Φωτοβολταϊκά

Κεφάλαιο 2^ο – Ο ρόλος των ΑΠΕ σήμερα

2.1 Ιστορία και ορισμοί των ΑΠΕ

2.1.1 Ορισμός και χαρακτηριστικά των ΑΠΕ

Σύμφωνα με το Ελληνικό Υπουργείο Περιβάλλοντος και Ενέργειας[1] «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) είναι οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή η αιολική, η ηλιακή και η γεωθερμική ενέργεια, η ενέργεια κυμάτων, η παλιρροϊκή ενέργεια, η υδραυλική ενέργεια, τα αέρια τα εκλυόμενα από χώρους υγειονομικής ταφής, από εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού και τα βιοαέρια, όπως ορίζει η ΟΔΗΓΙΑ 2001/77/ΕΚ».

Αντίστοιχα το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών και Εξοικονόμησης Ενέργειας[2] επισημαίνει πως «οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) ανανεώνονται μέσω του κύκλου της φύσης και θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες» και πως «συντελούν και στην προστασία του περιβάλλοντος, καθώς η αξιοποίησή τους δεν το επιβαρύνει, αφού δεν συνοδεύεται από παραγωγή ρύπων ή αερίων που ενισχύουν τον κίνδυνο για κλιματικές αλλαγές».

Είναι άμεσα αντιληπτό πως στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας συγκαταλέγονται οι πηγές ενέργειας εκείνες οι οποίες πληρούν κυρίως δύο χαρακτηριστικά: 1) Ανανεώνονται σε υψηλό ρυθμό σε σχέση με την ανθρώπινη δραστηριότητα ή είναι σχετικά ανεξάντλητες στο διηνεκές της ανθρώπινης ιστορίας (π.χ. ο ήλιος έχει προσδόκιμο ζωής μερικά δισεκατομμύρια ακόμα χρόνια) και 2) έχουν ελάχιστο σχετικά αρνητικό αντίκτυπο στη φύση και το περιβάλλον. Εδώ να αναφερθεί πως κατά την διερεύνηση των χαρακτηριστικών των ΑΠΕ συναντώνται και όροι όπως «πράσινη/βιώσιμη/αειφόρος ενέργεια» (αφορά μια ονοματολογική προσέγγιση πιο πρόσφορη για χρήση στο marketing), αλλά και «ήπιες μορφές ενέργειας» (αφορά την χρήση του φυσικού κύκλου ροής της ενέργειας, αλλά στην περίπτωση της βιομάζας παρεμβάλλεται καύση, οπότε ίσως ο όρος δεν είναι ο βέλτιστος).

Εμπειρικά, ο ορισμός μιας πηγής ενέργειας ως ΑΠΕ βασίζεται εν πολλοίς στο κατά πόσο μπορεί να αντικαταστήσει τις συμβατικές πηγές ενέργειας που βασίζονται στην καύση ορυκτών καυσίμων (κάρβουνο, λιγνίτη, παράγωγα πετρελαίου κλπ.) και να έχει και σε ικανό βαθμό τα παραπάνω δύο χαρακτηριστικά.

2.1.2 Σύντομο ιστορικό της χρήσης των ΑΠΕ – Από τους μύλους στο θόριο

Οι ΑΠΕ, όπως προαναφέρθηκε, είναι πηγές ενέργειας οι οποίες είναι πρακτικά ανεξάντλητες και με εύκολη προσβασιμότητα. Πρακτικά, η ανθρωπότητα από την αρχή της εξέλιξης των πρώτων ομάδων και κοινωνιών  της μέχρι και τον 18^ο αιώνα βασίζονταν ουσιαστικά σε ΑΠΕ. Οι βασικότερες ήταν η βιομάζα, με την καύση ξύλου δέντρων και άλλων φυτών, τα οποία αναγεννιούνταν με μεγαλύτερο ρυθμό από ότι τα κατανάλωνε ο άνθρωπος, και οι ροές αέρα και νερού με τους αντίστοιχους μύλους. Επίσης, πολλοί αρχαίοι λαοί φέρονται να χρησιμοποιούσαν τον ήλιο και τεχνικές ενεργειακά αποδοτικής δόμησης των σπιτιών τους, ώστε με την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας να διατηρούν σταθερές κλιματικές συνθήκες στα σπίτια τους. Γενικά, οι ΑΠΕ χρησιμοποιούνταν για θέρμανση σπιτιών και φούρνων/καμινιών (αγγειοπλαστική, μεταλλουργία κλπ.) και για κίνηση μηχανών (ανεμόμυλοι, νερόμυλοι) και πλοίων (ιστιοφόρα)[3].

Η χρήση του κάρβουνου στους κινητήρες εξωτερικής καύσης, στις ατμογεννήτριες και στις πρώιμες βιομηχανίες της Βιομηχανικής Επανάστασης εκτόξευσε τις ενεργειακές ανάγκες των νέων τότε αστικών και βιομηχανικών κέντρων και οδήγησε στην προσπάθεια εξεύρεση νέων πηγών ενέργειας, πιο αποδοτικών και πιο προσβάσιμων, σχετικά με τις μέχρι τότε χρησιμοποιούμενες ΑΠΕ. Το κάρβουνο, το οποίο χρησιμοποιούνταν σε μικρές ποσότητες από την αρχαιότητα (σε περιοχές που ήταν εύκολα προσβάσιμο, σε ρηχά σχετικά ορυχεία), σύντομα αντικαταστάθηκε από το πετρέλαιο, αλλά και άλλα ορυκτά καύσιμα, όπως το φυσικό αέριο.

Διάγραμμα 1. Μερίδιο πηγών ενέργειας στην ενεργειακή κατανάλωση των Η.Π.Α. από το 1776 έως το 2016 (Πηγή: US Energy Information Administration)

Είναι χαρακτηριστικό πως στις Η.Π.Α., όπως φαίνεται στο πιο πάνω γράφημα, το ξύλο έχει σχεδόν εξαλειφθεί, ενώ το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο συνεχίζουν να συμπιέζουν την χρήση του κάρβουνου. Το γράφημα είναι επίσης ενδεικτικό του ότι η πυρηνική ενέργεια, αν και είχε μια μεγάλη ανάπτυξη κατά το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα, οπότε και αναπτύχθηκε και τεχνολογικά, εν τούτοις έχει ένα μικρό συγκριτικά ποσοστό συμμετοχής στο ενεργειακό μίγμα, με τάσεις στασιμότητας έως ελαφράς μείωσης. Αντίστοιχα, οι «άλλες ΑΠΕ» (δηλαδή ηλιακά και αιολικά) επίσης έχουν μια ελάχιστη συμμετοχή στο ενεργειακό μίγμα των ΗΠΑ, παρά την ραγδαία ανάπτυξή τους.

Πράγματι, οι ΑΠΕ, αν και από την εποχή της σχεδόν καθολικής υιοθέτησης της ατζέντας της «κλιματικής αλλαγής» (στην αρχή ως «υπερθέρμανσης του πλανήτη»), η οποία θα συζητηθεί παρακάτω, έχουν γνωρίσει ευρεία αποδοχή, εν τούτοις ορισμένοι σημαντικοί παράγοντες δεν τους έχουν επιτρέψει να αντικαταστήσουν σημαντικά ποσοστά της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, όπως φαίνεται και στο επόμενο γράφημα (Διάγραμμα 2).

Οι παράγοντες αυτοί είναι είτε τεχνικοί, είτε πολιτικοί, αμφότερες περιπτώσεις που θα συζητηθούν και παρακάτω. Άλλωστε, πολλές ακόμα πιθανές κατηγορίες των ΑΠΕ δεν έχουν ακόμα τύχει της προσοχής της επιστημονικής, πολιτικής και επιχειρηματικής κοινότητας (από τη γεωθερμία μέχρι την ενέργεια των ωκεανών), άλλες που ήδη χρησιμοποιούνται αναπτύσσονται διαρκώς (φωτοβολταϊκά και αιολική ενέργεια), ενώ για το μέλλον υπάρχουν πολλές ακόμα προοπτικές, όπως η πυρηνική σύντηξη, το «ιερό δισκοπότηρο» των επιστημών της (παραγωγής) ενέργειας, αλλά και οι δυνατότητες η κλασική πυρηνική ενέργεια (σχάση) να μετατραπεί σε οιωνεί ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, με τη χρήση ουρανίου προερχόμενο από το θαλασσινό νερό ή με τη χρήση του πολλά υποσχόμενου καυσίμου θόριο (περισσότερα σε επόμενη υποενότητα).

Διάγραμμα 2. Κατάταξη πηγών ενέργειας παγκοσμίως (Πηγή: BP Statistical Review of World Energy June 2017)

Άλλωστε, η συζήτηση περί των ΑΠΕ και τη βιώσιμη ενεργειακή ανάπτυξη, όπως προειπώθηκε, περιστρέφεται γύρω από την οικολογική πτυχή τους, περισσότερο και από την έννοια της ανανέωσης, και ειδικότερα την μείωση των εκπομπών CO₂, με την πυρηνική ενέργεια να έχει μηδενικές εκπομπές.

2.1.3 Κατηγορίες των ΑΠΕ

Οι ΑΠΕ σε μεγάλο βαθμό εξαρτώνται από τον ήλιο. Όχι μόνο αυτές που χρησιμοποιούν άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία, αλλά και όσες εξαρτώνται από τις επιπτώσεις της, όπως η αιολική ενέργεια (θέρμανση αερίων μαζών και δημιουργία ανέμων) και η ενέργεια από βιομάζα (η ανάπτυξη των φυτικών οργανισμών εξαρτάται από την ηλιακή ακτινοβολία. Άλλες οφείλονται σε συνθήκες που αφορούν τη Γη, όπως οι βαρυτικές δυνάμεις (ενέργεια από παλίρροιες), η γεωθερμία και η χημική σύσταση του φλοιού της (εάν καταλογιστούν τα πυρηνικά καύσιμα εν τέλει στις ΑΠΕ).

Μία από τις βασικότερες διαφοροποιήσεις ανάμεσα στις κατηγορίες των ΑΠΕ είναι εάν αυτές είναι στοχαστικές, δηλαδή αν η πρόσβαση σε αυτές είναι και χρονικά και ποσοτικά τυχαίες (ηλιακή και αιολική), ή αν είναι δυνατή η χρήση τους κατά το δοκούν (βιομάζα και γεωθερμία). Παρακάτω θα γίνει μια σύντομη παρουσίαση των βασικών ειδών ΑΠΕ, στην έκταση που αφορά την παρούσα εργασία.

2.1.3.1 Φωτοβολταϊκά και άλλες Ηλιακές διατάξεις

Τα φωτοβολταϊκά αποτελούν μια από τις πλέον διαδεδομένες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, πιθανώς με την μεγαλύτερη έκταση δυνατών χρήσεων, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ενεργειακές εφαρμογές από μικρές ηλεκτρονικές συσκευές, έως την ηλεκτροδότηση σκαφών θαλάσσης και οικιών, μέχρι την ηλεκτροπαραγωγή βάσης σε εθνικό και διεθνές επίπεδο. Τα φωτοβολταϊκά θα αποτελέσουν το κυρίως θέμα επόμενου κεφαλαίου, για αυτό και η αναφορά σε αυτά εδώ θα σταματήσει στο ότι πρόκειται για διατάξεις που εκμεταλλεύονται την αλληλεπίδραση του ορατού φωτός, που προέρχεται από τον ήλιο, με ορισμένα υλικά και η οποία δημιουργεί ηλεκτρικό δυναμικό.

