ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ PROJECT ΗΛΙΟΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ PROJECT ΗΛΙΟΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΟΜΑΔΑ:ΤΑ ΧΑΚΕΡΙΑ ΜΕΛΗ:ΚΩΝ/ΝΟΣ ΚΑΡΑΒΙΔΑΣ ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΓΙΑΝΝΟΥΛΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΑΓΓΕΛΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΔΑΣΚΑΛΟΙ:ΜΑΡΓΙΩΛΑΣ ΚΑΨΟΥΡΗ ΔΩΡΑ ΕΤΟΣ: ΕΛΑΤΕΙΑ 1

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σελ.3 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σελ.3-4 ΕΙΔΗ ΗΠΙΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σελ ΗΛΙΟΣ κ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ σελ.8-9 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ σελ ΤΡΟΠΟΙ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΗΛ.ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σελ.12 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ σελ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ σελ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ σελ ΟΦΕΛΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ σελ.17 2

3 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας (ΑΠΕ) ή ήπιες μορφές ενέργειας, ή νέες πηγές ενέργειας, ή πράσινη ενέργεια είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, η γεωθερμία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος «ήπιες» αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους. Καταρχάς, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας, πολύ «φιλικές» στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Έτσι οι ΑΠΕ θεωρούνται από πολλούς μία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η Γη. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήματα 3

4 Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Γι' αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας. Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Είδη ήπιων μορφών ενέργειας Αιολική ενέργεια. Χρησιμοποιήθηκε παλιότερα για την άντληση νερού από πηγάδια καθώς και για μηχανικές εφαρμογές (π.χ. την άλεση στους ανεμόμυλους). Έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται ευρέως για ηλεκτροπαραγωγή. Ηλιακή ενέργεια. Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές (ηλιακοί θερμοσίφωνες και φούρνοι) ενώ η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος, με την βοήθεια της πολιτικής προώθησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από το ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση. 4

5 Υδραυλική ενέργεια. Είναι τα γνωστά υδροηλεκτρικά έργα, που στο πεδίο των ήπιων μορφών ενέργειας εξειδικεύονται περισσότερο στα μικρά υδροηλεκτρικά. Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας. Βιομάζα. Χρησιμοποιεί τους υδατάνθρακες των φυτών (κυρίως αποβλήτων της βιομηχανίας ξύλου, τροφίμων και ζωοτροφών και της βιομηχανίας ζάχαρης) με σκοπό την αποδέσμευση της ενέργειας που δεσμεύτηκε απ' το φυτό με τη φωτοσύνθεση. Ακόμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αστικά απόβλητα και απορρίμματα. Μπορεί να δώσει βιοαιθανόλη και βιοαέριο, που είναι καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα παραδοσιακά. Είναι μια πηγή ενέργειας με πολλές δυνατότητες και εφαρμογές που θα χρησιμοποιηθεί πλατιά στο μέλλον. 5

6 Γεωθερμική ενέργεια. Προέρχεται από τη θερμότητα που παράγεται απ' τη ραδιενεργό αποσύνθεση των πετρωμάτων της γης. Είναι εκμεταλλεύσιμη εκεί όπου η θερμότητα αυτή ανεβαίνει με φυσικό τρόπο στην επιφάνεια, π.χ. στους θερμοπίδακες ή στις πηγές ζεστού νερού. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε απευθείας για θερμικές εφαρμογές είτε για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η Ισλανδία καλύπτει το 80-90% των ενεργειακών της αναγκών, όσον αφορά τη θέρμανση, και το 20%, όσον αφορά τον ηλεκτρισμό, με γεωθερμική ενέργεια. Ενέργεια από τη θάλασσα. o Ενέργεια από παλίρροιες. Εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα του Ήλιου και της Σελήνης, που προκαλεί ανύψωση της στάθμης του νερού. Το νερό αποθηκεύεται καθώς ανεβαίνει και για να ξανακατέβει αναγκάζεται να περάσει μέσα από μια τουρμπίνα, παράγοντας ηλεκτρισμό. Έχει εφαρμοστεί στην Αγγλία, τη Γαλλία, τη Ρωσία και αλλού. o Ενέργεια από κύματα. Εκμεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυμάτων της θάλασσας. 6

