Ηλεκτρική Ενέργεια από το Ηλιακό Φως

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την άμεση χτύπηση του ήλιου σε φωτοβολταϊκά κύτταρα, ονομάζεται ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια.

Ηλιακή Ηλεκτρική Ενέργεια

Όταν το ήλιο χτυπάει στα φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα, παράγεται ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια. Γι' αυτό λέγεται επίσης Φωτοβολταϊκή Ηλιακή ή PV Ηλιακή.

Αρχές της Ηλιακής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την φωτοβολταϊκή αποτελεσματικότητα. Στη φωτοβολταϊκή αποτελεσματικότητα, η διάσπαση p n του ημιαγωγού παράγει ηλεκτρικό δυναμικό όταν εκτίθεται στο ήλιο. Για τον σκοπό αυτό, κατασκευάζουμε το επίπεδο του ημιαγωγού τύπου n της σύνδεσης πολύ λεπτό. Είναι λιγότερο από 1 µm παχύ. Το επάνω επίπεδο είναι το επίπεδο n. Συνήθως το αναφέρουμε ως εκτοξευτής του κυττάρου.

Το κάτω επίπεδο είναι το επίπεδο τύπου p του ημιαγωγού και είναι πολύ πιο παχύ από το επάνω επίπεδο n. Μπορεί να είναι περισσότερο από 100 µm παχύ. Ονομάζουμε αυτό το κάτω επίπεδο ως βάση του κυττάρου. Η περιοχή εξάντλησης δημιουργείται στη σύνδεση αυτών των δύο επιπέδων λόγω των ακίνητων ιόντων.

Όταν το ήλιο χτυπάει στο κύτταρο, φθάνει εύκολα στη διάσπαση p n. Η διάσπαση p n απορροφά τα φωτόνια του ακτινοβόλου του ήλιου και, ως αποτέλεσμα, παράγει ζευγάρια ηλεκτρόνιων-τρύπων στη διάσπαση. Πράγματι, η ενέργεια που συνδέεται με το φωτόνι ενεργοποιεί τα ηλεκτρόνια της βαλεντινής των ατόμων του ημιαγωγού και, επομένως, τα ηλεκτρόνια πηδάνε στην ζώνη συμπεριφοράς από την ζώνη βαλεντινής, αφήνοντας πίσω τους μια τρύπα.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, που βρίσκονται στην περιοχή εξάντλησης, θα περάσουν εύκολα στο επάνω επίπεδο n λόγω της δύναμης προσέλκυσης των θετικών ιόντων στην περιοχή εξάντλησης. Στον ίδιο τρόπο, τα τρύπια που βρίσκονται στην περιοχή εξάντλησης θα περάσουν εύκολα στο κάτω επίπεδο p λόγω της δύναμης προσέλκυσης των αρνητικών ιόντων στην περιοχή εξάντλησης. Αυτό το φαινόμενο δημιουργεί μια διαφορά φορτίου μεταξύ των επιπέδων και αποτελεί μια μικρή διαφορά δυναμικού μεταξύ τους.

Η μονάδα τέτοιας συνδυασμένης ύλης τύπου n και p για την παραγωγή διαφοράς δυναμικού στο φως του ήλιου ονομάζεται ηλιακό κύτταρο. Συνήθως χρησιμοποιείται το πυρίτιο ως υλικό ημιαγωγού για την παραγωγή τέτοιου ηλιακού κυττάρου.