Όμως, η ακτινοβολία του ήλιου περιλαμβάνει πολλαπλά μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, συμπεριλαμβανομένης της υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία ουσιαστικά είναι αυτή που προσφέρει θερμότητα. Η χρήση της είναι πολύ οικεία στην Ελλάδα και σε χώρες με μεγάλη ηλιοφάνεια μέσω του ηλιακού θερμοσίφωνα, μια διάταξη που προσφέρει ζεστό οικιακό νερό, ενώ και τα θερμοκήπια τα οποία χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην γεωργία παγκοσμίως, ειδικά σε χώρες με ψυχρότερα κλίματα, βασίζονται σε αυτήν. Οι συσκευές αυτές, εν τέλει, έχουν σε μεγάλο βαθμό προέρθει από τα πρώτα «ηλιακά θερμικά κουτιά» του τέλους του 18^ου αιώνα, τα οποία εργαλειοποίησαν την ικανότητα του γυαλιού να «παγιδεύει» την υπέρυθρη ακτινοβολία (Perlin, 2013, σ. 118).

Στην σύγχρονη παραγωγή ενέργειας, η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει ήδη μπει σε ευρεία κλίμακα δοκιμών των λεγόμενων ηλιακών πύργων: πλειάδα (εκατοντάδες έως χιλιάδες) κατόπτρων με ειδική μηχανική διάταξη «ακολουθούν» την πορεία του ήλιου, καθένα αντανακλώντας την ηλιακή ακτινοβολία στο υψηλότερο σημείο ενός πύργου γύρω από τον οποίον τοποθετούνται. Στον πύργο βρίσκεται ειδικό ρευστό υλικό που θερμαίνεται και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την ηλεκτροπαραγωγή μέσω ατμογεννήτριων (το υλικό επάγει την θερμότητά του σε σωληνώσεις με νερό). Το σημαντικό πλεονέκτημα των διατάξεων αυτών είναι πως το υλικό δρα ως θερμική μπαταρία και, όχι μόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά το δοκούν και όχι στοχαστικά για ηλεκτροπαραγωγή, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και τη νύχτα, που δεν υπάρχει ηλιακό φως.

Εικόνα 1. Ηλιακός πύργος (Πηγή: https://climatekids.nasa.gov/concentrating-solar/)

2.1.3.2 Αιολική ενέργεια

Όπως προαναφέρθηκε, η ενέργεια του ανέμου έχει χρησιμοποιηθεί από την ανθρωπότητα για χιλιετίες. Από τους ανεμόμυλους που χρησιμοποιούνταν για την επεξεργασία αγροτικών προϊόντων, μέχρι, φυσικά, τα ιστιοφόρα πλοία, τα οποία αποτέλεσαν απαραίτητο και αναντικατάστατο μέσο εξερεύνησης, εμπορίου και, εν τέλει, ανάπτυξης της ανθρωπότητας.

Σήμερα, η αιολική ενέργεια, η κινητική ενέργεια δηλαδή του ατμοσφαιρικού αέρα όταν αυτός υποχρεούται σε δημιουργία ρευμάτων λόγω της θέρμανσης του από τον ήλιο και της δημιουργίας διαφορών πιέσεως, χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση ευμεγεθών διατάξεων παραπλήσιων σε φιλοσοφία των παραδοσιακών ανεμόμυλων: Τεράστιες λεπίδες τοποθετημένες κάθετα στην ροή του ανέμου και περιμετρικά ενός ρότορα παραλαμβάνουν την ενέργεια του ανέμου και περιστρέφουν τον ρότορα, ο οποίος είναι συνδεδεμένος με ένα μηχανισμό παραπλήσιο του κιβωτίου ταχυτήτων, μετατρέποντας την αργή περιστροφή (1-2 στροφές το λεπτό συνήθως) των λεπίδων σε τάξεις μεγέθους περισσότερες περιστροφές, κινώντας μια ηλεκτρομαγνητική διάταξη και παράγοντας έτσι ενέργεια βάση του νόμου του Faraday.[4]

Εικόνα 2. σχηματική αναπαράσταση ανεμογεννήτριας (Πηγή: ENERGY.GOV)

Οι ανεμογεννήτριες, όπως ονομάζονται οι διατάξεις που εκμεταλλεύονται την αιολική ενέργεια, έχουν την δυνατότητα να προσφέρουν καθαρή ενέργεια και είναι από τις πλέον διαδεδομένες μορφές ΑΠΕ, όμως έχουν πολλά συγγενή προβλήματα. Συγκεκριμένα είναι πολύ πιο στοχαστικές από την άλλη σύγχρονη διαδεδομένη ΑΠΕ, τα φωτοβολταϊκά, το οποίο σημαίνει πως πρέπει να γίνεται ιδιαίτερα ενδελεχής μελέτη σχετικά με την τοποθεσία εγκατάστασής τους και την ύπαρξη στατιστικά παρατηρήσιμων ωφέλιμων ροών. Επειδή, όμως η μελέτη των ροών ποτέ δεν αρκεί για τα ιδανικά αποτελέσματα, θα πρέπει, για να είναι αξιόπιστη πηγή ενέργειας τα αιολικά, είτε να γίνεται υπερεγκατάσταση ισχύος, δηλαδή να εγκαθίστανται πολλαπλάσιας ισχύς ανεμογεννήτριες, σε διαφορετικές τοποθεσίες, ώστε να υπάρχει μια κάποια ασφάλεια στην παραγωγή ενέργειας[5], είτε, και το πιο αξιόπιστο, να υπάρχει πρόβλεψη υποκατάστασης: δημιουργία διατάξεων αποθήκευσης τυχόν πλεονάζουσας ενέργειας (μπαταρίες ή αποταμιευτήρες νερού) ή και χρήση ηλεκτρογεννητριών φυσικού αερίου. Η αιολική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για απομακρυσμένες περιοχές και σε συνδυασμό με διατάξεις υποκατάστασης και φωτοβολταϊκών, εφόσον δεν υπάρχει κάποια εναλλακτική λύση (όπως τα Ελληνικά νησιά και η διασύνδεση με την ηπειρωτική χώρα).

Οι ανεμογεννήτριες μπορούν να αποτελέσουν μια πολύ καλή «καθαρή» εναλλακτική πηγή μέρους της απαιτούμενης ενέργειας βάσης, όταν μπορούν να διοχετευτούν σε ένα εξαιρετικά ενεργοβόρο μεγάλο δίκτυο. Παραδείγματος χάριν, η Δανία, ευρισκόμενη πλησίον μεγάλων βιομηχανικών χωρών, όπως η Γερμανία και η Νορβηγία, μπορεί να εξάγει στοχαστική αιολική ενέργεια, η οποία διοχετεύεται στο ευρύτερο «γειτονικό» ευρωπαϊκό δίκτυο, χρησιμοποιώντας η ίδια ένα μικρό ποσοστό των πιο σταθερών πηγών ενέργειας των γειτόνων της. Με αυτήν την πρακτική η Δανία εμφανίζει συχνά μια εικονική υπερκάλυψη του 100% των ενεργειακών της αναγκών από ΑΠΕ[6]. Όμως, η εγκατάσταση των αιολικών έρχεται με μεγάλο κόστος για τον καταναλωτή, καθώς η Δανία και η Γερμανία (στην οποία εγκαταστάθηκε το 44% των νέων αιολικών το 2016[7]) και οι οποίες θεωρούνται πρωτοπόρες στις ΑΠΕ και ειδικά στα αιολικά έχουν και τις υψηλότερες τιμές ηλεκτρικού ρεύματος για τα νοικοκυριά στην Ε.Ε.[8]. Άλλο χαρακτηριστικό παράδειγμα της αποσταθεροποίησης που εισάγει η αιολική ενέργεια στο σύστημα διανομής και παροχής ενέργειας είναι η πρόσφατη περίπτωση που η Γερμανία αναγκάστηκε να πουλήσει ενέργεια με αρνητικές τιμές, ώστε να αποσυμφορήσει το δίκτυο από πλεονάζουσα ενέργεια προερχόμενη από τα αιολικά της και άλλες ΑΠΕ, το οποίο φυσικά τα ΜΜΕ αναπαρήγαγαν ως κάτι θετικό[9]. Φυσικά, η αιολική ενέργεια αποτελεί μια από τις πλέον καθαρές μορφές ενέργειας, όμως πρέπει να προχωρήσει η χρήση της με ιδιαίτερη προσοχή ως προς τις ανάγκες των εκάστοτε αγορών σε συνεχή και απρόσκοπτη παραγωγή ενέργειας, ως προς το κόστος παραγωγής ενέργειας και, φυσικά, ως προς την αποκατάσταση των περιοχών εγκατάστασης ανεμογεννητριών μετά το πέρας του χρόνου ζωής τους (20 με 30 περίπου χρόνια), παράμετρος που ακόμα δεν έχει απασχολήσει την διεθνή κοινότητα ιδιαίτερα.

2.1.3.3 Βιομάζα και βιοκαύσιμα

Για τη βιομάζα το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών και Εξοικονόμησης Ενέργειας δίνει τον εξής ορισμό: «Γενικά, ως βιομάζα ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση. Πρακτικά, στον όρο βιομάζα εμπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από το φυτικό κόσμο.»

Αντίστοιχα, το Υπουργείο Περιβάλλοντος και  Ενέργειας ορίζει πως: «Βιομάζα είναι το βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειμμάτων που προέρχονται από τη γεωργία, (συμπεριλαμβανομένων των φυτικών και των ζωικών ουσιών), τη δασοκομία και τις συναφείς βιομηχανίες, καθώς και το βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα των βιομηχανικών και αστικών αποβλήτων, όπως ορίζει η ΟΔΗΓΙΑ 2001/77/ΕΚ.»

Στη βιομάζα περιλαμβάνονται: α) φυτικά και δασικά υπολείμματα (καυσόξυλα, κλαδοδέματα, άχυρα, πριονίδια, ελαιοπυρήνες, κουκούτσια), β) ζωικά απόβλητα (κοπριά, άχρηστα αλιεύματα), γ) ενεργειακές καλλιέργειες, δηλαδή φυτά ιδανικά για χρήση ως πηγή ενέργειας, δ) αστικά απορρίμματα, ε) υπολείμματα της βιομηχανίας τροφίμων και της αγροτικής βιομηχανίας και, τέλος, στ) το βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα των αστικών λυμάτων. Όλα τα παραπάνω είδη βιομάζας χρησιμοποιούνται κυρίως με δύο τρόπους: είτε απευθείας καύση για την παραγωγή θερμικής και σε δεύτερο επίπεδο και ηλεκτρικής ενέργειας, είτε μέσω της παραγωγής υγρών βιοκαυσίμων, όπως η βιοαιθανόλη και το βιοντήζελ.

Τα βιοκαύσιμα αποτελούν μια εξαιρετική εναλλακτική πηγή ενέργειας, καθώς σε μεγάλο βαθμό λύνουν και το πρόβλημα των αστικών και όχι μόνο απορριμμάτων, είναι αληθινά ανανεώσιμα, αφού προέρχονται από το χημικό κύκλο της φωτοσύνθεσης, άρα αποτελούν ουσιαστικά μέσα αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας, ενώ και τυχόν εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά την καύση τους, πρακτικά εξισορροπούνται και αντιστρέφονται από την κατανάλωση CO₂ κατά την παραγωγή τους. Όμως, εδώ θα πρέπει να σημειωθεί πως ενυπάρχουν δύο σημαντικοί κίνδυνοι στην εξάπλωση της βιομάζας ως ΑΠΕ, ειδικότερα των βιοκαυσίμων: εάν αυξηθεί υπέρμετρα η καλλιέργεια ενεργειακών φυτών σε περιοχές που ήταν ούτως ή άλλως πλούσιες σε βλάστηση (π.χ. δάση), τότε το ισοζύγιο του άνθρακα γίνεται αρνητικό, ενώ εάν υποκαταστήσουν μεγάλες εκτάσεις βρώσιμων καλλιεργειών, τότε δημιουργείται επισιτιστικός κίνδυνος. Για αυτό και η Ε.Ε. είναι ιδιαίτερα προσεκτική με το ανάλογο νομοθετικό πλαίσιο[10].

