Εργασία στα πλαίσια του μαθήματος τεχνολογίας

1. σελ. 1
ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
1Ο
ΓΥΜΝΑΣΙΟΝΕΟΥ ΨΥΧΙΚΟΥ

2. σελ. 2
2. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
1.Εξώφυλλο
2.Περιεχόμενα
3.Εισαγωγή
4.Περιγραφή
5.Ιστορική Εξέλιξη
6. Αρχή λειτουργίας – Επιστημονικά στοιχειά
7. Επιπτώσεις στο περιβάλλον
8. Χρησιμότητα στην κοινωνία
9. Βιβλιογραφία

3. σελ. 3
3. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ηλιακή ενέργεια μαζί με την αιολική ενέργεια καθώς και την υδάτινη
ενέργεια αποτελούν τις ανανεώσιμες ή -όπως αλλιώς λέγεται-τις
”πράσινες’’ πηγές, τις οποίες δεν μπορεί κανείς να κατηγορήσει για
δημιουργία εκπομπών CO2 ή ακόμα και ραδιενεργών αποβλήτων.
Η ονομασία Φωτοβολταϊκά είναι σύνθετη λέξη και προέρχεται από την
λέξη “ΦΩΣ“ και την μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης που είναι το
“VOLT”.
Ο Ήλιος παράγει ενέργεια μεγαλύτερη κατά
15000 φορές από την ενέργεια που
καταναλώνουμε σε ολόκληρη τη Γη κάθε
χρόνο.
Η σύγχρονη κοινωνία διαρκώς αυξάνει τις
ανάγκες της σε ενέργεια με αποτέλεσμα να
είναι πλέον επιτακτική η ανάγκη αναζήτησης
και χρήσης φιλικών προς το περιβάλλον
τεχνολογιών για την παραγωγή της.
Η λειτουργία των φωτοβολταϊκών συστημάτων βασίζεται στην παραγωγή
ηλεκτρισμού από το φως που παράγει μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, ο
ήλιος.
Με τον γενικό όρο Φωτοβολταϊκά ονομάζεται η βιομηχανική διάταξη
πολλών φωτοβολταϊκών κυττάρων σε μία σειρά. Στην ουσία πρόκειται για
τεχνητούς ημιαγωγούς (συνήθως από Πυρίτιο) οι οποίοι ενώνονται με
σκοπό να δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε σειρά. Οι ημιαγωγοί
αυτοί απορροφούν φωτόνια από την ηλιακή ακτινοβολία και παράγουν
μια Ηλεκτρική τάση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται "Φωτοβολταϊκό
φαινόμενο".
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα σήμερα αποτελούν μια από τις πλέον
γνωστές τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Βασίζονται στην
αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας, με μηδενικές εκπομπές διοξειδίου

4. σελ. 4
του άνθρακα κατά την λειτουργία τους. Είναι μια εξαιρετικά αξιόπιστη
τεχνολογία η οποία έχει κάνει σημαντικά βήματα στο επίπεδο της
ανάπτυξής της σε παγκόσμιο επίπεδο τα τελευταία χρόνια.
Για την χώρα μας τα φωτοβολταϊκά είναι ακόμα πιο ελκυστικά καθώς η
ηλιοφάνεια είναι κάτι που μας προσφέρεται απλόχερα.
4.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ
Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα ή περισσότερα πάνελ
(ή πλαίσια, ή όπως λέγονται συχνά στο εμπόριο,«κρύσταλλα»)
φωτοβολταϊκών στοιχείων (ή «κυψελών», ή «κυττάρων»), μαζί με τις
απαραίτητες συσκευές και διατάξεις για τη μετατροπή της ηλεκτρικής
ενέργειας που παράγεται στην επιθυμητή μορφή.
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.
Το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο παρουσιάζουν τόσο
πλεονεκτήματα, όσο και μειονεκτήματα, και κατά τη μελέτη του
φωτοβολταϊκού συστήματος γίνεται η αξιολόγηση των ειδικών
συνθηκών της εφαρμογής (κατεύθυνση και διάρκεια της ηλιοφάνειας,
τυχόν σκιάσεις κλπ.) ώστε να επιλεγεί η κατάλληλη τεχνολογία.