7 o Ενέργεια από τους ωκεανoύς. Εκμεταλλεύεται τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στα στρώματα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερμικών κύκλων. Βρίσκεται στο στάδιο της έρευνας. ΗΛΙΟΣ Ο Ήλιος είναι ο αστέρας του ηλιακού μας συστήματος και το λαμπρότερο σώμα του ουρανού. Είναι σχεδόν μια τέλεια σφαίρα με διάμετρο 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα (109 φορές περισσότερο από τη Γη), και η μάζα του ( κιλά) αποτελεί το 99.86% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Η φωτεινότητά του είναι τέτοια, ώστε κατά την διάρκεια της ημέρας να μην επιτρέπει, λόγω της έντονης διάχυσης του φωτός, σε άλλα ουράνια σώματα να εμφανίζονται (με εξαίρεση τη Σελήνη και σπανιότερα την Αφροδίτη). Ο Ήλιος είναι το κοντινότερο στη Γη άστρο, σε απόσταση 149,6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων (1 ΑΜ). Ο Ήλιος είναι ένας κίτρινος αστέρας νάνος 7

8 που βρίσκεται στην κύρια ακολουθία,και έχει περίπου βαθμους Κέλβιν. Ο Ήλιος ακολουθεί μία τροχιά μέσα στον Γαλαξία σε μία απόσταση με έτη φωτός από το κέντρο του, ολοκληρώνοντας μία περιφορά σε περίπου 226 εκατομμύρια έτη. Η σημασία του Ήλιου στην εξέλιξη και την διατήρηση της ζωής στη Γη είναι καίρια, καθώς με τη θεμελιώδη διαδικασία της φωτοσύνθεσης προσφέρει την απαραίτητη ενέργεια για την ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών, και διατηρεί την επιφανειακή θερμοκρασία της Γης σε ανεκτά για τη ζωή επίπεδα, καθώς επίσης και προκαλεί τα μετεωρολογικά φαινόμενα. Η σημασία του ήταν γνωστή από τα προϊστορικά χρόνια, με αποτέλεσμα ο Ήλιος να λατρεύεται ως θεότητα. Η ενέργεια του Ηλίου Ο Ήλιος είναι μία τεράστια σφαίρα από διάφορα αέρια κυρίαρχα των οποίων είναι το υδρογόνο και το ήλιο. Η θερμοκρασία που επικρατεί στον Ήλιο είναι τόσο μεγάλη ώστε να εξαερώνονται ακόμη και τα μέταλλα. Η ποσότητα ενέργειας που παράγεται είναι απίστευτη. Έχει προσδιοριστεί πως σε κάθε δευτερόλεπτο ο Ήλιος εκπέμπει τόση ενέργεια όση θα έδινε μια έκρηξη 4 δισεκατομμυρίων βομβών υδρογόνου των 100 μεγατόνων η κάθε μία. Και όλα αυτά για ένα μόνο δευτερόλεπτο, ενώ ο Ήλιος εκπέμπει εδώ και 5 δισεκατομμύρια χρόνια και θα συνεχίσει τουλάχιστον για άλλα τόσα. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω κάθε δευτερόλεπτο περίπου 655 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου από τη μάζα του ήλιου μετατρέπονται σε 650 εκατομμύρια τόνους ηλίου που συνεχίζουν να αποτελούν μάζα του Ήλιου. Από τη διαφορά αυτή 4,6 εκατομμύρια τόνοι μετατρέπονται σε ενέργεια. Η ύλη δηλαδή στην καρδιά των άστρων αποτελείται από μίγμα ελεύθερων πυρήνων και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Επειδή το υδρογόνο είναι κύριο συστατικό των άστρων, αυτό σημαίνει πως το αστρικό πλάσμα αποτελείται κυρίως από ελεύθερα πρωτόνια που θα πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν το στοιχείο ήλιο. Υπό αυτές τις συνθήκες ο Ήλιος είναι ένας τεράστιος θερμοπυρηνικos αντιδραστήρας που μετατρέπει το υδρογόνο σε 8