2.1.3.4 Υδροηλεκτρικά και άλλες μορφές ενέργειας από ύδατα

Με βάση τον ορισμό του Υπουργείου Περιβάλλοντος και ενέργειας «η Υδροηλεκτρική Ενέργεια είναι η ενέργεια η οποία στηρίζεται στην εκμετάλλευση και τη μετατροπή της δυναμικής ενέργειας του νερού των λιμνών και της κινητικής ενέργειας του νερού των ποταμών σε ηλεκτρική ενέργεια». Όπως και στην περίπτωση της αιολικής ενέργειας, παραλαμβάνεται μέσω πτερωτών η κινητική ενέργεια του ρευστού και μετατρέπεται μέσω των κατάλληλων διατάξεων σε ηλεκτρική. Η διαφορά είναι πως εδώ χρησιμοποιείται η βαρύτητα πρωτίστως, καθώς γίνεται εκμετάλλευση της ροής των υδάτων από υψηλότερα επίπεδα προς χαμηλότερα (θα μπορούσε να θεωρηθεί εμμέσως πως κι εδώ πρόκειται για εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, αφού το νερό φτάνει σε υψηλότερα επίπεδα λόγω βροχοπτώσεων, προκαλούμενων από την εξάτμιση των επιφανειακών υδάτων).

Τα ύδατα δεσμεύονται σε φυσικές ή τεχνητές λίμνες με τη χρήση φραγμάτων και διοχετεύονται σε έναν Υδροηλεκτρικό Σταθμό προγραμματισμένα. Αυτό σημαίνει πως, εφόσον υπάρχει επάρκεια αποταμιευμένων ποσοτήτων υδάτων, η Υδροηλεκτρική Ενέργεια δεν είναι στοχαστική, σε αντίθεση με την Αιολική και τα Φωτοβολταϊκά. Αν και πρόκειται για έργα με μεγάλη παρέμβαση στο φυσικό τοπίο, εν τούτοις ο τρόπος λειτουργίας τους μπορεί να έχει επιπρόσθετα περιβαλλοντικά οφέλη, καθώς δημιουργούνται νέοι υδροβιότοποι (π.χ. λίμνη Πλαστήρα στην Ελλάδα). Θα πρέπει να σημειωθεί πως τα λεγόμενα Μικρής κλίμακας Υδροηλεκτρικά Έργα (ΜΥΗΕ) είναι μια υποκατηγορία Υ/Η τα οποία είναι κυρίως «συνεχούς ροής», άρα δεν περιλαμβάνουν ουσιαστική αποταμίευση ύδατος ή εκτενή έργα πολιτικού μηχανικού. Γενικά στο σύνολό τους τα Υ/Η αποτελούν μια εξαιρετικά «καθαρή» εναλλακτική μορφή ενέργειας, με ελάχιστη επιβάρυνση του περιβάλλοντος εάν γίνουν με σωστό σχεδιασμό, με βασικό μειονέκτημα την ανάγκη ύπαρξης εξ αρχής κατάλληλων γεωμορφολογικά τοποθεσιών.

2.1.3.5 Γεωθερμία

Σύμφωνα με το Υπουργείο Περιβάλλοντος και Ενέργειας «η γεωθερμία είναι μια ήπια και πρακτικά ανεξάντλητη ενεργειακή πηγή, που μπορεί με τις σημερινές τεχνολογικές δυνατότητες να καλύψει ανάγκες θέρμανσης και ψύξης, αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις να παράγει ηλεκτρική ενέργεια», ενώ «προσφέρει ενέργεια χαμηλού κόστους, ενώ δεν επιβαρύνει το περιβάλλον με εκπομπές βλαβερών ρύπων».

Πρακτικά η γεωθερμία αφορά την εκμετάλλευση της εγκλωβισμένης θερμότητας σε μεγάλες υδάτινες μάζες σε σχετικά μεγάλα βάθη του υπεδάφους. Ανάλογα με τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού ή ατμού, η οποία ποικίλει ανάλογα με την περιοχή και μπορεί να κυμανθεί από 25^ο C μέχρι 360^ο C, χρησιμοποιείται για θερμικές χρήσεις ή, στην περίπτωση που ξεπερνά τους 150^ο C), για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι θερμικές της χρήσεις βρίσκονται κυρίως στην θέρμανση θερμοκηπίων, αλλά και στις υδατοκαλλιέργειες, ενώ πολλές φορές χρησιμοποιείται για τηλεθέρμανση, την θέρμανση δηλαδή οικιστικών κτιρίων και περιοχών. Στην Ελλάδα θα μπορούσε να εφαρμοστεί ευρέως για την θερμική αφαλάτωση του του θαλασσινού νερού, ώστε να τροφοδοτούνται τα νησιά του Αιγαίου που βρίσκονται στο ηφαιστιακό τόξο με πόσιμο νερό, σε χαμηλότερο κόστος από την παροχή με υδροφόρες.

2.1.3.6 Πυρηνική ενέργεια

Όπως αναφέρθηκε, οι δύο βασικές πτυχές των ΑΠΕ είναι η μακρά βιωσιμότητα των αποθεμάτων ενέργειας (να ανανεώνονται δηλαδή τα αποθέματα πιο γρήγορα από ότι η ανθρωπότητα μπορεί να τα καταναλώσει) και η προστασία του περιβάλλοντος. Για πολλά χρόνια οι υπέρμαχοι των πυρηνικών υποστηρίζουν πως οι αντιδραστήρες πυρηνικής σχάσης μπορούν να θεωρηθούν ως ΑΠΕ, καθώς, όχι μόνο παράγουν μηδενικές εκπομπές CO_2, αλλά πλέον από πολλούς επιστήμονες γίνεται συζήτηση γύρω από τη διαφορά ανάμεσα στο «ανανεώσιμη» και «βιώσιμη» ενέργεια. Ουσιαστικά, εάν μια πηγή ενέργειας είναι αρκετή ώστε να καλύψει τις ανάγκες για πάρα πολλές γενιές στο μέλλον, με λαμβανομένη υπόψιν την αυξητική τάση των αναγκών αυτών, τότε μπορεί να θεωρηθεί βιώσιμη, κάτι που θεωρείται το ίδιο σημαντικό με το ανανεώσιμη. Επί παραδείγματι, το απαραίτητο για τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων ουράνιο θα μπορεί στο μέλλον να προέρχεται από το θαλασσινό νερό, το οποίο υπολογίζεται πως εμπεριέχει 4.5 δις τόνους ουρανίου, το οποίο πιθανόν να μπορεί να χαρακτηριστεί και ανανεώσιμο, λαμβάνοντας υπόψιν τους χημικούς κύκλους του μανδύα της γης. (Conca, 2016)

Επιπροσθέτως, η διαρκής έρευνα αναφορικά με το θόριο, ένα πιθανό υποκατάστατο του ουρανίου, δίνει συνεχώς θετικές προοπτικές για θέματα ρύπανσης: Κινέζοι ερευνητές θεωρούν ότι παράγει τρεις τάξεις μεγέθους λιγότερα απόβλητα από το ουράνιο, ενώ ερευνητές από τις Η.Π.Α. μιλάνε για δύο τάξεις μεγέθους λιγότερα απόβλητα. Εκτός αυτού, δύο βασικά χαρακτηριστικά του κύκλου λειτουργίας του το καθιστούν ασφαλέστερο: η διαδικασία είναι πιο ελεγχόμενη (δεν προκαλείται αλυσιδωτή αντίδραση), ενώ το καύσιμο βρίσκεται σε υγρή μορφή, άρα μπορεί να αποστραγγιστεί σε περίπτωση κινδύνου ατυχήματος. (Warmflash, 2015)

Φυσικά, όλα τα παραπάνω αφορούν την πυρηνική σχάση, με το «ιερό δισκοπότηρο», όπως προαναφέρθηκε, των επιστημών της ενέργειας να αποτελεί η δυνατότητα παραγωγής ενέργειας μέσω πυρηνικής σύντηξης, τον τρόπο δηλαδή που παράγει ο Ήλιος ενέργεια, αλλά και ο τρόπος με τον οποίον δημιουργήθηκαν τα χημικά στοιχεία στο σύμπαν. Η μέθοδος δεν πρέπει να συγχέεται με την λεγόμενη ψυχρή σύντηξη, η οποία πλέον αποτελεί μια «τοξική» ορολογία[11]. Η πυρηνική σύντηξη ως ελεγχόμενη μέθοδος παραγωγής χρησιμοποιήσιμης ενέργειας από τον άνθρωπο βρίσκεται ακόμα σε πειραματικά στάδια και για ειδικές κατασκευές, όπως η προώθηση διαστημικών σκαφών[12], αλλά εάν προχωρήσει σημαίνει πως με ελάχιστα καύσιμα προερχόμενα από το νερό θα μπορεί η ανθρωπότητα να παράγει τεράστιες ποσότητες σχεδόν απόλυτα καθαρής ενέργειας.

2.2  Πολιτική, οικονομική και κοινωνική σημασία των ΑΠΕ

2.2.1 Ενεργειακή εξάρτηση και Ρεαλισμός

Η ενέργεια αποτελεί ένα σημαντικό πυλώνα της παγκόσμιας ιστορίας τους τελευταίους δύο αιώνες, καθώς η ανακάλυψη όλο και περισσοτέρων και αποδοτικότερων πηγών και μορφών της, τόσο περαιτέρω προχωρούσε η βιομηχανική επανάσταση και η τεχνολογική και επιστημονική ανάπτυξη, οι οποίες οδήγησαν σε μια σειρά εξελίξεων την ανθρωπότητα, όπως το καπιταλιστικό μοντέλο στην οικονομία, η ανάδειξη της μεσαίας αστικής τάξης και η παγκοσμιοποίηση. Όμως, για να γίνει αντιληπτός ο ρόλος της ενέργειας στο σύγχρονο παγκοσμιοποιημένο πολιτικό σκηνικό, πρέπει να γίνει πρώτα μια καταγραφή του σκηνικού αυτού. Η επιστήμη των Διεθνών Σχέσεων έχει αναδείξει διάφορες θεωρητικές βάσεις για την περιγραφή του κόσμου τις τελευταίες δεκαετίες, όμως αυτή που γενικά έχει επικρατήσει, είναι η θεωρία του Ρεαλισμού.

Ο Ρεαλισμός στη βάση του έχει την παραδοχή πως οι Διεθνείς Σχέσεις έχουν ως αντικείμενο κράτη των οποίων απώτερος σκοπός είναι η δική τους ασφάλεια και ευημερία, καθενός ξεχωριστά έναντι των υπολοίπων. Παραδοχή που οδηγεί στη μελέτη των Διεθνών Σχέσεων ως προς τις προσπάθειες των κρατών να υπερισχύσουν το καθένα έναντι του άλλου. Αυτό συνοψίζεται στα λόγια του Morgenthau πως «η διεθνής πολιτική είναι, όπως κάθε άλλου είδους πολιτική, μια διαμάχη για ισχύ»[13]. 

