Σύγχρονος ηλιακός χάρτης της Ελλάδος με εφαρμογή σε υβριδικά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας
Authors: Καββαδίας Κοσμάς 
Published: September 2021

H παρούσα διατριβή έχει δύο διακριτούς στόχους. Ο πρώτος στόχος αφορά στη δημιουργία αξιόπιστων χρονοσειρών μετεωρολογικών παραμέτρων, οι οποίες απαιτούνται κατά την προσομοίωση της λειτουργίας υβριδικών συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) αλλά και γενικότερα στη μακροχρόνια αξιολόγηση ηλιακών συστημάτων. Ο δεύτερος στόχος αφορά στη διερεύνηση της ενεργειακής και οικονομικής απόδοσης των υβριδικών συστημάτων ΑΠΕ στον ελλαδικό χώρο αξιοποιώντας τη βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε στα πλαίσια της διατριβής.Για την επίτευξη των στόχων, πραγματοποιήθηκε έρευνα σε διάφορα πεδία συμβάλλοντας στη διάδοση της επιστημονικής γνώσης σε κάθε ένα από αυτά. Ειδικότερα, η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει μία δομημένη μεθοδολογία για τη δημιουργία αξιόπιστων χρονοσειρών μετεωρολογικών παραμέτρων και τυπικών μετεωρολογικών ετών (ΤΜΕ), τα κριτήρια και τη μέθοδο χωρικής παρεμβολής που μπορούν με αξιοπιστία να περιγράψουν τη χωρική κατανομή του ηλιακού δυναμικού στην ελληνική επικράτεια, συγκεκριμένη μεθοδολογία για την ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση υβριδικών συστημάτων ΑΠΕ που αξιοποιούν την ηλιακή και την αιολική ενέργεια, την ενεργειακή και οικονομική απόδοση των υβριδικών συστημάτων ΑΠΕ σε διαφορετικές περιοχές της Ελλάδας με καθορισμό των όριων μεταβολής τού μεγέθους και του κόστους που επιτυγχάνεται υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργία τους.Για τους σκοπούς της παρούσας διατριβής, συλλέχθηκαν 3-ωριαίες χρονοσειρές μετεωρολογικών δεδομένων καθώς και ημερήσιων τιμών ηλιοφάνειας για 15 έτη, από 44 σταθμούς της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας (ΕΜΥ) που διαθέτουν μακροχρόνιες παρατηρήσεις ηλιοφάνειας. Οι μετρήσεις αυτές, μετά από ποιοτικό έλεγχο, χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα εισόδου στο Μετεωρολογικό Μοντέλο Ακτινοβολίας (Meteorological Radiation Model, MRM), το οποίο έχει αναπτυχθεί από την Ομάδα Ατμοσφαιρικής Έρευνας του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, εμπλουτίζοντας τη βάση δεδομένων με τιμές ολικής και διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο στη θέση του κάθε μετεωρολογικού σταθμού. Αξιοποιώντας τις μακροχρόνιες χρονοσειρές μετεωρολογικών παραμέτρων, δημιουργήθηκαν Τυπικά Μετεωρολογικά Έτη (ΤΜΕ) για κάθε έναν από τους σταθμούς. Τα ΤΜΕ περιλαμβάνουν ωριαίες τιμές άμεσης, διάχυτης και ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, θερμοκρασίας αέρα, σχετικής υγρασίας και ατμοσφαιρικής πίεσης. Από τα ΤΜΕ δημιουργήθηκε επικαιροποιημένος ηλιακός χάρτης της Ελλάδας, με μηνιαίες και ετήσιες τιμές ηλιακής ενέργειας στις θέσεις των επιλεγμένων μετεωρολογικών σταθμών της ΕΜΥ. Ο χάρτης αυτός αποτελεί μία σύγχρονη αποτύπωση του ηλιακού δυναμικού στην ελληνική επικράτεια και παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθώς η γεωφυσική θέση της Ελλάδας την καθιστά μία από τις περιοχές της Ευρώπης με εξαιρετικό ενδιαφέρον στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Παράλληλα, ο επιμερισμός της Ελλάδας σε κλιματικές ζώνες ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί βασική παράμετρο για την προκαταρκτική αξιολόγηση και μοντελοποίηση των ηλιακών συστημάτων παραγωγής ενέργειας.Για την ανάδειξη της χρησιμότητας των ΤΜΕ σε εφαρμοσμένους τομείς της επιστήμης, η βάση δεδομένων ΤΜΕ χρησιμοποιείται σε μια εκτεταμένη έρευνα που αφορά στην αξιολόγηση αυτόνομων υβριδικών συστημάτων που αξιοποιούν κατά βάση την ηλιακή ενέργεια αλλά και τον άνεμο συνδυάζοντας φωτοβολταϊκά πλαίσια και ανεμογεννήτριες. Η αξιολόγηση πραγματοποιείται βάσει ενός ολοκληρωμένου ενεργειακού και οικονομικού μοντέλου, το οποίο εξετάζει σε ωριαίο βήμα την ενεργειακή συμπεριφορά του υβριδικού συστήματος και υπολογίζει το μακροχρόνιο κόστος παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας. Τα υβριδικά συστήματα εξετάζονται σε διαφορετικές θέσεις στην Ελλάδα με βασικό κριτήριο την παροχή αδιάλειπτης ηλεκτρικής ενέργειας σε οικιακό καταναλωτή ο οποίος επιλέγει να καλύψει τις ηλεκτρικές του ενεργειακές ανάγκες αποκλειστικά από ΑΠΕ.Εν κατακλείδι, η καινοτομία της παρούσας διατριβής και η συνεισφορά της στην επιστημονική γνώση συνίστανται στα εξής:•Δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά στην Ελλάδα ΤΜΕ που καλύπτουν σε μεγάλο ποσοστό την ελληνική επικράτεια.•Η διαθεσιμότητα ΤΜΕ σε μεγάλο εύρος περιοχών αποτελεί σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη ενεργειακής κατανάλωσης των κτηρίων και της ενεργειακής παραγωγής συστημάτων ΑΠΕ καθώς έως και σήμερα οι αντίστοιχες μελέτες βασίζονται σε παλαιά δεδομένα και σε μικρό αριθμό περιοχών, που δεν καλύπτουν επαρκώς την ελληνική επικράτεια.•Χρησιμοποιείται για πρώτη φορά στην Ελλάδα ο κώδικας MRM για την παραγωγή τιμών ηλιακής ακτινοβολίας σε περιοχές που δεν υφίστανται αντίστοιχες μετρήσεις.•Δημιουργήθηκαν ηλιακοί χάρτες για την ελληνική επικράτεια, που για πρώτη φορά βασίζονται σε μεγάλο αριθμό δεδομένων ηλιακής ακτινοβολίας, με συνέπεια να καθίστανται πιο ακριβείς σε σχέση με τους υπάρχοντες στη βιβλιογραφία.Αξιολογείται η ενεργειακή και η οικονομική απόδοση υβριδικών συστημάτων ΑΠΕ που συνδυάζουν Φ/Β πλαίσια και Α/Γ με τη χρήση χρονοσειρών ΤΜΕ, αναδεικνύοντας τις δυνατότητες αξιοποίησής τους στις διαφορετικές κλιματικές ζώνες της Ελλάδας.