ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Η ηλιακή ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας που βοήθησε τον άνθρωπο από την πρώτη κιόλας στιγμή της ύπαρξής του στη γη.
Το κρύο, η υγρασία και η σκοτεινιά μείωναν - φυσιολογικά - τις ενέργειές του στο ελάχιστο. Όμως οι πρώτες ακτίνες του ήλιου που έπεφταν στη γη, δρούσαν και συνεχίζουν να δρουν με έναν ευεργετικό τρόπο τόσο στον άνθρωπο όσο και στην υπόλοιπη πλάση. Η θέρμανση, ο άνεμος, η φωτοσύνθεση, τα κύματα είναι όλα αποτελέσματα της ηλιακής ενέργειας. Ο άνθρωπος γνωρίζοντας σιγά-σιγά αττές τις ευεργετικές επιδράσεις του ήλιου έφτασε σε σημείο να τον θεοποιήσει!
Η ιδέα για την αξιοποίηση της θερμικής ακτινοβολίας του ήλιου εμφανίζεται από πολύ παλιά. Από την αρχή ακόμα, στον κτίσιμο των σπιτιών δίνονταν τέτοια κατεύθυνση προσανατολισμού έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται την θερμότητα της ηλιοφάνειας κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτό ήταν κάτι που τράβηξε την προσοχή των ανθρώπων και έστρεψε την εφευρετικότητα και τις παρατηρήσεις τους στο ήλιο σαν μια φυσική πηγή θερμότητας.
Η γη δέχεται από τον ήλιο τεράστιες ποσότητες ενέργειας σε μορφή ακτινοβολίας που άμεσα ή έμμεσα είναι υπεύθυνη για την διατήρηση στη ζωή όλων των ζωντανών οργανισμών. Η ελάττωση των αποθεμάτων σε φυσικά καύσιμα και τα προβλήματα που τα συνοδεύουν στην παραγωγή πυρηνικής ενέργειας, αναγκάσαν τους ειδικούς να στραφούν με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη μελέτη όλων των δυνατών τρόπων που θα βοηθούσαν στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για τις καθημερινές ανάγκες του ανθρώπου.
ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΗΛΙΑΚΑ ΚΑΤΟΠΤΡΑ: Από τις πιο παλιές συσκευές εκμεταλλεύσης της ηλιακής ενέργειας είναι η ηλιακή κάμινος. Είναι συσκευή στην οποία χρησιμοποιούμε την ηλιακή ενέργεια για να πετύχουμε υψηλές θερμοκρασίες, κυρίως χρήσιμες για την τήξη των μετάλλων.
Αρχικά, για την εστίαση των ηλιακών ακτινών, χρησιμοποιήθηκαν φακοί μεγάλης διαμέτρου οι οποίοι όμως αντικαταστάθηκαν πολύ αργότερα από παραβολικά κάτοπτρα μεγάλης διαμέτρου, τα λεγόμενα ηλιακά κάτοπτρα.
ΗΛΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ: Από τις νεότερες χρήσεις της ηλιακής ενέργειας, ίσως η πιο σημαντική είναι στον τομέα των τεχνητών δορυφόρων με τη χρησιμοποιήση των τεχνητών κυψελίδων. Οι συσκευές αυτές όπως και τα ηλιακά κύτταρα και οι ηλιακοί συσσωρευτές (μπαταρίες) είναι διατάξεις στις οποίες με την βοήθεια χημικών στοιχείων επιτυγχάνεται μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Η λειτουργία των ηλιακών κυττάρων βασίζεται στη φωτοηλεκτρική αρχή. Με την μέγιστη δυνατή ένταση του ηλιακού φώτος παράγεται από επιφάνια ηλιακού κυττάρου, ενός τετραγωνικού εκατοστού, ηλεκτρικό ρεύμα ισχύος ενός εκατοστού του Watt (P=0,01W), ενώ το κύτταρο δεν υπόκειται θεωρητικά σε καμία φθορά. Σήμερα λειτουργούν με τη βοήθεια ηλιακών κυττάρων, ηλιακά ραδιόφωνα, τηλέφωνα, μικρόφωνα, ανεμιστήρες κτλ.
ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ: Άλλος τομέας εκμεταάλευσης της ηλιακής ενέργειας είναι και οι συσκευές αφαλάτωσης θαλάσσιων υδάτων. Σε αυτές, με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας αναπτύσσεται αρκετά υψηλή θερμοκρασία που προκαλεί την εξάτμιση του αλμυρού νερού. Οι δημιουργούμενοι ατμοί συλλέγονται και ψυχώμενοι δίνουν απεσταγμένο ή πόσιμο νερό. Παρόμοια διάταξη χρησιμοποιείται στις αλυκές, με την μόνη διάφορα ότι εκεί οι δημιουργούμενοι ατμοί διαχέονται στην ατμόσφαιρα και παραμένει το αλάτι, το οποίο και συλλέγεται.
