Home Batteries: Το μέλλον της ενεργειακής αυτονομίας

Τα τελευταία χρόνια έχει παρουσιαστεί μία αυξημένη επενδυτική τάση από τους κατασκευαστές ηλεκτρικών αυτοκινήτων στον τεχνολογικό τομέα των μπαταριών μακράς διαρκείας. Βασική ανησυχία των αγοραστών ηλεκτρικών αυτοκινήτων αποτέλεσε εξαρχής η αυτοδυναμία της μπαταρίας και η επακόλουθη δυνητική αποφόρτισή της στη μέση της διαδρομής. Στην προσπάθεια να μεγιστοποιηθούν οι δυνατότητες αυτοδυναμίας των μπαταριών μακράς διάρκειας, προέκυψε η γένεση ενός υπό-τομέα του ενεργειακού κλάδου, αυτού των μπαταριών οικιακής χρήσης.

Οι μπαταρίες οικιακής χρήσης, με ενδεικτικότερο παράδειγμα την υψηλών προδιαγραφών μπαταρία Powerwall της Tesla, συνήθως συνδυάζονται με σύστημα οικιακών φωτοβολταϊκών πάνελ, ενώ δύνανται να συνδυαστούν και με άλλες μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως μία αιολική εγκατάσταση.

Στην περίπτωση φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, όταν οι εκάστοτε συλλέκτες ηλιακής ενέργειας παράγουν ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία ξεπερνά την κάλυψη των παρόντων οικιακών αναγκών, η περίσσεια αποθηκεύεται στη μπαταρία. Έπειτα, κατά τη διάρκεια νυχτερινών ωρών όταν τα πάνελ δεν παράγουν αρκετό ηλεκτρικό ρεύμα, ή εναλλακτικά σε ώρες αιχμής και υψηλότερης χρέωσης από το συμβατικό δίκτυο, παρέχεται η δυνατότητα χρήσης της αποθηκευμένης ηλεκτρικής ενέργειας.

Ενεργειακή αυτοδυναμία

Η απόλυτη αποδέσμευση από το συμβατικό δίκτυο και η συνεχής παραγωγή και χρήση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να αποτελέσει μια ακριβή πρακτική. Για να προχωρήσει κανείς σε μία απολύτως αυτοδύναμη ηλεκτρική εγκατάσταση χρειάζεται ειδικά σχεδιασμένα συστήματα, όπως το πακέτο Off-Grid GS-400 της Grape Solar και το kit 400 Watt της Renogy, τα οποία αποτελούν δύο ενδεικτικές άμεσα διαθέσιμες προτάσεις στον τομέα της οικιακής αυτοδυναμίας.

Και η δημοφιλής εταιρία Tesla ωστόσο μέσω του εξατομικευμένου σχεδιασμού συστήματος επιχειρεί να παράσχει τη δυνατότητα ενός αυτοδύναμου σπιτιού. Μάλιστα με πρόσφατη ανακοίνωσή, η Tesla Energy ανακοίνωσε τον Απρίλιο του 2019 μείωση των τιμών της. Το εκάστοτε οικιακό σύστημα ηλιακών πάνελ χρειάζεται φυσικά και κάποια συσκευή αποθήκευσης όπως το Powerwall, ώστε να μπορεί να συνεχιστεί η λειτουργία όταν το σύστημα δεν μπορεί να παράγει ενέργεια. Αξίζει να σημειωθεί βέβαια, ότι με βάση την υπολογισμένη μέση κατανάλωση, τα περισσότερα σπίτια χρειάζονται περισσότερες από μία μπαταρίες προς κάλυψη των καθημερινών αναγκών.

Ενδεικτικά, ένα πλήρως φορτισμένο Powerwall, το οποίο μάλιστα διαθέτει από τις υψηλότερες χωρητικότητες στην αγορά, σε περίοδο διακοπής ρεύματος, συντηρώντας δραστηριότητες όπως χρήση ψυγείου, πλυντηρίου ρούχων και φόρτιση μικρών συσκευών, μπορεί να παρέχει ενέργεια ενδεχομένως για περισσότερο από 24 ώρες. Εάν όμως κάποιος επιθυμεί να συνεχίσει δραστηριότητες, όπως η χρήση κλιματισμού, φούρνου, στεγνωτηρίου κλπ οι διαθέσιμες ώρες περιορίζονται σε λιγότερες από 17-18, με αποτέλεσμα να μην παρέχεται ουσιαστικά ούτε μία ολόκληρη ημέρα αυτοδυναμίας σε περίπτωση έλλειψης ηλιοφάνειας.

