Σχετικά πρόσφατα, η ίδια η ιδέα της αυτόνομης παροχής ηλεκτρικού ρεύματος σε ιδιωτικές κατοικίες θεωρήθηκε φανταστική. Σήμερα είναι μια αντικειμενική πραγματικότητα. Στην Ευρώπη, τα ηλιακά πάνελ χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό, γιατί είναι μια σχεδόν ανεξάντλητη πηγή φθηνής ενέργειας. Στη χώρα μας, η απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τέτοιες συσκευές κερδίζει μόνο δημοτικότητα. Αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει πολύ γρήγορα και ο λόγος για αυτό είναι το υψηλό τους κόστος.
Η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας βασίζεται στο γεγονός ότι σε δύο πλάκες πυριτίου επικαλυμμένες με διαφορετικές ουσίες (βόριο και φώσφορο), προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα υπό τη δράση του ηλιακού φωτός. Στην πλάκα, η οποία είναι καλυμμένη με φώσφορο, εμφανίζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Τα σωματίδια που λείπουν σχηματίζονται σε εκείνες τις πλάκες που είναι επικαλυμμένες με βόριο. Τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται υπό τη δράση του φωτός του ήλιου. Έτσι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα στα ηλιακά πάνελ. Λεπτά νήματα από χαλκό, τα οποία καλύπτονταικάθε μπαταρία, αντλήστε ρεύμα από αυτήν και κατευθύνετέ την στον προορισμό της.
Ένα πιάτο μπορεί να τροφοδοτήσει έναν μικρό λαμπτήρα. Το συμπέρασμα υποδηλώνει από μόνο του. Προκειμένου οι ηλιακοί συλλέκτες να παρέχουν στο σπίτι επαρκή ισχύ, η έκτασή τους πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη.
Γρανάζια σιλικόνης
Λοιπόν, η αρχή της ηλιακής μπαταρίας είναι ξεκάθαρη. Το ρεύμα παράγεται από τη δράση του υπεριώδους φωτός σε ειδικές πλάκες. Εάν το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως υλικό για τη δημιουργία τέτοιων πλακών, τότε οι μπαταρίες ονομάζονται πυρίτιο (ή υδρογόνο πυριτίου).
Τέτοια ένθετα απαιτούν πολύ περίπλοκα συστήματα παραγωγής. Αυτό, με τη σειρά του, επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το κόστος των προϊόντων.
Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου διατίθενται σε πολλούς τύπους.
Μετατροπείς μονού κρυστάλλου
Είναι πάνελ με λοξότμητες γωνίες. Το χρώμα τους είναι πάντα καθαρό μαύρο.
Αν μιλάμε για μετατροπείς μονού κρυστάλλου, τότε η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας μπορεί να περιγραφεί εν συντομία ως μέσης απόδοσης. Όλα τα κύτταρα των φωτοευαίσθητων στοιχείων μιας τέτοιας μπαταρίας κατευθύνονται προς μία κατεύθυνση.
Αυτό σας επιτρέπει να έχετε το υψηλότερο αποτέλεσμα μεταξύ παρόμοιων συστημάτων. Η απόδοση αυτού του τύπου μπαταρίας φτάνει το 25%.
Το μειονέκτημα είναι ότι τέτοια πάνελ πρέπει πάντα να βλέπουν στον ήλιο.
Αν ο ήλιος κρύβεται πίσω από σύννεφα, κατέβει στον ορίζοντα ή δεν έχει ανατείλει ακόμη, τότε οι μπαταρίες θα δημιουργήσουν ένα μάλλον αδύναμο ρεύμαδύναμη.
Πολυκρυσταλλικό
Οι πλάκες αυτών των μηχανισμών είναι πάντα τετράγωνες, σκούρο μπλε. Η επιφάνειά τους περιλαμβάνει ανομοιογενείς κρυστάλλους πυριτίου.
Η απόδοση των πολυκρυσταλλικών μπαταριών δεν είναι τόσο υψηλή όσο αυτή των μονοκρυσταλλικών μοντέλων. Μπορεί να φτάσει το 18%. Ωστόσο, αυτό το μειονέκτημα αντισταθμίζεται από τα πλεονεκτήματα, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.
Η αρχή λειτουργίας αυτού του τύπου ηλιακών μπαταριών επιτρέπει να κατασκευάζονται όχι μόνο από καθαρό πυρίτιο, αλλά και από ανακυκλωμένα υλικά. Αυτό εξηγεί ορισμένα από τα ελαττώματα που εντοπίστηκαν στον εξοπλισμό. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα μηχανισμών αυτού του τύπου είναι ότι μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αρκετά αποτελεσματικά ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Μια τέτοια χρήσιμη ποιότητα τα καθιστά απαραίτητα σε μέρη όπου το διάχυτο ηλιακό φως είναι συνηθισμένο καθημερινό φαινόμενο.
Πάνελ άμορφου πυριτίου
Τα άμορφα πάνελ είναι φθηνότερα από άλλα, αυτό καθορίζει την αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας και το σχεδιασμό της. Κάθε πάνελ αποτελείται από πολλά πολύ λεπτά στρώματα πυριτίου. Κατασκευάζονται με ψεκασμό σωματιδίων υλικού σε κενό σε αλουμινόχαρτο, γυαλί ή πλαστικό.
Η απόδοση των πάνελ είναι πολύ μικρότερη από τα προηγούμενα μοντέλα. Φτάνει το 6%. Τα στρώματα πυριτίου καίγονται γρήγορα στον ήλιο. Μετά από έξι μήνες χρήσης αυτών των μπαταριών, η απόδοσή τους θα πέσει κατά 15%, και μερικές φορές έως και 20.
