1

1ο Γυμνάσιο Παλλήνης Σχ. Έτος: 2013-2014

Τεχνολογία Β΄ Γυμνασίου Καθηγητής: Μιχάλης Δαμανάκης

«Φωτοβολταϊκό Πάρκο» (Πρόταση για ομαδική εργασία Β΄ Γυμνασίου)

Αλέξανδρος Καββαδάς

2

Β2

Περιεχόμενα

Εισαγωγή

Ιστορική εξέλιξη των φωτοβολταϊκών---------------------------------------------3

Ο αυριανός στόχος---------------------------------------------------------------------------4

Τεχνολογία---------------------------------------------------------------------------------------5

Βαθμός απόδοσης----------------------------------------------------------------------------6

Πλεονεκτήματα--------------------------------------------------------------------------------7

Μειονεκτήματα--------------------------------------------------------------------------------8

Η ηλεκτρική ενέργεια παγκόσμια----------------------------------------------------8

Στην Ελλάδα------------------------------------------------------------------------------------10

Επίλογος------------------------------------------------------------------------------------------10

Φωτογραφίες-----------------------------------------------------------------------------------11

Πρόταση------------------------------------------------------------------------------------------13

Πηγές-----------------------------------------------------------------------------------------------14

3

Εισαγωγή

Φωτοβολταϊκό Πάρκο

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα ή πάρκα, αποτελούν μια από τις εφαρμογές των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Το σύστημα αυτό μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

Ιστορική εξέλιξη των φωτοβολταϊκών "Η ουσία ενός φαινομένου γίνεται καλύτερα αντιληπτή, όταν το ερευνούμε από την γένεσή του." Αριστοτέλης

1839 Ο φυσικός Edmund Becquerel ανακαλύπτει το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, καθώς πειραματιζόταν. Η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος αυξανόταν, με την έκθεση στον ήλιο ορισμένων στοιχείων. Οι σημειώσεις του γύρω από το

4

φαινόμενο ήταν πολύ ενδιαφέρουσες στην επιστημονική κοινότητα, αλλά δεν εφαρμόστηκαν. 1883 Ο Charles Fritz παράγει ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο. με μικρή όμως απόδοση. 1904 Ο Albert Einstein γράφει την πληρέστερη θεωρία γύρω από το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Για την θεωρητική του εξήγηση τιμήθηκε με βραβείο Nobel το 1921. 1958 Κατασκευάζεται φωτοβολταϊκό στοιχείο με απόδοση 9% και εφαρμόζονται σε δορυφόρους, από τους Αμερικάνους και τους Σοβιετικούς.

Στην Georgia κατασκευάζεται ο πρώτος, τροφοδοτούμενος από φωτοβολταϊκά στοιχεία, τηλεφωνικός αναμεταδότης. 1963 Η Ιαπωνία εγκαθιστά φωτοβολταϊκά σε φάρους - η μεγαλύτερη φωτοβολταϊκή διάταξη της εποχής.

1972 Οι Γάλλοι εγκαθιστούν φωτοβολταϊκά σε ένα σχολείο στην επαρχία Niger. 1976 Ξεκινούν οι πρώτες εφαρμογές φωτοβολταϊκών για την τροφοδότηση ψυγείων, τηλεπικοινωνιακού & ιατρικού εξοπλισμού, άντλησης νερού και φωτισμού. 1977 Στην Αυστραλία, στο Pentax World Solar Challenge, ένα αυτοκίνητο της General Motors, κινείται από φωτοβολταϊκά. Σήμερα Μια από τις πιο σημαντικές εφαρμογές φωτοβολταϊκών είναι η συμπληρωματική παραγωγή ενέργειας. Στην Βόρεια Αμερική, πολλές εταιρείες παραγωγής ενέργειας (αντίστοιχες ΔΕΗ), υποστηρίζουν τα φορτία του κλιματισμού, τους θερινούς μήνες, με φωτοβολταϊκά συστήματα.

5

Ο αυριανός στόχος Το 20% της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας να προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές.

Τεχνολογία

Φωτοβολταϊκά από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο

Φωτοβολταϊκά από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο

Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα ή περισσότερα πλαίσια (ή «πάνελ» ή «κρύσταλλα») φωτοβολταϊκών στοιχείων (ή «κυψελών», ή «κυττάρων»), μαζί με τις απαραίτητες συσκευές και τη διάταξη.