Άλλες σημαντικές διευκρινήσεις και προσεγγίσεις στο τι είναι ο Ρεαλισμός και γιατί ισχύει σήμερα έρχονται από τον Mearsheimer, ο οποίος στο έργο του «Η τραγωδία των πολιτικών των Μεγάλων Δυνάμεων»[14] θεωρεί πως ο Ρεαλισμός είναι βαθιά ριζωμένος στο οικοδόμημα των Διεθνών Σχέσεων και για αυτό η όποια ισορροπία μεταξύ των Μεγάλων Δυνάμεων είναι εύθραυστη (Mearsheimer, 2001, σ.20), καθώς και από τον Waltz, ο οποίος στο έργο του «Άνθρωπος, Κράτος και Πόλεμος»[15] παρουσιάζει ουσιαστικά τρεις κλιμακωτές «εικόνες»[16] επεξήγησης των διεθνών συγκρούσεων, ξεκινώντας από τον άνθρωπο και καταλήγοντας στο διεθνές, άναρχο κατά τον Ρεαλισμό, σύστημα.

Η σύντομη αυτή ανασκόπηση της θεωρίας του Ρεαλισμού είναι απαραίτητη για την κατανόηση των επομένων υποενοτήτων, όπου και επεξηγείται ουσιαστικά γιατί η ενέργεια έχει τόσο σημαντικό ρόλο στην διεθνή πολιτική, ως εχέγγυο και προαπαιτούμενο της ευημερίας και της ασφάλειας των σύγχρονων κοινωνιών και οικονομιών.

2.2.1.1 Ορυκτά καύσιμα και η πολιτική των αγωγών

Όπως γίνεται κατανοητό από τα στοιχεία περί των ποσοστώσεων των χρησιμοποιούμενων πηγών ενέργειας στο παγκόσμιο ενεργειακό μίγμα που δόθηκαν σε προηγούμενη υποενότητα, τα ορυκτά καύσιμα επιτελούν κυρίαρχο ρόλο στην παγκόσμια παραγωγή ενέργειας. Για αυτό και αποτελούν εδώ και δεκαετίες βασικό διακύβευμα της διεθνούς πολιτικής, ειδικά των πιο ανεπτυγμένων χωρών. Αν και εκ πρώτης όψεως η συζήτηση περί ορυκτών καυσίμων φαίνεται παράταιρη στο παρόν έργο, εν τούτοις η αλήθεια είναι εντελώς διαφορετική: οι ΑΠΕ θα μπορούσαν να καλύψουν στο μέλλον μεγαλύτερο ποσοστό της απαιτούμενης ισχύος βάσης σε εθνικό και διεθνές επίπεδο, άρα να υποκαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα και, έτσι, να αμβλύνουν την σημαντικότητα των πηγών πετρελαίου και των αγωγών στην διεθνή πολιτική σκηνή.

Ειδικά στην Ελλάδα η όλη πολιτική των αγωγών έχει πολυδιάστατη σημασία. Εκτός των πρόσφατων σχετικά κινητοποιήσεων των Ελληνικών Κυβερνήσεων για περαιτέρω διερεύνηση των πιθανών κοιτασμάτων ορυκτών καυσίμων στην Ελληνική επικράτεια (ζήτημα που άπτεται του ευρύτερου πλαισίου των ΑΟΖ και της υφαλοκρηπίδας και τα οποία ξεφεύγουν από το σκοπό της παρούσας εργασίας), η Ελλάδα έχει ορισμένα σημαντικά πιθανά οφέλη από τη μετατροπή της σε ενεργειακό κόμβο.

Εικόνα 3. Διαδριατικός Αγωγός (ΤΑΡ) (Πηγή: https://pipelinesinternational.com/2017/06/27/tap-donates-utility-vehicles-greek-communities/)

Πρώτα από όλα καθίσταται ακόμα σημαντικότερη η θέση της εντός της Ευρωπαϊκής ένωσης και της Ευρώπης γενικότερα, καθώς με το Αζέρικο φυσικό αέριο του αγωγού TAP γίνεται κόμβος για την τροφοδοσία της Ευρώπης και την, μερική έστω, απεξάρτησή της από τα Ρωσικά ορυκτά καύσιμα. Επιπροσθέτως, μπαίνει σε μια λογική συνεργασίας με την Τουρκία, η οποία μπορεί να δίνει στη γείτονα χώρα διαπραγματευτικά χαρτιά απέναντι στην Ε.Ε., αλλά την καθιστά και οικονομικό εταίρο της Ελλάδας, το οποίο σημαίνει πως τα οικονομικά οφέλη του αγωγού έρχονται σε αντιπαράθεση με την προκλητικότητα της εξωτερικής της πολιτικής (έστω βραχυ-μεσοπρόθεσμα).

Εάν συνδυαστεί η εξάρτηση της παγκόσμιας οικονομίας από τα ορυκτά καύσιμα με τις αρχές του Ρεαλισμού (αμφότερα συζητήθηκαν προηγουμένως), γίνεται άμεσα αντιληπτό πως οποιαδήποτε χώρα μπορεί να εκμεταλλευτεί τη θέση της για να συμμετάσχει στις διεθνείς διεργασίες που αφορούν, όχι μόνο την παραγωγή, αλλά και την διανομή των ενεργειακών πόρων με τέτοιο τρόπο ώστε να αυξήσει την σχετική ισχύ της έναντι εταίρων, ουδέτερων και εχθρικά διακείμενων χωρών. Η Ελλάδα και η Κύπρος έχουν, άλλωστε, στο άμεσο μέλλον τη δυνατότητα να πρωταγωνιστήσουν στην πολιτική των αγωγών στην ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου, με τη πιθανή διασύνδεση τους με το Ισραήλ και τα πλούσια προσφάτως ανακαλυφθέντα κοιτάσματά του φυσικού αερίου.

Εικόνα 4. Προτεινόμενος αγωγός για τα κοιτάσματα Κύπρου και Ισραήλ (Πηγή: http://www.edison.it/en/eastmed-pipeline)

Εάν αυτό συνδυαστεί με δυνατότητες απεξάρτησης της ίδιας από τα ορυκτά καύσιμα, έστω και μερικώς, μέσω ΑΠΕ, τότε αυξάνεται ακόμα περισσότερο η αναγκαιότητα για ένα ρεαλιστικά ενεργών στη διεθνή πολιτική του κράτος να εντάξει τις ΑΠΕ στο ενεργειακό του μίγμα. Όπως θα περιγραφεί στην επόμενη υποενότητα, η Ελλάδα έχει σημαντικές δυνατότητες μερικής απεξάρτησης από εισαγόμενους ενεργειακούς πόρους, συνδυάζοντας ορθή διαχείριση του φυσικού ορυκτού πλούτου της (λιγνίτης) και των καταφανών δυνατοτήτων της στην εκμετάλλευση των ΑΠΕ.

2.2.1.2 Πτυχές εθνικής ενεργειακής στρατηγικής

Η Ελλάδα βρίσκεται σε μια γεωγραφική θέση που εμπεριέχει πολλές αποσταθεροποιητικές τάσεις, τόσο λόγω των σχέσεών της με τους γείτονές της, όπως και με την εγγύτητά της με την Μέση Ανατολή και τις ροές τόσο προσφύγων & παράνομων οικονομικών μεταναστών, όσο και ενεργειακών πόρων. Ήδη έχει δοθεί μια περιγραφή της σημασίας της ενέργειας στις διεθνείς σχέσεις και ειδικότερα σε ότι αφορά την Ελλάδα, και πως στην εξέλιξη της εξωτερικής πολιτικής της χώρας μπορεί να παίξει ρόλο η υιοθέτηση των ΑΠΕ και η απεξάρτηση από τις εισαγωγές ενεργειακών πόρων. Η Energy International Agency στην τελευταία της έκθεση για την Ελλάδα αναφέρει σχετικά με την ενεργειακή ασφάλεια της χώρας (σ. 12) πως ο λιγνίτης αποτελεί σημαντικό στρατηγικό παράγοντα, όμως, αναγνωρίζοντας τις υποχρεώσεις απομείωσης εκπομπών από καύση υδρογονανθράκων και την υπερεπάρκεια σε αποθέματα ΑΠΕ, συνιστά την περαιτέρω εκμετάλλευση των ΑΠΕ αυτών, ειδικά ως παράγοντα ενεργειακής ασφάλειας.

Η ΕΙΑ θεωρεί τα ΑΠΕ ως τον πρωταρχικό ειδικό στόχο της Ελληνικής πολιτείας σε θέματα ενέργειας (σ. 14), καθώς έχει αποδειχθεί από την τελευταία έκθεση του 2011 πως η ανάπτυξη των ΑΠΕ, κυρίως στα φωτοβολταϊκά, είναι σημαντική, με ορισμένες επιφυλάξεις για τα αιολικά. Τα κόστη για την υιοθέτηση των ΑΠΕ από την πολιτεία ανέβηκαν πολύ, για αυτό και ενδιάμεσα έγιναν ορισμένες σημαντικές διορθώσεις (περισσότερα περί επιδοτήσεων τιμών σε επόμενο κεφάλαιο). Πράγματι, διαχρονικά την τελευταία δεκαετία και πλέον, οι ελληνικές Κυβερνήσεις έχουν προβεί σε ορισμένα βήματα για την υιοθέτηση των ΑΠΕ, με την οικονομική κρίση να αποτελεί σημαντικό παράγοντα επιβράδυνσης των επενδύσεων. Στο παρακάτω γράφημα από την αντίστοιχη μελέτη του ΙΟΒΕ, διαφαίνεται πως ενώ στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής ακολουθούμε κατά πόδας την Ευρώπη, έχουμε ακραίες επιδόσεις στον τομέα της ψύξης-θέρμανσης (έχουμε υπερβεί τον στόχο για το 2020) και στον τομέα των μεταφορών (εξαιρετικά αρνητικές επιδόσεις).

Διάγραμμα 3. Επιδόσεις Ελλάδας στην υιοθέτηση ΑΠΕ (Πηγή: ΙΟΒΕ, Eurostat)

Εμβάθυνση στις προωθητικές πολιτικές της Ελληνικής Πολιτείας, ειδικά στο ζήτημα των φωτοβολταϊκών, θα πραγματοποιηθεί σε επόμενο κεφάλαιο.

2.2.2 Μικροοικονομικές και Μακροοικονομικές συνέπειες

2.2.2.1 ΑΠΕ και ανάπτυξη

Οι ΑΠΕ αποτελούν εδώ και αρκετά χρόνια μια εξαιρετικά ακμάζουσα βιομηχανία. Σύμφωνα με το Wind Europe στην τελευταία του έκθεση, μόνο σε αιολική ενέργεια και μόνο στην Ευρώπη, προστέθηκαν 12,5 GW εγκατεστημένης ισχύς αιολικής ενέργειας το 2016, ανεβάζοντάς την στη δεύτερη θέση των συνολικών πηγών ενέργειας στην Ευρώπη. Όμως, η συνεχής ενασχόληση σε ερευνητικό και επενδυτικό επίπεδο με τις ΑΠΕ δεν έρχεται χωρίς κάποιους κινδύνους. Όπως θα αναλυθεί παρακάτω, ο βασικός μοχλός πίεσης για την εξάπλωση των ΑΠΕ είναι οι κίνδυνοι της κλιματικής αλλαγής, όμως το μοντέλο μετάβασης σε μια οικονομία απεξαρτημένη από τον άνθρακα δεν είναι απαραίτητα τόσο ευθύ και απλό. Παραδείγματος χάριν, σύμφωνα με τους Safarzyńskaa και van den Bergh (2017), οι οποίοι εφάρμοσαν ένα agent-based μοντέλο για να συμπεριλάβουν όλες τις πιθανές κοινωνικο-οικονομικές διεργασίες, η μετάβαση στις ΑΠΕ θα έπρεπε να είναι σταδιακή, μετατρέποντας αρχικά τις μονάδες παραγωγής ενέργειας με κάρβουνο σε αντίστοιχες με φυσικό αέριο, το οποίο παράγει πολύ λιγότερες εκπομπές CO₂. Με αυτόν τον τρόπο η μετάβαση θα είναι πολύ πιο ομαλή, άρα και πιο ασφαλής για το μέλλον των ΑΠΕ.

