ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

0

Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΩΣ ΑΞΙΟΠΟΙΕΙΤΑΙ
Η ηλιακή ενέργεια είναι μία από τις πιο διαδεδομένες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, λιγνίτης, λιθάνθρακας, φυσικό αέριο) των οποίων τα αποθέματα στη γη είναι περιορισμένα, η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη, χωρίς κόστος και εξαιρετικά φιλική προς το περιβάλλον.
Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας έχει διττό σκοπό. Αφ ενός καλύπτει την ανάγκη για ύπαρξη διαθέσιμης ενέργειας και αφετέρου την ανάγκη να προστατευτεί το περιβάλλον. Κάθε κιλοβατώρα ηλεκτρισμού που λαμβάνουμε από το δίκτυο της ΔΕΗ και παράγεται από ορυκτά καύσιμα, επιβαρύνει την ατμόσφαιρα με ένα τουλάχιστον κιλό διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι, ως γνωστόν, το σημαντικότερο «αέριο του θερμοκηπίου» που συμβάλλει στις επικίνδυνες κλιματικές αλλαγές. Επιπρόσθετα, η χρήση της ηλιακής ενέργειας συνεπάγεται λιγότερες εκπομπές άλλων επικίνδυνων ρύπων (όπως τα καρκινογόνα μικροσωματίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις του θείου, κλπ). Οι ρύποι αυτοί επιφέρουν σοβαρές βλάβες στην υγεία και το περιβάλλον. Η στροφή στις καθαρές πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή, αποτελεί τη μόνη διέξοδο για την αποτροπή των κλιματικών αλλαγών που απειλούν σήμερα τον πλανήτη.
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν μια σειρά σημαντικών πλεονεκτημάτων σε σχέση με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, αλλά και σε σχέση με άλλες μορφές ΑΠΕ.
Μπορούν να εγκατασταθούν επάνω σε υπάρχοντα κτίρια λόγω της αθόρυβης λειτουργίας τους και του μικρού τους όγκου. Δεν παράγουν ρύπους αφού απλά μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Αναβαθμίζουν την αισθητική των κτιρίων στα οποία εγκαθίστανται λόγω της μοντέρνας τους γραμμής. Δεν έχουν κάποια κινητά μέρη και ούτε περιέχουν κάποιου είδους υγρά οπότε δεν απαιτούν κάποια συντήρηση. Η διάρκεια ζωής τους είναι εξαιρετικά μεγάλη και είναι τουλάχιστο 30 χρόνια.
Λόγω του υψηλού ηλιακού δυναμικού της Ελλάδας έχουν μεγάλο πεδίο εφαρμογής σε όλες της περιοχές της χώρας ενώ προσφέρουν σταθερή και προβλέψιμη παραγωγή ρεύματος.Με την συμμετοχή σε συγκεκριμένα προγράμματα κινήτρων για ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών στη χώρα μας η επένδυση σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα μπορεί να είναι εξαιρετικά αποδοτική.