9 ήλιο. Και μάλιστα στη διάρκεια αυτή της διαδικασίας σε κάθε δευτερόλεπτο μετατρέπει σε ενέργεια 4,6 εκατομμύρια τόνους από τη μάζα του. Παρόλο όμως που χάνει τόση μάζα, είναι τόσο πολύ τεράστιος που και δισεκατομμύρια χρόνια να περάσουν θα χάσει μόλις το ένα εκατοστό της μάζας του. Όλα τα άστρα στον ουρανό ακτινοβολούν ενέργεια με τον ίδιο τρόπο έστω κι αν είναι μικρότερα ή μεγαλύτερα ή θερμότερα. Δύο είναι τα βασικά είδη των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στις μάζες των άστρων. Η μία ονομάζεται αλυσίδα πρωτονίου - πρωτονίου και η άλλη κύκλος του άνθρακα. Και στα δύο αυτά είδη αντιδράσεων 4 πυρήνες υδρογόνου (Η-1) συγχωνεύονται σε ένα πυρήνα ηλίου (He-4) εκπέμποντας συγχρόνως συνολική ενέργεια 26,2 εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ (MeV). Στη διάρκεια της διαδικασίας αυτής όταν 1000 γραμμάρια υδρογόνου συγχωνεύονται δημιουργούν 993 γραμμάρια ηλίου (He), γεγονός που σημαίνει ότι χάνονται συνολικά μόλις 7 γραμμάρια ύλης. Και είναι αυτή που μετατράπηκε σε τόση μεγάλη ενέργεια. Ηλιακή ακτινοβολία χάρτη της Ελλάδα 9

10 Ηλιακη Ακτινοβολια στην Ελλαδα Η Ελλάδα παρουσιάζει ένα ιδιαίτερα υψηλό ηλιακό δυναμικό, περίπου 1,400-1,800 (kwh/(m2.yr)) ετησίως σε οριζόντιο επίπεδο, ανάλογα το γεωγραφικό πλάτος και το ανάγλυφο της περιοχής. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας με σχεδόν σταθερή και προβλέψιμη ένταση (W/m2) στην διάρκεια του χρόνου και της ημέρας. Η ηλιακή ακτινοβολία παρουσιάζει την μέγιστη ένταση της κατά την διάρκεια του μεσημεριού (μέγιστο ηλιακό ύψος), τόσο κατά τη θερινή όσο και κατά τη χειμερινή περίοδο. Η ηλιακή ενέργεια είναι μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο, λόγω την θέσης του ήλιου, αλλά και λόγω της αύξησης των ωρών ηλιοφάνειας (μείωση των νεφώσεων). Για τον υπολογισμό της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οποιαδήποτε κεκλιμένη ή/και περιστρεφόμενη επιφάνεια, είναι απαραίτητη η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο. Στην Ελλάδα η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (ΕΜΥ) καταγράφει εδώ και πολλά χρόνια τις ώρες ηλιοφάνειας ανά ημέρα (hr/day), αλλά και σε κάποιες περιπτώσεις την ολική ηλιακή ακτινοβολία (kwh/m2) για διάφορες περιοχές της χώρας μας. Οι θέσεις των μετεωρολογικών σταθμών επιλέγονται ώστε οι μετρήσεις να είναι αξιόπιστες και να μην επηρεάζονται από φυσικά εμπόδια ή τοπικά φαινόμενα που να αλλοιώνουν το αποτέλεσμα. Στον Πίνακα 4.1 δίνονται μέσες τιμές για την μέση μηνιαία ολική ηλιακή ακτινοβολία στο οριζόντιο επίπεδο για διάφορες περιοχές της Ελλάδος. Οι τιμές αυτές υπολογίστηκαν από την επεξεργασία μετρήσεων της μέσης μηνιαίας ηλιοφάνειας (hr/mo) με χρονική διάρκεια πάνω από 30 έτη για τις περισσότερες περιοχές, οι οποίες παραχωρήθηκαν από την ΕΜΥ Για όποιες περιοχές δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα ηλιακής ακτινοβολίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν δεδομένα από την πλησιέστερη περιοχή στην οποία παρατηρείται παρόμοια μορφολογία εδάφους (ορεινοί όγκοι, κ.α.) και παρόμοιος προσανατολισμός. 10