Εικόνα 5. Εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύς διαφόρων πηγών ενέργειας στην Ευρώπη (Πηγή: Wind Europe)

Άλλωστε, αυξάνονται στη διεθνή βιβλιογραφία οι επισημάνσεις πως οι ΑΠΕ δεν συνδέονται άμεσα με την οικονομική ανάπτυξη. Οι Afonso, Marques και Fuinhas σε μια έρευνά τους την περίοδο 1995-2013 σε 28 χώρες κατέληξαν στο συμπέρασμα πως οι ΑΠΕ δεν βοήθησαν στην οικονομική ανάπτυξη των χωρών αυτών, σε αντίθεση με τις μη-ΑΠΕ. Οι Marques και Fuinhas (2012) άλλωστε έχουν υποστηρίξει πως οι ΑΠΕ μπορεί και να δημιουργούν βάρη στην αναπτυξιακή προοπτική, όπως και άλλοι συγγραφείς (Bhattacharya, Paramati, Ozturk & Bhattacharya, 2016; Dogan, 2015; Ocal & Aslan, 2013) έχουν αμφισβητήσει τη θετική επιρροή των ΑΠΕ στην ανάπτυξη.

2.2.2.2 Ανεργία και απασχόληση

Από την εποχή των Λουδιτών[17], κάθε καινούρια εξέλιξη στην επιστήμη, την τεχνολογία και, εν τέλει, την οικονομία αντιμετωπίζεται με καχυποψία σε ότι αφορά την επίπτωση που θα έχει στο εργατικό δυναμικό, ειδικότερα στους εργάτες και τους υπαλλήλους χωρίς ειδίκευση ή ιδιαίτερη κατάρτιση. Η όλη διαδικασία σταδιακής απεξάρτησης από τον άνθρακα και η εισαγωγή των ΑΠΕ στο παγκόσμιο ενεργειακό μίγμα δημιούργησε, όπως ήταν αναμενόμενο, τέτοιους φόβους, καθώς η οριστική αποχώρηση από τα ορυκτά καύσιμα θα σημάνει την απώλεια θέσεων εργασίας σε ορυχεία, πλατφόρμες εξόρυξης, δίκτυα διανομής κλπ.. Οι αντίστοιχες θέσεις εργασίας που θα δημιουργηθούν, όπως στην πλειονότητα των τεχνολογικών εξελίξεων τους τελευταίους δύο αιώνες, θα απαιτούν πιο εξειδικευμένο και καταρτισμένο προσωπικό.

Η σύνδεση των προσπαθειών μείωσης των εκπομπών CO₂ με την αύξηση της ανεργίας έχει αποτελέσει σημαντικό αντικείμενο της διεθνούς βιβλιογραφίας. Ο Rivers (2013) υποστηρίζει πως μείωση κατά 10% των εκπομπών με την αντικατάσταση συμβατικών πηγών ενέργειας με ΑΠΕ μπορεί να οδηγήσει το ισοζύγιο απασχόλησης σε μείωση κατά 0,1 έως 0,3%. Όμως, αυτό δεν είναι καθολικά εφαρμόσιμο, σύμφωνα με τον ίδιο τον Rivers, καθώς ορισμένοι παράγοντες, όπως η πορεία των υπό επένδυση κεφαλαίων, μπορούν να αντιστρέψουν αυτήν την πραγματικότητα από χώρα σε χώρα. Πράγματι, ο Khodeir (2016) καταλήγει πως από μια μακροπρόθεσμη οπτική η ανάπτυξη των ΑΠΕ στην Αίγυπτο συνεισέφερε στην απασχόληση. Άλλωστε οι Barros, Coira, Lopez και Gochi (2017) υποστηρίζουν στη μελέτη τους πως για κάθε νέα εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας, οι ΑΠΕ αποδίδουν περίπου 0.1 με 4 ανθρωποέτη απασχόλησης ανά παραγόμενη GWh, όταν οι μη-ΑΠΕ αποδίδουν 0.1 με 2.4 ανθρωποέτη απασχόλησης ανά παραγόμενη GWh.

2.2.2.3 Επενδυτικές ευκαιρίες και έρευνα

Η επίπτωση των ΑΠΕ στην οικονομική ανάπτυξη, την απασχόληση και εν γένει τα μακροοικονομικά μεγέθη είναι άμεσα συνδεδεμένη με τις επιλογές των κρατών και των διακρατικών οργανισμών κατά την υιοθέτησή τους. Όμως, σε μικροοικονομικό επίπεδο, είτε αφορά την έρευνα, είτε άμεσες επενδύσεις, οι ΑΠΕ προσφέρουν αρκετές προοπτικές. Επειδή η συγκεκριμένη εργασία θα αναφερθεί εκτενώς στις μικροοικονομικές αυτές ευκαιρίες στα επόμενα κεφάλαια, δεν θα γίνει αναλυτικότερη παρουσίαση αυτών στην παρούσα υποενότητα.

Αναφορικά με την έρευνα, όμως, επισημαίνεται πως στην αναζήτηση στο ScienceDirect, οι όροι “renewable energy” και “sustainable energy” επέστρεψαν 184,759 και 457,826 αποτελέσματα αντίστοιχα για την περίοδο 2009-2018, χαρακτηριστικό της σημασίας που δίνεται στην έρευνα πάνω σε αυτούς τους τομείς.

2.2.2.4 ΑΠΕ και Τρίτος Κόσμος

Η ενέργεια, όπως προαναφέρθηκε, είναι βασικός παράγοντας ανάπτυξης και ευημερίας. Οι αναπτυσσόμενες χώρες και οι χώρες του τρίτου κόσμου, κυρίως σε Αφρική και Ασία, χρειάζονται, μεταξύ άλλων, και μεγάλες επενδύσεις στον τομέα της ενέργειας, ώστε να διευκολυνθεί η πρόσβαση σε αγαθά όπως το καθαρό τρεχούμενο νερό, η αποχέτευση, οι υπηρεσίες υγείας και η εκπαίδευση και εν τέλει να επιτευχθούν οι προϋποθέσεις για οικονομική ανάπτυξη. Αυτές οι επενδύσεις όμως πρέπει να είναι όσο πιο αποδοτικές γίνεται. Οι Wesseh και Lin (2017) υποστηρίζουν πως χώρες όπως αυτές της Ανατολικής Αφρικής, οι οποίες βρίσκονται ακόμα σε νηπιακό επίπεδο αναφορικά με την ανάπτυξή τους σε επίπεδα Δυτικών χωρών, δεν μπορούν να περάσουν άμεσα στη χρήση ΑΠΕ, πριν καν καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες, καθώς οι συμβατικές μέθοδοι παραγωγής ενέργειας είναι πολύ φθηνότερες στην ανάπτυξη ισχύος βάσης. Παρ’ όλα αυτά, ήδη στις χώρες αυτές υπάρχει έντονη κινητικότητα για να κατευθυνθεί η ενεργειακή ανάπτυξη προς τις ΑΠΕ, όπως φαίνεται και από τη μελέτη των Akurua, Onukwubeb, Okoroc, και Obea (2017) για τις δυνατότητες της Νιγηρίας σε ότι αφορά την υιοθέτηση των ΑΠΕ από ιδιώτες, ώστε προς τα εκεί να οδηγηθούν τελικά και οι κυβερνητικές πολιτικές.

2.2.3 Περιβαλλοντικές πτυχές

2.2.3.1 Κλιματική αλλαγή

Η κλιματική αλλαγή είναι ένα φαινόμενο που υφίσταται από την απαρχή της δημιουργίας της γήινης ατμόσφαιρας και αφορά τις μακροπρόθεσμες μεταβολές στο κλίμα της γης και τις επιπτώσεις του στη βιόσφαιρα, το ζωτικό χώρο δηλαδή ανάμεσα στην επιφάνεια της γης και την ατμόσφαιρα όπου αναπτύσσονται οι βιολογικοί οργανισμοί.

Εδώ και ορισμένες δεκαετίες υπάρχει εξαιρετικά έντονη ανησυχία για την πιθανή επίπτωση της ανθρώπινης δραστηριότητας στην επιτάχυνση των φαινομένων της κλιματικής αλλαγής, καθώς υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ραγδαίας (σχετικά με τα γεωλογικά και κλιματολογικά δεδομένα) αύξησης της μέσης θερμοκρασίας της γης[18], με μια γενικότερη αποδοχή παγκοσμίως πως σε αυτήν την αύξηση ρόλο παίζει η καύση ορυκτών καυσίμων και η απελευθέρωση CO₂ στην ατμόσφαιρα, το οποίο δρα ως αέριο «θερμοκηπίου». Το φαινόμενο του θερμοκηπίου αφορά τον εγκλωβισμό της θερμότητας από την ηλιακή ακτινοβολία στην γήινη ατμόσφαιρα από αέρια που έχουν την δυνατότητα αυτή (μεθάνιο, CO₂ κλπ.). Η θεωρία αυτή έδωσε έναυσμα για ένα «ράλι» τεράστιων επενδύσεων σε ορισμένες μορφές ΑΠΕ, όπως τα αιολικά και τα φωτοβολταϊκά, ως εναλλακτικές μορφές ενέργειας οι οποίες θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τους υδρογονάνθρακες. Αυτή ακριβώς η εξέλιξη έδωσε πολλές προοπτικές και σε μικρομεσαίους επενδυτές να επενδύσουν σε ιδιωτικά έργα βασισμένα πάνω στην συγκεκριμένη βιομηχανία. Την τρέχουσα αυτήν κατάσταση, άλλωστε, εκλαμβάνει ως ευκαιρία και η παρούσα μελέτη για την εγκατάσταση μονάδας παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά.

2.2.3.2 Ρύποι και ποιότητα ζωής

Με την έννοια της κλιματικής αλλαγής να έχει κυριαρχήσει στις περιβαλλοντικές συζητήσεις, η διεθνής κοινότητα έχει παραμελήσει μια ίσως πιο ουσιαστική και άμεση πτυχή της καύσης υδρογονανθράκων για παραγωγή ενέργειας και αυτή είναι η εκπομπή ρύπων βλαβερών για τον άνθρωπο και εν γένει την πανίδα και την χλωρίδα, ειδικά με τη μορφή μικροσωματιδίων και βαρέων μετάλλων (Noli & Tsamos, 2016)., τα οποία προκαλούν σημαντικές επιπτώσεις στην ποιότητα ζωής και την υγεία των κατοίκων των περιοχών όπου λειτουργούν τέτοιες μονάδες[19].