ΗΛΙΑΚΟΙ ΒΡΑΣΤΗΡΕΣ: Οι ηλιαοί βραστήρες είναι συσκευές όπου με την βοήθεια παραβολικών ή επίπεδων κατόπτρων αναπτύσσεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο θερμοκρασία μέχρι 180oC. Με τη βοήθεια των βραστήρων μπορούμε να ψήσουμε, να τηγανίσουμε ή να βράσουμε τροφές ανάλογα με το σκεύος που θα τοποθετήσουμε στο σημείο εστιάσεως.
Η θέρμανση, ήταν η πρώτη αντίληψη του ανθωπού από την ευεργετική ακτινοβολία του ήλιου. Η ζωοδόχος λατρεία για τον ήλιο και την ημέρα, σε αντίθεση με το σκοτάδι έκαναν τον άνθρωπο να αναπτύξει μια αιώνια σύνδεση με τον ήλιο.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΝΕΡΟΥ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Οι πιο διαδεδομένες ηλεκτρικές συσκευές για την εξυπηρέτηση οικιακών αναγκών είναι οι <<ηλιακοί ηλιοθερμαντήρες>>. Σήμερα κυρίως στην Ιαπωνία, το Ισραήλ και την Αυστραλία, βρίσκονται σε χρήση αρκετά εκατομμύρια από αυτούς του συλλέκτες. Γενικά ένας επίπεδος συλλέκτης ηλιακής ενέργειας αποτελείται από μια μεταλλική πλάκα, που διαθέτει για την κυκλοφορία του ενσωματομένους αγωγούς ή αυλακώσεις στην επάνω επιφάνειά του, που έχει μαύρο χρώμα. Η πλάκα μονώνεται στην πίσω πλευρά της, για να αποτραπούν απώλειες θερμότητας, ενώ εμπρός από την πάνω πλευρά υπάρχει ένα χάσμα μερικών εκατοστών και ακολουθεί μία ή δύο πλάκες επικάλυψης που εμποδίζουν τις απώλειες θερμότητας με μεταφορά.
Πρόκειται για τα πιο διαδεδομένα ενεργητικά ηλιακά συστήματα. Η Ελλάδα έχει αναπτύξει σοβαρή βιομηχανία παραγωγής ηλιακών θερμοσιφώνων και μάλιστα είναι από τις πρώτες χώρες παγκοσμίως . Στα συστήματα αυτά ο ηλιακός συλλέκτης θερμαίνει άμεσα ή έμμεσα το νερό χρήσης.
Η μέση θερμική απόδοση τον συλλεκτών αυτού του είδους, δηλαδή ο λόγος του ποσού ενέργειας που προσπίπτει πάνω σε αυτούς προς τη χρησιμοποιήσιμη, κυμαίνεται μεταξύ 45% έως 65%. Οι κυριότερες θερμικές απώλειες συμβαίνουν στη μπροστινή επιφάνεια του ίδιου του συλλέκτη, εφόσον βέβαια τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος έχουν μονωθεί κατάλληλα. Έτσι επιτυγχάνεται θέρμανση του νερού σε θερμοκρασίες πάνω από 70oC.
Μεγαλύτερο ενδιαφέρον από τους ηλιοθερμαντήρες παρουσιάζουν οι "ηλιοψυκτήρες". Σ’αυτές τις συσκευές προκαλείται με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας εξάτμιση μιας πηκτικής ουσίας και κατά συνέπεια παραγωγή ψύχους. Το φαινόμενο αυτό λέγεται "ηλιόψυξη". Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των ηλιοψυκτήρων σε σχέση με τους ηλιοθερμαντήρες βρίσκεται στο ότι η μεγάλη ηλιοφάνεια και η έντονη ηλιακή θερμότητα μπορεί να προκαλέσει έντονο ψυκτικό αποτέλεσμα. Και αυτό ακριβώς συμβαίνει κατά την διάρκεια του καλοκαιριού όταν η ανάγκη ύπαρξης ψυγείου είναι μεγαλύτερη.
Εκτός των φυσικών μεθόδων, χρησιμοποίηση της ηλιακής ενέργειας επιτυγχάνεται και με μεθόδους χημικές. Έτσι, χημικές ενώσεις διασπόνται με τη βοήθεια ηλιακής ακτινοβολίας. Τα συστατικά έπειτα ενώνονται ξανά, με αποτέλεσμα την απόδοση της ενέργειας που απορροφήθηκε για τη διάσπαση.
Πάντως η χρήση των μεθόδων αυτών είναι περισσότερο περιορισμένη. Κατά τα τελευταία χρόνια καταβάλλονται συνεχώς περισσότερες προσπάθειες για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας κατά τον αποδοτικότερο τρόπο.