11 Πινακας (Μέση μηνιαία ολική ηλιακή ακτινοβολια) Τροποι εκμεταλλευσης ηλιακης ενεργειας 1.Φωτοβολταικα Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ένα φωτοβολταϊκό σύστημα είναι συνάρτηση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνειά του. Είναι προφανές ότι σε συστήματα που δεν έχουν τη δυνατότητα μετακίνησης ώστε να παρακολουθούν την πορεία του ήλιου κατά τη διάρκεια της ημέρας και του χρόνου, η απόδοση δεν είναι η βέλτιστη δυνατή. Σε τέτοια συστήματα, η αύξηση των αναγκών της εγκατάστασης σε ισχύ συνεπάγεται υποχρεωτικά την αύξηση της ωφέλιμης επιφάνειας με την προσθήκη περισσότερων πάνελ στο σύστημα. Για το λόγο αυτό, επινοήθηκε η τεχνολογία του ηλιοστάτη, ή εντοπιστή ηλιακής ακτινοβολίας (στα αγγλικά, tracker). Ο ηλιοστάτης είναι μια μηχανολογική διάταξη, πάνω στην οποία τοποθετείται η φωτοβολταϊκή γεννήτρια, ώστε το σύστημα να μπορεί να περιστρέφεται μέσω των ειδικών εξαρτημάτων και του λογισμικού που διαθέτει. Με τον τρόπο αυτό γίνεται η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, ενώ εξοικονομείται χρήμα: σε σχέση με την αγορά επιπλέον φωτοβολταϊκών πάνελ, η αγορά ενός ηλιοστάτη είναι στις περισσότερες περιπτώσεις η συμφέρουσα λύση. Ο ηλιοστάτης έχει σχεδιαστεί με τρόπο ώστε να αντέχει σε υψηλές ταχύτητες ανέμου. Τέλος, εκτός από τους ηλιοστάτες/εντοπιστές που διατίθενται στο εμπόριο, υπάρχουν και αυτοσχέδιες κατασκευές με παρόμοια αρχή λειτουργίας. 11

12 2.Ηλιακος θερμοσιφωνας Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι ένα ενεργητικό ηλιακό σύστημα που ζεσταίνει νερό χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια. Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες που έχουν μεγάλη ηλιοφάνεια, όπως για παράδειγμα στις χώρες της Μεσογείου και στην Κύπρο.Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η απλούστερη και η γνωστότερη ηλιακή συσκευή. Κατά την λειτουργία του γίνεται εκμετάλλευση δυο φυσικών φαινομένων. Με την αρχή του θερμοσιφώνου επιτυγχάνεται η κυκλοφορία του νερού με φυσικό τρόπο χωρίς μηχανικά μέρη (αντλίες κλπ.) ενώ η θέρμανση του νερού γίνεται με την εκμετάλλευση του φαινομένου του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στους συλλέκτες του. Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Το Φωτοβολταϊκό φαινόμενο περιγράφεται ως η πόλωση των ηλεκτρικών φορτίων που συμβαίνει σε συγκεκριμένα υλικά όταν αυτά εκτεθούν σε φωτεινή ακτινοβολία. Κάτι τέτοιο παρατηρείται στα φυσικά στοιχεία που ανήκουν στην ομάδα των ημιαγωγών καθώς και στις τεχνητές ημιαγωγικές διατάξεις. Η πόλωση των ηλεκτρικών φορτίων μεταφράζεται ως δημιουργία διαφοράς δυναμικού μεταξύ των δημιουργούμενων πόλων, δηλαδή έχουμε μια υποτυπώδη ηλεκτρική γεννήτρια. Περιγραφή του φαινομένου 12

13 Θα μπορούσαμε να παρομοιάσουμε την φωτοβολταϊκή ηλεκτρική γεννήτρια σαν μια ανεπίστροφη βαλβίδα ηλεκτρονίων, δια της οποίας τα ηλεκτρόνια μπορούν να διέρχονται μόνο προς την μια κατεύθυνση. Όταν λοιπόν συμβεί κάποιο φωτόνιο να προσκρούσει πάνω σε ηλεκτρόνιο του υλικού, τότε θα του μεταδώσει μέρος της ενέργειάς του, αναγκάζοντάς το να «εκσφενδονιστεί» από την θέση ηρεμίας του. Εάν τώρα, η κατεύθυνση που θα λάβει το «εκσφενδονισμένο» ηλεκτρόνιο συμπέσει με την φορά της βαλβίδας ηλεκτρονίων τότε αυτό θα μετατοπισθεί σε σχέση με την αρχική του θέση και θα παγιδευτεί εκεί αφού η βαλβίδα αποτρέπει την επαναφορά του στην αρχική θέση. Κατόπιν τούτου, διαπιστώνουμε ότι, σε μία «πλευρά» του υλικού (πλευρά παγίδευσης) θα έχουμε περίσσεια ενός ηλεκτρονίου ενώ στην άλλη πλευρά (πλευρά εκσφενδονισμού) θα έχουμε έλλειμμα ενός ηλεκτρονίου, που συνεπάγεται διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ποιοτικές παράμετροι για την εκδήλωση του φαινομένου Η ένταση του Φαινομένου (δεδομένου ότι εξετάζουμε υλικό το οποίο διαθέτει την ιδιότητα της ανεπίστροφης βαλβίδας), εξαρτάται από τρεις βασικούς παράγοντες: την διαθεσιμότητα ηλεκτρονίων που «μπορούν να εκσφενδονιστούν» (ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού) την πιθανότητα σύγκρουσης φωτονίου-ηλεκτρονίου (στατιστική πιθανότητα) και την ικανότητα της σύγκρουσης να προσδώσει στο ηλεκτρόνιο κατάλληλη ταχύτητα και διεύθυνση ώστε να μεταπηδήσει στην πλευρά παγίδευσης (επίσης στατιστική πιθανότητα). Από αυτές τις εξαρτήσεις, γίνεται αντιληπτό ότι ένα μικρό ποσοστό της φωτεινής ακτινοβολίας λαμβάνει μέρος επί του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Κατηγοριες Φωτοβολταικων Συστηματων 1. Μονοκρυσταλλικού Πυριτίου 13