Δύο χρόνια λειτουργίας θα εξαντλήσουν πλήρως τους πόρους των ενεργών συστατικών και το πάνελ θα πρέπει να αλλάξει.
Αλλά υπάρχουν δύο πλεονεκτήματα, εξαιτίας των οποίων αυτές οι μπαταρίες εξακολουθούν να αγοράζονται. Πρώτον, λειτουργούν ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Δεύτερον, όπως ήδη αναφέρθηκε, δεν είναι τόσο ακριβές όσο άλλες επιλογές.
Υβριδικοί φωτομετατροπείς
Το άμορφο πυρίτιο είναι η βάση για τη διάταξη των μικροκρυστάλλων. Η αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας την κάνει παρόμοια με ένα πολυκρυσταλλικό πάνελ. Η διαφορά μεταξύ αυτού του τύπου μπαταριών είναι ότι μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα μεγαλύτερης ισχύος σε συνθήκες διάσπαρτου ηλιακού φωτός, για παράδειγμα, μια συννεφιασμένη μέρα ή την αυγή.
Επιπλέον, οι μπαταρίες λειτουργούν υπό την επίδραση όχι μόνο του ηλιακού φωτός, αλλά και στο υπέρυθρο φάσμα.
Ηλιακοί μετατροπείς πολυμερών φιλμ
Αυτή η εναλλακτική λύση στα πάνελ πυριτίου έχει όλες τις πιθανότητες να γίνει ηγέτης στην αγορά των ηλιακών πάνελ. Μοιάζουν με μια μεμβράνη που αποτελείται από πολλά στρώματα. Ανάμεσά τους διακρίνουμε ένα πλέγμα αγωγών αλουμινίου, ένα πολυμερές στρώμα της δραστικής ουσίας, ένα υπόστρωμα από οργανική ύλη και ένα προστατευτικό φιλμ.
Τέτοια φωτοκύτταρα, συνδυασμένα μεταξύ τους, σχηματίζουν ένα ηλιακό στοιχείο φιλμ τύπου ρολού. Αυτά τα πάνελ είναι ελαφρύτερα και πιο συμπαγή από τα πάνελ πυριτίου. Στην κατασκευή τους, δεν χρησιμοποιείται ακριβό πυρίτιο και η ίδια η διαδικασία παραγωγής δεν είναι τόσο ακριβή. Αυτό κάνει το πάνελ σε ρολό φθηνότερο από όλα τα άλλα.
Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών καθιστά την απόδοσή τους όχι πολύ υψηλή.
Φτάνει το 7%.
Η διαδικασία κατασκευής πάνελ αυτού του τύπουπεριορίζεται σε πολυστρωματική εκτύπωση σε φιλμ φωτοκυττάρων. Κατασκευάζεται στη Δανία.
Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα κοπής της μπαταρίας σε ρολό και προσαρμογής σε οποιοδήποτε μέγεθος και σχήμα.
Μόνο ένα μείον. Οι μπαταρίες μόλις άρχισαν να παράγονται, επομένως είναι ακόμα αρκετά δύσκολο να τις αποκτήσετε.
Αλλά υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι αυτά τα στοιχεία θα αποκτήσουν γρήγορα μια καλή φήμη μεταξύ των καταναλωτών, η οποία θα δώσει στους κατασκευαστές την ευκαιρία να παράγουν σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Ηλιακή θέρμανση σπιτιών
Η αρχή της λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας για τη θέρμανση ενός σπιτιού τα διακρίνει ριζικά από όλες τις συσκευές που περιγράφονται παραπάνω. Αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική συσκευή. Ακολουθεί περιγραφή.
Το κύριο μέρος του ηλιακού συστήματος θέρμανσης είναι ένας συλλέκτης που δέχεται το φως του και το μετατρέπει σε κινητική ενέργεια. Η περιοχή αυτού του αντικειμένου μπορεί να κυμαίνεται από 30 έως 70 τετραγωνικά μέτρα.
Ειδική τεχνική χρησιμοποιείται για τη στερέωση του συλλέκτη. Οι πλάκες συνδέονται μεταξύ τους με μεταλλικές επαφές.
Το επόμενο στοιχείο του συστήματος είναι ο λέβητας αποθήκευσης. Μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε θερμική ενέργεια. Συμμετέχει στη θέρμανση του νερού, η μετατόπιση του οποίου μπορεί να φτάσει τα 300 λίτρα. Μερικές φορές τέτοια συστήματα υποστηρίζονται από πρόσθετους λέβητες ξηρού καυσίμου.
Ολοκληρώστε το σύστημαηλιακά θερμαντικά στοιχεία τοίχου και δαπέδου στα οποία το θερμαινόμενο υγρό κυκλοφορεί μέσω λεπτών χάλκινων σωλήνων που κατανέμονται σε ολόκληρη την περιοχή τους. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας εκκίνησης των πάνελ και της ομοιομορφίας μεταφοράς θερμότητας, το δωμάτιο ζεσταίνεται αρκετά γρήγορα.
Πώς λειτουργεί η ηλιακή θέρμανση;
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον τρόπο λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών με το υπεριώδες φως.
Υπάρχει διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας του συλλέκτη και του στοιχείου αποθήκευσης. Ο φορέας θερμότητας, ο οποίος είναι συνήθως νερό στο οποίο προστίθεται αντιψυκτικό, αρχίζει να κυκλοφορεί γύρω από το σύστημα. Το έργο που κάνει το ρευστό είναι ακριβώς η κινητική ενέργεια.
Καθώς το υγρό διέρχεται από τα στρώματα του συστήματος, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του σπιτιού. Αυτή η διαδικασία κυκλοφορίας του φορέα παρέχει στο δωμάτιο θερμότητα και επιτρέπει την αποθήκευσή του οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας και του χρόνου.
Λοιπόν, καταλάβαμε πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ.