Οι μελέτες συνεχίζονται σε πειραματικό στάδιο και επιδίωξη είναι, όχι μόνο η χρήση της για την πλήρωση των καθημερινών οικιακών αναγκών αλλά και η πλατιά χρησιμοποίησή της από τις μεγάλες βιομηχανικές μονάδες.
ΗΛΙΑΚΑ ΣΠΙΤΙΑ: Ένα μέρος των θερμαντικών και κλιματιστικών αναγκών ενός οικήματος μπορεί να αποκτηθεί από την ηλιακή ενέργεια , που προσπίπτει στην στέγη ή στους τοίχους του. Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί πολλές κατασκευές και υπάρχουν εκατοντάδες πειραματικά ηλιακά οικήματα κυρίως στις ΗΠΑ, όπου η μελέτη για τη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας έχει εξελιχθεί παρά πολύ
Η ηλιακή ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας που βοήθησε τον άνθρωπο από την πρώτη κιόλας στιγμή της ύπαρξής του στη γη.
Το κρύο, η υγρασία και η σκοτεινιά μείωναν - φυσιολογικά - τις ενέργειές του στο ελάχιστο. Όμως οι πρώτες ακτίνες του ήλιου που έπεφταν στη γη, δρούσαν και συνεχίζουν να δρουν με έναν ευεργετικό τρόπο τόσο στον άνθρωπο όσο και στην υπόλοιπη πλάση. Η θέρμανση, ο άνεμος, η φωτοσύνθεση, τα κύματα είναι όλα αποτελέσματα της ηλιακής ενέργειας. Ο άνθρωπος γνωρίζοντας σιγά-σιγά αττές τις ευεργετικές επιδράσεις του ήλιου έφτασε σε σημείο να τον θεοποιήσει!
Η ιδέα για την αξιοποίηση της θερμικής ακτινοβολίας του ήλιου εμφανίζεται από πολύ παλιά. Από την αρχή ακόμα, στον κτίσιμο των σπιτιών δίνονταν τέτοια κατεύθυνση προσανατολισμού έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται την θερμότητα της ηλιοφάνειας κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτό ήταν κάτι που τράβηξε την προσοχή των ανθρώπων και έστρεψε την εφευρετικότητα και τις παρατηρήσεις τους στο ήλιο σαν μια φυσική πηγή θερμότητας.
Η γη δέχεται από τον ήλιο τεράστιες ποσότητες ενέργειας σε μορφή ακτινοβολίας που άμεσα ή έμμεσα είναι υπεύθυνη για την διατήρηση στη ζωή όλων των ζωντανών οργανισμών. Η ελάττωση των αποθεμάτων σε φυσικά καύσιμα και τα προβλήματα που τα συνοδεύουν στην παραγωγή πυρηνικής ενέργειας, αναγκάσαν τους ειδικούς να στραφούν με ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη μελέτη όλων των δυνατών τρόπων που θα βοηθούσαν στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για τις καθημερινές ανάγκες του ανθρώπου.
ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΗΛΙΑΚΑ ΚΑΤΟΠΤΡΑ: Από τις πιο παλιές συσκευές εκμεταλλεύσης της ηλιακής ενέργειας είναι η ηλιακή κάμινος. Είναι συσκευή στην οποία χρησιμοποιούμε την ηλιακή ενέργεια για να πετύχουμε υψηλές θερμοκρασίες, κυρίως χρήσιμες για την τήξη των μετάλλων.
Αρχικά, για την εστίαση των ηλιακών ακτινών, χρησιμοποιήθηκαν φακοί μεγάλης διαμέτρου οι οποίοι όμως αντικαταστάθηκαν πολύ αργότερα από παραβολικά κάτοπτρα μεγάλης διαμέτρου, τα λεγόμενα ηλιακά κάτοπτρα.
ΗΛΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ: Από τις νεότερες χρήσεις της ηλιακής ενέργειας, ίσως η πιο σημαντική είναι στον τομέα των τεχνητών δορυφόρων με τη χρησιμοποιήση των τεχνητών κυψελίδων. Οι συσκευές αυτές όπως και τα ηλιακά κύτταρα και οι ηλιακοί συσσωρευτές (μπαταρίες) είναι διατάξεις στις οποίες με την βοήθεια χημικών στοιχείων επιτυγχάνεται μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Η λειτουργία των ηλιακών κυττάρων βασίζεται στη φωτοηλεκτρική αρχή. Με την μέγιστη δυνατή ένταση του ηλιακού φώτος παράγεται από επιφάνια ηλιακού κυττάρου, ενός τετραγωνικού εκατοστού, ηλεκτρικό ρεύμα ισχύος ενός εκατοστού του Watt (P=0,01W), ενώ το κύτταρο δεν υπόκειται θεωρητικά σε καμία φθορά. Σήμερα λειτουργούν με τη βοήθεια ηλιακών κυττάρων, ηλιακά ραδιόφωνα, τηλέφωνα, μικρόφωνα, ανεμιστήρες κτλ.
ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ: Άλλος τομέας εκμεταάλευσης της ηλιακής ενέργειας είναι και οι συσκευές αφαλάτωσης θαλάσσιων υδάτων. Σε αυτές, με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας αναπτύσσεται αρκετά υψηλή θερμοκρασία που προκαλεί την εξάτμιση του αλμυρού νερού. Οι δημιουργούμενοι ατμοί συλλέγονται και ψυχώμενοι δίνουν απεσταγμένο ή πόσιμο νερό. Παρόμοια διάταξη χρησιμοποιείται στις αλυκές, με την μόνη διάφορα ότι εκεί οι δημιουργούμενοι ατμοί διαχέονται στην ατμόσφαιρα και παραμένει το αλάτι, το οποίο και συλλέγεται.
ΗΛΙΑΚΟΙ ΒΡΑΣΤΗΡΕΣ: Οι ηλιαοί βραστήρες είναι συσκευές όπου με την βοήθεια παραβολικών ή επίπεδων κατόπτρων αναπτύσσεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο θερμοκρασία μέχρι 180oC. Με τη βοήθεια των βραστήρων μπορούμε να ψήσουμε, να τηγανίσουμε ή να βράσουμε τροφές ανάλογα με το σκεύος που θα τοποθετήσουμε στο σημείο εστιάσεως.
Η θέρμανση, ήταν η πρώτη αντίληψη του ανθωπού από την ευεργετική ακτινοβολία του ήλιου. Η ζωοδόχος λατρεία για τον ήλιο και την ημέρα, σε αντίθεση με το σκοτάδι έκαναν τον άνθρωπο να αναπτύξει μια αιώνια σύνδεση με τον ήλιο.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΝΕΡΟΥ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Οι πιο διαδεδομένες ηλεκτρικές συσκευές για την εξυπηρέτηση οικιακών αναγκών είναι οι <<ηλιακοί ηλιοθερμαντήρες>>. Σήμερα κυρίως στην Ιαπωνία, το Ισραήλ και την Αυστραλία, βρίσκονται σε χρήση αρκετά εκατομμύρια από αυτούς του συλλέκτες. Γενικά ένας επίπεδος συλλέκτης ηλιακής ενέργειας αποτελείται από μια μεταλλική πλάκα, που διαθέτει για την κυκλοφορία του ενσωματομένους αγωγούς ή αυλακώσεις στην επάνω επιφάνειά του, που έχει μαύρο χρώμα. Η πλάκα μονώνεται στην πίσω πλευρά της, για να αποτραπούν απώλειες θερμότητας, ενώ εμπρός από την πάνω πλευρά υπάρχει ένα χάσμα μερικών εκατοστών και ακολουθεί μία ή δύο πλάκες επικάλυψης που εμποδίζουν τις απώλειες θερμότητας με μεταφορά.
Πρόκειται για τα πιο διαδεδομένα ενεργητικά ηλιακά συστήματα. Η Ελλάδα έχει αναπτύξει σοβαρή βιομηχανία παραγωγής ηλιακών θερμοσιφώνων και μάλιστα είναι από τις πρώτες χώρες παγκοσμίως . Στα συστήματα αυτά ο ηλιακός συλλέκτης θερμαίνει άμεσα ή έμμεσα το νερό χρήσης.
Η μέση θερμική απόδοση τον συλλεκτών αυτού του είδους, δηλαδή ο λόγος του ποσού ενέργειας που προσπίπτει πάνω σε αυτούς προς τη χρησιμοποιήσιμη, κυμαίνεται μεταξύ 45% έως 65%. Οι κυριότερες θερμικές απώλειες συμβαίνουν στη μπροστινή επιφάνεια του ίδιου του συλλέκτη, εφόσον βέβαια τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος έχουν μονωθεί κατάλληλα. Έτσι επιτυγχάνεται θέρμανση του νερού σε θερμοκρασίες πάνω από 70oC.
Μεγαλύτερο ενδιαφέρον από τους ηλιοθερμαντήρες παρουσιάζουν οι "ηλιοψυκτήρες". Σ’αυτές τις συσκευές προκαλείται με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας εξάτμιση μιας πηκτικής ουσίας και κατά συνέπεια παραγωγή ψύχους. Το φαινόμενο αυτό λέγεται "ηλιόψυξη". Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των ηλιοψυκτήρων σε σχέση με τους ηλιοθερμαντήρες βρίσκεται στο ότι η μεγάλη ηλιοφάνεια και η έντονη ηλιακή θερμότητα μπορεί να προκαλέσει έντονο ψυκτικό αποτέλεσμα. Και αυτό ακριβώς συμβαίνει κατά την διάρκεια του καλοκαιριού όταν η ανάγκη ύπαρξης ψυγείου είναι μεγαλύτερη.