5. σελ. 5
5.ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ
Η πρώτη γνωριμία του ανθρώπου με το φωτοβολταϊκό φαινόμενο έγινε
το 1839 όταν ο Γάλλος φυσικός Edmond Becquerel (1820 - 1891)
ανακάλυψε το φωτοβολταϊκό φαινόμενο κατά την διάρκεια πειραμάτων
του με μια ηλεκτρολυτική επαφή φτιαγμένη από δύο μεταλλικά
ηλεκτρόδια.
Edmond Becquerel
Το επόμενο σημαντικό βήμα έγινε το 1876 όταν οι Adams (1836 - 1915)
και ο φοιτητής του Day παρατήρησαν ότι μια ποσότητα ηλεκτρικού
ρεύματος παραγόταν από το σελήνιο (Se) όταν αυτό ήταν εκτεθειμένο
στο φως.

6. σελ. 6
Adams
Το 1918 ο Πολωνός Czochralski (1885 - 1953) πρόσθεσε την μέθοδο
παραγωγής ημιαγωγού μονοκρυσταλλικού πυριτίου (Si) με την σχετική
έρευνα του και η οποία μάλιστα χρησιμοποιείται βελτιστοποιημένη
ακόμα και σήμερα
Czochralski
Μια σημαντική ανακάλυψη έγινε επίσης το 1949 όταν οι Mott και
Schottky ανέπτυξαν την θεωρία της διόδου σταθερής κατάστασης. Στο
μεταξύ η κβαντική θεωρία είχε ξεδιπλωθεί. Ο δρόμος πλέον για τις
πρώτες πρακτικές εφαρμογές είχε ανοίξει.
Το πρώτο ηλιακό κελί ήταν γεγονός στα εργαστήρια της Bell το 1954 από
τους Chapin, Fuller και Pearson. Η απόδοση του ήταν 6% εκμετάλλευση
της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας.
Τέσσερα χρόνια μετά, το 1958 η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών
συστημάτων προσαρτάται στον χώρο των διαστημικών εφαρμογών
όταν τοποθετήθηκε ένα αυτόνομο φωτοβολταϊκο σύστημα στον
δορυφόρο Vanguard I .
Δορυφόρος Vanguard

7. σελ. 7
6. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ –
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Τα Φ/Β πλαίσια έχουν ως βασικό μέρος το ηλιακό στοιχείο (solar cell) που
είναι ένας κατάλληλα επεξεργασμένος ημιαγωγός μικρού πάχους σε
επίπεδη επιφάνεια. Η πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργεί
ηλεκτρική τάση και με την κατάλληλη σύνδεση σε φορτίο
παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα.
Τα Φ/Β στοιχεία ομαδοποιούνται κατάλληλα και συγκροτούν τα
φωτοβολταϊκά πλαίσια ή γεννήτριες (module), τυπικής ισχύος από 20W
έως 300W. Οι Φ/Β γεννήτριες συνδέονται ηλεκτρολογικά μεταξύ τους και
δημιουργούνται οι φωτοβολταϊκές συστοιχίες (arrays).
Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες:
1. Κρυσταλλικού Πυριτίου
α) Μονοκρυσταλλικού πυριτίου, με ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων
14,5% έως 21%,
Το σύστημα αυτό λειτούργησε επιτυχώς για 8 ολόκληρα χρόνια και ήταν
ένα από τα πρώτα φωτοβολταϊκά συστήματα.
Από το χρονικό αυτό σημείο και μετά, τα φωτοβολταϊκά συστήματα
άρχισαν να ενσωματώνονται σταδιακά σε διάφορες εφαρμογές και η
τεχνολογία να βελτιώνεται συνεχώς.
Το 1962 η μεγαλύτερη ΦΒ εγκατάσταση στον κόσμο γίνεται στην
Ιαπωνία από την Sharp, σε έναν φάρο.
2004: Η πορεία πια είναι ασταμάτητη. Η μαζική είσοδος μεγάλων
εταιρειών στον χώρο των ΦΒ φέρνει την μαζική παραγωγή.
Σήμερα με οικονομίες μεγάλης κλίμακας έχουν επιτευχθεί μεγάλες
αποδόσεις στα κρυσταλλικά κυρίως υλικά και αρκετές χώρες με
πρωτοπόρες την Γερμανία και την Ιαπωνία έχουν ήδη επενδύσει
τεράστια κονδύλια με σκοπό την ευρύτερη εκμετάλλευση της
φωτοβολταϊκής τεχνολογίας.
Ήδη βέβαια οι χώρες αυτές έχουν αρχίσει και απολαμβάνουν τους
καρπούς της εξελιγμένης τεχνογνωσίας τους.

