρεσιών για τη σταθεροποίηση του δικτύου όταν χρησιμοποιούνται μεγάλες ποσότητες ευέλικτης ηλιακής ενέργειας και την μείωση των περικοπών παραγωγής για λειτουργικούς λόγους. Επιπλέον, η ηλιακή ενέργεια και η αποθήκευση είναι το κλειδί για την κάλυψη του φορτίου βάσης από ανανεώσιμη ενέργεια, ενώ παράλληλα μειώνεται το κόστος για τα δίκτυα. Αυτό μακροπρόθεσμα θα οδηγήσει επίσης σε σταθερές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και στην ενδυνάμωση των ιδιωτών καταναλωτών και των επιχειρήσεων.
Με την αύξηση της ανταγωνιστικότητας κόστους των λύσεων ηλιακής ενέργειας και αποθήκευσης, περισσότεροι πολίτες θα έχουν πρόσβαση σε καθαρή ενέργεια. Αναμφισβήτητα θα δούμε μια σημαντική αύξηση των καταναλωτών που παράγουν και καταναλώνουν τη δική τους ενέργεια και τον εξηλεκτρισμό της θέρμανσης, ψύξης και μεταφορών. Η ηλιακή ενέργεια και η αποθήκευση προσφέρουν ευκαιρίες για μείωση του ενεργειακού λογαριασμού των πολιτών αυξάνοντας παράλληλα την προβλεψιμότητα του ενεργειακού του κόστους εφοδιασμού. Η ηλιακή ενέργεια και η αποθήκευση θα αποτελέσουν τον πυρήνα ενός νέου ενεργειακού συστήματος.
Στις χώρες της ΕΕ όπου αναπτύσσεται αυτή η αγορά, η τιμή συστημάτων αποθήκευσης μειώθηκε πάνω από 60% από τα τέλη του 2014 και οι τιμές αυτές αναμένεται να μειωθούν κατά 50-60% έως το 2030. Στην ΕΕ η Γερμανία είναι μία από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες αγορές οικιακών συστημάτων αποθήκευσης με μπαταρίες και εντός του 2018 ξεπέρασαν συνολικά τις 100.000 φωτοβολταϊκά συστήματα με αποθήκευση. Η αγορά αποθήκευσης ενέργειας θα δει ταχεία ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια καθώς η παγκόσμια αγορά αποθήκευσης προβλέπεται να αυξηθεί σε τουλάχιστον 250 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2040 (πηγή: Solarpower Europe).
Η συν-εγκατάσταση Φ/Β με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας προσθέτει ευελιξία στην χρήση της παραγόμενης ενέργειας και επιτρέπει την αύξηση της ενσωμάτωσης των Φ/Β και άλλων μεταβλητών ΑΠΕ στα ηλεκτρικά δίκτυα.
Από τη σκοπιά του ενεργειακού συστήματος, η ηλεκτροχημική αποθήκευση αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό εργαλείο ευελιξίας, δεδομένου ότι:
- Εγχέει και απορροφά ηλεκτρική ενέργεια πολύ γρήγορα και με πολύ υψηλή ακρίβεια μειώνοντας τις περικοπές μεταβλητών ΑΠΕ,
- Εξομαλύνει τη βραχυπρόθεσμη μεταβλητότητα Φ/Β παραγωγής και ζήτησης,
- Μειώνει τις κορυφές και κοιλάδες παραγωγής και ζήτησης,
- Καθιστά τα Φ/Β συστήματα μονάδες ελεγχόμενης παραγωγής,
- Αναβάλλει ή ακυρώνει επενδύσεις για την ενίσχυση και επέκταση του δικτύου.