Εκτός των φυσικών μεθόδων, χρησιμοποίηση της ηλιακής ενέργειας επιτυγχάνεται και με μεθόδους χημικές. Έτσι, χημικές ενώσεις διασπόνται με τη βοήθεια ηλιακής ακτινοβολίας. Τα συστατικά έπειτα ενώνονται ξανά, με αποτέλεσμα την απόδοση της ενέργειας που απορροφήθηκε για τη διάσπαση.
Πάντως η χρήση των μεθόδων αυτών είναι περισσότερο περιορισμένη. Κατά τα τελευταία χρόνια καταβάλλονται συνεχώς περισσότερες προσπάθειες για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας κατά τον αποδοτικότερο τρόπο.
Οι μελέτες συνεχίζονται σε πειραματικό στάδιο και επιδίωξη είναι, όχι μόνο η χρήση της για την πλήρωση των καθημερινών οικιακών αναγκών αλλά και η πλατιά χρησιμοποίησή της από τις μεγάλες βιομηχανικές μονάδες.
ΗΛΙΑΚΑ ΣΠΙΤΙΑ: Ένα μέρος των θερμαντικών και κλιματιστικών αναγκών ενός οικήματος μπορεί να αποκτηθεί από την ηλιακή ενέργεια , που προσπίπτει στην στέγη ή στους τοίχους του. Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί πολλές κατασκευές και υπάρχουν εκατοντάδες πειραματικά ηλιακά οικήματα κυρίως στις ΗΠΑ, όπου η μελέτη για τη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας έχει εξελιχθεί παρά πολύ
ΗΛΙΑΚΑ ΚΑΤΟΠΤΡΑ
ΗΛΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ
ΗΛΙΑΚΟΙ ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΕΣ
ΗΛΙΑΚΑ ΣΠΙΤΙΑ
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΗΛΙΑΚΗ
Η ηλιακή ενέργεια είναι μια αξιόλογη μορφή ενέργειας, από τις ονομαζόμενες "ήπιες" αφού η παρενόχληση που προξενείται στο περιβάλλον κατά την μετατροπή της είναι πολύ μικρή. Η σημασία της για την χώρα μας είναι ακόμα μεγαλύτερη αφού οι κλιματολογικές συνθήκες από άποψη ηλιοφάνειας παρουσιάζονται από τις ευνοϊκότερες στην Ευρώπη.
Υπολογίζεται ότι η συνολική ποσότητα ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη κάθε χρόνο, πρέπει να ξεπερνά την παγκόσμια ζήτηση ενέργειας κατά 150000 φορές. Η πυκνότητα ηλιοενέργειας που ακτινοβολεί ο ήλιος σε μορφή ακτινοβολίας, έξω από την γήινη ατμόσφαιρα δίνεται από την σταθερά ένα 1,367 kW/m2. Από αυτήν λόγω των απωλειών απορρόφησης της ατμόσφαιρας, των μετεωρολογικών συνθηκών και της απόστασης του ήλιου, φτάνει στην επιφάνια της γης μόνο ένα τμημά της που κυμαίνεται από 0,85 kW/m2 μέχρι 1,1 kW/m2, για συνθήκες πλήρους μεσημβρίας, καθαρού ουρανού και κάθετης πρόσπωσης των ακτίνων.
Η συνολική ισχύς της ηλιοενέργειας που φτάνει στη γη με ακτινοβολία, κατανέμεται ποσοστιαία με τον ακόλουθο τρόπο: Το 30% ανακλάται κατευθείαν. Το 47% μετατρέπεται σε θερμότητα μέχρι να δημιουργηθεί μια κατάσταση θερμικής ισορροπίας και στην συνεχεία επανεκπέμπεται. Την ενέργεια αυτήν μπορούμε να την εκμεταλλευτούμε άμεσα μετατρέποντάς την σε κάποια άλλη μορφή. Το 23% καταναλώνεται για την συντήρηση του υδρολογικού κύκλου. Το 0,2% καταναλώνεται για τη δημιουργία των ανεμών, κυμάτων κτλ. και τέλος το 0,025% καταναλώνεται για τη φωτοσύνθεση.
Η εκμετάλλευση της ηλιοενέργειας από την άποψη της μετατροπής της σε ηλεκτρική ενέργεια και μάλιστα στο επίπεδο της εμπορικής της εκμετάλλευσης μπορεί να γίνει με δύο (2) τρόπους :
1.Με τον έμμεσο τρόπο, μέσω της ενδιάμεσης μετατροπής της σε θερμότητα. Έχουμε δηλαδή ηλεκροθερμοδυναμική μετατροπή.