8. σελ. 8
β) Πολυκρυσταλλικού πυριτίου, με ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων 13%
έως 14,5%.
2. Λεπτών Μεμβρανών
α) Άμορφου Πυριτίου, ονομαστικής απόδοσης ~7%.
β) Χαλκοπυριτών CIS / CIGS, ονομαστικήςαπόδοσης από 7% έως 11%.
Το φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα αριθμό μερών ή
υποσυστημάτων
Δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος
Το φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα αριθμό μερών ή
υποσυστημάτων:
 Τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με τη μηχανική υποστήριξη και
πιθανόν ένα σύστημα παρακολούθησης της ηλιακής τροχιάς.
 Μπαταρίες (υποσύστημα αποθήκευσης)- πλέον δεν
χρησιμοποιούνται, εκτός σε απομακρυσμένες εγκαταστάσεις όπως
είναι π.χ. οι Φάροι, διαφορετικά η σύνδεση του πάνελ γίνεται
απευθείας με το υφιστάμενο δίκτυο της ΔΕΗ.
 Καθορισμό ισχύος και συσκευή ελέγχου που περιλαμβάνει φροντίδα
για μέτρηση και παρατήρηση.
 Εφεδρική γεννήτρια. Η επιλογή του πώς και ποια από αυτά τα
στοιχεία ολοκληρώνονται μέσα στο σύστημα εξαρτάται από ποικίλες
εκτιμήσεις.
Ανάλογα με την σύνδεση τους τα φωτοβολταϊκά συστήματα διακρίνονται
σε αυτόνομα και διασυνδεδεμένα.
 Τα αυτόνομα διαθέτουν συσσωρευτή ο οποίος φορτίζει από τα
φωτοβολταϊκά και με την χρήση του μετατροπέα παράγει 230V
κατάλληλα για κάθε ηλεκτρική συσκευή.
 Τα διασυνδεδεμένα δεν διαθέτουν συσσωρευτή και όλη η
παραγόμενη ενέργεια αυτοκαταναλώνεται ή διοχετεύεται στο
δίκτυο της ΔΕΗ προς πώληση. Στους μεγάλους σταθμούς παραγωγής
από φωτοβολταϊκά όλη η παραγόμενη ενέργεια πωλείται από τον
παραγωγό στη ΔΕΗ και στη συνέχεια μεταπωλείται στους κοντινούς
καταναλωτές (κατοικίες, αρδευτικά, βιομηχανίες κ.α.).

9. σελ. 9
7. ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ
Τα περιβαλλοντικά οφέλη από τη χρήση φωτοβολταϊκών είναι
αδιαμφισβήτητα καθώς κάθε παραγόμενη κιλοβατώρα συνεπάγεται την
αποφυγή έκλυσης ενός περίπου κιλού διοξειδίου του άνθρακα στην
ατμόσφαιρα.
Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα εντείνουν το φαινόμενο του
θερμοκηπίου και επηρεάζουν το κλίμα της γης, με τις επιπτώσεις της
ρύπανσης που δημιουργείται να είναι τεράστιες για το περιβάλλον και
κατά συνέπεια για τον άνθρωπο.

10. σελ. 10
Η πλειονότητα των
φωτοβολταϊκών
χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη
το πυρίτιο (silicon) και η
αρχή λειτουργίας τους είναι
το φωτοηλεκτρικό
φαινόμενο (βραβείο Νόμπελ
1921 Albert Einstein). Το
πυρίτιο που είναι ένα από τα
πιο ευρέως διαδεδομένα
στοιχεία στην φύση
περιέχεται στην άμμο της
θαλάσσης και στο ορυκτό
χαλαζία και χρησιμοποιείται και για την κατασκευή και άλλων
ηλεκτρονικών μικροσυσκευών, όπως τα μικροτσίπ των υπολογιστών κτλ.
Πέραν της αξιοποίησης μιας ανανεώσιμης πηγής ενέργειας όπως η ηλιακή
ακτινοβολία, ένα βασικό χαρακτηριστικό των φωτοβολταϊκών μονάδων
που αξίζει να τονιστεί είναι ότι η ενέργεια που παράγεται είναι απολύτως
καθαρή, καθώς δεν εκπέμπονται ρύποι, τo πυρίτιο που χρησιμοποιείται
είναι μη τοξικό και η ενέργεια που καταναλίσκεται για την κατασκευή
τους αποσβένεται από την ενέργεια που παράγουν σε περίπου 2 χρόνια
λειτουργίας τους. Ο δε χρόνος ζωής των μονάδων υπερβαίνει τα 25
χρόνια.
Το συνολικό όφελος για το περιβάλλον είναι σημαντικό αν σκεφτούμε ότι
για κάθε 1 kW εγκατεστημένης φωτοβολταϊκής μονάδας κάθε χρόνο
αποφεύγονται εκπομπές 1,4 τόνων διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό
πρακτικά μεταφράζεται σε 500 λίτρα πετρελαίου ή σε 1500(!) τετραγωνικά
μέτρα δάσους ή 75 δέντρα.
Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ποικίλες λύσεις κάθε
κλίμακας καλύπτοντας είτε τις ανάγκες του περιβαλλοντικά
ευαισθητοποιημένου καταναλωτή (οικιακή εφαρμογή) είτε τις μερικές ή
ολικές ενεργειακές ανάγκες μίας επιχείρησης που ενδιαφέρεται να
εγκαταστήσει μία φωτοβολταϊκή μονάδα (βιομηχανική εφαρμογή).
Τα φωτοβολταϊκά εγκαθίστανται εύκολα και οι εφαρμογές τους είναι
δυνατόν να είναι εναρμονισμένες με τον περιβάλλοντα χώρο, καθώς
μπορούν να ενσωματωθούν σε υφιστάμενες κτιριακές εγκαταστάσεις.

