Στην καρδιά της καινοτομίας με φωτοβολταϊκά-ηλιοτρόπια

ΗΛΙΟΤΡΟΠΙΟ

(Απόσπασμα  άρθρου του Τάσου Καφαντάρη, Το Βήμα, 5/10/2014 )

Αν και η ηλιακή ενέργεια που φτάνει στη Γη είναι υπερπολλαπλάσια των ενεργειακών αναγκών της ανθρωπότητας, δεν μπορέσαμε ως τώρα να απελευθερωθούμε από τα δεσμά των υδρογονανθράκων. Ο λόγος; Η μικρή απόδοση των φωτοβολταϊκών. Αυτόν τον Σεπτέμβριο, όμως, μια εκπληκτική καινοτομία παρουσιάστηκε: ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που μοιάζει με τσιμεντένιο ηλιοτρόπιο και αξιοποιεί το 80% της ηλιακής ενέργειας. Μάλιστα, το ότι εκτός από ηλεκτρικό ρεύμα παρέχει και αφαλάτωση, το καθιστά ιδανικό και για τις παράκτιες και νησιωτικές περιοχές της χώρας μας. Εκτός αυτού, η μεγάλη έκπληξη είναι ότι η εν λόγω καινοτομία προήλθε από «μεταγραφή στο ηλιοτρόπιο» του συστήματος κλιματισμού των υπερυπολογιστών. Κι όταν «Το Βήμα» πήγε στη Ζυρίχη για να σας μεταφέρει ιδίοις όμμασι τις εντυπώσεις του, οι εκπλήξεις πολλαπλασιάστηκαν από το τι μπορούμε πλέον να κάνουμε με τους «υδρόψυκτους» υπερυπολογιστές, που σε λίγο θα λειτουργούν όπως οι συνάψεις του εγκεφάλου μας! Διαβάστε στις σελίδες μας το πώς συνέβη αυτό το διπλό άλμα στην πράσινη ενέργεια και στην πληροφορική.

Το ηλιοτρόπιο της αυτάρκειας

Η «είδηση της ημέρας» που παρουσιάστηκε στις 23 Σεπτεμβρίου στη Ζυρίχη είχε να κάνει με ένα καινοτόμο σύστημα εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας. Ενα σύστημα που θυμίζει γιγάντιο τσιμεντένιο ηλιοτρόπιο, ύψους 10,37 μέτρων και πλάτους 7,75 μ., με ένα «δορυφορικό πιάτο» που κινείται ακολουθώντας τον Ηλιο και αξιοποιεί το 80% της προσπίπτουσας σε αυτό ηλιακής ενέργειας για να παραγάγει 12 κιλοβάτ ηλεκτρικής και 20 κιλοβάτ θερμικής ενέργειας. Αυτή η πρωτόγνωρη σε βαθμό αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας συνοδεύεται στην πράξη και από μια επίσης πρωτόγνωρη σε ευελιξία εκμετάλλευσή της: Με ημερήσια προσρόφηση ηλιακής ενέργειας 850 W/m2, το σύστημα αποδίδει άμεσα ηλεκτρική ενέργεια 2,2 kWh/m2, συν θερμική ενέργεια με τη μορφή θερμού νερού 90 βαθμών Κελσίου (4,6 kWh/m2 ημερησίως), είτε ως ψύξη (4,6 kWh/m2 ημερησίως) είτε ως πόσιμο νερό από αφαλάτωση (30-40 λίτρα/m2 ημερησίως).

Το επονομαζόμενο HCPVT (High Concentrating PhotoVoltaic Thermal system) είχε αρχικά σχεδιαστεί από την ελβετική εταιρεία Airlight Energy με δύο καινοτομίες απέναντι στα προϋπάρχοντα συστήματα άμεσης μετατροπής ηλιακής σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια (CPVΤ): σκελετό από τσιμέντο (αντί από ατσάλι) και κατοπτρικούς δίσκους όχι πλέον από παραβολικούς καθρέπτες γυαλιού αλλά από αλουμινόχαρτο που καμπυλώνεται με αεραντλία. Αυτές οι δύο αλλαγές σχεδιασμού διασφάλισαν μειωμένο κόστος υλικών και ευκολότερη επιτόπια συναρμολόγηση. Ωστόσο, για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης, η Airlight σκέφθηκε να αξιοποιήσει την καινοτομία που είχε αναπτύξει από το 2007 η ΙΒΜ, σε ένα πεδίο τελείως διαφορετικό: κατά τον σχεδιασμό του ευρωπαϊκού υπερυπολογιστή SuperMUC (που έχει στηθεί στο Υπερυπολογιστικό Κέντρο Leibniz του Μονάχου), το Ερευνητικό Κέντρο της ΙΒΜ στη Ζυρίχη είχε αναπτύξει ένα μοναδικό σύστημα «ψύξης με θερμό νερό». Ενσωματώνοντας στα κυκλώματα των επεξεργαστών μια νανοαντλία θερμότητας, η ΙΒΜ είχε κατορθώσει αφενός να καταστήσει τον SuperMUC κατά 40% λιγότερο ενεργοβόρο από τους ως τότε αερόψυκτους υπερυπολογιστές και αφετέρου να έχει δωρεάν υποδαπέδια θέρμανση στα γραφεία του Κέντρου και να... χαρίζει στο παρακείμενο δημοτικό κολυμβητήριο συνεχώς θερμό νερό.

