ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΠΑΛΑΙΟΛΟΓΟΣ ΑΝΔΡΕΑΣ,ΑΜ:428 ΚΑΡΑΟΛΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ,ΑΜ:473

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ: ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΛΙΚΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΠΑΛΑΙΟΛΟΓΟΣ ΑΝΔΡΕΑΣ,ΑΜ:428 ΚΑΡΑΟΛΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ,ΑΜ:473

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ανακαλύφθηκε το Το 1950 τα φωτοβολταϊκά εξελίχθηκαν περαιτέρω και άρχισε η οικιακή τους χρήση. Η ενέργεια που εκπέμπεται από τον ήλιο με τη μορφή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τη Γη. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα εκμεταλλεύονται την ενέργεια των ηλιακών ακτίνων για την παραγωγή ρεύματος.

3 Βασική λειτουργία φ/β Το ηλιακό φως αποτελείται από σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια. Αυτά έχουν διαφορετική ενέργεια μεταξύ τους αλλά σταθερή ταχύτητα. Συνεπώς όταν τα φωτόνια προσπέφτουν πάνω σε ένα φωτοβολταϊκό αγωγό ανάλογα με την ενέργεια που έχουν απορροφώνται και είναι ικανά να παράγουν ρεύμα. Υλικά όπως το πυρίτιο με πρόσμιξη άλλων στοιχείων γίνονται ημιαγωγοί, έχουν δηλ. την δυνατότητα να δημιουργούν διαφορά δυναμικού, όταν φωτίζονται, και κατά συνέπεια να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

4 Βασική λειτουργία φ/β Συνδέοντας μεταξύ τους πολλά μικρά κομμάτια τέτοιων υλικών (φωτοβολταϊκές κυψέλες ή στοιχεία), τοποθετώντας τα σε μία επίπεδη επιφάνεια (φωτοβολταϊκό σύστημα) και στρέφοντάς τα προς τον ήλιο είναι δυνατό να πάρουμε ηλεκτρικό ρεύμα αρκετό για να καλύψουμε τις ανάγκες για τη λειτουργία π.χ : κατοικιών, ηλιακών αυτοκινήτων κ.τ.λ

5 Εικόνες για τη λειτουργία και την εφαρμογή των φ/β

6 Γιατί να στραφούμε στην ηλιακή ενέργεια; Για την καλύψη δύο τουλάχιστον ανάγκών 1. Την ανάγκη για ενέργεια 2. Την ανάγκη για εξαγωγή μικρότερου ποσοστού ρύπων στο περιβάλλον.

7 Γιατί να στραφούμε στην ηλιακή ενέργεια Τα φωτοβολταϊκά ακόμη και τις συννεφιασμένες μέρες του χειμώνα, συνεχίζουν να παράγουν ρεύμα (σε ένα ποσοστό της μέγιστης ισχύος τους) χάρη στο διάχυτο φως. Κάθε κιλοβατώρα ηλεκτρισμού που προμηθευόμαστε 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 γνωστών, το σημαντικότερο αέριο του θερμοκηπίου που συμβάλλει στις επικίνδυνες κλιματικές αλλαγές Η στροφή στις καθαρές πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή, αποτελεί τη μόνη διέξοδο για την αποτροπή των κλιματικών αλλαγών που απειλούν σήμερα τον πλανήτη.

8 Γιατί να στραφούμε στην ηλιακή ενέργεια; Επιπλέον, η χρήση της ηλιακής ενέργειας: συνεπάγεται λιγότερες εκπομπές άλλων επικίνδυνων ρύπων (όπως τα καρκινογόνα μικροσωματίδια, τα οξείδια του αζώτου, οι ενώσεις του θείου, κ.λ.π). Η ηλιακή ενέργεια είναι μια καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή. παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιμότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία

9 Συμφέρει η ηλιακή ενέργεια; Ναι, στις περιπτώσεις εκείνες όπου παρέχονται κίνητρα και υπάρχει ξεκάθαρη πολιτική στήριξης της ηλιακής τεχνολογίας. Το κλειδί όσον αφορά στην απόδοση είναι η συνεχής εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα των φωτοβολταικών πανελ την τελευταία πενταετία σε συνδυασμό με το ποσοστό της επιχορήγησης του κράτους. Αντικλείδι είναι οι εγγυήσεις που παρέχουν οι προμηθευτές ως προς την απόδοση των συστημάτων τους καθώς και η δεδομένη πώληση της παραγωγής προς το δίκτυο