14 Κατασκευάζονται από κυψέλες που έχουν κοπεί από ένα κυλινδρικό κρύσταλλο πυριτίου. Αποτελούν τα πιο αποδοτικά φωτοβολταϊκά με αποδόσεις της τάξεως του 15%. Η κατασκευή τους όμως είναι πιο πολύπλοκη γιατί απαιτεί την κατασκευής του μονοκρυσταλλικού πυριτίου με αποτέλεσμα το υψηλότερο κόστος κατασκευής. 2. Πολυκρυσταλλικό Πυριτίου Τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά κατασκευάζονται από ράβδους λιωμένου και επανακρυσταλλομένου πυριτίου. Για την παραγωγή τους οι ράβδοι του πυριτίου κόβονται σε λεπτά τμήματα από τα οποία κατασκευάζεται η κυωέλη του φωτοβολταϊκού. Η διαδικασία κατασκευής τους είναι απλούστερη από εκείνη των μονοκρυσταλλικών φωτοβολταϊκών με αποτέλεσμα το φθηνότερο κόστος παραγωγής. Παρουσιάζουν όμως σε γενικές γραμμές μικρότερη απόδοση της τάξεως του 12%. 3. Άμορφου Πυριτίου Τα φωτοβολταϊκά αυτής της κατηγορίας αποτελούνται από ένα λεπτό στρώμα πυριτίου που έχει εναποτεθεί ομοιόμορφα σε κατάλληλο υπόβαθρο. Σαν υπόβαθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη γκάμα υλικών από δύσκαμπτα μέχρι ελαστικά με αποτέλεσμα να βρίσκει μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών, ιδιαίτερα σε καμπύλες ή εύκαμπτες επιφάνειες. Ενώ το άμορφο πυρίτιο παρουσιάζει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απορρόφηση του φωτός, εντούτοις η φωτοβολταϊκή απόδοση του είναι του μικρότερη των κρυσταλλικών, περίπου 6%. Το φθηνό όμως κόστος κατασκευής τους τα κάνει ιδανικά σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται υψηλή απόδοση. Εγκατάσταση φωτοβολταικών Φάσεις εγκατάστασης φωτοβολταικου σε στέγη ή ταράτσα Μετά τη φάση αδειοδότησης και αφού ο ιδιοκτήτης έχει υπογράψει σύμβαση σύνδεσης και σύμβαση συμψηφισμού με τη ΔΕΗ, συμφωνείται σε συνεργασία 14

