Καλάθι

Δεν υπάρχουν προϊόντα στο καλάθι

Κατανοώντας την ηλιακή ενέργεια

28 Σεπτεμβρίου 2021
Κατανοώντας την ηλιακή ενέργεια

Εξηγώντας τις μεθόδους αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας

Συντάκτης: Zachariah Taylor Επικεφαλής ομάδας NOCO®

Τι είναι η ηλιακή ενέργεια

Τρόποι αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας

Η ηλιακή ενέργεια είναι η ενέργεια που παράγεται από τον ήλιο. Στον πυρήνα του ήλιου δημιουργείται πυρηνική σύντηξη, από την οποία παράγεται ενέργεια, θερμότητα και φως τα οποία εκπέμπονται προς τα έξω και προσκρούουν στη γη. Όταν αυτή η ενέργεια συλλαμβάνεται μέσω του ηλιακού φωτός, μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική, προσφέροντας στη γη μια ανανεώσιμη μορφή ενέργειας για τα επόμενα περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν τρεις βασικές τεχνικές αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας: Φωτοβολταϊκά, Συγκεντρωμένη Ηλιακή Ενέργεια και Ηλιακή Αρχιτεκτονική. Τα φωτοβολταϊκά και η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό δεν συμβαίνει όμως με την ηλιακή αρχιτεκτονική. Σε αυτό το άρθρο του ιστολογίου θα επικεντρωθούμε στον τρόπο λειτουργίας των φωτοβολταϊκών και της συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας και στο πώς οι τεχνικές αυτές παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Φωτοβολταϊκά

Τα φωτοβολταϊκά είναι μια ηλιακή τεχνολογία που μετατρέπει άμεσα το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι κυψέλες των φωτοβολταϊκών λειτουργούν καταβυθίζοντας χλωριούχο άργυρο σε ένα όξινο διάλυμα και εκθέτοντάς το στο ηλιακό φως. Τα ηλεκτρόδια από πλατίνα που συνδέονται με τον χλωριούχο άργυρο παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Κάθε κυψέλη σε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ περιέχει αυτό το διάλυμα ή άλλο παρόμοιο διάλυμα. Τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούνται τόσο σε εμπορικές όσο και σε δημόσιες εφαρμογές. Τα μεγαλύτερα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας με φωτοβολταϊκά πάνελ βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ινδία και την Κίνα. Αυτά τα εργοστάσια παράγουν εκατοντάδες μεγαβάτ, τροφοδοτώντας εκατομμύρια σπίτια, επιχειρήσεις, σχολεία και νοσοκομεία. Μικρότερες εφαρμογές, όπως ένα οικιακό σύστημα ηλιακής ενέργειας, παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε σπίτια ενώ κάποιες φορές επιστρέφουν επίσης ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο. Υπάρχουν συστήματα τόσο μικρά όσο οι αριθμομηχανές και οι μετρητές στάθμευσης που επίσης χρησιμοποιούν φωτοβολταϊκά ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Εφαρμογές φωτοβολταϊκών

Εμπορικές

Υπάρχουν εμπορικές εφαρμογές, όπως εργοστάσια φωτοβολταϊκών, μεγάλες εγκαταστάσεις και μεγάλες επιχειρήσεις, που παρέχουν ενέργεια σε εκατομμύρια ανθρώπους.

Προσωπικές/φορητές

Παραδείγματα προσωπικών ηλιακών εφαρμογών είναι οι συντηρητές μπαταριών, ο εξωτερικός φωτισμός, οι αριθμομηχανές και πολλά άλλα.

Οικιακές

Οι οικιακές εγκαταστάσεις παρέχουν ισχύ για προσωπική χρήση και κάποιες φορές ο ιδιοκτήτης του σπιτιού έχει τη δυνατότητα να πουλήσει την πλεονάζουσα ενέργεια στο δίκτυο.

Τρόπος λειτουργίας φωτοβολταϊκών

Η διαδικασία λήψης της ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση φωτοβολταϊκών ξεκινά με την αντανάκλαση του ηλιακού φωτός στις κυψέλες των φωτοβολταϊκών. Όταν το ηλιακό φως προσκρούει στην κυψέλη, τα ηλεκτρόδια του χλωριούχου αργύρου δημιουργούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα (Βήμα 1). Στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών πάνελ που χρησιμοποιούνται σε οικιακές εφαρμογές, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται είναι συνεχές ρεύμα (DC). Το συνεχές ρεύμα διέρχεται μέσα από έναν μετατροπέα όπου αναστρέφεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) (Βήμα 2). Στη συνέχεια, το εναλλασσόμενο ρεύμα είτε χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία οικιακών ηλεκτρονικών συσκευών (Βήμα 3Α) είτε αποστέλλεται στο δίκτυο όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους (Βήμα 3Β)

Συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια (Concentrated Solar Power, CSP)