10 Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας επένδυσης σε φωτοβολταικά είναι: Χαμηλό ρίσκο σε συνδυασμό με υψηλές αποδόσεις που κυμαίνονται από 15% - 25% του κεφαλαίου που επενδύθηκε. Υψηλή τιμή πώλησης στο δίκτυο της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας (από 0,4-0,5 ανά παραγόμενη KWh). Αναπροσαρμόζεται ετησίως κατά το 80% του πληθωρισμού. Έγγύηση πώλησης της παραγωγής με την υπογραφή σύμβασης πώλησης με τον ΔΕΣΜΗΕ για 20 χρόνια Επιχορήγηση του κράτους ίση με 40% του επενδυτικού σχεδίου

11 Λειτουργία και τύποι φωτοβολταικών Όταν τα φωτοβολταϊκά εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπουν ένα 5-17% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Το πόσο ακριβώς είναι αυτό το ποσοστό εξαρτάται από την τεχνολογία που χρησιμοποιούμε. Υπάρχουν τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, και τα άμορφα. Τα άμορφα έχουν χαμηλότερη απόδοση είναι όμως φθηνότερα. Η επιλογή του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιμου χώρου ή ακόμα και της οικονομικής ευχέρειας του χρήστη.

12 Παράδειγμα εφαρμογής φ/β (Διαφανή φωτοβολταϊκά σε στέγη κατοικίας επιτρέπουν τη διέλευση του φυσικού φωτός)

13 Χαρακτηριστικά Φ/Β Συστημάτων Τα βασικά χαρακτηριστικά των Φ/Β συστημάτων, που τα διαφοροποιούν από τις άλλες μορφές ΑΠΕ είναι: Απευθείας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμη και σε πολύ μικρή κλίμακα, π.χ. σε επίπεδο μερικών δεκάδων W ή και mw. Είναι εύχρηστα. Τα μικρά συστήματα μπορούν να εγκατασταθούν από τους ίδιους τους χρήστες. Μπορούν να εγκατασταθούν μέσα στις πόλεις, ενσωματωμένα σε κτίρια και δεν προσβάλλουν αισθητικά το περιβάλλον. Μπορούν να συνδυαστούν με άλλες πηγές ενέργειας (υβριδικά συστήματα). Είναι βαθμωτά συστήματα, δηλ. μπορούν να επεκταθούν σε μεταγενέστερη φάση για να αντιμετωπίσουν τις αυξημένες ανάγκες των χρηστών, χωρίς μετατροπή του αρχικού συστήματος. Λειτουργούν αθόρυβα, εκπέμπουν μηδενικούς ρύπους, χωρίς επιπτώσεις στο περιβάλλον. Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν μηδενικές. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία κατά τη λειτουργία. Οι εγγυήσεις που δίνονται από τους κατασκευαστές για τις Φ/Β γεννήτριες είναι περισσότερο από 25 χρόνια καλής λειτουργίας.

14 Το Φωτοβολταϊκό κύτταρο Βασικη διαδικασια: Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι φτιαγμενα από ειδικά υλικά, όπως το πυρίτιο (το πιο συνηθισμένο προς το παρόν) που λέγονται ημιαγωγοί. Όταν το φως πέσει στο κύτταρο, ένα μέρος του απορροφάται από τον ημιαγωγό. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια του φωτός μεταφέρεται στον ημιαγωγό. Η ενέργεια αυτή ελευθερώνει ηλεκτρόνια τα οποία κινούνται ελεύθερα μεσα στον ημιαγωγό. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα έχουν επίσης ένα ή περισσότερα ηλεκτρικά πεδία που υποχρεώνουν τα ελευθερωμένα ηλεκτρόνια να κινούνται προς μία κετεύθυνση. Η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και με την τοποθέτηση μεταλλικών επαφών πάνω και κάτω από το κύτταρο το βγάζουμε για εξωτερική χρήση. Αυτό το ρεύμα μαζί με την τάση του φωτοβολταϊκού κυττάρου (που είναι αποτέλεσμα των ηλεκτρικών πεδίων του κυττάρου) καθορίζει την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγει το κύτταρο.

15 Τι συμβαίνει όταν το φως πέφτει σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο: Όταν το φως, με μορφή φωτονίων, πέφτει σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο η ενέργειά του ελευθερώνει ηλεκτρόνια και θέσεις. Κάθε φωτόνιο με αρκετή ενέργεια φυσιολογικά θα ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο και θα δημιουργήσει μια κενή θέση. Αν αυτό συμβεί κοντά στο ηλεκτρικό πεδίο ή αν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο και μια ελεύθερη θέση βρεθούν κοντά το πεδίο θα στείλει το ηλεκτρόνιο στο πυρίτιο Ν και την κενή θέση στο πυρίτιο Ρ. Αυτό προκαλεί μεγαλύτερη ανισορροπία στην ηλεκτρική ουδετερότητα και αν χρησιμοποιήσουμε μια εξωτερική οδό τα ηλεκτρόνια θα περάσουν μέσα από αυτή για να πάνε στην αρχική τους θέση που το ηλεκτρικό πεδίο απομάκρυνε. Η ροή αυτή των ηλεκτρονίων δημιουργεί το ρεύμα, και το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί την τάση του ρεύματος. Με ρεύμα και τάση έχουμε ηλεκτρικό ρεύμα που είναι παράγωγο αυτών των δύο.