2.Με τον άμεσο τρόπο της κατευθείαν μετατροπής της σε ηλεκτρισμό μέσω των φωτοβολταϊκών στοιχείων που ονομάζεται φωτοβολταϊκή μετατροπή.
Α) Ηλεκροθερμοδυναμική μετατροπή της ηλιακής ενέργειας
Η μετατροπή αυτή (σχήμα 1.β) γίνεται με την χρήση συγκεντροτικών κατόπτρων σφαιρικού ή κυλινδρικού τύπου (με λόγο συγκέντρωσης από 6 μέχρι 10), που μπορούν να περιστρέφονται και να προσανατολίζονται αυτόνομα προς την κατεύθυνση του ήλιου. Οι ηλιακτίνες εστιάζονται σε ένα απορροφητήρα - λέβητα. Εκεί θερμαίνουν το νερό πάνω από 300oC και μέχρι 600 oC οπότε και ατμοποιείται. Το ατμοποιημένο νερό οδηγείται στο στρόβιλο για αποτόνωση και ακολουθεί τον ίδιο θερμοδυναμικο κύκλο με αυτόν των ατμοηλεκτρικών σταθμών.
Η ηλιακή ενέργεια είναι μια αξιόλογη μορφή ενέργειας, από τις ονομαζόμενες "ήπιες" αφού η παρενόχληση που προξενείται στο περιβάλλον κατά την μετατροπή της είναι πολύ μικρή. Η σημασία της για την χώρα μας είναι ακόμα μεγαλύτερη αφού οι κλιματολογικές συνθήκες από άποψη ηλιοφάνειας παρουσιάζονται από τις ευνοϊκότερες στην Ευρώπη.
Υπολογίζεται ότι η συνολική ποσότητα ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη κάθε χρόνο, πρέπει να ξεπερνά την παγκόσμια ζήτηση ενέργειας κατά 150000 φορές. Η πυκνότητα ηλιοενέργειας που ακτινοβολεί ο ήλιος σε μορφή ακτινοβολίας, έξω από την γήινη ατμόσφαιρα δίνεται από την σταθερά ένα 1,367 kW/m2. Από αυτήν λόγω των απωλειών απορρόφησης της ατμόσφαιρας, των μετεωρολογικών συνθηκών και της απόστασης του ήλιου, φτάνει στην επιφάνια της γης μόνο ένα τμημά της που κυμαίνεται από 0,85 kW/m2 μέχρι 1,1 kW/m2, για συνθήκες πλήρους μεσημβρίας, καθαρού ουρανού και κάθετης πρόσπωσης των ακτίνων.
Η συνολική ισχύς της ηλιοενέργειας που φτάνει στη γη με ακτινοβολία, κατανέμεται ποσοστιαία με τον ακόλουθο τρόπο: Το 30% ανακλάται κατευθείαν. Το 47% μετατρέπεται σε θερμότητα μέχρι να δημιουργηθεί μια κατάσταση θερμικής ισορροπίας και στην συνεχεία επανεκπέμπεται. Την ενέργεια αυτήν μπορούμε να την εκμεταλλευτούμε άμεσα μετατρέποντάς την σε κάποια άλλη μορφή. Το 23% καταναλώνεται για την συντήρηση του υδρολογικού κύκλου. Το 0,2% καταναλώνεται για τη δημιουργία των ανεμών, κυμάτων κτλ. και τέλος το 0,025% καταναλώνεται για τη φωτοσύνθεση.
Η εκμετάλλευση της ηλιοενέργειας από την άποψη της μετατροπής της σε ηλεκτρική ενέργεια και μάλιστα στο επίπεδο της εμπορικής της εκμετάλλευσης μπορεί να γίνει με δύο (2) τρόπους :
1.Με τον έμμεσο τρόπο, μέσω της ενδιάμεσης μετατροπής της σε θερμότητα. Έχουμε δηλαδή ηλεκροθερμοδυναμική μετατροπή.
2.Με τον άμεσο τρόπο της κατευθείαν μετατροπής της σε ηλεκτρισμό μέσω των φωτοβολταϊκών στοιχείων που ονομάζεται φωτοβολταϊκή μετατροπή.
Α) Ηλεκροθερμοδυναμική μετατροπή της ηλιακής ενέργειας
Η μετατροπή αυτή (σχήμα 1.β) γίνεται με την χρήση συγκεντροτικών κατόπτρων σφαιρικού ή κυλινδρικού τύπου (με λόγο συγκέντρωσης από 6 μέχρι 10), που μπορούν να περιστρέφονται και να προσανατολίζονται αυτόνομα προς την κατεύθυνση του ήλιου. Οι ηλιακτίνες εστιάζονται σε ένα απορροφητήρα - λέβητα. Εκεί θερμαίνουν το νερό πάνω από 300oC και μέχρι 600 oC οπότε και ατμοποιείται. Το ατμοποιημένο νερό οδηγείται στο στρόβιλο για αποτόνωση και ακολουθεί τον ίδιο θερμοδυναμικο κύκλο με αυτόν των ατμοηλεκτρικών σταθμών.
