Η ηλιακή εξήγησε τα φωτοβολταϊκά και την ηλεκτρική ενέργεια

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια

Ένα φωτοβολταϊκό (PV) στοιχείο, που συνήθως ονομάζεται ηλιακό στοιχείο, είναι μια μη μηχανική συσκευή που μετατρέπει το ηλιακό φως απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ορισμένες φωτοβολταϊκές κυψέλες μπορούν να μετατρέψουν το τεχνητό φως σε ηλεκτρική ενέργεια.

Τα φωτόνια μεταφέρουν ηλιακή ενέργεια

Το ηλιακό φως αποτελείται από φωτόνια, ή σωματίδια ηλιακής ενέργειας. Αυτά τα φωτόνια περιέχουν ποικίλες ποσότητες ενέργειας που αντιστοιχούν στα διαφορετικά μήκη κύματος του

ΕΝΑ

Η ροή του ηλεκτρισμού

Η κίνηση των ηλεκτρονίων, το καθένα από τα οποία φέρει ένα αρνητικό φορτίο, προς την μπροστινή επιφάνεια του κυττάρου δημιουργεί μια ανισορροπία ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ της μπροστινής και της πίσω επιφάνειας του κυττάρου. Αυτή η ανισορροπία, με τη σειρά της, δημιουργεί ένα δυναμικό τάσης όπως ο αρνητικός και ο θετικός πόλους μιας μπαταρίας. Οι ηλεκτρικοί αγωγοί στο στοιχείο απορροφούν τα ηλεκτρόνια. Όταν οι αγωγοί συνδέονται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με ένα εξωτερικό φορτίο, όπως μια μπαταρία, ρέει ηλεκτρισμός στο κύκλωμα.

Η απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας

Η απόδοση με την οποία τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του υλικού ημιαγωγών και την τεχνολογία των φωτοβολταϊκών κυψελών. Η απόδοση των εμπορικά διαθέσιμων φωτοβολταϊκών μονάδων ήταν κατά μέσο όρο λιγότερο από 10% στα μέσα της δεκαετίας του 1980, αυξήθηκε σε περίπου 15% έως το 2015 και τώρα πλησιάζει το 20% για τις μονάδες τελευταίας τεχνολογίας. Οι πειραματικές φωτοβολταϊκές κυψέλες και οι φωτοβολταϊκές κυψέλες για εξειδικευμένες αγορές, όπως οι διαστημικοί δορυφόροι, έχουν επιτύχει σχεδόν 50% απόδοση.

Πώς λειτουργούν τα φωτοβολταϊκά συστήματα

Το Φ/Β στοιχείο είναι το βασικό δομικό στοιχείο ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Τα μεμονωμένα κελιά μπορεί να ποικίλλουν σε μέγεθος από περίπου 0,5 ίντσες έως περίπου 4 ίντσες κατά μήκος. Ωστόσο, ένα στοιχείο παράγει μόνο 1 ή 2 Watt, που είναι αρκετό ηλεκτρικό ρεύμα μόνο για μικρές χρήσεις, όπως για την τροφοδοσία αριθμομηχανών ή ρολογιών χειρός.

Οι φωτοβολταϊκές κυψέλες συνδέονται ηλεκτρικά σε μια συσκευασμένη, ανθεκτική στις καιρικές συνθήκες φωτοβολταϊκή μονάδα ή πίνακα. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες ποικίλλουν ως προς το μέγεθος και την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορούν να παράγουν. Η ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της φωτοβολταϊκής μονάδας αυξάνεται με τον αριθμό των κυψελών στη μονάδα ή στην επιφάνεια της μονάδας. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες μπορούν να συνδεθούν σε ομάδες για να σχηματίσουν μια φωτοβολταϊκή συστοιχία. Μια Φ/Β συστοιχία μπορεί να αποτελείται από δύο ή εκατοντάδες φωτοβολταϊκές μονάδες. Ο αριθμός των φωτοβολταϊκών μονάδων που συνδέονται σε μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια καθορίζει τη συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να παράγει η συστοιχία.

