Ηλεκτρισμός από τον ήλιο

Για τον άνθρωπο θα μπορούσαν να είναι ότι η φωτοσύνθεση για τα φυτά, ένας τρόπος άμεσης αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας.

Είναι μία ήπια μορφή ε-νέργειας που προσφέρει οικολογική λύση με με-γάλες προοπτικές στο εγγύς μέλλον, καθώς η συνεχής μείωση των αποθεμάτων των πρώτων υλών και η μόλυνση του περιβάλλοντος αυξάνουν τον προβληματισμό για τις συμβατικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα παρουσιάζουν μία μεγάλη σειρά πλεονεκτημάτων, αντικαθιστώντας (εν μέ-ρει ή και συνολικά σε κάποιες περιπτώσεις) την ηλεκτροδότηση από το δίκτυο.

Είναι εύχρηστα, επεκτείνονται άμεσα, αν μεγαλώσουν οι ανάγκες τού χρήστη και λειτουργούν αθόρυβα, έχοντας μηδενικές εκ-πομπές ρύπων. Ενσωματώνονται εύκολα στην αρχιτεκτονική τού κτιρίου, χρησιμοποιούνται ακόμη και ως δομικά στοιχεία, χωρίς να προσβάλλουν αισθητικά τον χώρο. Τέλος, έχουν ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης και πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής (υπολογίζεται πάνω από 80 χρόνια), ενώ οι εγγυήσεις που τα καλύπτουν φτάνουν σε πολλά συστήματα τα 20 χρόνια.

Η μετατροπή τού ηλιακού φω-τός σε ηλεκτρική ενέργεια βα-σίζεται στο λεγόμενο φωτοβολταϊκό φαινόμενο: Οι ηλιακές ακτίνες που συγκεντρώνονται σε κυψέλες πυριτίου* αποδεσμεύουν ηλεκτρόνια, τα οποία με την ελεύθερη κίνησή τους προκαλούν την παραγωγή ηλεκτρικής τάσης. Ανάλογα με τις απαιτήσεις κάθε εφαρμογής, υπολογίζεται το μέγεθος και ο αριθμός των κυψελών που θα συνδεθούν σε σειρά, για να συγκροτηθεί η αντίστοιχη μονάδα-πίνακας. Έτσι για παράδειγμα προκειμένου να λειτουργήσει μία αντλία στη λιμνούλα τού κή-που, διακινώντας 500 λίτρα νερού την ώρα και με το μικρό συντριβάνι να εκτοξεύει το νε-ρό σε ύψος ενός μέτρου, αρκεί μία μονάδα ισχύος 6 Watt, με την προϋπόθεση να είναι κα-θαρός ο ουρανός και να έχει ηλιοφάνεια. Άλλο παράδειγμα:

Για να ρευματοδοτηθούν τα φώτα, η τηλεόραση και το ραδιόφωνο ενός τροχόσπιτου, χρειάζεται μία μονάδα - πίνακας μισού τετραγωνικού μέτρου περίπου. Οι απαιτήσεις είναι σαφώς μεγαλύτερες, αν θελήσει κανείς να τροφοδοτήσει με ρεύμα, έστω και εν μέρει, μία κατοικία 3 ή 4 ατόμων. Το σύστημα πρέπει να περιλαμβάνει μονάδες αρκετών τετραγωνικών μέτρων, ε-παναφορτιζόμενες μπαταρίες με ρυθμιστή φόρτισης για τη συσσώρευση ενέργειας και έναν μετασχηματιστή που θα μετατρέπει το παραγόμενο συ-νεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο. Το ρεύμα που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά συστήματα δεν κοστίζει τίποτα.

Το κόστος τής εγκατάστασης είναι ακόμη αρκετά ψηλό, όταν πρόκειται για αυξημένες ανάγκες ρευματοληψίας. Η απόσβεση, όμως, είναι βέβαιη σε μερικά μόνο χρόνια λειτουργίας. Εκ-τός από τις αυτόνομες μονάδες, υπάρχουν και μικρές, υβριδικές εγκαταστάσεις, σε συνδυασμό με άλλες δύο ή και τρεις πηγές ενέργειας, όπως γεννήτριες πετρελαίου ή ανεμογεννήτριες. Η ηλιακή ενέργεια συμπληρώνει όλο και πιο συχνά τα συμβατικά καύσιμα, προκειμένου να ικανοποιηθούν οι σταθερά αυξανόμενες ανάγκες σε ενέργεια. Αυτή η εξέλιξη δεν σχετίζεται μόνο με την οικονομική και τεχνική παράμετρο του θέματος. Έχει γενικότερες διαστάσεις, κα-θώς αφορά τη βιολογική βάση τής ανθρώπινης ζωής από οικολογική άποψη.

Η λειτουργία τής κυψέλης πυριτίου

βασίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο που ανακάλυψε ο Alexander Becquerel το 1839. Με την επίδραση του φωτός στον ημιαγωγό πυριτίου τύπου p δημιουργείται πλεόνασμα θετικού φορτίου, που προστίθεται στον ημιαγωγό πυρτίου τύπου Ν, με αποτέλεσμα τη διακίνηση ελεύθερων φορτίων (ιόντων) που διαχωρίζονται σύμφωνα με την πολικότητά τους. Οι ηλιακές κυψέλες παράγουν πάντα συνεχές ρεύμα και έχουν δύο επαφές.
Η φωτοβολταϊκή κυψέλη αποτελείται ουσιαστικά από δύο λεπτότατα «στρώματα» πυριτίου, το ένα (με πρόσμειξη ελάχιστης ποσότητας βορίου) χαρακτηρίζεται από μικρό
πλεόνασμα θετικών φορτίων και ονομάζεται ημιαγωγός τύπου p, το άλλο (με
πρόσμειξη φωσφόρου) αποτελεί το αρνητικό μέρος και ονομάζεται ημιαγωγός τύπου Ν. Απεικονίζεται μονοκρυσταλλική κυψέλη  υψηλής απόδοσης.

Ηλιακή ακτινοβολία

Η θερμοκρασία στην επιφάνεια του ήλιου φτάνει τους 6.000 oC περίπου εξαιτίας της τεράστιας ποσότητας ενέργειας που εκλύεται από τη συνεχή μετατροπή υδρογόνου σε ήλιον. Από την ακτινοβολία που εκπέμπεται στο διάστημα φτάνει στη Γη μόνο ένα μικρό μέρος που διατηρεί στη ζωή τα φυτά, τα ζώα και τον άνθρωπο. Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται μία επιφάνεια εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: τη νέφωση, τη διάρκεια της ημέρας, την υγρασία, το υψόμετρο και τα εμπόδια που παρεμβάλλονται. Στοιχεία ηλιοφάνειας και πίνακες για την ηλιακή ακτινοβολία διαθέτει η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία για όλες σχεδόν τις περιοχές τής Ελλάδας, ώστε να μπορεί με αρκετή ακρίβεια να γίνεται η μελέτη και ο σχεδιασμός μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκού συστήματος.

Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας

Μελέτες που έγιναν στη Γερμανία, τη Γαλλία, τη Σουηδία και την Ελβετία καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι στα προσεχή χρόνια η λύση τού ενεργειακού προβλήματος θα είναι κυρίως η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Και αν αυτό ισχύει για τις βόρειες χώρες, πολύ περισσότερο πρέπει να ενδιαφέρει τη χώρα μας στην οποία, με έναν πρόχειρο υπολογισμό, η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει ισοδυναμεί με 1.200 ως 1.600 κιλοβατώρες ανά τετραγωνικό μέτρο τον χρόνο.