Πώς λειτουργεί η ηλιακή ενέργεια;

Η ηλιακή ενέργεια είναι η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για να αξιοποιήσει την ενέργεια του ήλιου και να την κάνει αξιοποιήσιμη. Οι τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας περιλαμβάνουν ηλιακή θέρμανση, φωτοβολταϊκά, ηλιακή θερμική ενέργεια, ηλιακή αρχιτεκτονική, σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής λιωμένου αλατιού και τεχνητή φωτοσύνθεση.

Ο Ήλιος είναι μια απίστευτα μεγάλη πηγή ενέργειας. Για να το θέσουμε σε μια προοπτική, σκεφτείτε αυτό… Η ηλιοφάνεια 18 ημερών έχει ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας με αυτή που περιέχεται σε όλους σχεδόν τους φυσικούς πόρους (συμπεριλαμβανομένου του φυσικού αερίου, του άνθρακα, του πετρελαίου κ.λπ.) στη Γη.

Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δύο μέθοδοι με τις οποίες εκμεταλλευόμαστε τη δύναμη του Ήλιου, δηλαδή την ηλιακή ενέργεια:η φωτοβολταϊκή τεχνολογία και η θερμική τεχνολογία. Ας δούμε πώς λειτουργεί καθένα από αυτά.

Τεχνολογία φωτοβολταϊκών

Ηλιακά πάνελ ταράτσας (Πηγή εικόνας:Wikipedia)

Πιθανότατα έχετε δει επίπεδες κατασκευές που μοιάζουν με γυαλί να τοποθετούνται με γωνιακό τρόπο πάνω από στέγες κτιρίων και ηλιακών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Αυτά ονομάζονται ηλιακά πάνελ και είναι αποκλειστικά υπεύθυνα για τη λήψη φωτός από τις ακτίνες του ήλιου και τη λειτουργία των ηλεκτρικών μας συσκευών με αυτήν την ενέργεια. Το ερώτημα είναι… πώς το κάνουν αυτό;

Φωτοβολταϊκά (PV) κύτταρα

Τα ηλιακά πάνελ αποτελούνται από τα εύστοχα ονομαζόμενα «φωτοβολταϊκά κύτταρα», τα οποία μετατρέπουν το ηλιακό φως (φωτογραφία) σε ηλεκτρική ενέργεια (volt). Μια σειρά από φωτοβολταϊκά στοιχεία συνθέτουν ένα ηλιακό πάνελ. Αυτά τα κύτταρα αποτελούνται από άτομα πυριτίου που χάνουν ένα ηλεκτρόνιο όταν το ηλιακό φως χτυπά την επιφάνειά τους.

Ένα άτομο πυριτίου με 4 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα (Πηγή εικόνας:Wikipedia)

Λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο:το ηλιακό φως αποτελείται από εξαιρετικά μικρά σωματίδια που ονομάζονται «φωτόνια» που είναι ικανά να εκτινάξουν τα ηλεκτρόνια από τα άτομα πυριτίου που υπάρχουν στα φωτοβολταϊκά κύτταρα. Αυτά τα ηλεκτρόνια αποτελούν το συνεχές ρεύμα (DC), αλλά καθώς οι περισσότερες οικιακές συσκευές μας λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), καθίσταται σημαντικό να μετατρέπουμε το ηλεκτρικό ρεύμα από συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτό γίνεται από ένα άλλο στοιχείο που ονομάζεται «inverter», το οποίο είναι ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο του συστήματος.

Μετατροπέας

Ο μετατροπέας παίρνει το συνεχές ρεύμα που σχηματίζεται από τα διεγερμένα ηλεκτρόνια και το μετατρέπει σε εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο στη συνέχεια δρομολογείται στην κύρια παροχή ρεύματος του σπιτιού σας.

Έτσι λειτουργεί η ηλιακή ενέργεια

Από εκεί, το εναλλασσόμενο ρεύμα φτάνει σε διαφορετικές συσκευές μέσω καλωδίων (σημειώστε ότι η παρουσία του μετατροπέα σε ένα ηλιακό σύστημα ενέργειας εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τον τύπο του ρεύματος που απαιτείται από το σύστημα). Ως αποτέλεσμα, τη στιγμή που ανοίγετε τον διακόπτη, το ηλεκτρικό κύκλωμα ολοκληρώνεται και η λάμπα ανάβει!

Μπαταρία

Δεδομένου ότι μπορείτε να αξιοποιήσετε την ηλιακή ενέργεια μόνο όταν υπάρχει ηλιακό φως (π.χ. όταν δεν έχει συννεφιά ή βροχή), οι μπαταρίες αποτελούν επίσης ένα αξιοσημείωτο μέρος του συστήματος. Η ισχύς που παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας αποθηκεύεται στην μπαταρία για να χρησιμοποιηθεί όταν απαιτείται.