Επιπλέον, τα Φ/Β συστήματα με συσσωρευτές για τους ιδιοκτήτες τους μπορούν να προσφέρουν οικονομικά πλεονεκτήματα μέσω:
- Αποθήκευση ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας όταν οι τιμές απορρόφησης από το δίκτυο είναι χαμηλές και η χρήση της όταν οι τιμές είναι υψηλές,
- Προσφορά υπηρεσιών ποιότητας ισχύος (βοηθητικές υπηρεσίες - ancillary services) προς τους διαχειριστές είτε από μεμονωμένους παραγωγούς/καταναλωτές ή σαν ομάδες (εικονική μονάδα παραγωγής ενέργειας - Virtual Power Plant),
- Επιτρέπει τη σταθεροποίηση των τιμών της ενέργειας,
Τέλος, φέρνει κοινωνικά και περιβαλλοντικά οφέλη όπως:
- απανθρακοποίηση διασυνδεδεμένων δικτύων και αυτόνομων ηλεκτρικών συστημάτων (νησιά, ορυχεία, απομονωμένοι οικισμοί, κλπ.),
- δημιουργία τοπικών θέσεων εργασίας,
- αποφυγή εκπομπών CO2,
- οι καταναλωτές ευαισθητοποιούνται ώστε να ελέγχουν την κατανάλωσή τους, συμβάλλοντας στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην παραγωγή καθαρής ενέργειας.
Ενεργειακός Συμψηφισμός (Net-metering) και αποθήκευση ενέργειας
Ο σχεδιασμός του Φ/Β συστήματος στα πλαίσια του ελληνικού προγράμματος ενεργειακού συμψηφισμού, λόγω του μοντέλου συμψηφισμού της ηλεκτρικής ενέργειας, προτρέπει στον ταυτοχρονισμό παραγωγής από το Φ/Β σύστημα και κατανάλωσης ενώ η µεταφορά τυχόν πλεονάζουσας ενέργειας από παρελθούσες περιόδους καταµέτρησης συνεχίζεται µέχρι τον εκκαθαριστικό λογαριασµό που εκδίδεται µε την παρέλευση κάθε τριετίας. Με τη λήξη της εκάστοτε τριετίας ή τη λύση της Σύμβασης Ενεργειακού Συμψηφισμού διενεργείται εκκαθάριση, και τυχόν πλεόνασµα εγχυθείσας ενέργειας από τον συµψηφισµό δεν πιστώνεται στον επόµενο εκκαθαριστικό λογαριασµό και δεν υφίσταται υποχρέωση για οποιαδήποτε αποζηµίωση στον αυτοπαραγωγό για την ενέργεια αυτή.
Η αύξηση του ταυτοχρονισμού μεταξύ παραγωγής του Φ/Β με αντίστοιχη τοπική κατανάλωση μπορεί επίσης να αυξηθεί με την υιοθέτηση συστημάτων αποθήκευσης της ηλεκτρικής καθώς και με την βοήθεια συστημάτων διαχείρισης της κατανάλωσης των φορτίων στα κτίρια (οικίες και επιχειρήσεις) μεταφέροντας τις καταναλώσεις κατά την διάρκεια της παραγωγής του Φ/Β ή και εξηλεκτρίζοντας υπηρεσίες, όπως θέρμανση/ψύξη κλπ.
Σχήμα 4: Εξέλιξη του επίπεδου ταυτοχρονισμού παραγωγής από Φ/Β και κατανάλωσης για δυο προφίλ οικιακής κατανάλωσης χωρίς διαχείριση φορτίων.
Στο Σχήμα 4 απεικονίζεται η εξέλιξη του επίπεδου ταυτοχρονισμού παραγωγής από Φ/Β και κατανάλωσης για δυο προφίλ οικιακής κατανάλωσης, όπως αυτά παρουσιάζονται παρακάτω στο Σχήμα 5. Το ένα προφίλ αφορά το μέσο προφίλ κατανάλωσης μιας κατοικίας και το δεύτερο ένα ακραίο προφίλ κατανάλωσης με μειωμένη κατανάλωση κατά την διάρκεια της ημέρας και των ωρών παραγωγής του Φ/Β συστήματος. Παρατηρούμε στο Σχήμα 4 ότι η αύξηση της χωρητικότητας της μπαταρίας από το μηδέν στις 5 kWh για ετήσια οικιακή κατανάλωση 4500 kWh και με Φ/Β σύστημα των 3 kWp αυξάνει γραμμικά τον ταυτοχρονισμό και στις δυο περιπτώσεις προφίλ κατανάλωσης και φυσικά είναι μεγαλύτερος για το μέσο προφίλ καθώς η κατανάλωση είναι μεγαλύτερη κατά την διάρκεια της ημέρας.