6

Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι συνήθως τετράγωνο, με πλευρά 120-160mm. Δυο τύποι πυριτίου χρησιμοποιούνται για την δημιουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων: το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο, ενώ το κρυσταλλικό πυρίτιο διακρίνεται σε μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό. Εκτός από το πυρίτιο χρησιμοποιούνται και άλλα υλικά για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων, όπως το Κάδμιο - Τελλούριο (CdTe) και ο ινδοδισεληνιούχος χαλκός. Τα στοιχεία αυτά έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

Επιλέγεται η κατάλληλη τεχνολογία, αφού κατά τη γίνει η αξιολόγηση των ειδικών συνθηκών της εφαρμογής (κατεύθυνση και διάρκεια της ηλιοφάνειας, τυχόν σκιάσεις κλπ). Έχουν ισχύ από 70-85 W.

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μια Φ/Β συστοιχία είναι συνεχούς ρεύματος (DC). Για το λόγο αυτό πρωτοεφαρμόστηκε σε συσκευές. όπως ο υπολογιστής τσέπης («κομπιουτεράκι») και οι δορυφόροι. Με την προοδευτική αύξηση όμως, της απόδοσης, δημιουργήθηκαν ειδικές συσκευές – οι αναστροφείς (inverters) - που σκοπό έχουν να μετατρέψουν την έξοδο συνεχούς τάσης της Φ/Β συστοιχίας, σε εναλλασσόμενη τάση. Με τον τρόπο αυτό, το Φ/Β σύστημα είναι σε θέση να τροφοδοτήσει μια σύγχρονη εγκατάσταση (κατοικία, θερμοκήπιο, μονάδα παραγωγής κλπ.) που χρησιμοποιεί κατά κανόνα συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος(AC).

Φωτοβολταϊκή συστοιχία

7

Βαθμός απόδοσης

Ο βαθμός απόδοσης εκφράζει το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας, που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια στο φωτοβολταϊκό στοιχείο. Στην πορεία της εξέλιξής του, όλο και αυξάνεται ο βαθμός απόδοσης. Στην σημερινή εποχή βρίσκεται στο 13 – 19% και σχετίζεται με την ετήσια ηλιοφάνεια μιας περιοχής.

Συγκρινόμενος με την απόδοση άλλου συστήματος(αιολικού, υδροηλεκτρικού, θερμοηλεκτρικού, πυρηνικού), παραμένει ακόμη αρκετά χαμηλός. Αυτό σημαίνει ότι το φωτοβολταϊκό σύστημα καταλαμβάνει μεγάλη επιφάνεια, προκειμένου να αποδώσει την επιθυμητή ηλεκτρική ισχύ.

Στην Ελλάδα οι προϋποθέσεις αξιοποίησης των Φ/Β συστημάτων είναι από τις καλύτερες στην Ευρώπη.

Πλεονεκτήματα

• Η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη ενεργειακή πηγή, διατίθεται παντού και δεν στοιχίζει .

• Η τεχνολογία είναι φιλική στο περιβάλλον, καθώς δεν προκαλούνται ρύποι από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

• Με την κατάλληλη γεωγραφική κατανομή, τα Φ/Β συστήματα μπορούν να ενοποιηθούν με το υπάρχον ηλεκτρικό δίκτυο.

• Η λειτουργία του συστήματος είναι εντελώς αθόρυβη. • Έχουν σχεδόν μηδενικά έξοδα συντήρησης. • Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής για 20-30 χρόνια λειτουργίας.

8

• Υπάρχει η δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης, ώστε να ανταποκρίνονται σε αυξανόμενες ανάγκες.

• Μπορούν να εγκατασταθούν πάνω σε ήδη υπάρχουσες κατασκευές, όπως π.χ. η στέγη ενός σπιτιού ή η πρόσοψη ενός κτιρίου,

• Τα Φ/Β συστήματα λειτουργούν άριστα, όταν συνδυάζονται με άλλες πηγές ενέργειας (συμβατικές ή ανανεώσιμες). Είναι επίσης και συσσωρευτές για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας. Δίνουν επιπλέον τη δυνατότητα στον χρήστη, να πωλήσει πλεονάζουσα ενέργεια στο ηλεκτρικό δίκτυο.

• Έτσι το ευρύ κοινό, έχει αρχίσει να στρέφεται όλο και πιο πολύ στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στα φωτοβολταϊκά ειδικότερα, για την κάλυψη ή την συμπλήρωση των ενεργειακών του αναγκών.

Μειονεκτήματα

Μειονέκτημα στα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι το κόστος τους, το οποίο, παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις, παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό. Επίσης έχουν, προς το παρόν, χαμηλή ηλεκτρική απόδοση και απαιτείται κάλυψη μεγάλης επιφάνειας του εδάφους.