Η εγκατάσταση είναι δυνατή να γίνει με χρήση του συστήματος κεντρικής διάταξης πύργου-λέβητα, όπου πολλοί ηλιοσυλλέκτες ακτινοβολούν προς ένα κεντρικό πύργο στον οποίο ατμοποιείται το νερό, ή του συστήματος πολλών ηλιοσυλλεκτών που συνδέονται με τους απορροφητήρες-λέβητές τους σε σειρά ή παράλληλα. Έχει υπολογιστεί ότι μια μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ηλιακή της τάξης των 100MW (100000000 W) είναι δυνατόν να λειτουργήσει με μια συλλεκτική επιφάνεια κατόπτρων 3km2 περίπου (μια μονοκατοικία χρειάζεται περίπου 6000W).
Για την ομαλή λειτουργία τέτοιας μονάδας και την εξουδετέρωση ενδεχόμενων σκιάσεων είναι ανάγκη να προβλεφθούν στο κύκλωμα του ατμού, θερμικές αποθήκες προθέρμανσης και υπερθέρμανσης, καθώς και η εγκατάσταση βοηθητικής διάταξης παραγωγής με συμβατικά καύσιμα (συνήθως ντιζελοηλεκτρική).
Γίνεται φανερό ότι η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας συμβάλλει στην άμεση υποκατάσταση συμβατικών καυσίμων (λιγνίτη, πετρελαίου) από την ενέργεια της ακτινοβολίας του ήλιου, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται η ρυπογόνα δράση προς το περιβάλλον.
Β) Ηλεκτροφωτοβολταϊκή μετατροπή της ηλιακής ενέργειας
Η μετατροπή αυτή βασίζεται στη λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων ή στοιχείων που αποτελούνται από λεπτά στρώματα ημιαγωγικών υλικών από πυρίτιο (si) και θειούχο χαλκό ή κάδμιο (Cu2S/Cd) με πολυκρυσταλλικούς ημιαγωγούς. Η πρόσπτωση φωτεινής ακτινοβολίας πάνω στην επιφάνεια των στρωμάτων αυτών έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός ρεύματος σε ένα εξωτερικό κύκλωμα που θα συνδεθεί στο φωτοβολταϊκό κύτταρο. Η θεωρητική απόδοση των στοιχείων αυτών υπολογίζεται σε 22% ενώ η πραγματική κυμαίνεται από 10% έως 12%. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα βρίσκονται στο εμπόριο σε "συστοιχίες" που μπορούν να δώσουν τάση μερικών Volts η καθεμία. Σε σύνδεση μεταξύ τους σε σειρά ή παράλληλα, ανάλογα με τις επιθυμητές τάσεις και ρεύματα μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλες επιφάνειες συλλογής της ηλιακής ενέργειας που τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική (συνεχούς ρεύματος). Σε συνδυασμό με συστήματα εστίασης της ηλιακής ακτινοβολίας πάνω τους (παραβολικά συστήματα) μπορούν να δώσουν αξιόλογες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.
Προς το παρόν με τις σημερινές τιμές κόστους των φωτοβολταϊκών κύτταρων η εκμετάλλευση της ηλιοενέργειας για ηλεκτροπαραγωγή στοιχίζει πολύ ακριβά και η αντίστοιχη δαπάνη κυμαίνεται σε απαγορευτικά επίπεδα. Υπάρχουν όμως προοπτικές που συνηγορούν στην άποψη ότι τέτοιου είδους εκμετάλλευση θα μπορέσει να αναπτυχθεί σε εμπορική κλίμακα πριν το τέλος του αιώνα μας.
Ο μεγαλύτερος ηλεκροφωτοβολταϊκός σταθμός που λειτουργεί σήμερα βρίσκεται στις HΠΑ και έχει εγκατεστημένη ισχύ 1,2 GW. Η απόδοση του κυμαίνεται γύρω στο 12% και οι ηλιοσυλλέκτες του έχουν συνολική επιφάνεια 10 km2.
Στη χώρα μας η ΔΕΗ τα τελευταία χρόνια ανέπτυξε σε πειραματική βάση δύο φωτοβολταϊκούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Από το 1982 λειτουργεί ο αυτόνομος φωτοβολταϊκός σταθμός της Αγ. Ρούμελης στην Κρήτη με εγκατεστημένη ισχύ 50 kW για την ηλεκτροδότηση της ομόνυμης κοινότητας. Από το 1983 άρχισε να λειτουργεί και ο φωτοβολταϊκός σταθμός της Κύθνου, που περιλαμβάνει ηλιακά στοιχεία ισχύος 100kW. Το έργο έχει σχεδιαστεί ώστε να μπορεί να λειτουργεί παράλληλα με τα ντιζελοκίνητα ηλεκτροπαραγωγή ζεύγη του αυτόνομου σταθμού παραγωγής και του αιολικού πάρκου που λειτουργεί στο νησί. Ο σταθμός είναι σε θέση να λειτουργήσει σαν αυτόνομο ενεργειακό σύστημα παραγωγής καθώς επίσης και σε συνεργασία με το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος.