Οι ηλεκτροπαγίδες που είναι συνδεδεμένες με τα κύτταρα παίρνουν το ηλιακό κύτταρο ή φωτοβολταϊκό κύτταρο δεν είναι ικανό να παράγει την επιθυμητή ηλεκτρική ενέργεια, αλλά παράγει πολύ μικρό ποσό ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, για την απόκτηση της επιθυμητής ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας, το απαιτούμενο αριθμό τέτοιων κυττάρων συνδέεται μαζί σε παράλληλη και σε σειρά για τη δημιουργία μιας ηλιακής μονάδας ή φωτοβολταϊκής μονάδας. Πράγματι, μόνο το φως του ήλιου δεν είναι ο κύριος παράγοντας. Ο κύριος παράγοντας είναι το φως ή το πήγμα φωτόνιων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο ηλιακό κύτταρο. Έτσι, ένα ηλιακό κύτταρο μπορεί να λειτουργήσει και σε νεφελώδη καιρό, καθώς και στο φως της σελήνης, αλλά τότε η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μειώνεται, καθώς εξαρτάται από την ένταση του εισερχόμενου ακτινοβόλου.

Εφαρμογή της Ηλιακής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Σύστημα παραγωγής ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας είναι χρήσιμο για την παραγωγή μέτριας ποσότητας ενέργειας. Το σύστημα λειτουργεί όσο υπάρχει καλή ένταση φυσικού ήλιου. Το μέρος όπου εγκαθίστανται οι ηλιακές μονάδες πρέπει να είναι ελεύθερο από εμπόδια, όπως δέντρα και κτίρια, διαφορετικά θα υπάρχει σκία στο ηλιακό πάνελ, που επηρεάζει την απόδοση του συστήματος. Είναι γενική άποψη ότι η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια είναι μια μη πρακτική εναλλακτική της συμβατικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας και θα πρέπει να χρησιμοποιείται όταν δεν υπάρχει παραδοσιακή εναλλακτική της συμβατικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, αυτό δεν είναι η πραγματική περίπτωση. Συχνά φαίνεται ότι η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια είναι πιο οικονομική εναλλακτική από άλλες παραδοσιακές εναλλακτικές της συμβατικής ηλεκτρικής ενέργειας.

Για παράδειγμα: Είναι πάντα οικονομικό να εγκατασταθεί ένα ηλιακό φως ή μια ηλιακή πηγή ενέργειας όπου είναι δύσκολο και δαπανηρό να πάρεις σύνδεση από την τοπική εταιρεία ηλεκτρισμού, όπως σε απομακρυσμένα κήπου, σε αποθήκη ή σε γκαράζ όπου δεν υπάρχει διαθέσιμη σύνδεση συμβατικής ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας είναι πιο αξιόπιστο και αναρριχητικό, καθώς δεν υποφέρει από ανεπιθύμητες διακοπές ηλεκτρισμού από μια εταιρεία ηλεκτρισμού. Για την κατασκευή μιας κινητής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας, για μέτριες απαιτήσεις ενέργειας, το ηλιακό μόντουλ είναι μια καλή επιλογή. Μπορεί να είναι χρήσιμο κατά τη διάρκεια κατασκηνώσεων, εργασίας σε εξωτερικά χώρα, είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος δημιουργίας πράσινης ενέργειας για τους δικούς μας σκοπούς και μπορεί να πωληθεί σε πελάτες, αλλά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε εμπορική κλίμακα, η επένδυση και το όγκος του συστήματος γίνονται αρκετά μεγάλοι. Σε αυτή την περίπτωση, η επιφάνεια του έργου θα είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συμβατική. Παρ' όλα αυτά, για τη λειτουργία λίγων φωτιστικών και χαμηλού κατανάλωσης ηλεκτρικών συσκευών, όπως laptop, μικρό τηλεοράσι, μικρό ψυγείο κλπ., το σύστημα ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας είναι αρκετά κατάλληλο, με την προϋπόθεση ότι υπάρχει αρκετός ελεύθερος χώρος στο έδαφος ή στην οροφή για την εγκατάσταση ηλιακών πανελ. Ωστόσο, δεν είναι καθόλου οικονομικό να λειτουργούν υψηλής κατανάλωσης ηλεκτρικές συσκευές, όπως ταχύτατα ανεμιστήρες, θερμαντικά, πλυντήρια, κλιματιστικά και εργαλεία, με τη βοήθε