Η παραπάνω παραδοχή οδηγεί στο συμπέρασμα, ότι με τα σημερινά δεδομένα η ενεργειακή αυτοδυναμία σε οικιακό επίπεδο είναι μεν εφικτή, ωστόσο εν δυνάμει αρκετά ακριβή πρακτική, καθώς απαιτεί την συσσώρευση πολλαπλών συσκευών για την διασφάλιση πολυήμερης αυτοδυναμίας.

Υπόθεση Εργασίας 

Προκειμένου να διερευνηθούν οι διάφορες εναλλακτικές δυνατότητες παροχής ή παραγωγής αλλά και αυτοκατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας θέτουμε στο πλαίσιο της μελέτης μας μία υπόθεση εργασίας με βασικά στοιχεία την μέση κατανάλωση ενός ελληνικού σπιτιού. Τα στοιχεία, που τέθηκαν έχουν επιλεγεί με βάση δεδομένα της ΕΛΣΤΑΤ, καθώς και με γνώμονα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της χώρας.

• Θέτουμε ένα κτίριο 100τ.μ.
• Μονοκατοικία εκτός αστικού κέντρου
• 3 χρήστες του κτιρίου (τριμελής οικογένεια)
• Με μέση κατανάλωση ενέργειας : 14.000 KWh (δεδομένα 2009-2010)
• Μέση Παραγωγή Φωτοβολταϊκού Συστήματος : 16.000-16.500 KWh/ετησίως
• Κάλυψη επιφάνειας (οροφής) με φωτοβολταϊκά 50-60τ.μ.

Θέτοντας ως γνώμονα μία μονοκατοικία 100τ.μ. έχουμε τη δυνατότητα να διερευνήσουμε τα ετήσια κόστη μίας μέσης τριμελούς οικογένειας. Επιπροσθέτως λαμβάνουμε ως ερευνητικό δεδομένο την μονοκατοικία, αφενός διότι σε μία μονοκατοικία δύναται η αποκλειστική εκμετάλλευση της οροφής του σπιτιού από την οικογένεια, σε αντίθεση με τις πολυκατοικίες όπου το δώμα είναι κοινής χρήσης, αφετέρου διότι η ιδανική χρήση φωτοβολταϊκών πάνελ λαμβάνει χώρα κατά κύριο λόγο σε περιοχές εκτός αστικών κέντρων όπου επικρατούν οι μονοκατοικίες.

Προκειμένου να αντιληφθούμε πληρέστερα τα ελληνικά δεδομένα, αξίζει να λάβουμε υπόψη μας το γεγονός, ότι βάσει στοιχείων της ΕΛΣΤΑΤ, υπολογίζεται κατά προσέγγιση ότι τα τελευταία 40-50 χρόνια έχουν ανεγερθεί 1,7 εκατομμύρια μονοκατοικιών, στοιχείο, το οποίο αναδεικνύει τις περιπτώσεις όπου ένα σύστημα φωτοβολταϊκών πάνελ θα ήταν όχι μόνο εφικτό, αλλά και ωφέλιμο. Παράλληλα βέβαια, 44,7% των 6.384.353 συνολικών κατοικιών αποτελούν πολυκατοικίες και 96,1% αυτών βρίσκονται εντός αστικών κέντρων, στοιχείο το οποίο καθορίζει εμμέσως και τα όρια εφαρμογής των συστημάτων αυτοδυναμίας, ενώ ταυτόχρονα αναδεικνύει και την έλλειψη βάσης εφαρμογής σε πληθώρα ελληνικών κατοικιών, καθώς αυτές βρίσκονται κατά βάση εντός αστικών κέντρων.

Θέτοντας τα παραπάνω ως δεδομένα, σχηματοποιούνται σε μορφή πίνακα τα κόστη που προκύπτουν από την αγορά και εγκατάσταση των τριών εξεταζόμενων εναλλακτικών: της παροχής ρεύματος από το συμβατικό δίκτυο, της εγκατάστασης φωτοβολταϊκών εμπορίου και της εγκατάστασης των φωτοβολταϊκών πάνελ της εταιρίας Tesla.