16 Τι συμβαίνει όταν το φως πέφτει σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο: Το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο είναι το 25% της ενέργειας που δέχεται αλλά το πιο συνηθισμένο ποσοστό είναι λιγότερο από 15%. Το ορατό φως είναι μόνο ένα μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δεν είναι μονοχρωματική. Αποτελείται από διαφορετικά μήκη κυμάτων, άρα και από διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Εφόσον το φως που πέφτει στο κύτταρο μεταφέρει διαφορετικά επίπεδα ενέργειας κάποια από αυτά δεν θα έχουν αρκετή ενέργεια για να μπορέσουν να ελευθερώσουν ηλεκτρόνια. Απλά θα περάσουν μέσα από το κύτταρο σαν να ήταν αυτό διαφανές. Μόνο ένα συγκεκριμένο ποσό ενέργειας, το οποίο εξαρτάται από το υλικό που είναι κατασκευασμένο το κύτταρο, απαιτείται για να ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο. Μερικά φωτόνια έχουν περισσότερη ενέργεια από ότι χρειάζεται για την απόσπαση ενός ηλεκτρονίου. Η επιπλέον ενέργεια χάνεται εκτός και αν η ενέργεια του φωτονίου είναι διπλάσια από την απαιτούμενη και ελευθερώσει δύο ηλεκτρόνια.

17

18 Το κόστος των φωτοβολταϊκών συστημάτων Εξαρτάται από τις ενεργειακές ανάγκες του σπιτιού ή του εργασιακού χώρου από την γεωγραφική τοποθεσία στην οποία θα εγκατασταθεί. Το κόστος της εγκατάστασης Εξαρτάται από τις συνθήκες που θα συναντηθούν στην τοποθεσία που θα εγκατασταθεί το σύστημα.

19 Τα φωτοβολταϊκά παρέχουν: μηδενική ρύπανση αθόρυβη λειτουργία αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής (που φθάνει τα 30 χρόνια) απεξάρτηση από την τροφοδοσία καυσίμων για τις απομακρυσμένες περιοχές δυνατότητα επέκτασης ανάλογα με τις ανάγκες ελάχιστη συντήρηση

20 Οι κατηγορίες των φωτοβολταικών Απλό ή ανεξάρτητο φωτοβολταϊκό σύστημα Φωτοβολταϊκό σύστημα με αποθήκευση σε μπαταρίες Φωτοβολταϊκό σύστημα συνδεδεμένο στον οργανισμό κοινής ωφελείας Φωτοβολταϊκό σύστημα σε επίπεδο εργοστασίου παραγωγής ενέργειας Μικτά / Υβριδικά συστήματα

21 Συστήματα με μπαταρίες Ηλεκτροδότηση ενός χώρου ή μηχανήματος 24 ώρες το 24ωρο, με βροχή ή λιακάδα τα στοιχεία συλλέγουν ηλιακό φώς, το μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα και το αποθηκεύουν στις μπαταρίες. Μεσολαβεί μία συσκευή που ονομάζεται "ρυθμιστής φόρτισης" η οποία φροντίζει να φορτίζονται σωστά οι μπαταρίες και επιμηκύνει την διάρκεια ζωής τους, προστατεύοντάς τις από υπερφόρτιση ή από την ολική τους αποφόρτιση. Απαιτούν περιοδική συντήρηση

22 Συστήματα με μπαταρίες

23 Υβριδικά συστήματα Συνδιάζουν ηλεκτρικό ρεύμα που προέρχεται από ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά συστήματα κ.τ.λ Είναι ιδανικά συστήματα για εφαρμογές σε απομακρυσμένες τοποθεσίες όπως παραμεθόρια χωριά Απαραίτητη γνώση για την εγκατάσταση ενός υβριδικού συστήματος είναι η ζήτηση σε ηλεκτρικό ρεύμα όπως και τα γεωγραφικά και τοπολογικά πλεονεκτήματα, οπότε πρέπει να καταμετρηθεί η ηλιακή ενέργεια.