Σχήμα 5: Μέσο οικιακό προφίλ κατανάλωσης και ακραίο προφίλ με χαμηλή κατανάλωση την ημέρα.
Όσον αφορά το προφίλ κατανάλωσης για εμπορική εφαρμογή, που παρουσιάζεται στο Σχήμα 6, είναι εμφανές ότι η κατανάλωση είναι μεγαλύτερη κατά την διάρκεια της ημέρας σε σχέση με τα οικιακά και συνεπώς ο ταυτοχρονισμός και η οικονομικότητα για ενεργειακό συμψηφισμό είναι σημαντικότερες. Στην περίπτωση της οικιακής εφαρμογής με το μέσο προφίλ κατανάλωσης, ο ταυτοχρονισμός χωρίς μπαταρία ανέρχεται σε 36.5% ενώ για την εμπορική εφαρμογή αντίστοιχα είναι 56.5%.
Σχήμα 6: Προφίλ κατανάλωσης εμπορικής χρήσης.
Σχήμα 7: Επίπεδο ταυτοχρονισμού κατανάλωσης/παραγωγής σε εμπορική χρήση και δυο βάθη εκφόρτισης της μπαταρίας
Στο Σχήμα 7, για εμπορικές εφαρμογές παρουσιάζονται δυο περιπτώσεις εξέλιξης του επιπέδου ταυτοχρονισμού για ένα συγκεκριμένο σύστημα μπαταριών, της ίδια ονομαστικής χωρητικότητας, για το οποίο επιτρέπουμε δυο διαφορετικά κατώτερα επίπεδα βάθους εκφόρτισης, 60% και 100%. Το αποτέλεσμα στην περίπτωση που επιτρέπεται μεγαλύτερο βάθος εκφόρτισης (εφόσον το επιτρέπει και η τεχνολογία της μπαταρίας) ο ταυτοχρονισμός αυξάνεται και μαζί με αυτόν και τα συνακόλουθα οικονομικά οφέλη.
Συνεπώς στα πλαίσια του προγράμματος Ενεργειακού Συμψηφισμού :
- το Φ/Β σύστημα πρέπει να έχει ισχύ με δυνατότητα ετήσιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 5 με 10% μεγαλύτερη από την ετήσια κατανάλωση λόγω μείωσης της παραγωγής του Φ/Β με τα χρόνια χρήσης, εφόσον αυτή δεν εκτιμάται ότι θα αυξηθεί σημαντικά στο μέλλον.
- Οι μπαταρίες αυξάνουν το ποσοστό ταυτοχρονισμού παραγωγής/κατανάλωσης, αποθηκεύοντας την ηλεκτρική ενέργεια όταν υπάρχει περίσσεια παραγωγής από το Φ/Β σύστημα πάνω από την στιγμιαία εκείνη την ώρα κατανάλωση και χρήση αυτής όταν συμβαίνει το αντίθετο, προωθώντας την οικονομικότερη λειτουργία για τον καταναλωτή μέσω του ενεργειακού συμψηφισμού.
- Το σύστημα μπαταριών αυξάνει το κόστος του συνολικού συστήματος Φ/Β-Μπαταρία και συνεπώς εφόσον το όφελος δεν καλύπτεται από το ταυτοχρονισμό τότε η οικονομικότητα μειώνεται σε σχέση με τα συστήματα που διαθέτουν μόνο Φ/Β.
- Η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας (μπαταρίες, κλπ.) στο μέλλον θα γίνει απαραίτητη για να επιτραπεί η μεγαλύτερη διείσδυση των ΑΠΕ στα ηλεκτρικά δίκτυα. Τα μέσα αποθήκευσης έχουν την δυνατότητα να διαμορφώνουν το προφίλ παραγωγής από συστήματα ΑΠΕ μεταβλητής παραγωγής (Αέρας και Ήλιος) σε ποιο φιλικό για το δίκτυο και την δυνατότητα να προσφέρουν υπηρεσίες στο ηλεκτρικό δίκτυο που όπως στα πλαίσια του προγράμματος Ενεργειακού Συμψηφισμού δεν αποτιμώνται.