15 με τον πελάτη η ημερομηνία έναρξης της εγκατάστασης του φωτοβολταϊκού συστήματος. Η διάρκεια της κατασκευής κυμαίνεται από 2 έως 3 ημέρες ανάλογα με την ισχύ και την πολυπλοκότητα της κατασκευής. Στη συνέχεια περιγράφονται με απλά λόγια οι φάσεις της κατασκευής ενός φωτοβολταϊκού συστήματος σε στέγη ή ταράτσα ώστε να είναι όσο πιο ενήμερος είναι δυνατό ο ενδιαφερόμενος για τις εργασίες που πρόκειται να γίνουν στο σπίτι του. Τοποθέτηση Βάσεων Στήριξης Η πρώτη φάση αποτελεί την τοποθέτηση των βάσεων στήριξης. Είναι η μόνη φάση που διαφοροποιείται η τοποθέτηση ενός φωτοβολταϊκού σε στέγη από ότι σε ταράτσα. Στέγη Αρχικά βρίσκονται οι θέσεις των δοκαριών και ανοίγεται η στέγη στα συγκεκριμένα σημεία. Στη συνέχεια τοποθετούνται τα ειδικά ανοξείδωτα αγκύρια και επανατοποθετούνται τα κεραμίδια χωρίς να μεταβληθεί καθόλου η στεγανότητα της σκεπής. Πάνω στα αγκύρια συνδέονται οριζόντια προφίλ αλουμινίου, πάνω στα οποία θα τοποθετηθούν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται η ρύθμιση των αγκυρίων ώστε να «απορροφήσουν» τις ατέλειες της στέγης και τα οριζόντια προφίλ να είναι απολύτως ευθυγραμμισμένα. Πολλές φορές για λόγους στατικότητας ή ύψους της κατασκευής δημιουργείται πλέγμα, τοποθετώντας και κάθετα προφίλ. Βιοτεχνική - Βιομηχανική Στέγη Παρομοίως σε βιομηχανική-βιοτεχνική στέγη, τοποθετούνται τα αγκύρια τα οποία με κατάλληλες ανοιξείδωτες συνδέσεις εδράζονται στους σιδερένιους δοκούς του σκελετου του κτηριου.στη συνέχεια τοποθετούνται οι οριζόντιες μηκίδες αλουμινίου πάνω στις οποίες τοποθετούνται τα πλαίσια. Ταράτσα Στην ταράτσα η τοποθέτηση φωτοβολταικού συστήματος ξεκινάει με την χάραξη των σημείων που θα τοποθετηθούν οι βάσεις των φωτοβολταϊκών. Στη συνέχεια ανοίγονται οι οπές στα κατάλληλα σημεία, καθαρίζονται πολύ καλά, εγχέεται ειδική εποξειδική ρητίνη (Hilti) και τοποθετούνται ανοξείδωτες ντίζες με συγκεκριμένο τρόπο (βιδωτά) ώστε να μη δημιουργηθούν κενά ανάμεσα στο 15

16 σπείρωμα της ντίζας και τη ρητίνη. Αφήνεται 8-10 ώρες ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και στη συνέχεια στεγανοποιείται. Ακολουθεί η συναρμολόγηση των βάσεων και η τοποθέτηση των οριζοντίων προφίλ αλουμινίου. Τοποθέτηση Φωτοβολταϊκών Πλαισίων Στη συνέχεια τοποθετούνται τα φωτοβολταϊκά πλαίσια πάνω στα οριζόντια προφίλ αλουμινίου με χρήση ειδικών συγκρατητών. Καλωδίωση Ηλεκτρική εγκατάσταση Αντιστροφέας Τα πλαίσια συνδέονται κατά ομάδες σύμφωνα με τη μελέτη σκίασης, γειώνονται μεταξύ τους και με τις βάσεις στήριξης και με χρήση ειδικών καλωδίων για συνεχές ρεύμα και έκθεση σε εξωτερικές συνθήκες (μέσα σε σωλήνες βαρέως τύπου) εισάγονται στη θέση των πινάκων και του αντιστροφέα. Εν συνεχεία εκτελείται η καλωδίωση των πινάκων συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος (όπου όλες οι γραμμές ασφαλίζονται από ρεύματα σφάλματος- βραχυκύκλωμα, ηλεκτροπληξία και προστατεύονται από κεραυνοπληξία). Τέλος, γίνεται η σύνδεση με τον μετρητή της ΔΕΗ και αφού το σύστημα συνδεθεί γίνεται και η διασύνδεση με το σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης. ΟΦΕΛΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ Η κατανάλωση είναι διάσπαρτη αλλά και η παραγωγή µπορεί να είναι, γεγονός πολύ σηµαντικό για τα ηλεκτρικά δίκτυα Προσφέρουν ποιότητα δικτύου ιδίως όταν συνδυαστούν µε αποθήκευση Μπορούν να προσφέρουν ενέργεια ακόµα και εκεί που δεν υφίσταται Η ισχύς τους προσµετράται στον ενεργειακό στόχο της χώρας Η ισχύς τους προσµετράται στον ενεργειακό στόχο της χώρας 16

17 Τονώνουν την τοπική οικονοµία Εξυπηρετούν µεγάλο πλήθος κατοικιών στα νησιά που είναι εξοχικές κατοικίες και πολλές από αυτές αποµακρυσµένες Στα νησιά υπάρχουν πολλά οφέλη Ιδιαίτερα όταν η κορύφωση (peak) της ζήτησης το καλοκαίρι, λόγω τουρισµού, συµπίπτει µε την κορύφωση παραγωγής των φωτοβολταϊκών συστηµάτων. 17