9

Η ηλεκτρική ενέργεια παγκόσμια

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι πρώτιστη ανάγκη για την ανθρωπότητα και καθορίζει τον σύγχρονο τρόπο ζωής.

Μέχρι τώρα, η παγκόσμια ηλεκτρική παραγωγή στηρίζεται κυρίως στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια (καύση πετρελαίου, γαιάνθρακα, ή φυσικού αερίου), στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια (πίεση νερού από φράγματα) και στα πυρηνικά εργοστάσια ( σχάση πυρήνων).

Αρνητικές συνέπειες:

Ρύπανση της ατμόσφαιρας, αλλοίωση φυσικού περιβάλλοντος, απελευθέρωση ραδιενέργειας.

Επειδή τα επίπεδα ρύπανσης στον πλανήτη αυξάνονται με αρνητικές επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον (ζώντες οργανισμοί), η επιστήμη έχει στραφεί σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ειδικότερα ηλεκτρικής.

Έτσι εξελίσσονται οι ανεμογεννήτριες (αιολικά πάρκα) και οι φωτοβολταΐκοί μερατροπείς (φωτοβολταΐκά πάρκα κλπ).

Ειδικότερα όσο εξελίσσεται η τεχνολογία των φωτοβολταΐκών συστημάτων, τόσο αυξάνεται η απόδοσή τους σε ηλεκτρική ενέργεια. Γι` αυτόν τον λόγο, ολοένα και

10

περισσότερα κράτη στον πλανήτη, στρέφονται προς την παραγωγή ηλεκτρισμού από την ανεξάντλητη ενέργεια του ήλιου. Προσφέρονται κρατικά οικονομικά κίνητρα σε ιδιώτες και σε εταιρείες, ώστε να εξαπλωθεί ταχύτερα η εφαρμογή τους.

Στην Ελλάδα

Η Ελλάδα είναι πρωτοπόρος χώρα στην Ευρώπη στους εγκατεστημένους ηλιακούς θερμοσίφωνες, που συμβάλουν σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην προστασία του περιβάλλοντος, αξιοποιώντας το ανεξάντλητο ηλιακό δυναμικό.

Τα οικονομικά κίνητρα που δίνονται από το κράτος, έχουν φέρει τα πρώτα αποτελέσματα και στην εγκατάσταση φωτοβολταΐκών. Πλέον δημιουργούνται φωτοβολταϊκά πάρκα σε πολλές περιοχές της χώρας και εγκαθίστανται φωτοβολταϊκά συστήματα σε καινούργια ή και παλιότερα σπίτια.

Επίλογος Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα εγγυηθούν το καλύτερο μέλλον της ανθρωπότητας, γιατί υπάρχουν ανεξάντλητα, δε ρυπαίνουν και είναι πολύ οικονομικές. Την πρώτη θέση στις πηγές αυτές κατέχει ο ήλιος. Έτσι μελλοντικά, οι φωτοβολταΐκοί μετατροπείς θα εφαρμόζονται σε αυτοκίνητα, μοτοσυκλέτες, ποδήλατα, ηλεκτρικές συσκευές, αεροπλάνα, τρένα, πλοία, κατοικίες, σχολεία, νοσοκομεία, εργοστάσια, δημόσια κτήρια, δημόσιοι χώροι (πχ δρόμοι) κλπ.

11

Φωτογραφίες

12

13

Πρόταση

Προτείνω αυτή την κατασκευή, γιατί παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, αφού πιστεύεται ότι θα είναι η μελλοντική κύρια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας και εξαπλώνεται με ταχείς ρυθμούς.

Επιπλέον είναι σύνθετη, μπορεί να χωριστεί σε επιμέρους κατασκευές, ώστε να εργαστούν διάφορες ομάδες παιδιών και να γίνει η τελική της σύνθεση με τη συμμετοχή όλων.

Οι διαστάσεις ενός μακετόχαρτου, πιστεύω ότι καλύπτουν την κατασκευή ως προς την κλίμακα. Μπορεί να σχεδιαστεί πρώτα η θέση των πλαισίων και κατόπιν να τοποθετηθούν.

Το κόστος θα είναι περίπου 10€ και θα χρειαστούν: μακετόχαρτο, χαρτόνι «κανσόν» γκρι, κόφτης, ψαλίδι, κόλλα, έγχρωμα λεπτά καλώδια ρεύματος.

Πηγές

wikipedia.com

Εγκυκλοπαίδεια Δομή

Εγκυκλοπαίδεια Υδρία