Η επιλογή της μπαταρίας Powerwall αποτελεί ιδιαίτερο αντικείμενο μελέτης, καθώς θεωρείται μία από τις καλύτερες διαθέσιμες μπαταρίες οικιακής χρήσης στην αγορά από άποψη ποιότητας, απόδοσης, χωρητικότητας και εγγύησης με βάση τα δεδομένα του πρώτου εξαμήνου του 2019. Στον πίνακα συμπεριλαμβάνονται τα κόστη αγοράς και εγκατάστασης και των δύο μπαταριών της εταιρίας, καθώς και τα δύο παραμένουν διαθέσιμα στην αγορά.

Η σύγκριση των τριών εναλλακτικών δεν αποφέρει ένα απόλυτο αποτέλεσμα, εξαιτίας της κατά περίπτωση διακύμανσης. Έχοντας λάβει ωστόσο ως δεδομένα τα στοιχεία της υπόθεσης εργασίας μπορούμε να οδηγηθούμε σε ορισμένα συμπεράσματα.

Παρότι η σύνδεση στο συμβατικό δίκτυο δεν εμπεριέχει κάποια σταθερή τιμή μονάδος, το κόστος σύνδεσης και εγκατάστασης ενός κτιρίου, το οποίο βρίσκεται μακριά από κάποια υπάρχουσα εγκατάσταση δικτύου, μπορεί να λάβει υψηλές τιμές. Το κόστος αυξάνεται κατά 1000€/ανά χιλιόμετρο σύνδεσης, ενώ προστίθενται και τα κόστη εγκατάστασης πίνακα, ρολογιού και ενισχυτή (μετασχηματιστή), με αποτέλεσμα το συνολικό κόστος να ανέρχεται σε απομακρυσμένες περιοχές κατ’ ελάχιστο στα 3500€. Η τιμή της κιλοβατώρας επίσης ανέρχεται στα 0,10252€ για την κλίμακα κατανάλωσης στην οποία έχουμε θέσει το κτίριο στην υπόθεση εργασίας.

Στην εναλλακτική των φωτοβολταϊκών εμπορίου λαμβάνουμε υπόψιν μας τα φωτοβολταϊκά, τα οποία έχουν με τα σημερινά δεδομένα τη μεγαλύτερη δυνατή απόδοση. Η τιμή του τετραγωνικού μέτρου ανέρχεται περίπου στα 100-110€, ενώ για να καλυφθεί η οριζόμενη επιφάνεια οροφής το συνολικό κόστος εγκατάστασης ανέρχεται περίπου σε 12.000- 13.000€.

Αντιθέτως, τα φωτοβολταϊκά της Tesla έχουν υψηλότερη τιμή ανά τετραγωνικό μέτρο, με τιμολόγηση κατ’ αναλογία περίπου στα 180€/m2, ενώ το συνολικό κόστος εγκατάστασης αγγίζει κατά προσέγγιση τις 14.500€ . Αξίζει επίσης να σημειωθεί, ότι η τιμή της κιλοβατώρας στο πρόγραμμα net metering είναι ασφαλώς η ίδια και για τις δύο εναλλακτικές παραγωγής ενέργειας.

Καθίσταται σαφές, ότι η επιδίωξη ενεργειακής αυτονομίας αποτελεί μια ακριβή πρακτική. Υπό ορισμένες προϋποθέσεις ωστόσο μπορεί να έχει ασύγκριτα πλεονεκτήματα όχι μόνο από περιβαλλοντική, αλλά και από οικονομική σκοπιά, με γνώμονα την μακροχρόνια χρήση και τα στοιχεία εξοικονόμησης και απόσβεσης, που την χαρακτηρίζουν.

Σύγκριση κατανάλωσης με ή χωρίς μπαταρία (μέση 24ωρη κατανάλωση)

Πηγή: onestepoffthegrid.com

Στο πρώτο διάγραμμα αποτυπώνεται η 24ωρη οικιακή χρήση ενός σπιτιού, το οποίο διαθέτει εγκατάσταση φωτοβολταϊκών, τα οποία και χρησιμοποιεί κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ εξαρτάται από το συμβατικό δίκτυο για να καλύψει τις ενεργειακές του ανάγκες κατά τη διάρκεια της νύχτας. Σύμφωνα με την αποτύπωση οι ώρες υψηλότερης κατανάλωσης (με γαλάζιο χρώμα) εντοπίζονται νωρίς το πρωί, νωρίς το μεσημέρι και έπειτα μετά τη δύση του ηλίου. Βάσει των μέσων συνηθειών ενός νοικοκυριού, δυστυχώς μεγάλο μέρος της ενεργειακής κατανάλωσης εντοπίζεται σε ώρες, οι οποίες δεν μπορούν να εξυπηρετηθούν από τα ηλιακά πάνελ.