Για την ομαλή λειτουργία τέτοιας μονάδας και την εξουδετέρωση ενδεχόμενων σκιάσεων είναι ανάγκη να προβλεφθούν στο κύκλωμα του ατμού, θερμικές αποθήκες προθέρμανσης και υπερθέρμανσης, καθώς και η εγκατάσταση βοηθητικής διάταξης παραγωγής με συμβατικά καύσιμα (συνήθως ντιζελοηλεκτρική).
Γίνεται φανερό ότι η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας συμβάλλει στην άμεση υποκατάσταση συμβατικών καυσίμων (λιγνίτη, πετρελαίου) από την ενέργεια της ακτινοβολίας του ήλιου, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται η ρυπογόνα δράση προς το περιβάλλον.
Β) Ηλεκτροφωτοβολταϊκή μετατροπή της ηλιακής ενέργειας
Η μετατροπή αυτή βασίζεται στη λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων ή στοιχείων που αποτελούνται από λεπτά στρώματα ημιαγωγικών υλικών από πυρίτιο (si) και θειούχο χαλκό ή κάδμιο (Cu2S/Cd) με πολυκρυσταλλικούς ημιαγωγούς. Η πρόσπτωση φωτεινής ακτινοβολίας πάνω στην επιφάνεια των στρωμάτων αυτών έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός ρεύματος σε ένα εξωτερικό κύκλωμα που θα συνδεθεί στο φωτοβολταϊκό κύτταρο. Η θεωρητική απόδοση των στοιχείων αυτών υπολογίζεται σε 22% ενώ η πραγματική κυμαίνεται από 10% έως 12%. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα βρίσκονται στο εμπόριο σε "συστοιχίες" που μπορούν να δώσουν τάση μερικών Volts η καθεμία. Σε σύνδεση μεταξύ τους σε σειρά ή παράλληλα, ανάλογα με τις επιθυμητές τάσεις και ρεύματα μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλες επιφάνειες συλλογής της ηλιακής ενέργειας που τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική (συνεχούς ρεύματος). Σε συνδυασμό με συστήματα εστίασης της ηλιακής ακτινοβολίας πάνω τους (παραβολικά συστήματα) μπορούν να δώσουν αξιόλογες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.
Προς το παρόν με τις σημερινές τιμές κόστους των φωτοβολταϊκών κύτταρων η εκμετάλλευση της ηλιοενέργειας για ηλεκτροπαραγωγή στοιχίζει πολύ ακριβά και η αντίστοιχη δαπάνη κυμαίνεται σε απαγορευτικά επίπεδα. Υπάρχουν όμως προοπτικές που συνηγορούν στην άποψη ότι τέτοιου είδους εκμετάλλευση θα μπορέσει να αναπτυχθεί σε εμπορική κλίμακα πριν το τέλος του αιώνα μας.
Ο μεγαλύτερος ηλεκροφωτοβολταϊκός σταθμός που λειτουργεί σήμερα βρίσκεται στις HΠΑ και έχει εγκατεστημένη ισχύ 1,2 GW. Η απόδοση του κυμαίνεται γύρω στο 12% και οι ηλιοσυλλέκτες του έχουν συνολική επιφάνεια 10 km2.
Στη χώρα μας η ΔΕΗ τα τελευταία χρόνια ανέπτυξε σε πειραματική βάση δύο φωτοβολταϊκούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Από το 1982 λειτουργεί ο αυτόνομος φωτοβολταϊκός σταθμός της Αγ. Ρούμελης στην Κρήτη με εγκατεστημένη ισχύ 50 kW για την ηλεκτροδότηση της ομόνυμης κοινότητας. Από το 1983 άρχισε να λειτουργεί και ο φωτοβολταϊκός σταθμός της Κύθνου, που περιλαμβάνει ηλιακά στοιχεία ισχύος 100kW. Το έργο έχει σχεδιαστεί ώστε να μπορεί να λειτουργεί παράλληλα με τα ντιζελοκίνητα ηλεκτροπαραγωγή ζεύγη του αυτόνομου σταθμού παραγωγής και του αιολικού πάρκου που λειτουργεί στο νησί. Ο σταθμός είναι σε θέση να λειτουργήσει σαν αυτόνομο ενεργειακό σύστημα παραγωγής καθώς επίσης και σε συνεργασία με το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος.