Η ηλιακή ενέργεια είναι η πιο κατάλληλη μορφή Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κτιρίων. Υπάρχουν τεχνολογίες που μπορούν να εφαρμοστούν σ’ αυτά και ολοένα γίνονται και πιο οικονομικά αποδοτικές. Οι τεχνολογίες αυτές περιλαμβάνουν σήμερα τους θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες νερού ή αέρα και τα φωτοβολταϊκά.

Στις ενεργειακές όμως εφαρμογές στα κτίρια πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψιν και η συνολική τους κατανάλωση, επειδή ένα μέρος της αξιοποιούμενης ενέργειας από τον ήλιο μπορεί να διαφεύγει τελικά στο περιβάλλον, όταν δεν έχουν ληφθεί τα κατάλληλα μέτρα για την αποφυγή των θερμικών απωλειών από το κέλυφός τους. Οι προσόψεις και οι οριζόντιες ή οι επικλινείς οροφές των κατοικιών, ξενοδοχείων, νοσοκομείων, αθλητικών κέντρων και άλλων κτιρίων αποτελούν κατάλληλες επιφάνειες για την ευρεία εφαρμογή των διατάξεων συλλογής και μετατροπής της ηλιακής ενέργειας. Ο σχεδιασμός των κτιρίων που βασίζονται στη βιοκλιματική αρχιτεκτονική και η αισθητική ένταξη των θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών στις εξωτερικές επιφάνειές τους δεν έχουν ακόμη καθιερωθεί στη χώρα μας, ενώ μικρά βήματα έχουν γίνει ακόμη και στις πιο προηγμένες χώρες (ΗΠΑ, Γερμανία, Ισπανία, Ιαπωνία).Εκτός από τις γνωστές διατάξεις θερμικών ηλιακών συλλεκτών (ΘΗΣ) και φωτοβολταϊκών (φβ) έχουν αναπτυχθεί τελευταία νέοι τύποι ηλιακών συσκευών, οι οποίες αποτελούνται από φωτοβολταϊκά πλαίσια με ενσωματωμένες μονάδες απομάκρυνσης της θερμότητας με τη κυκλοφορία νερού ή αέρα, τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά ηλιακά συστήματα (συστήματα φβ/θ). Τα συστήματα αυτά μετατρέπουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ταυτόχρονα σε ηλεκτρισμό και θερμότητα και μπορεί να επιτύχουν βελτίωση της ηλεκτρικής απόδοσης των φβ κατά 10-20% και παράλληλα θέρμανση ρευστών (νερού ή αέρα) με απόδοση που μπορεί να φθάσει και πάνω από 50%. Τα υβριδικά φβ/θ συστήματα είναι μια νέα τεχνολογία, κατάλληλη για αποτελεσματική αξιοποίηση των περιορισμένων συχνά διαθέσιμων εξωτερικών επιφανειών των κτιρίων, στην προοπτική ευρείας εφαρμογής της ηλιακής ενέργειας στα κτίρια.Αν και το θέμα των διαθέσιμων επιφανειών για εγκατάσταση ΘΗΣ και φβ στα κτίρια δεν έχει γίνει ακόμη οξύ, λόγω κυρίως της σχετικά μικρής χρήσης τους, στα επόμενα χρόνια μπορεί να είναι ένα πρόβλημα εφόσον αυξηθεί η εγκατεστημένη ισχύς των φβ στα κτίρια και μεγάλο μέρος των θερμικών αναγκών θα πρέπει να καλύπτεται με θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες. Συμβολή στη ανάπτυξη νέων συσκευών και διατάξεων ηλιακής ενέργειας έχει και η έρευνα που γίνεται στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών.Έχουν αναπτυχθεί διάφοροι νέοι τύποι συσκευών θέρμανσης νερού και αέρα, συσκευές φωτοβολταϊκών /θερμικών συλλεκτών, συγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες και άλλες διατάξεις, με προοπτική την επίλυση λειτουργικών, οικονομικών και αισθητικών προβλημάτων. Η έρευνα αυτή αποτελεί συμβολή στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και έχει ιδιαίτερη σημασία για την Ελλάδα, η οποία είναι πλούσια σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και η ευρύτερη αξιοποίησή τους θα δώσει ενεργειακή επάρκεια και ανεξαρτησία ενώ παράλληλα θα βοηθήσει και στην ανάπτυξη του παραγωγικού τομέα με αύξηση νέων θέσεων εργασίας καθώς το οικονομικό όφελος από την μείωση εισαγωγής ορυκτών καυσίμων θα μπορούσε να επενδύεται στην ανάπτυξη και εφαρμογή των νέων εναλλακτικών και περιβαλλοντικά συμβατών ανανεώσιμων ενεργειακών τεχνολογι   Υβριδικά φωτοβολταϊκά / θερμικά ηλιακά συστήματα
Το μεγαλύτερο μέρος της απορροφώμενης ηλιακής ακτινοβολίας από τα φβ κύτταρα δεν μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό αλλά σε θερμότητα, η οποία και συντελεί στην αύξηση της θερμοκρασίας τους και στη μείωση, κατά συνέπεια, της ηλεκτρικής τους απόδοσης. Η απαγωγή της θερμότητας από τα φβ βοηθά στη μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας τους και επιπλέον μπορεί να αξιοποιηθεί για την κάλυψη ορισμένων θερμικών αναγκών των κτιρίων, αυξάνοντας έτσι τη συνολική τους ενεργειακή απόδοση.Τα ηλιακά συστήματα που έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν τόσο ηλεκτρική όσο και θερμική ενέργεια, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, είναι τα υβριδικά φωτοβολταϊκά / θερμικά (φβ/θ) συστήματα, τα οποία αναπτύσσονται τελευταία και έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται σε επιδεικτικές εφαρμογές. Τα συνήθη υβριδικά φβ/θ συστήματα αποτελούνται από φβ πλαίσια με ενσωματωμένη θερμική μονάδα απολαβής της θερμότητας από το φβ, όπου ένα κυκλοφορούν ρευστό χαμηλότερης θερμοκρασίας αυτής του φβ θερμαίνεται ψύχοντάς το. Η χρήση του νερού ως ρευστού απολαβής της θερμότητας είναι αποδοτική όλο το έτος, κυρίως σε χώρες με ήπιο ή θερμό κλίμα. Αυτές οι υβριδικές διατάξεις μπορούν να αξιοποιηθούν για την θέρμανση του νερού σε χαμηλές θερμοκρασίες (μέχρι 40o C), ώστε να επιτυγχάνεται παράλληλα και η διατήρηση χαμηλής θερμοκρασίας στα φβ πλαίσια. Η απαγωγή θερμότητας με κυκλοφορία αέρα απαιτεί απλούστερη και φθηνότερη διάταξη, αλλά η ψύξη του φωτοβολταϊκού είναι λιγότερο αποδοτική λόγω της μικρότερης πυκνότητας του αέρα.Όταν ο αέρας του περιβάλλοντος έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη των 20o C τα φβ/θ συστήματα αέρα έχουν περιορισμένες δυνατότητες εφαρμογής (κυρίως μπορούν να συμβάλλουν στον φυσικό αερισμό των κτιρίων και στην θέρμανση αέρα για βιομηχανικές ή αγροτικές διεργασίες). Τα περισσότερα υβριδικά φβ/θ που έχουν αναπτυχθεί είναι απλού τύπου, δηλαδή επίπεδης μορφής, όπως είναι οι επίπεδοι θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες, ενώ λιγότερο έχουν μελετηθεί και εφαρμοστεί τα φβ/θ συστήματα που χρησιμοποιούν σύστημα συγκέντρωσης της ηλιακής ακτινοβολίας για την μείωση του κόστους και την επίτευξη υψηλότερων αποδόσεων. Στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών αναπτύχθηκαν διάφορες μορφές φβ/θ συστημάτων, που χρησιμοποιούν νερό ή αέρα ως ρευστό απολαβής της θερμότητας για τη βελτίωση της συνολικής τους ενεργειακής απόδοσης.

Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος
Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήματος
Φυσικής Πανεπιστημίου Πατρών