Ως αποτέλεσμα 63% της συνολικής κατανάλωσης, παρά την ηλιακή εγκατάσταση, εξακολουθεί να προέρχεται από το συμβατικό δίκτυο. Αξιοσημείωτο στοιχείο, αποτελεί το γεγονός, ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας, σε ώρες υψηλής απορρόφησης ηλιακής ενέργειας, οι ανάγκες του νοικοκυριού υπερκαλύπτονται και στις περιοχές όπου υφίσταται η δυνατότητα net metering, μπορεί τουλάχιστον να αποδοθεί η ενέργεια ως ενεργειακή περίσσεια και να λάβει τη μορφή πίστωσης για την κατανάλωση από το συμβατικό δίκτυο.

Πηγή: onestepoffthegrid.com

Στο δεύτερο αυτό διάγραμμα αποτυπώνεται η 24ωρη οικιακή χρήση ενός σπιτιού, το οποίο διαθέτει επιπλέον εγκατεστημένη και μια μπαταρία ως συσκευή αποθήκευσης της περίσσειας παραχθείσας ενέργειας, ώστε να καλύπτει τις ενεργειακές του ανάγκες. Οι ώρες υψηλής κατανάλωσης ορίζονται πανομοιότυπα. Μεγάλο μέρος της ενεργειακής κατανάλωσης εντοπίζεται όμως πλέον σε ώρες, οι οποίες με την εγκατάσταση της μπαταρίας μπορούν να εξυπηρετηθούν από την αποθηκευμένη ενέργεια.

Ως αποτέλεσμα το ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης, που προέρχεται από το συμβατικό δίκτυο, περιορίζεται στο 8%, κυρίως στις πολύ πρωινές ώρες, κατά τις οποίες η μπαταρία έχει πλέον εξαντλήσει την αποθηκευμένη ενέργεια. Παράλληλα η κατανάλωση στηρίζεται κατά ποσοστό 92% στην ηλιακή ενέργεια, ενώ όπως φαίνεται διατηρείται και ένα μικρό περιθώριο απόδοσης της περίσσειας ενέργειας κατά τις μεσημεριανές ώρες στο συμβατικό σύστημα προς χρήση του συστήματος net metering και της επακόλουθης πίστωσης.

Είναι όμως οι μπαταρίες μακράς διαρκείας ιδανικές για κάθε κτίριο;

+ Σε απομακρυσμένες / δύσβατες περιοχές εκτός δικτύου το κόστος σύνδεσης στο δίκτυο είναι υψηλό, επομένως η εναλλακτική του συστήματος της Tesla και κάθε συστήματος φωτοβολταϊκών και οικιακής μπαταρίας συμφέρει και από οικονομική άποψη.

+ Η δυνατότητα ελέγχου της μπαταρίας καθιστά δυνατή τη ρύθμιση και χρήση της αποθηκευμένης ενέργειας βάσει ωρών, όχι μόνο κατά τις νυχτερινές ώρες, αλλά και κατά τις ώρες αιχμής αποτρέποντας τις υψηλές χρεώσεις και επιτρέποντας την ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους.

+ Το οικολογικό αποτύπωμα του σπιτιού σχεδόν εκμηδενίζεται, καθώς οι ενεργειακές ανάγκες καλύπτονται σχεδόν κατ’ αποκλειστικότητα από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

- Σε κτίρια εντός πόλεως όπου το δίκτυο είναι επαρκώς δυνατό και υφίσταται ήδη η εγκατάσταση, ενδεχομένως δεν δικαιολογείται η επένδυση σε ένα ακριβό σύστημα φωτοβολταϊκών και μπαταρίας, έναντι της χρήσης του συμβατικού δικτύου από καθαρά οικονομικής σκοπιάς.

- Πολυήμερη αυτοδυναμία για ένα μέσο σπίτι απαιτεί συσσώρευση πολλαπλών συσκευών, το οποίο αυξάνει σημαντικά το κόστος.

- Στις πολυκατοικίες ο κοινόχρηστος χώρος του δώματος δεν επαρκεί για να προσφέρει αυτοδυναμία σε όλα τα διαμερίσματα.