11. σελ. 11
Μπορούν πολύ απλά να τοποθετηθούν σε οροφές σε νέα ή παλαιότερα
κτίρια χωρίς να δημιουργούν προβλήματα αισθητικής.
8. ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΚΟΙΝΩΝΙΑ
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν τα εξής πλεονεκτήματα:
Αξιοπιστία, μεγάλη διάρκεια ζωής.
Η αρχική τους κατασκευή ήταν για χρήση στο διάστημα όπου οι επισκευές
είναι δαπανηρές έως ακατόρθωτες. Σήμερα η απόδοση τους είναι
εγγυημένη από σοβαρούς κατασκευαστές για περισσότερο από 25 χρόνια.
Μηδενικό κόστος λειτουργίας.
Δεν καταναλώνουν πρώτες ύλες, χρησιμοποιούν μόνο το φως του ήλιου
για να παράγουν ηλεκτρισμό.
Δεν χρειάζονται συντήρηση.
Τα φωτοβολταϊκά δεν χρειάζονται συντήρηση για την πολυετή λειτουργία
τους. Η φροντίδα αφορά μόνο να μην υπάρχει σκίαση κυρίως από
αναπτυσσόμενη βλάστηση.
Δεν μολύνουν το περιβάλλον.
Δεν παράγουν υποπροϊόντα, δεν εκπέμπουν ακτινοβολία ούτε χρειάζονται
καύσιμα για να λειτουργήσουν. Δεν προκαλούν ηχορύπανση αφού η
λειτουργία τους είναι εντελώς αθόρυβη. Κατασκευάζονται από
ανακυκλώσιμα υλικά (γυαλί, αλουμίνιο, πυρίτιο) συνεπώς είναι
περιβαλλοντικά καθαρά.
Προστατεύουν το περιβάλλον
1kW εγκατεστημένου φωτοβολταϊκού
συστήματος μειώνει:
κατά 70 κιλά / μήνα την κατανάλωση
λιγνίτη

12. σελ. 12
κατά 138 κιλά / μήνα την απελευθέρωση CO2 στην ατμόσφαιρα
περισσότερο από 400 λίτρα / μήνα την κατανάλωση νερού για ανάγκες
παραγωγής
την απελευθέρωση ΝΟ, SO2 και στερεών σωματιδίων στο περιβάλλον
Αποκέντρωση παραγωγής
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα τοποθετούνται σε κάθε περιοχή χωρίς
περιορισμούς με αποτέλεσμα την αποκέντρωση της παραγωγής σε ένα
τόπο. Επίσης ελαχιστοποιούνται οι απώλειες μέσω του δικτύου διανομής
αφού η ενέργεια καταναλώνεται τοπικά.
Ευελιξία, επεκτασιμότητα.
Τα Φωτοβολταϊκά συστήματα τοποθετούνται ανάλογα με τις απαιτήσεις σε
ενέργεια. Σε περίπτωση που οι ανάγκες αυξηθούν πολύ εύκολα το σύστημα
αναβαθμίζεται για να καλύψει ενεργειακά την νέα ζήτηση.
Ως μειονέκτημα θα μπορούσε να καταλογίσει κανείς στα φωτοβολταϊκά
συστήματα το κόστος τους, το οποίο, παρά τις τεχνολογικές εξελίξεις
παραμένει ακόμη αρκετά υψηλό.
Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα είναι πολλά, και 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.
9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. http://7gym-kerats.att.sch.gr
2. http://www.compasolar.gr
3. http://www.hellenic-college.gr
4. http://www.selasenergy.gr
5. http://el.wikipedia.org
ΝΑΤΑΛΙΑ ΠΑΠΠΑ Α3’