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2^ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Διαδικτυακές πηγές:

1.    BP Statistical Review of World Energy June 2017. Στο https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-economics/statistical-review-2017/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

2.    Conca, J. (2016). "Is Nuclear Power A Renewable Or A Sustainable Energy Source?". Στο https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2016/03/24/is-nuclear-power-a-renewable-or-a-sustainable-energy-source/#65e42ff1656e, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

3.    Edison: EastMed. Στο http://www.edison.it/en/eastmed-pipeline,  ανακτήθηκε στις 9/11/2017.

4.    EIA: Renewable Energy Explained. Στο https://www.eia.gov/energyexplained/?page=renewable_home, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

5.    ENERGY.GOV: "How do wind turbines work". Στο https://energy.gov/eere/wind/how-do-wind-turbines-work, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

6.    Eniday: Energy in ancient time. Στο https://www.eniday.com/en/education_en/energy-in-ancient-time/, ανακτήθηκε στις 7/11/2017

7.    EUROSTAT: Electricity prices, second half of year, 2014-2016 (EUR per kWh). Στο http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/File:Electricity_prices,_second_half_of_year,_2014-2016_(EUR_per_kWh)_YB17.png, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

8.    EXTREME TECH: "NASA-Funded Startup to Build Fusion-Powered Rockets". Στο https://www.extremetech.com/extreme/250836-nasa-funded-startup-aims-build-fusion-powered-rockets, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

9.    FORTUNE: "Why Germany Is Paying People to Use Electricity". Στο http://fortune.com/2016/05/11/germany-excess-power/, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

10. INDEPENDENT: "Denmark runs entirely on wind energy for a day". Στο http://www.independent.co.uk/news/world/europe/denmark-ran-entirely-on-wind-energy-for-a-day-a7607991.html, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

11. NASA Climate Kids: Tower of Power. Στο https://climatekids.nasa.gov/concentrating-solar/, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

12. NASA: Global Climate Change. Στο https://climate.nasa.gov/, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

13. Pipelines International: TAP. Στο https://pipelinesinternational.com/2017/06/27/tap-donates-utility-vehicles-greek-communities/, ανακτήθηκε στις 9/11/2017.

14. POPULAR MECHANICS: "In Cold Fusion 2.0, Who's Scamming Whom?". Στο http://www.popularmechanics.com/science/energy/a20454/in-cold-fusion-20-whos-scamming-whom/, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

15. Warmflash, D. (2015). "Thorium Power Is the Safer Future of Nuclear Energy". Στο http://blogs.discovermagazine.com/crux/2015/01/16/thorium-future-nuclear-energy/#.WhR-VErXaUm, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

16. WIND EUROPE: "Wind in power: 2016 European statistics". Στο https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/statistics/WindEurope-Annual-Statistics-2016.pdf, ανακτήθηκε στις 18/11/2017

17. Ευρωπαϊκή Επιτροπή: Biofuels. Στο https://ec.europa.eu/energy/en/topics/renewable-energy/biofuels, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

18. Ευρωπαϊκή Επιτροπή: Biofuels. Στο https://ec.europa.eu/energy/en/topics/renewable-energy/biofuels, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

19. ΙΟΒΕ: ΟΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΩΣ ΑΝΑΠΤΥΞΙΑΚΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ. Στο http://iobe.gr/docs/pub/ARTICLE_01012016_PUB_GR.pdf, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

20. ΚΑΠΕ: ΑΠΕ. Στο http://www.cres.gr/kape/energeia_politis/energeia_politis.htm, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

21. ΚΑΠΕ: ΒΙΟΜΑΖΑ. Στο http://www.cres.gr/energy-saving/images/pdf/biomass_guide.pdf, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

22. ΥΠΕ: ΑΠΕ. Στο http://www.ypeka.gr/?tabid=285, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

23. ΥΠΕ: ΒΙΟΜΑΖΑ. Στο http://www.ypeka.gr/Default.aspx?tabid=288&language=el-GR, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

24. ΥΠΕ: ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ. Στο http://www.ypeka.gr/Default.aspx?tabid=483&language=el-GR, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

25. ΥΠΕ: ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. Στο http://www.ypeka.gr/Default.aspx?tabid=484&language=el-GR, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία

1.    Afonso, T., Marques, A., & Fuinhas, J. (2017). Strategies to make renewable energy sources compatible with economic growth. Energy Strategy Reviews, v. 18, pp. 121-126

2.    Akurua, O., Onukwubeb, I., Okoroc, O., & Obea, E. (2017). Towards 100% renewable energy in Nigeria. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.71, pp. 943-953

3.    Barros, J., Coira, M., Lopez, M., & Gochi, A. (2017). Comparative analysis of direct employment generated by renewable and non-renewable power plants. Energy, v. 139, pp. 542-54

4.    Bhattacharya, M., Paramati, S.R., Ozturk, I., & Bhattacharya, S. (2016). The effect of renewable energy consumption on economic growth: evidence from top 38 countries. Applied Energy, v. 162, pp. 733-741

5.    Dogan, E. (2015). The relationship between economic growth and electricity consumption from renewable and non-renewable sources: a study of Turkey. Renewable Sustainable Energy Review, v. 52, pp. 534-546

6.    Karolina Safarzyńskaa, K, & van den Bergh, J. (2017). Financial stability at risk due to investing rapidly in renewable energy. Energy Policy, v. 108, pp. 12-20

7.    Khodeir, A. (2016). The Relationship between the Generation of Electricity from Renewable Resources and Unemployment: An Empirical Study on the Egyptian Economy. Arab economic and Business Journal, v. 11, pp. 16-30

8.    Marques, A., & Fuinhas, J. (2012). Is renewable energy effective in promoting growth? Energy Policy, v. 46, pp. 434-442

9.    Mearsheimer, J. (2001). The Tragedy of Great Power Politics, USA, W. W. Norton and Company Inc.

10. Morgenthau, H. (1978). Politics Among Nations: The Struggle for Power and Peace, Fifth Edition, Revised. New York, Alfred A. Knopf

11. Noli, F., & Tsamos, P. (2016). Concentration of heavy metals and trace elements in soils, waters and vegetables and assessment of health risk in the vicinity of a lignite-fired power plant. Science of The Total Environment, v 563–564, pp. 377-385

12. Ocal, O., Aslan, Α. (2013). Renewable energy consumptioneeconomic growth nexus in Turkey. Renewable Sustainable Energy Review, v. 28, pp. 494-499

13. Perlin, J. (2013). Let It Shine: The 6,000-Year Story of Solar Energy

14. Rivers, N. (2013). Renewable energy and unemployment: A general equilibrium analysis. Resource and Energy Economics, v. 35, pp. 467-485

15. Waltz, K. (2001). Man, the State, and War: A Theoretical Analysis, Columbia University Press

16. Wesseh, P., & Lin, Β. (2017). Is renewable energy a model for powering Eastern African countries transition to industrialization and urbanization? Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.75, pp. 909-917

---

[1] Στο http://www.ypeka.gr/?tabid=285, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

[2] Στο http://www.cres.gr/kape/energeia_politis/energeia_politis.htm, ανακτήθηκε στις 8/11/2017

[3] Στο https://www.eniday.com/en/education_en/energy-in-ancient-time/, ανακτήθηκε στις 7/11/2017

[4] ENERGY.GOV: "How do wind turbines work"

[5] Είναι χαρακτηριστικό πως βάσει της τελευταίας έκθεσης του Wind Europe, ενώ η εγκαταστημένη ισχύς στην Ευρώπη σε αιολικά ανήρθε σε ποσοστό 17% της συνολικής, μόλις το 10,4% των αναγκών σε ενέργεια το 2016 παράχθηκε από αιολικά.

[6] INDEPENDENT: "Denmark runs entirely on wind energy for a day"

[7] WIND EUROPE: "Wind in power: 2016 European statistics" (σελ. 17)

[8] EUROSTAT: Electricity prices, second half of year, 2014-2016 (EUR per kWh)

[9] FORTUNE: "Why Germany Is Paying People to Use Electricity"

[10] Ευρωπαϊκή Επιτροπή: Biofuels

[11] POPULAR MECHANICS: "In Cold Fusion 2.0, Who's Scamming Whom?"

[12] EXTREME TECH: "NASA-Funded Startup to Build Fusion-Powered Rockets"

[13] Online Εγκυκλοπαίδεια της Φιλοσοφίας του Stanford: Political Realism in International Relations

[14] Mearsheimer, J. (2001). The Tragedy of the Great Power Politics, USA, Norton and Company Inc.

[15] Waltz, K. (2001) Man, the State, and the War: A Theoritical Analysis, Columbia University Press

[16] Διεθνής σύγκρουση και ανθρώπινη συμπεριφορά (Κεφ 2ο); Διεθνής σύγκρουση και εσωτερική δομή των κρατών (Κεφ. 4ο); Διεθνής σύγκρουση και διεθνής αναρχία (Κεφ. 6ο)

[17] Οργανωμένοι εργάτες κλωστοϋφαντουργίας στην Αγγλία του 18^ου αιώνα, οι οποίοι βανδάλιζαν βιομηχανικές εγκαταστάσεις επειδή θεωρούσαν ότι τους κλέβουν τις δουλειές, συνώνυμο σήμερα όποιου είναι ενάντια στην εξέλιξη της τεχνολογίας, ο τεχνοφοβικός.

[18] Αρκετά στοιχεία αναφορικά με την κλιματική αλλαγή μπορούν να βρεθούν στην αντίστοιχη σελίδα της NASA, https://climate.nasa.gov/.

[19] Στην Ελλάδα υφίσταται μια μακροχρόνια συζήτηση για την επίπτωση των λιγνιτικών μονάδων στην περιοχή της Κοζάνης και της Πτολεμαΐδας, ειδικά αναφορικά με τα κρούσματα καρκίνου, όμως η έρευνα έδειξε αντικρουόμενες απόψεις και δε θα περιληφθεί περαιτέρω σχολιασμός στην παρούσα εργασία.

Κεφάλαιο 3^ο – Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις

3.1 Τεχνολογική παρουσίαση των Φ/Β

3.1.1 Επεξήγηση λειτουργίας των Φ/Β

3.1.1.1 Βασική φυσική πίσω από τα Φ/Β

Πρωταρχικά, για τη λειτουργία των Φ/Β χρειάζεται η ύπαρξη ηλιακής ακτινοβολίας ή ηλιακού φωτός. Ο ήλιος στο δικό μας ηλιακό σύστημα αποτελεί ένα κλασικό αστέρι, το οποίο μετατρέπει τη μάζα του (τα «καύσιμά» του) σε ενέργεια, έως ότου αυτή εξαντληθεί σε περίπου 4 δις γήινα έτη και μετατραπεί σε έναν κόκκινο γίγαντα που θα καταστρέψει σχεδόν όλο το ηλιακό σύστημα. Μέχρι τότε, όμως ο ήλιος αποτελεί τη βασική πηγή ενέργειας στον πλανήτη μας (εκτός από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με τη σελήνη, τη ραδιενέργεια από τη διάσπαση ορισμένων υλικών του φλοιού της γης και την εναπομείνασα εσωτερική θερμότητα της γης, κάτω από το φλοιό της). Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί βασίζονται στη φωτοσύνθεση, ενώ ακόμα και η αιολική (θέρμανση αερίων μαζών) ή η υδραυλική (εξάτμιση υδάτων και εναπόθεσή τους σε υψηλότερα υψόμετρα) ενέργεια εξαρτώνται από τον ήλιο. Η ενέργεια του ήλιου φτάνει στη γη με τη μορφή ακτινοβολίας με διάφορα μήκη κύματος κυρίως στο ευρύτερο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που αφορά το φως, ξεκινώντας από την υπέρυθρη και φτάνοντας στην υπεριώδη ακτινοβολία (άλλες ακτινοβολίες, όπως οι ακτίνες Χ, φιλτράρονται από την ατμόσφαιρα). Το ηλιακό φως είναι η άμεση πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται από τα Φ/Β κύτταρα μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου.[1]

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο αποτελεί τη βασική φυσική διεργασία μέσω της οποίας τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Το ηλιακό φως αποτελείται από φωτόνια, πρακτικά «πακέτα» ενέργειας, τα οποία περιέχουν διάφορες ποσότητες ενέργειας, αντίστοιχες με τα διαφορετικά μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Όταν τα φωτόνια χτυπήσουν ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο, είτε ανακλώνται, είτε απορροφούνται. Τα απορροφούμενα φωτόνια είναι που θα παράξουν ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό γίνεται γιατί η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται σε ένα ηλεκτρόνιο από τα άτομα του Φ/Β κυττάρου (συνήθως άτομα πυριτίου) και έτσι αυτό μπορεί να μεταπηδήσει από την κανονική του θέση και να γίνει μέρος του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, το οποίο δημιουργείται χάρη στις κατασκευαστικές ιδιότητες του Φ/Β κυττάρου και την ικανότητά του να περιλαμβάνει ένα ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο. Για να δημιουργηθεί το ηλεκτρικό αυτό πεδίο μέσα σε ένα Φ/Β κύτταρο, η κατασκευή του περιλαμβάνει διασταυρώσεις δύο διαφορετικών ημιαγωγών (τύπου P και N), με διαφορετικά υλικά, τα οποία περιλαμβάνουν παραπανίσια ή υπολειπόμενα ηλεκτρόνια. Σύνηθες υλικό αποτελεί το πυρίτιο, το οποίο έχει 14 ηλεκτρόνια, με τα 4 τελευταία να αποκαλούνται ηλεκτρόνια σθένους. Οι κρύσταλλοι πυριτίου σχηματίζονται από μόρια 5 ατόμων πυριτίου, τα οποία συνδέονται με ομοιοπολικό δεσμό, διαμοιράζοντας (ανά δύο άτομα) ένα από τα τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο “doping”, συνδέονται στον κρύσταλλο πυριτίου ένα άτομο άλλου στοιχείου, με διαφορετικό αριθμό ηλεκτρονίων σθένους (όπως ο φωσφόρος που έχει 5 ηλεκτρόνια σθένους και δημιουργεί τύπους Ν ή το βόριο που έχει 3 ηλεκτρόνια σθένους και δημιουργεί τύπους P), αλλάζουν τα χαρακτηριστικά του και δημιουργείται ένα διαρκές ηλεκτρικό πεδίο.[2]

3.1.2 Ιστορικό της εξέλιξης των Φ/Β

Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο παρατηρήθηκε πρώτη φορά τον 19^ο αιώνα, όταν ο Γάλλος φυσικός Edmond Becquerel το περιέγραψε το 1839. Σε ηλικία 19 ετών, ο Becquerel διαπίστωσε ότι ορισμένα υλικά παρήγαγαν μικρές μεν, παρατηρήσιμες δε, ποσότητες ηλεκτρικού ρεύματος, όταν αυτά εκτίθεντο στο φως. Το επόμενο βήμα στην αναγνώριση και εκμετάλλευση του Φ/Β φαινομένου ήρθε τη δεκαετία του 1870, όταν ο William Adams και ο Richard Day απέδειξαν ότι το σελήνιο μπορεί να παράξει ηλεκτρικό ρεύμα, όταν εκτεθεί στο φως. Ο Charles Fritts, βασιζόμενος σε αυτήν την ανακάλυψη, εφηύρε το 1883 το πρώτο Φ/Β κύτταρο, χρησιμοποιώντας φύλλα από σελήνιο και χρυσό, το οποίο μετέτρεπε το φως σε ηλεκτρισμό με απόδοση περίπου 1% επίδοση. Η απόδοση ενός Φ/Β κυττάρου είναι η αναλογία της ενεργειακής ακτινοβολίας την οποία το κύτταρο μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, σε σχέση με το ποσό της ακτινοβολούμενης ενέργειας στην οποία εκτίθεται το κύτταρο. Το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό αποτέλεσε και το σημαντικότερο διακύβευμα στην ιστορία της εξέλιξης των Φ/Β. (NEED, 2017)

Σημαντική καμπή στην κατανόηση του Φ/Β φαινομένου ήταν το 1887, όταν ο γερμανικός φυσικός Heinrich Hertz ανακάλυψε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το φαινόμενο, δηλαδή, κατά το οποίο ηλεκτρόνια εκπέμπονται από ένα υλικό που έχει απορροφήσει φως με μήκος κύματος μικρότερο από ένα συγκεκριμένο όριο το οποίο εξαρτάται από το υλικό. Επιπροσθέτως, το 1905 ο Albert Einstein δημοσίευσε ένα άρθρο στο οποίο εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο με την υπόθεση της μεταφοράς ενέργειας μέσω του φωτός σε μορφή «πακέτων» ενέργειας, τα φωτόνια. Εκτός από τις παραπάνω επεξηγηματικές για το Φ/Β φαινόμενο επιστημονικές ανακαλύψεις, μια από τις πλέον πρακτικές ανακαλύψεις ήρθε το 1918, όταν ο πολωνός χημικός Jan Czochralski ανακάλυψε μια μέθοδο για την ανάπτυξη κρυσταλλικών υλικών υψηλής ποιότητας. Μια τεχνική που ακόμα και σήμερα είναι πολύ σημαντική για την παραγωγή μονοκρυσταλλικού πυριτίου (το οποίο χρησιμοποιείται σε υψηλής ποιότητας Φ/Β κύτταρα), ενώ αποτέλεσε βασικό όχημα της εμπορικής εκμετάλλευσης του Φ/Β φαινομένου. (Jäger et al, 2014)

Οπότε, ήδη κατά τη διάρκεια του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα η επιστήμη των Φ/Β ήταν ανεπτυγμένη, για αυτό και τις δεκαετίες του 1940 και του 1950 ξεκίνησε η εμπορική εκμετάλλευσή τους, όταν μέσω της διαδικασίας Czochralski κατέστη δυνατό να αναπαραχθεί πιο μαζικά το εξαιρετικά καθαρό κρυσταλλικό πυρίτιο που χρειάζονταν για την οικονομικά συμφέρουσα χρήση των Φ/Β, αφού ήταν πιο φθηνό από τα πρώτα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν. Το 1954, οι επιστήμονες των Bell Laboratories κατάφεραν να κατασκευάσουν κύτταρα με συντελεστή απόδοσης 4% (η βιβλιογραφία αναφέρει και έως 6%). Σήμερα, βέβαια, και ως αποτέλεσμα των τεχνολογικών εξελίξεων, το κόστος των Φ/Β κυττάρων έχει μειωθεί δραματικά, ενώ η απόδοσή τους κυμαίνεται στις εμπορικές εφαρμογές σε 13-30%. Φυσικά, με τη χρήση εξωτικών υλικών η απόδοση έχει μετρηθεί ακόμα και στο 46%, με κόστος όμως που να ανταποκρίνεται μόνο σε ιδιαίτερα εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως η αεροδιαστημική και εξεζητημένες βιομηχανικές εφαρμογές. (NEED, 2017)

Στην πραγματικότητα, ανέκαθεν η αεροδιαστημική υπήρξε σημαντικός πελάτης της βιομηχανίας των Φ/Β, αφού η ανάπτυξη εταιριών αι εργαστηρίων που ασχολούνταν με τα Φ/Β κατά τα μέσα και τα τέλη της δεκαετίας του 1950 δραστηριοποιήθηκαν με βάση τις ανάγκες των διαστημικών αποστολών που έθεταν δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη. Εταιρίες όπως η RCA Corporation και η Hoffman Electronics Corporation βοήθησαν στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των Φ/Β, μέσω της δημιουργίας και παροχής προϊόντων ενέργειας για δορυφόρους, με την Hoffman Electronics, μάλιστα, να εξοπλίζει τον Αμερικανικό δορυφόρο Vanguard 1 το 1958, τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο με ηλιακά κύτταρα. Τα Bell Laboratories εκτόξευσαν τον πρώτο τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο με Φ/Β το 1962, ενώ η NASA εγκαινίασε το πρώτο αστρονομικό παρατηρητήριο σε τροχιά, το οποίο τροφοδοτήθηκε με Φ/Β συστοιχία 1 kW, το 1966. (Jäger et al, 2014)

Τη δεκαετία του 1970 προχώρησε η επιστημονική (ανακάλυψη των επονομαζόμενων thin film Φ/Β πλαισίων με άμορφο πυρίτιο, αντί για κρυσταλλικό) και εμπορική (η SHARP και η TEAL κατασκεύασαν τους πρώτους υπολογιστές μαθηματικών τσέπης με ηλιακή ενέργεια) ανάπτυξη. Ένα γεγονός, όμως, έμελλε να γίνει καθοριστικό για την εξάπλωση των Φ/Β και αυτό ήταν η πετρελαϊκή κρίση μετά το 1973, η οποία και οδήγησε στην ανάγκη εξεύρεσης νέων μορφών ενέργειας. Η ραγδαία αύξηση της αποδοτικότητας των Φ/Β, αφού ήδη από τη δεκαετία του 1980 παρουσιάστηκαν κύτταρα με αποδόσεις άνω του 20%, έδωσε μια ώθηση στην υιοθέτηση των Φ/Β, αλλά οι περιβαλλοντικές ανησυχίες που άρχισαν από το 2000 να κυριαρχούν στη διεθνή πολιτική και κοινωνική ατζέντα ήταν που κατέστησαν τα Φ/Β μια διεθνή και ακμάζουσα αγορά. Το 1999 η εγκατεστημένη ισχύς των Φ/Β ήταν 1 GW, ενώ το 2012 είχε ξεπεράσει τα 100 GW, με την Κίνα να είναι ο ισχυρότερος κατασκευαστής Φ/Β συσκευών, βασιζόμενη στην πολιτική απόφαση των αρχών της να επενδύσουν σε αυτήν την βιομηχανία από το 2008. (Jäger et al, 2014)

3.1.2 Βασικά υλικά

Στην παρούσα υποενότητα θα παρουσιαστούν συνοπτικά τα διάφορα υλικά από τα οποία αποτελούνται τα διάφορα Φ/Β έργα. Η παρουσίαση δε θα περιλαμβάνει εκτεταμένες τεχνικές και επιστημονικές λεπτομέρειες, καθώς αυτό είναι εκτός του σκοπού της παρούσας εργασίας, παρά βασικά χαρακτηριστικά, ώστε στο επόμενο μέρος της εργασίας, την κατάρτιση του επιχειρηματικού Σχεδίου, να μπορεί ο αναγνώστης να κατανοήσει τις ανάγκες και  επιλογές του εγχειρήματος.

3.1.2.1 Φ/Β πλαίσια

Τα φ/β πλαίσια αποτελούν, όπως γίνεται κατανοητό και από την επεξήγηση της λειτουργίας των φ/β σε επίπεδο φυσικού φαινομένου, το βασικότερο στοιχείο ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο. Πρόκειται για το στοιχείο ενός τέτοιου συστήματος το οποίο επιτελεί τη βασική φυσική διεργασία της μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Στην παρούσα υποενότητα θα αναφερθούν εν τάχει τα βασικά χαρακτηριστικά των πλαισίων και οι πλέον διαδεδομένες μορφές (κατηγορίες) τους σήμερα.