- Το προφίλ της κατανάλωσης ενέργειας της κάθε εφαρμογής παίζει σημαντικό ρόλο στα επίπεδα ταυτοχρονισμού που επιτυγχάνεται. Υψηλότερο επίπεδο ταυτοχρονισμού παραγωγής και κατανάλωσης σημαίνει αποδοτικότερο οικονομικά σύστημα.
Γενικά, ο μέσος συντελεστής ταυτοχρονισμού χωρίς μπαταρίες:
- για κατοικίες χωρίς μπαταρίες κυμαίνεται γύρω στα 30%
- για εμπορικές εφαρμογές κυμαίνεται στα 55 με 65%
Εμπορικό και οικιακό σενάριο για διασυνδεδεμένα Φ/Β συστήματα
Οι μελέτες αφορούν μια οικιακή εφαρμογή με ετήσια κατανάλωση 4.500 kWh (μέσο προφίλ κατανάλωσης μιας κατοικίας) με το τιμολόγιο Γ1 της ΔΕΗ και μια τυπική εμπορική εφαρμογή με ετήσια κατανάλωση 20.000 kWh με το τιμολόγιο Γ23 της ΔΕΗ.
Σε όλες τις μελέτες τα Φ/Β συστήματα είναι διασυνδεδεμένα στο δίκτυο και γίνεται εκτίμηση του χρόνου απόσβεσης μιας τέτοιας εγκατάστασης με δεδομένες τις σημερινές και εκτιμώμενες για το μέλλον χρεώσεις ηλεκτρικού ρεύματος. Γίνεται ανάλυση ευαισθησίας σε βάθος τουλάχιστον 5ετίας όσον αφορά την εξέλιξη του κόστους του συστήματος και της εκτιμώμενης εξέλιξης του κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας που λαμβάνεται να αυξάνει κατά +1% ανά έτος.
Από τα στοιχεία της έρευνας στην Γερμανική αγορά Φ/Β συστημάτων με μπαταρίες και την σχετική δημοσίευση [6] παρουσιάζονται η εξέλιξη του κόστους του Φ/Β συστήματος και του συστήματος μπαταρίας Λιθίου για τα επόμενα χρόνια (Σχήμα 8).
Σχήμα 8: Εξέλιξη του κόστους του Φ/Β συστήματος και συστήματος της μπαταρίας Λιθίου για τα επόμενα χρόνια (Πηγή: Prognos AG 2016 [6])
Η εξέλιξη κόστους του συστήματος της μπαταρίας Λιθίου (LFP - Lithium Iron Phosphate) και Μολύβδου OPzV με ΦΠΑ, χωρίς το κόστος εγκατάστασης λαμβάνεται από την παραπάνω μελέτη [6] για την παρούσα κατάσταση (2016-17) ενώ από το 2020 μέχρι το 2035 παρουσιάζονται στο Σχήμα 9.
Σχήμα 9: Η εξέλιξη του κόστους των συστημάτων και εγκατάστασης με ΦΠΑ.
Σχήμα 10: Εξέλιξη της Εγγυημένης Τιμής (FiT) (πράσινη γραμμή), το κόστος της ενέργειας για κατανάλωση με το τιμολόγιο Γ1 της ΔΕΗ (κόκκινη γραμμή) και το κόστος για τον καταναλωτή με την εγκατάσταση συστήματος με Ενεργειακό Συμψηφισμό (Net-Metering/μπλε γραμμή)
Στο Σχήμα 10 παρουσιάζεται η εξέλιξη της Εγγυημένης Τιμής (FiT– Feed in Tariff), το κόστος της ενέργειας για κατανάλωση στο τιμολόγιο Γ1 της ΔΕΗ και το κόστος για τον καταναλωτή με 4500 kWh ετήσια κατανάλωση, 3 kWp Φ/Β σύστημα με 36.5% ταυτοχρονισμό με Ενεργειακό Συμψηφισμό (Net-Metering/μπλε γραμμή). Το τιμολόγιο Γ1 μετά το 2017 αυξάνεται κατά 1% τον χρόνο. Παρατηρούμε στο Σχήμα 10, ότι από το 2013 και μετά όταν μειώθηκαν οι εγγυημένες τιμές στο πρόγραμμα Φ/Β συστημάτων σε κτίρια ισχύος κάτω από 10 kWp, η ψαλίδα ανάμεσα στην εγγυημένη τιμή Φ/Β συστημάτων κάτω από 10 kWp και το οικιακό κόστος ενέργειας ανοίγει δημιουργώντας χώρο για νέες λύσεις που θα δώσουν καλύτερο αποτέλεσμα για τον καταναλωτή. Για το 2017, η διαφορά ανάμεσα στο κόστος ενέργειας για τον καταναλωτή και τα συστήματα FiT και Net-Metering είναι περίπου 124 Ευρώ/MWh, αυτό δημιουργεί ένα κίνητρο για την αύξηση της αυτο-κατανάλωσης μέσω μπαταριών και διαχείρισης φορτίων για το οικιακό τιμολόγιο αυξάνοντας τον ταυτοχρονισμό κατανάλωσης της παραγωγής από ΑΠΕ. Το περιθώριο ανάμεσα στο τελικό κόστος ενέργειας για κατανάλωση με το πρόγραμμα Net-Metering (3 kWp Φ/Β και 4500 kWh οικιακή κατανάλωση) με το τιμολόγιο Γ1 ανέρχεται στα 135 Ευρώ/kWh για το 2020.