Το εύρος απόδοσης του φωτοβολταϊκού συστήματος κυμαίνεται συνήθως γύρω στο 20-22%, που σημαίνει ότι μετατρέπει το 20-22% του ηλιακού φωτός που πέφτει πάνω του σε ηλεκτρικό ρεύμα. Ωστόσο, στα πιο κοινά συστήματα που βρίσκονται σε στέγες, η απόδοση είναι λίγο μικρότερη.

Θερμική τεχνολογία

Η άλλη μέθοδος αξιοποίησης της ενέργειας από το ηλιακό φως είναι μέσω της χρήσης ηλιακής θερμικής τεχνολογίας. Αυτό αποτελείται από «ηλιακούς συλλέκτες» - συσκευές που συλλαμβάνουν την ηλιακή ακτινοβολία. Η "επίπεδη πλάκα" και η "εκκενωμένη σωλήνα" είναι δύο τύποι συλλεκτών.

Τύποι συλλεκτών:Επίπεδοι συλλέκτες (αριστερά) και συλλέκτες εκκενωμένων σωλήνων

Η παραλλαγή επίπεδης πλάκας, όπως υποδηλώνει το όνομά της, αποτελείται από έναν σκούρο απορροφητή επίπεδης πλάκας, που περιέχει ένα υγρό μεταφοράς θερμότητας. Οι συλλέκτες εκκενωμένων σωλήνων, από την άλλη πλευρά, περιέχουν πολλαπλούς εκκενωμένους γυάλινους σωλήνες που περιέχουν μια πλάκα απορρόφησης, μαζί με ένα υγρό μεταφοράς (π.χ. νερό).

Πώς λειτουργεί η θερμική τεχνολογία;

Και οι δύο αυτές θερμικές παραλλαγές έχουν διαφορετικά εξαρτήματα, αλλά η βασική λειτουργικότητα παραμένει σχεδόν ίδια και στις δύο.

Η βασική λειτουργία ενός ηλιακού θερμοσίφωνα

Παρουσία ηλιακού φωτός, οι ηλιακοί συλλέκτες θερμαίνονται και μεταφέρουν τη θερμότητα στο υγρό μεταφοράς θερμότητας (συνήθως νερό ή μείγμα γλυκόλης και νερού σε ψυχρές περιοχές για να αποφευχθεί το πάγωμα του μείγματος). Αυτό το υγρό στη συνέχεια μεταφέρεται σε ένα υγρό εναλλάκτη θερμότητας που βρίσκεται μέσα στη δεξαμενή νερού. Αφού μεταφέρει τη θερμότητά του στο νερό της δεξαμενής, το υγρό μεταφοράς θερμότητας ρέει πίσω στους συλλέκτες για να θερμανθεί ξανά. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία.

Σημειώστε ότι δεν παράγεται ηλεκτρική ενέργεια σε αυτήν την περίπτωση θερμικής ενέργειας. Αντίθετα, η θερμότητα από τις ακτίνες του Ήλιου που πέφτουν στο σύστημα μεταφέρεται σε άλλο μέσο, ​​όπως νερό, φαγητό κ.λπ.

Μια ηλιακή κουζίνα (Πηγή εικόνας:Wikipedia)

Επομένως, οι θερμοσίφωνες και οι ηλιακές κουζίνες είναι μερικά από τα πιο δημοφιλή παραδείγματα συστημάτων που χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια για να βράσουν νερό και να μαγειρέψουν αντίστοιχα τρόφιμα. Οι ηλιακοί θερμικοί συλλέκτες έχουν συνήθως απόδοση της τάξης του 60-80%, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος.

Η ηλιακή ενέργεια είναι αναμφισβήτητα μια τεράστια πηγή ενέργειας που μπορεί να τροφοδοτήσει σπίτια και γραφεία για μεγάλες χρονικές περιόδους. Υπάρχουν ορισμένες χώρες που προωθούν εύκολα τη χρήση ηλιακής και άλλων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας προκειμένου να αμβλύνουν την πίεση στους περιορισμένους φυσικούς πόρους στον πλανήτη Γη και να προωθήσουν καλές πρακτικές διατήρησης. Με συνεχείς βελτιώσεις στην τεχνολογία αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας, πλησιάζουμε πιο κοντά σε έναν κόσμο που τροφοδοτείται και θερμαίνεται αποκλειστικά από τη δύναμη του Ήλιου… ακόμα και τη νύχτα!