Το ηλιακό φως είναι ουσιαστικά μικρά πακέτα ενέργειας που λέγονται φωτόνια. Τα φωτόνια περιέχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας, ανάλογα με το μήκος κύματος του ηλιακού φάσματος. Το γαλάζιο χρώμα ή το υπεριώδες π.χ. έχουν περισσότερη ενέργεια από το κόκκινο ή το υπέρυθρο. Όταν λοιπόν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο (που είναι ουσιαστικά ένας “ημιαγωγός”), άλλα ανακλώνται, άλλα το διαπερνούν και άλλα απορροφώνται από το φωτοβολταϊκό.
Αυτά τα τελευταία φωτόνια είναι που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φωτόνια αυτά αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια του φωτοβολταϊκού να μετακινηθούν σε άλλη θέση και ως γνωστόν ο ηλεκτρισμός δεν είναι τίποτε άλλο παρά κίνηση ηλεκτρονίων. Σ’ αυτή την απλή αρχή της φυσικής λοιπόν βασίζεται μια από τις πιο εξελιγμένες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρισμού στις μέρες μας.
ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ
Τα φωτοβολταϊκά (PV-PhotoVoltaic) Ηλιακά Στοιχεία παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω του Φωτοβολταϊκού φαινομένου. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1839 από τον 19χρονο Smith Becquerel και είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένα υλικά παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα όταν εκτίθενται στο φως.
Στην κλασσικότερη περίπτωση φωτοβολταϊκών στοιχείων, ένας ημιαγωγός με PV κατασκευάζεται με την ένωση δύο στρωμάτων από καθαρό κρυσταλλικό πυρίτιο σε κάθε ένα από τα οποία έχει γίνει πρόσμιξη με ένα διαφορετικό υλικό (π.χ. αρσενικό (As), γάλλιο (Ga), αλουμίνιο (Al), φώσφορος (P) κλπ). Καταυτόν τον τρόπο το ένα στρώμα πυριτίου έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων (p-type) (η αλλιώς περίσσια οπών) και το άλλο στρώμα περίσσια ηλεκτρονίων (n-type).
Τα υλικά πρόσμιξης στο κρυσταλλικό πυρίτιο οδηγούν στην δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου ανάμεσα στα δύο στρώματα και έτσι τα ηλεκτρόνια κινούνται μονόδρομα από το στρώμα με περίσσια ηλεκτρονίων σε αυτό με έλλειψη ηλεκτρονίων. Εκεί όπου τα δύο στρώματα ενώνονται έχουμε μια «περιοχή κατάρρευσης» λόγω της απουσίας αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια και οπές). Ηλεκτρόνια κινούνται από το n-type στρώμα (αρνητικά φορτισμένο) προς το p-type στρώμα (θετικά φορτισμένο) και ενώνονται με οπές. Κατά παρόμοιο τρόπο, οπές κινούνται από το p-type στρώμα στο n-type στρώμα.
Εφόσον τα άτομα πυριτίου δεν κινούνται, όσες οπές παραμένουν αδέσμευτες στο n-type στρώμα το καθιστούν θετικά φορτισμένο ενώ κατά παρόμοιο τρόπο, όσα ηλεκτρόνια μένουν αδέσμευτα στο p-type στρώμα το καθιστούν αρνητικά φορτισμένο.
Έτσι, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό δυναμικό γύρω από την περιοχή ένωσης των δύο στρωμάτων της τάξης των 0,6-0,7 Volts. Το φράγμα δυναμικού ανάμεσα στο p-type στρώμα και στο n-type στρώμα εμποδίζει περισσότερα ηλεκτρόνια και οπές να κινηθούν διαπερνώντας την ένωση μέχρι το φως να φτάσει στο φωτοβολταϊκό στοιχείο μεταφέροντας ενέργεια στα ηλεκτρόνια με την οποία πλέον θα μπορέσουν να κινηθούν προς το αντίθετα φορτισμένο στρώμα.
Η ενέργεια από τον ήλιο μεταδίδεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας με την μορφή «πακέτων ενέργειας» που ονομάζονται φωτόνια. Κάθε φωτόνιο αντιστοιχεί σε μία ποσότητα ενέργειας που έχει σχέση με το μήκος κύματός του. Όταν ένα φωτόνιο προσπίπτει στο φωτοβολταϊκό στοιχείο, τρία πράγματα μπορούν να συμβούν: να το διαπεράσει, να ανακλαστεί ή να απορροφηθεί.
Στην τρίτη περίπτωση, η ενέργεια του απορροφάται από ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου του φωτοβολταϊκού στοιχείου προσφέροντας ουσιαστικά την απαραίτητη ενέργεια για να «δραπετεύσει» από την θέση του, να διαπεράσει την p-n ένωση και να ενωθεί με μία οπή. Με αυτόν τον τρόπο, τα κινούμενα ηλεκτρόνια μπορούν να διοχετευθούν σε ένα κλειστό κύκλωμα, να τροφοδοτήσουν με ρεύμα μία ηλεκτρική συσκευή και να καταλήξουν στο αντίθετο στρώμα επαναδεσμεύοντας τις οπές που έχουν μείνει ακάλυπτες.
Με αυτόν τον τρόπο, εκμεταλλευόμαστε την ηλιακή ενέργεια με μία μέση απόδοση της τάξης των 5-15%. Η διαδικασία αυτή μπορεί να επαναλαμβάνεται για πολλά χρόνια μέχρι το τέλος της ζωής του φωτοβολταϊκού στοιχείου.