Σχήμα 11: Εξέλιξη της Εγγυημένης Τιμής (FiT) (πράσινη γραμμή) για Φ/Β συστήματα <100 kWp, του κόστους της ενέργειας για κατανάλωση στο τιμολόγιο Γ23 της ΔΕΗ (κόκκινη γραμμή) και του κόστους για τον καταναλωτή με την εγκατάσταση συστήματος με Ενεργειακό Συμψηφισμό (Net-Metering/μπλε γραμμή).
Στο Σχήμα 11 παρουσιάζεται η εξέλιξη της Εγγυημένης Τιμής (FiT) για Φ/Β συστήματα <100 kWp, το κόστος της ενέργειας για κατανάλωση στο τιμολόγιο Γ23 της ΔΕΗ και το για τον καταναλωτή με 20000 kWh ετήσια κατανάλωση, 13,3 kWp Φ/Β σύστημα με 56.5% ταυτοχρονισμό με Ενεργειακό Συμψηφισμό (Net-Metering/μπλε γραμμή). Το τιμολόγιο Γ23 μετά το 2017 αυξάνεται κατά 1% τον χρόνο. Παρατηρούμε στο διάγραμμα ότι από το 2013 και μετά όταν μειώθηκαν οι εγγυημένες τιμές για τα Φ/Β συστήματα ισχύος κάτω από 100 kWp, η ψαλίδα ανάμεσα στην εγγυημένη τιμή Φ/Β συστημάτων κάτω από 100 kWp και το εμπορικό τιμολόγιο ενέργειας ανοίγει δημιουργώντας χώρο για νέες λύσεις που θα δώσουν καλύτερο αποτέλεσμα για τον καταναλωτή. Για το 2017, η διαφορά ανάμεσα στο κόστος ενέργειας για τον καταναλωτή και τα συστήματα Net-Metering είναι περίπου 163 Ευρώ/MWh, αυτό δημιουργεί ένα κίνητρο για την αύξηση της αυτο-κατανάλωσης με την χρήση μπαταριών και στην διαχείριση φορτίων στο εμπορικό τιμολόγιο αυξάνοντας τον ταυτοχρονισμό κατανάλωσης της παραγωγής από ΑΠΕ. Το περιθώριο ανάμεσα στο τελικό κόστος ενέργειας για κατανάλωση με το πρόγραμμα Net-Metering (13.3 kWp Φ/Β και 20000 kWh κατανάλωση) με το τιμολόγιο Γ23 ανέρχεται στα 178 Ευρώ/kWh για το 2020.
Συνεπώς αυτό που είναι σημαντικό οικονομικά είναι η σύγκριση του οικονομικού αποτελέσματος (Εσωτερικός βαθμός απόδοσης – IRR και το χρονικό διάστημα απόσβεσης) για κάθε μία από τις περιπτώσεις, FiT, Net-metering, Net-metering με αποθήκευση.