Η ΙΒΜ δέχθηκε την πρόκληση διερεύνησης εφαρμογής της εφεύρεσής της στο τόσο διαφορετικό πεδίο των φωτοβολταϊκών και - με την επιχορήγηση περίπου 2 εκατ. ευρώ από την ελβετική ΓΓΕΤ - συνεργάστηκε τα τελευταία τρία χρόνια με την Airlight και δύο ελβετικά πανεπιστήμια (ETH και Buchs). Κατέληξαν σε ένα πρωτότυπο που λειτουργεί ήδη επιτυχώς στη Βόρεια Αφρική. Εμφανισιακά θυμίζει κεραία ραντάρ όπου το «πιάτο» είναι διαμοιρασμένο σε κατοπτρικούς δίσκους - εξ ου και ο τελικός χαρακτηρισμός του HCPVT ως «ηλιοτροπίου». Το ηλιακό φως που συλλέγουν οι δίσκοι συνεστιάζεται σε έναν κεντρικό δέκτη, από όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα και θερμότητα. Προς το παρόν η Airlight ετοιμάζει την παραγωγή του ηλιοτροπίου σε κιτ, ώστε να χωρούν σε ένα κοντέινερ φορτηγού όλα τα υλικά και εξαρτήματά του και να συναρμολογείται στον τόπο προορισμού. Θα ακολουθήσουν πιλοτικές εγκαταστάσεις και από το 2017 το HCPVT θα διατίθεται εμπορικά μέσω μιας θυγατρικής εταιρείας της Airlight, της Dsolar.

Το κόστος αγοράς του κάθε ηλιοτροπίου δεν είναι ακόμη ανακοινώσιμο, αλλά ειπώθηκε ότι αφενός θα είναι μικρότερο από τα ανταγωνιστικά συστήματα και αφετέρου ότι δεν επιδέχεται σύγκριση ποιοτικά: Το HCPVΤ συγκεντρώνει την ηλιακή ενέργεια 2.000 φορές και τη μετατρέπει κατά 80%, ενώ το καλύτερο μέχρι στιγμής CPVΤ της αγοράς τη συγκεντρώνει 1.000 φορές, με δυνατότητα μετατροπής ως και 73%.

Τα στοιχεία αυτά, σε συνδυασμό με τη δυνατότητα αφαλάτωσης, εύκολα προδιαγράφουν τα ηλιοτρόπια ΗCPVΤ ως «ιδανικούς εραστές» των νησιών μας. Ωστόσο πόσα προβλήματα συντήρησης θα προκαλούσε στους κατοπτρικούς δίσκους τους η αλμυρή υγρασία των νησιών; Εθεσα το ερώτημα στον πρόεδρο της Airlight, Φραντσέσκο Μπολτζιάνι. Μου αποκάλυψε πανευτυχής μία ακόμη τεχνολογία των υπολογιστών που έχουν ενσωματώσει στο HCPVT: «Ντύνουμε όλη την επιφάνεια με μια διαφανή πλαστική μεμβράνη, που τη φουσκώνουμε διαρκώς με ένα ανεμιστηράκι σαν αυτά των υπολογιστών. Η μεμβράνη αυτή είναι αποδεδειγμένα τόσο ανθεκτική ώστε να αντιστέκεται όχι μόνο στην αλμύρα και στις αμμοθύελλες, αλλά και στις επιθέσεις πουλιών. Επίσης είναι τόσο διαφανής ώστε να μειώνεται μόνο κατά 3% η προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια. Τέλος, είναι πολύ φθηνή, οπότε η αντικατάστασή της κάθε πέντε χρόνια δεν είναι θέμα». Σημειώνουμε ότι η ολική προβλεπόμενη διάρκεια ζωής του «ηλιοτροπίου HCPVT» είναι 60 χρόνια.

Για μια παρουσίαση του HCPVT, δείτε το βίντεο    https://www.youtube.com/watch?v=JVB9_3IKIAE  και για την τεχνολογία ψύξης της ΙΒΜ που ενσωματώνει, το  http://www.zurich.ibm.com/pdf/2014pressday/Michel_IBM.pdf