24 Φωτοβολταϊκό σύστημα συνδεδεμένο στον οργανισμό κοινής ωφελείας (ΔΕΗ) Σε μέρη όπου ήδη υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα είναι εφικτή η σύνδεσή του με το φωτοβολταϊκό μας σύστημα, συμπληρώνοντας έτσι τις ανάγκες μας σε ενέργεια και αντικαθιστώντας την χρήση των μπαταριών. Ένας χρήστης φωτοβολταϊκού συστήματος που είναι συνδεδεμένο με το δίκτυο μπορεί επίσης να πουλήσει ρεύμα στην ΔΕΗ. Αυτό επιτυγχάνεται τοποθετώντας ένα μετρητή μεταξύ του συστήματος και του δικτύου. Όταν χρησιμοποιεί λιγότερο ρεύμα από αυτό που του παρέχει το φωτοβολταϊκό σύστημα το πλεόνασμα διοχετεύεται (ή πωλείται) στο δίκτυο. Για να γίνει αυτό εφικτό χρειάζεται ένας εγκεκριμένος μετατροπέας που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παράγει το φωτοβολταϊκό σύστημα στο εναλλασόμενο του δικτύου εξισορροπώντας την τάση, την συχνότητα και την ποιότητά του με ακρίβεια. Σε περίπτωση πτώσης της τάσης του δικτύου, αυτόματοι διακόπτες ασφαλείας αποσυνδέουν το φωτοβολταϊκό σύστημα από αυτό.

25 Επιλογή κατηγορίας Tα λεγόμενα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα φωτοβολταϊκά λεπτού υμενίου (thin-film, όπως είναι τα άμορφα, τα CIS,CdTe,κ.τ.λ), καθώς και τα λεγόμενα υβριδικά, τα οποία συνδυάζουν τις τεχνολογίες των άμορφων και των μονοκρυσταλλικών, αξιοποιώντας τα πλεονεκτήματα και των δύο τεχνολογιών. Η επιλογή του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιμου χώρου ή ακόμα και της οικονομικής ευχέρειας του χρήστη.

26

27 . Εφαρμογή φωτοβολταϊκών σε κεραμοσκεπή εξοχικής κατοικίας Εφαρμογή φωτοβολταϊκών σε χώρο στάθμευσης Εφαρμογή φωτοβολταϊκών σε χώρο στάθμευσης.

28 Χρόνος αντοχής Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία τα συνοδεύει εγγύηση 30 ετών από το εργοστάσιο κατασκευής τους, η οποία εγγυάται την αποτελεσματικότητά τους τουλάχιστον κατά το 80% της ονομαστικής παραγωγής τους σε ηλεκτρικό ρεύμα. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούντε έχουν ζωή 6-20 ετών (ανάλογα τον τύπο και την χρήση).

29 Τα μειονεκτήματα Υψηλό κόστος αγοράς. Έλλειψη επιδοτήσεων στον οικιακό καταναλωτή. Υψηλό αρχικό κόστος επένδυσης και ασήμαντο λειτουργικό κόστος. Χρονοβόρες διαδικασίες επιδότησης στην Ελλάδα.

30 Ιστορία και μέλλον των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Εάν καλύψουμε το 1% της επιφάνειας της ερήμου Σαχάρα με ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, θα μπορούμε να καλύψουμε την κατανάλωση σε ηλεκτρικό ρεύμα όλου του πλανήτη μας. Σε χρονικό διάστημα 40' λεπτών οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής δέχονται ενέργεια σε μορφή ηλιακού φωτός ίση με όλα τα πετρελαιοειδή που καταναλώνουν μέσα σε ένα χρόνο! "Αν όλα τα σπίτια είχαν στην σκεπή / ταράτσα τους φωτοβολταϊκά πάνελ, δεν θα μιλάγαμε για ενεργειακά προβλήματα, θα καταναλώναμε όσο ρεύμα θέλουμε και θα είχαμε περίσσευμα ρεύματος για να κάνουμε εξαγωγή, ακόμα θα πετυχαίναμε μακροζωία των ηλεκτρικών συσκευών προστατευμένες από προβλήματα τάσης." Αν θέλουμε να σταματήσουμε να επαναλαμβανόμαστε σε ατέλειωτους κύκλους και να κάνουμε ένα βήμα μπροστά η λύση είναι ΑΠΕ (Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας).

31 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Τεχνική Εταιρεία ΤΗΛΕΠΑΝ Ενημερωτικά Δελτία. Περράκη Β., Σημειώσεις: «Φυσική, τεχνολογία και χρήση Φ/Β στοιχείων», ΠΑΤΡΑ Γκαγκαράκης, Φωτοβολταϊκή Τεχνολογία, ΑΘΗΝΑ W. Joues, «Photovoltaïc Batteries», Photovoltaics International Jurn (1982 Ζαχαρίας, Ήπιες μορφές ενέργειας Ι, ΙΙ, ΑΘΗΝΑ (1986) W D CALLISTER, Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών

32 ΤΕΛΟΣ Ευχαριστούμε για την προσοχή σας