Παρακάτω παρουσιάζονται τα οικονομικά αποτελέσματα για την αποδοτικότερη περίπτωση (Λίθιο), που αφορά την εμπορική χρήση που αφορά σύστημα με και χωρίς μπαταρίες και τις εξής παραδοχές:
- Χρήσιμη ενέργεια μπαταρίας: 10 kWh
- Κάλυψη της επένδυσης: 100% από τον χρήστη
- Ετήσια Μείωση απόδοσης του Φ/Β συστήματος: 0,3%
- 'Ετήσια Παραγωγή Φ/Β: 1572 kWh/kWp
- Ετήσια Κατανάλωση Ηλεκτρισμού: 20000 kWh
- Κόστος Λειτουργίας και Συντήρησης: 1.4% ανά έτος του αρχικού κόστους επένδυσης συν το κόστος αλλαγής μπαταρίας και μετατροπέα στα 12 και 14 έτη λειτουργίας αντίστοιχα.
- Μέγιστο βάθος εκφόρτισης 90% με χρόνο ζωής 3500 κύκλους
- Αύξηση του κόστους της καταναλισκόμενης ενέργειας: 1% ανά έτος
- Ταυτοχρονισμός παραγωγής Φ/Β και κατανάλωσης χωρίς μπαταρίες 56.5% (Σχήμα 7)
- Ταυτοχρονισμός παραγωγής Φ/Β και κατανάλωσης με μπαταρίες 71,4% (Σχήμα 7)
Στην παρούσα κατάσταση (2017) τα Φ/Β συστήματα με μπαταρίες Λιθίου δεν παρουσιάζουν οικονομικά πλεονεκτήματα άξια λόγου απέναντι στα συστήματα με μπαταρία Μολύβδου. Από το 2020, λόγω της αναμενόμενης επιπλέον σημαντικής μείωσης του κόστους των μπαταριών Λιθίου, τα συστήματα με μπαταρίες Λιθίου υπερτερούν σε οικονομικά αποτελέσματα έναντι αυτών με μπαταρίες Μολύβδου.
Στο Σχήμα 12 παρουσιάζεται η εξέλιξη του αρχικού κόστους συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με και χωρίς μπαταρίες Λιθίου. Στο Σχήμα 13 παρουσιάζεται η εξέλιξη του χρόνου απόσβεσης συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με και χωρίς μπαταρίες Λιθίου. Ενώ στο Σχήμα 15 παρουσιάζεται η εξέλιξη του IRR συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με και χωρίς μπαταρίες Λιθίου. Στα Σχήματα 14 και 15 παρατηρούμε ότι με τις παραδοχές που θέσαμε από το 2020 και μετά το Φ/Β σύστημα με αποθήκευση σε πρόγραμμα με ενεργειακό συμψηφισμό έχει καλύτερη οικονομική απόδοση από αυτό με ενεργειακό συμψηφισμό χωρίς μπαταρίες.
Σχήμα 12: Εξέλιξη αρχικού κόστους συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με μπαταρίες Λιθίου.
Σχήμα 13: Εξέλιξη του χρόνου απόσβεσης συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με μπαταρίες Λιθίου.
Σχήμα 14: Εξέλιξη IRR συστημάτων για εμπορικές εφαρμογές με μπαταρίες Λιθίου.
Συμπεράσματα για Διασυνδεδεμένα Φ/Β συστήματα με και χωρίς μπαταρίες σε πρόγραμμα ενεργειακού συμψηφισμού
Οι πρώτες βιώσιμες οικονομικά εφαρμογές χωρίς νέα μέτρα υποστήριξης ή αμοιβή για υπηρεσίες προς το δίκτυο θα είναι οι εμπορικές εφαρμογές λόγω ακριβότερου τιμολογίου ηλεκτρισμού, σημαντικής κατανάλωσης μέσα στην ημέρα, συμψηφισμού του ΦΠΑ του συστήματος και απόσβεση του αρχικού κόστους επένδυσης από τα κέρδη σε χρονική περίοδο μικρότερη από 10 χρόνια.
Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων σύμφωνα με τις παραδοχές προκύπτει ότι οι εμπορικές εφαρμογές Φ/Β συστημάτων με μπαταρίες θα είναι ελκυστικότερες οικονομικά από Φ/Β συστήματα χωρίς μπαταρίες σε πρόγραμμα ενεργειακού συμψηφισμού μετά το 2020.
