Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο: Τι είναι και πως εξυπηρετεί τη ζωή μας!

Σε παλαιότερα χρόνια άλλοι τον ονόμασαν Τιτάνα Υπερίωνα, άλλοι θεό ΡΑ και άλλοι  Σολ Ινβίκτους (Sol Invictus). Όλοι μιλούσαν για τον Ήλιο. Ένας γειτονικός πλανήτης της Γης ο οποίος αποτελείται από υδρογόνο και ήλιο κατά κύριο λόγο και μέσω της ακτινοβολίας του, στέλνει ενέργεια στην ατμόσφαιρα της Γης περίπου 174 000 Terawatt – hours ανά έτος.
Τα συνήθεις μέσα που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος για την εκμετάλλευση αυτής της ενέργειας είναι:
(α) οι ηλιακοί θερμοσυσσωρευτές, για την αποθήκευση θερμικής ενέργειας σε διάφορα υλικά π.χ. νερό και (β) ημιαγώγιμα υλικά, όπου με αυτά κατασκευάζονται τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, για την μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια.Αναφέροντας τα ημιαγώγιμα υλικά, το πλέον εδραιωμένο υλικό στις μέρες μας είναι το πυρίτιο αφού είναι το δεύτερο, μετά το οξυγόνο, χημικό στοιχείο σε αφθονία στον φλοιό της Γης. Συνήθως απαντάται σε μορφή πυριτιούχων ορυκτών και λιγότερο συχνά σε μορφή διοξείδιού του πυριτίου, κύριο συστατικό της κοινής άμμου.

Με συγκεκριμένη διαδικασία επεξεργασίας των πυριτιούχων ορυκτών, κατασκευάζονται  λεπτές φέτες κρυσταλλικού πυριτίου προσμιγμένες με φώσφορο και βόριο, βελτιώνοντας έτσι τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους. Αυτές οι λεπτές φέτες ονομάζονται ηλιακές κυψέλες όπου με κατάλληλη διάταξη δημιουργούνται τα φωτοβολταϊκά πλαίσια όπως τα γνωρίζουμε σήμερα.

Πως λοιπόν, μετατρέπεται το φως, οι ηλιακές ακτίνες δηλαδή, σε ηλεκτρικό ρεύμα; Εξ ορισμού το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κίνηση ηλεκτρονίων, το αρνητικό φορτίο ενός ατόμου δηλαδή, όπου βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα που είναι θετικά φορτισμένος. Άρα διώχνοντας ένα ηλεκτρόνιο από την θέση ισορροπίας του τότε  προκαλείται σε κίνηση και άρα την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Για να διωχθεί όμως ένα ηλεκτρόνιο από την θέση ισορροπίας του πρέπει να το «σπρώξεις», δηλαδή να του προσφέρεις ενέργεια. Αυτήν την ενέργεια την προσφέρει το φωτόνιο, ένας φορέας ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Και για να μην το περιπλέξουμε μπαίνοντας σε μονοπάτια κβαντικών θεωριών της κβαντομηχανικής (ας μου επιτρέψουν οι φυσικοί επιστήμονες για χάρη του συγκεκριμένου άρθρου) ένα φωτόνιο θα μπορούσε με απλή ελληνική γλώσσα, να οριστεί ως ένα «απειροελάχιστο κομματάκι» του φωτός, αν μπορούσε να κομματιαστεί η ενέργεια. Τα φωτόνια λοιπόν, μας τα προσφέρει απλόχερα, δωρεάν και αδιάλειπτα ο Ήλιος.

Έχοντας τώρα την απαραίτητη γνώση για το πώς μετατρέπεται η ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική, πώς την χρησιμοποιούμε; Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και των ηλεκτρονικών, κατασκευάστηκαν εξοπλισμοί όπου μετατρέπουν τη συνεχή ηλεκτρική τάση (από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια) σε εναλλασσόμενη (τάση ηλεκτρικού δικτύου). Αυτός ο εξοπλισμός ονομάζεται Μετατροπέας Τάσης (Inverter). Υπάρχουν διαφόρων ειδών Μετατροπείς Τάσης ανάλογα με την εφαρμογή. Ο μετατροπέας τάσης δικτύου, o οποίος βοηθά στην έκχυση ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο την ημέρα και απορρόφηση της το βράδυ, το γνωστό σε όλους σχέδιο Συμψηφισμού Μετρήσεων (Net Metering) ή Σχέδιο Αυτοπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, ο μετατροπέας τάσης μεταβαλλόμενης συχνότητας, όπου βοηθά στην αυτόνομη λειτουργεία αντλιών για ανακύκλωση νερού πισίνας ή άντληση νερού από πηγάδια. Και τέλος ο αυτόνομος μετατροπέας τάσης όπου με την χρήση συσσωρευτών (μπαταρίες) μπορεί να τροφοδοτήσει με ηλεκτρική ενέργεια ένα υποστατικό απομακρυσμένο από το δίκτυο.

Τέλος, έχοντας τη γνώση ότι τα φωτοβολταϊκά πλαίσια είναι φτιαγμένα από ακίνδυνα υλικά, το «καύσιμο» τους είναι δωρεάν, μπορούν να έχουν διάφορες εφαρμογές και προσφέρουν λύσεις σε οποιαδήποτε εφαρμογή για ηλεκτροδότηση, τότε η χρήση τους είναι η λύση για να ΠΡΑΣΙΝΙΣΟΥΜΕ το αύριο!!!

Γράφει ο Βαλεντίνος Γρηγορίου, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός της SunTechnics, μέλος του ομίλου GDL Green Energy Group.