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία παράγουν ηλεκτρισμό συνεχούς ρεύματος (DC). Αυτός ο ηλεκτρισμός συνεχούς ρεύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση μπαταριών που, με τη σειρά τους, τροφοδοτούν συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος. Σχεδόν όλη η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται ως εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) στα συστήματα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Συσκευές που καλούνται

Οι φωτοβολταϊκές κυψέλες και οι μονάδες θα παράγουν τη μεγαλύτερη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας όταν είναι στραμμένα απευθείας στον ήλιο. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες και οι συστοιχίες μπορούν να χρησιμοποιούν συστήματα παρακολούθησης που μετακινούν τις μονάδες ώστε να βλέπουν συνεχώς τον ήλιο, αλλά αυτά τα συστήματα είναι ακριβά. Τα περισσότερα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν μονάδες σε σταθερή θέση με τις μονάδες στραμμένες απευθείας προς το νότο (στο βόρειο ημισφαίριο – απευθείας βόρεια στο νότιο ημισφαίριο) και σε γωνία που βελτιστοποιεί τη φυσική και οικονομική απόδοση του συστήματος.

Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά κύτταρα ομαδοποιούνται σε πάνελ (modules) και τα πάνελ μπορούν να ομαδοποιηθούν σε συστοιχίες διαφορετικών μεγεθών για να παράγουν μικρές έως μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, όπως για την τροφοδοσία αντλιών νερού για το νερό των ζώων, για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τα σπίτια ή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε κλίμακα.

Πηγή: Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (με πνευματικά δικαιώματα)

Εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων

Τα μικρότερα φωτοβολταϊκά συστήματα αριθμομηχανές ισχύος και ρολόγια χειρός. Τα μεγαλύτερα συστήματα μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια για την άντληση νερού, για την τροφοδοσία εξοπλισμού επικοινωνιών, για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για ένα μόνο σπίτι ή επιχείρηση ή για τη δημιουργία μεγάλων συστοιχιών που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε χιλιάδες καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας.

Μερικά πλεονεκτήματα των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι

â¢Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε τοποθεσίες όπου δεν υπάρχουν συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (ηλεκτρικές γραμμές) και μπορούν επίσης να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε
â¢Οι συστοιχίες φωτοβολταϊκών μπορούν να εγκατασταθούν γρήγορα και μπορούν να έχουν οποιοδήποτε μέγεθος.
â¢Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των φωτοβολταϊκών συστημάτων που βρίσκονται στα κτίρια είναι ελάχιστες.

Πηγή: Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (με πνευματικά δικαιώματα)

Πηγή: Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (με πνευματικά δικαιώματα)

Ιστορία των φωτοβολταϊκών

Η πρώτη πρακτική φωτοβολταϊκή κυψέλη αναπτύχθηκε το 1954 από ερευνητές της Bell Telephone. Ξεκινώντας στα τέλη της δεκαετίας του 1950, οι φωτοβολταϊκές κυψέλες χρησιμοποιήθηκαν για την τροφοδοσία των διαστημικών δορυφόρων των ΗΠΑ. Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, τα φωτοβολταϊκά πάνελ παρείχαν ηλεκτρική ενέργεια από απόσταση ή

Η Υπηρεσία Ενεργειακών Πληροφοριών των ΗΠΑ (EIA) εκτιμά ότι η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε φωτοβολταϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής κλίμακας κοινής ωφέλειας αυξήθηκε από 76 εκατομμύρια κιλοβατώρες (kWh) το 2008 σε 69 δισεκατομμύρια (kWh) το 2019. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής κλίμακας κοινής ωφέλειας έχουν τουλάχιστον 1.000 κιλοβάτ (ή ένα μεγαβάτ) δυναμικότητας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ΕΠΕ εκτιμά ότι 33 δισεκατομμύρια kWh παρήχθησαν από μικρής κλίμακας φωτοβολταϊκά συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο το 2019, από 11 δισεκατομμύρια kWh το 2014. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μικρής κλίμακας είναι συστήματα που έχουν δυναμικότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μικρότερη από ένα μεγαβάτ. Τα περισσότερα βρίσκονται σε κτίρια και μερικές φορές ονομάζονται