Η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια είναι μια ηλιακή τεχνολογία που μετατρέπει το ηλιακό φως και τη θερμότητα που παράγεται από το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Η διαδικασία μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: με παραβολικές γούρνες και με πύργους ηλιακής ενέργειας. Οι παραβολικές γούρνες χρησιμοποιούν μεγάλα κοίλα κάτοπτρα που αντανακλούν το ηλιακό φως σε έναν κεντρικό σωλήνα γεμάτο με νερό ή υγρό νάτριο. Το νερό ή το υγρό νάτριο θερμαίνεται και μετατρέπεται σε ατμό. Ο ατμός στη συνέχεια πιέζεται και χρησιμοποιείται για την περιστροφή ενός στροβίλου. Ο στρόβιλος συνδέεται με μια γεννήτρια που μετατρέπει την κίνηση του στροβίλου σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι πύργοι ηλιακής ενέργειας λειτουργούν με μια διαδικασία παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιούν οι παραβολικές γούρνες, με τη μόνη διαφορά μεταξύ των δύο να είναι ότι οι πύργοι ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιούν εστιασμένο φως από εκατοντάδες πάνελ που ονομάζονται ηλιοστάτες. Οι ηλιοστάτες παρακολουθούν την κίνηση του ήλιου και εστιάζουν το φως στην κορυφή ενός κεντρικού πύργου.

Πύργος ηλιακής ενέργειας

Η εικόνα αυτή δείχνει το ηλιακό φως που προσκρούει σε έναν πύργο ηλεκτρικής ενέργειας. Το φως που παράγεται από το συγκεντρωμένο ηλιακό φως είναι τόσο έντονο που οι άκρες της περιοχής του δέκτη δεν μπορούν να εντοπιστούν με γυμνό μάτι. Η θερμότητα που παράγεται από το συγκεντρωμένο ηλιακό φως μπορεί να φτάσει τους 1000 βαθμούς Φαρενάιτ.

Παραβολική γούρνα

Η εικόνα αυτή δείχνει μια παραβολική γούρνα. Το φως φαίνεται να προσκρούει στον κεντρικό σωλήνα με αποτέλεσμα το υγρό νάτριο να φτάνει σε θερμοκρασίες πάνω από 750 βαθμούς Φαρενάιτ.

Τρόπος λειτουργίας της συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας

Η διαδικασία λήψης ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο με τη χρήση της CSP ξεκινά όταν το ηλιακό φως ανακλάται και συγκεντρώνεται σε ένα σημείο. Στις παραβολικές γούρνες, το φως θερμαίνει έναν σωλήνα με νερό (Βήμα 1). Το νερό μετατρέπεται, στη συνέχεια, σε ατμό ο οποίος αποστέλλεται σε ένα τύμπανο ατμού όπου συμπιέζεται (Βήμα 2). Στη συνέχεια, ο ατμός χρησιμοποιείται για να θέσει σε κίνηση μια τουρμπίνα που μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια (Βήμα 3). Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται μέσω μιας γεννήτριας σε ωφέλιμη ενέργεια (Βήμα 4). Η ισχύς αποστέλλεται στη συνέχεια στο δίκτυο όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά εκατομμύρια ανθρώπους (Βήμα 5). Ο ατμός, αφού περάσει από τον στρόβιλο, συμπυκνώνεται ξανά σε υγρή μορφή και στη συνέχεια ανακυκλώνεται (Βήμα 6). Η διαδικασία που εφαρμόζεται στους πύργους ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ίδια, με τη διαφορά ότι αντί να χρησιμοποιούν γούρνα για την αντανάκλαση του φωτός, οι πύργοι ισχύος χρησιμοποιούν εκατοντάδες κάτοπτρα που συλλαμβάνουν το ηλιακό φως, τα οποία ονομάζονται ηλιοστάτες. Αυτά τα ηλιοστατικά εστιάζουν το φως σε ένα μόνο σημείο ενός κεντρικού πύργου. Ο πύργος περιέχει νερό ή υγρή σιλικόνη και στη συνέχεια θερμαίνεται, δημιουργώντας ατμό.

Συμπέρασμα

Τόσο τα φωτοβολταϊκά όσο και η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια αποτελούν αποτελεσματικές μεθόδους συλλογής της ενέργειας από τον ήλιο. Και οι δύο τεχνολογίες έχουν σχεδιαστεί για να μεγιστοποιήσουν την παραγωγικότητα, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα το συνολικό αποτύπωμα. Η διαφορά μεταξύ τους είναι ότι τα φωτοβολταϊκά μετατρέπουν το ηλιακό φως απευθείας σε ενέργεια, ενώ η CSP χρησιμοποιεί τη θερμότητα από το φως και μετατρέπει τη θερμότητα σε κινητική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε ωφέλιμο ηλεκτρικό ρεύμα. Και οι δύο τεχνολογίες γίνονται όλο και πιο διαδεδομένες και οι επιστήμονες ανακαλύπτουν νέους τρόπους για να καταστήσουν αυτές τις τεχνολογίες πιο αποδοτικές ή ακόμη και νέες ηλιακές τεχνολογίες που μπορούν να ξεπεράσουν σε απόδοση τις υπάρχουσες τεχνολογίες.