Η αύξηση του συντελεστή ταυτοχρονισμού αυξάνει την οικονομικότητα των συστημάτων με μπαταρίες σύμφωνα με το εθνικό μοντέλο Ενεργειακού Συμψηφισμού. Η διαχείριση των ηλεκτρικών φορτίων για ταυτοχρονισμό παραγωγής/κατανάλωσης και η μετάβαση στην χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από την χρήση ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κλπ.) σε σημαντικές χρήσεις ενέργειας, όπως η θέρμανση/Ψύξη και ζεστού Νερού Χρήσης, με την προσθήκη αντλίας θερμότητας θα αυξήσει σημαντικά την χρήση ηλεκτρισμού και τον ταυτοχρονισμό παραγωγής από Φ/Β και κατανάλωση. Συνεπώς, αυτό θα ήταν ευνοϊκό για τους χρήστες και τους σχετικούς εμπορικούς και βιομηχανικούς κλάδους, καθώς θα αύξανε την χρήση ΑΠΕ και την εξοικονόμηση καθώς και τα μεγέθη των απαραίτητων Φ/Β συστημάτων και αποθηκευτικών μέσων.
Το κόστος της μπαταρίας στην τρέχουσα περίοδο (2017) σαν ποσοστό του συνολικού συστήματος Φ/Β-Μπαταρία κυμαίνεται στο 14 με 15%. Το επόμενο διάστημα, εκτός από την μείωση του κόστους της μπαταρίας, μεγάλες μειώσεις αναμένονται από την ενσωμάτωση όλων των ηλεκτρονικών σε μια μονάδα και στην μείωση του κόστους εγκατάστασης λόγω της απλοποίησης.
Τα Φ/Β συστήματα με μπαταρίες είναι ποιο φιλικά για το δίκτυο από τα συστήματα ΑΠΕ μεταβλητής παραγωγής (Αέρας και Ήλιος) και θα επιτρέψουν την μεγαλύτερη διείσδυση των ΑΠΕ.
Τέλος, προτείνεται στους αρμόδιους φορείς η δημιουργία ρυθμιστικού πλαισίου για συστήματα ηλεκτρικής αποθήκευσης εμπρός και πίσω από τον μετρητή και σχετικών κινήτρων για την ενσωμάτωση αποθήκευσης σε παλαιά και νέα συστήματα ΑΠΕ καθώς και ο καθορισμός οικονομικών κινήτρων στους επενδυτές/ιδιώτες που θα ελαττώνονται με την μείωση του κόστους των συστημάτων αποθήκευσης.
* Ο Ευστάθιος Τσελεπής είναι Σύμβουλος Ενεργειακής Μετάβασης (Email: [email protected])
Αναφορές
[1] International Energy Agency, CO2 Emissions from Fuel Combustion, October 2017, ISBN 978-92-64-27819-6 ISSN 2219-9446
[2] International Energy Agency, World Energy Outlook 2017, ISBN: 978-92-64-28230-8
[3] PHOTOVOLTAICS REPORT, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Aug. 2018
[4] Breyer Ch, Bogdanov D, Aghahosseini A, Gulagi A, Child M, Solomon Oyewo A, Farfan J, Sadovskaia K, Vainikka P, Solar photovoltaics demand for the global energy transition in the power sector, Prog Photovolt Res Appl. 2017; 1–19, DOI: 10.1002/pip.2950r
[5] Huld Th, Bodis K, Pinedo Pascua I, Dunlop E, Taylor N, Jäger-Waldau A, "The Rooftop Potential for PV Systems in the European Union to deliver the Paris Agreement", European Energy Innovation, Spring 2018, 12-15 p
[6] (Eigenversorgung aus Solaranlagen Das Potenzial für Photovoltaik-Speicher-Systeme in Ein- und Zweifamilienhäusern, Landwirtschaft sowie im Lebensmittelhandel – «Ιδιοκατανάλωση από ηλιακά συστήματα. Η δυνατότητα για φωτοβολταϊκά συστήματα αποθήκευσης σε μονοκατοικίες και διπλο-κατοικίες, στη γεωργία καθώς και στο εμπόριο τροφίμων», Prognos AG 2016).