- Οποιεσδήποτε ενεργειακές παρεμβάσεις με γνώμονα το οικολογικό αποτύπωμα δεν έχουν νόημα όταν εφαρμόζονται σε κτιριακές εγκαταστάσεις πολύ χαμηλής ενεργειακής απόδοσης (πχ ενεργειακή κλάση Ε και Ζ στην Ελλάδα).

Μέσω της μελέτης των δεδομένων των εναλλακτικών παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε συνάρτηση πάντα με τα χαρακτηριστικά ορισμένων περιοχών της ελληνικής επικράτειας, όπως απομακρυσμένες από τον αστικό ιστό περιοχές, καθώς και πληθώρα μικρών νησιών, κατέστη εξίσου σαφές, ότι περιοχές με τέτοιου είδους ιδιαίτερα χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να επωφεληθούν υπέρμετρα από μία τέτοια ενεργειακή εγκατάσταση.

Η εν δυνάμει ωφέλεια λαμβάνει περιβαλλοντικές, αλλά και οικονομικές εκφάνσεις, καθώς η διατήρηση ενός συστήματος, το οποίο βασίζεται αποκλειστικά σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, από φωτοβολταϊκά μέχρι αιολικά πάρκα, ανάλογα με την τοπική διαθεσιμότητα και γεωμορφολογία, διαθέτει ασφαλώς αμελητέο οικολογικό αποτύπωμα σε σύγκριση με την εναλλακτική των ευρέως χρησιμοποιούμενων υδρογονανθράκων. Επιπροσθέτως, η απεξάρτηση των περιοχών αυτών από το συμβατικό δίκτυο, αποτελεί σε ορίζοντα μακροχρόνιας ανάλυσης, μία εναλλακτική με υψηλά οικονομικά οφέλη, καθώς η εξάρτηση από υδρογονάνθρακες έχει υψηλό περιβαλλοντικό αλλά και οικονομικό κόστος για το σύνολο της κοινωνίας.

Η παραπάνω διαπίστωση συνηγορεί σε μία πολύπλευρη παραδοχή. Μία εγκατάσταση μικρού μεγέθους με μπαταρία τύπου Powerwall μπορεί να αποτελέσει ασφαλώς ιδανική εναλλακτική για ιδιώτες σε απομακρυσμένες από το συμβατικό δίκτυο περιοχές, όπου το κόστος σύνδεσης στο δίκτυο καθιστά την ενεργειακή αυτοδυναμία ελκυστική εναλλακτική.

Μία εγκατάσταση μεγάλης κλίμακας ωστόσο, υπό τη μορφή αυτόνομου μικροσυστήματος, θα μπορούσε να αντικαταστήσει, ενδεχομένως ακόμη και πλήρως, το συμβατικό δίκτυο σε πολλά ελληνικά νησιά, καθιστώντας τα ενεργειακά αυτόνομα. Το συνολικό κόστος, που απαιτείται, καθιστά αναμφίβολα ανέφικτη μία τέτοια επένδυση εκ μέρους των ιδιωτών των τοπικών κοινωνιών. Η παραδοχή αυτή οδηγεί στην επακόλουθη ανάγκη να αναλάβει την επένδυση το ίδιο το κράτος, το οποίο ενέχοντας το στοιχείο της υπαρξιακής συνέχειας ανά τους αιώνες, δύναται να αντιληφθεί την απόσβεση, οικονομική αλλά και περιβαλλοντική, σε έναν ορίζοντα, που επεκτείνεται στις επόμενες γενιές.

Με γνώμονα λοιπόν αυτήν την σκέψη, κρίνεται παραγωγικό στο μέλλον να αναλογιστούμε περαιτέρω και να διερευνήσουμε σε βάθος, από οικονομικής, αλλά και γεωμορφολογικής σκοπιάς, τις πιθανές εφαρμογές της υπάρχουσας τεχνολογίας και τις αμέριστης αξίας θετικές επιδράσεις, που μπορεί αυτές να έχουν, εφόσον εφαρμοστούν στην ελληνική επικράτεια.

* Η Αγγελική Μαυρομμάτη είναι απόφοιτη της Νομικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο MSc Δίκαιο και Οικονομικά του Πανεπιστημίου Μακεδονίας. Το παραπάνω άρθρο αποτελεί περιληπτική αποτύπωση της μελέτης, που εκπονήθηκε στο πλαίσιο ατομικής εργασίας για το μάθημα Δίκαιο και Οικονομικά της Ενέργειας.

Πηγές: www.statistics.gr, www.tesla.com, www.onestepoffthegrid.com