Οι κατηγορίες των φ/β πλαισίων είναι κυρίως οι ακόλουθες τρεις:

Κυψέλες Μονοκρυσταλλικού Πυριτίου

Τα φ/β πλαίσια κατηγοριοποιούνται βάση της σύστασης των επιμέρους κυψελών από τις οποίες αυτά αποτελούνται. Πιο συγκεκριμένα, βασικό χαρακτηριστικό διαχωρισμού είναι ο υλικό τους και η δομή του. Τα μονοκρυσταλλικά πλαίσια (όπως λέγονται εν συντομία) αποτελούνται κυρίως από κρυστάλλους πυριτίου. Για την παραγωγή αυτών των πλαισίων χρησιμοποιείται ένας κυλινδρικός κρύσταλλος πυριτίου, ο οποίος "αναπτύσσεται" από τετηγμένο πυρίτιο. Αυτός ο κρύσταλλος κόβεται έπειτα σε λεπτές φέτες και τελικά διαμορφώνεται σε εξαγωνικές κυψέλες, ώστε να μπορούν να συναρμολογηθούν τέλεια πάνω στο πλαίσιο. Επειδή οι συγκεκριμένες κυψέλες χαρακτηρίζονται από υψηλή ακαμψία, είναι απαραίτητο να τοποθετούνται σε αντίστοιχα ανθεκτικά και άκαμπτα πλαίσια, ώστε να προστατεύονται από φορτία που μπορεί να προκαλέσουν τη θραύση τους[3]. Γενικά, οι συγκεκριμένες κυψέλες προσφέρουν αποδόσεις έως και 20% και αποτελούν τα πιο αποτελεσματικά Φ/Β πλαίσια με βασικό υλικό το πυρίτιο. Χαρακτηριστικό τους είναι πως παράγουν περισσότερη ισχύ ανά μονάδα επιφάνειας και επομένως είναι προτιμητέα σε περιπτώσεις που οι διαθέσιμες για ιδανική τοποθέτηση επιφάνειες είναι περιορισμένες, ενώ έχουν και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τα πολυκρυσταλλικά Φ/Β πλαίσια, όπως και καλύτερη απόδοση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού[4]. Παρ’ όλα αυτά, η κατασκευή τους είναι πιο κοστοβόρα και πιο χρονοβόρα, ενώ και η λειτουργία τους δεν είναι η βέλτιστη σε πιο κρύες συνθήκες.[5]

Εικόνα 1. Τυπική εμφάνιση κυψελών μονοκρυσταλλικού πυριτίου (Πηγή: Greenmatch.co.uk)

Κυψέλες Πολυκρυσταλλικού Πυριτίου

Η οπτική διάκριση ανάμεσα σε πολυκρυσταλλικά και μονοκρυσταλλικα Φ/Β πλαίσια είναι εύκολη, καθώς οι κυψέλες πολλυκρυσταλικού πυριτίου έχουν έντονους μπλε χρωματικούς σχηματισμούς. Κατασκευάζονται με τήξη του ακατέργαστου πυριτίου, τεχνική ταχύτερη και φθηνότερη από αυτή που χρησιμοποιείται για την παραγωγή των μονοκρυσταλλικών κυψελών. Το λιωμένο πυρίτιο υψηλής καθαρότητας διαμορφώνεται με τη χρήση καλουπιών και ψύχεται υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Η τελική ακανόνιστη πολυκρυσταλλική μορφή, δίνει στο τελικό προϊόν τη χαρακτηριστική εμφάνιση με τα μπλε στίγματα. Η χρησιμοποιούμενη μέθοδος παραγωγής οδηγεί σε χαμηλότερη τελική τιμή, σε σχέση με τα μονοκρυσταλλικά πλαίσια, αλλά και σε χαμηλότερη απόδοση, η οποία φτάνει περίπου το 15%, καθώς και μικρότερη ειδική αποδοτικότητα ανά επιφάνεια και συντομότερη διάρκεια ζωής, ειδικότερα επειδή επηρεάζονται περισσότερο από υψηλές θερμοκρασίες.[6]

Εικόνα 2. Τυπική εμφάνιση κυψελών πολυκρυσταλλικού πυριτίου (Πηγή: Greenmatch.co.uk)

Τα δύο πρώτα αυτά είδη αποτελούν την πρώτη γενιά φωτοβολταϊκών πλαισίων[7] και η επιλογή ανάμεσα στις δύο κατηγορίες εν τέλει έγκειται σε λεπτομέρειες, όπως η διαθέσιμη επιφάνεια και ο προϋπολογισμός του έργου, χωρίς να υφίστανται σημαντικές διαφορές στην τελική παραγόμενη ποσότητα ρεύματος.

Πλαίσια Λεπτού Υμένα (Thin Film)

Τα γνωστά ως Thin Film ή Λεπτού Φιλμ πλαίσια είναι μια συνήθως αρκετά πιο οικονομική επιλογή πλαισίων Κατασκευάζονται τοποθετώντας ένα ή περισσότερα φιλμ (υμένια) υλικού με φωτοβολταϊκές ιδιότητες (πυρίτιο, κάδμιο ή χαλκό συνήθως) επάνω σε ένα υπόστρωμα, μια μέθοδος παραγωγής πολύ ευκολότερη και οικονομικότερη των φωτοβολταϊκών κυψελών πρώτης γενιάς, καθιστώντας τα ιδιαίτερα ελκυστικά για έργα που μπορούν να εκμεταλλευτούν οικονομίες κλίμακας. Επιπροσθέτως, είναι αρκετά πιο ευέλικτα, σε αντίθεση με τα ιδιαίτερα στιβαρά κρυσταλλικά πλαίσια, ανοίγοντας το δρόμο σε πολλές εναλλακτικές εφαρμογές (π.χ. καινοτόμες ή και δύσκολες τοποθετήσεις)[8].

Εικόνα 3. Τυπική εμφάνιση κυψελών thin film (Πηγή: Greenmatch.co.uk)

Βασικό χαρακτηριστικό τους είναι ότι δεν επηρεάζονται από τις υψηλές θερμοκρασίες, όμως έχουν και ιδιαίτερα χαμηλή απόδοση σε σχέση με τα αντίστοιχα κρυσταλλικά, οπότε για αντίστοιχες εφαρμογές απαιτούν και περισσότερο χώρο, για αυτό και αποφεύγονται για οικιακές χρήσεις, καθώς και χαμηλότερη διάρκεια ζωής.

Κυψέλες Άμορφου Πυριτίου

Οι περισσότεροι έχουνε κατά πάσα πιθανότητα κάνει χρήση της συγκεκριμένης τεχνολογίας, αφού πρόκειται για τη διάταξη που χρησιμοποιείται στις μικρές ηλεκτρονικές αριθμομηχανές χειρός. Τα ηλιακά στοιχεία από άμορφο πυρίτιο κατασκευάζονται με τη χρήση μιας τριπλής επικάλυψης, τεχνολογία η οποία αποτελεί και την καλύτερη εφαρμογή της γενικότερης ιδέας των λεπτών υμενίων. Το πάχος των συγκεκριμένων τριπλών υμενίων είναι της τάξης του 1 μικρομέτρου (ένα εκατομμυριοστό του μέτρου). Αντιστοίχως με την ιδέα των thin film πλαισίων, μοιράζονται και τα χαρακτηριστικά τους, με αποδόσεις της τάξης του 7%, πολύ χαμηλότερα των πλαισίων κρυσταλλικού πυριτίου, αλλά αποτελούν και πολύ πιο φθηνές λύσεις σε σχέση με αυτά.[9]

Τα δύο αυτά είδη κυψελών αποτελούν τη δεύτερη γενιά, ουσιαστικά, των φωτοβολταϊκών κυψελών και αποτελούν ένα βήμα εμπρός σε ότι αφορά την ικανότητα απορρόφησης φωτός σε δύσκολες συνθήκες, όπως συννεφιά π.χ., παρ’ όλο που ως νεότερη τεχνολογία δεν έχουν φτάσει τις αποδόσεις των κρυσταλλικών πλαισίων.

Μετά από τα πλαίσια λεπτού υμένα, πλέον, η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών προετοιμάζει την τρίτη γενιά φωτοβολταϊκών κυψελών, με τεχνολογίες όπως η χρήση πιο «εξωτικών» υλικών, όπως το Κάδμιο, η χρήση υποσυστημάτων που προσομοιάζουν τη βιολογική μετατροπή της ηλιακής ενέργειας (φωτοσύνθεση) σε υβριδικές κυψέλες και η κατασκευή πιο εξειδικευμένων σχημάτων και στοιχείων με ενσωματωμένες τεχνολογίες ψύξης. Όμως, αυτές οι τεχνολογίες βρίσκονται ακόμα σε πειραματικό στάδιο ή έχουν να αντιμετωπίσουν άλλα εμπόδια (όπως π.χ. η τοξικότητα του Καδμίου και για αυτό οι αντιρρήσεις της Ε.Ε. στη χρήση του), για αυτό και η περαιτέρω ενασχόληση μαζί τους δεν αφορά τους σκοπούς της παρούσας εργασίας.

Αφού παρουσιάστηκαν τα βασικά (διαθέσιμα στην αγορά) είδη φωτοβολταϊκών πλαισίων (από αυτό το σημείο, για να μην υπάρχει σύγχυση αργότερα, θα χρησιμοποιείται κυρίως ο όρος «πλαίσιο», ο οποίος αφορά το τελικό εμπορικό προϊόν στο οποίο τοποθετούνται κατά ομάδες τα βασικά φωτοβολταϊκά στοιχεία, δηλαδή οι φωτοβολταϊκές κυψέλες), θα γίνει και μια παρουσίαση των ειδικότερων μετρήσιμων χαρακτηριστικών τους, τα οποία αποτελούν βασικό κριτήριο για την επιλογή των τελικών προϊόντων που θα χρησιμοποιηθούν σε κάθε έργο. Αυτά είναι:

3.1.2.2 Inverter

3.1.2.3 Ηλεκτρολογικός  και ηλεκτρονικός εξοπλισμός (καλωδίωση, μπαταρίες, παρακολούθηση κλπ.)

3.1.2.4 Λοιπός εξοπλισμός εγκατάστασης (στήριξη, φύλαξη, συντήρηση κλπ.)

3.2 Χρήσεις και εκμεταλλεύσεις των Φ/Β

3.2.1 Εθνική και Ευρωπαϊκή ενεργειακή στρατηγική και επιδοτήσεις ΑΠΕ

3.2.2 Αυτονομία

3.2.3 Παρουσίαση διεθνών περιπτώσεων μελέτης

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3^ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Διαδικτυακές πηγές:

1.    BP Statistical Review of World Energy June 2017. Στο https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-economics/statistical-review-2017/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf, ανακτήθηκε στις 19/11/2017

2.    Solar-Facts: Types of Solar Cells. Στο http://www.solar-facts.com/panels/panel-types.php, ανακτήθηκε στις 17/01/2018

3.    Energy Informative: Which Solar Cell is Best for You? Στο http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/#crystalline-silicon, ανακτήθηκε στις 17/01/2018

4.    Energy Education: Types of PV cells. Στο http://energyeducation.ca/encyclopedia/Types_of_PV_cells#cite_note-RE4-5, ανακτήθηκε στις 17/01/2018

5.    Greenmatch: 7 different types of solar panels explained. Στο https://www.greenmatch.co.uk/blog/2015/09/types-of-solar-panels, ανακτήθηκε στις 17/01/2018

Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία

1.    Afonso, T., Marques, A., & Fuinhas, J. (2017). Strategies to make renewable energy sources compatible with economic growth. Energy Strategy Reviews, v. 18, pp. 121-126

2.    Akurua, O., Onukwubeb, I., Okoroc, O., & Obea, E. (2017). Towards 100% renewable energy in Nigeria. Renewable and Sustainable Energy

3.    NEED (2017). Exploring Photovoltaics-Student Guide. NEED Project

4.    Jäger, K., Isabella, O., Smets, A., Zeman, M., & van Swaaij, R. (2014). Solar Energy - Fundamentals, Technology, and Systems. DELFT University of Technology

5.    Cook, G., Billman, L., & Adcock, R. (1991). Photovoltaics Fundamentals. US DoE

6.    SERI (1982). Basic Photovoltaic Principles and Methods. US DoE

---

[1] US DoE: Basic Photovoltaic Principles and Methods

[2] US DoE: Photovoltaics Fundamentals

[3] Solar-Facts: Types of Solar Cells

[4] Energy Informative: Which Solar Cell is Best for you?

[5] Energy Education: Types of PV cells

[6] Solar-Facts: Types of Solar Cells

[7] Greenmatch: 7 different types of solar panels explained

[8] Στο ίδιο

[9] Greenmatch: 7 different types of solar panels explained