19 Μαΐου 2014

Ηλιακή ενέργεια, μονόδρομος για την επιβίωση του πλανήτη μας



Παρ΄ότι οι ιδιότητες του ηλεκτρισμού ήταν γνωστές από πολύ παλιά όχι βέβαια με την σημερινή του μορφή, αλλά γνωρίζουμε ότι οι αρχαίοι Έλληνες ήξεραν ότι το ήλεκτρον, (κεχριμπάρι) αποκτούσε ιδιαίτερες ιδιότητες όταν το έτριβαν με κάποιο ύφασμα. 

Χρειάστηκε να περάσουν δεκάδες αιώνες από τότε έως ότου πρός τα τέλη του 19 αιώνα  να κατασκευάζονται οι πρώτες γενήτριες παραγωγής μαζικής ηλεκτρικού τεύματος που ήταν ικανές να τροφοδοτήσουν με ηλεκτρική ενέργεια μικρές πόλεις. 

Η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ξεκίνησε την λειτουργία της στο Godalming της Αγγλίας το 1881 και απο εκεί και μετά σιγά σιγά επεκτάθηκε η χρήση τους σε όλο τον κόσμο.

Εναλλακτικοί τρόποι!

Από τότε έως και σήμερα έχουν αλλάξει πολλά. Νέες τεχνολογίες νέα υλικά νέοι μέθοδοι και τρόποι διανομής του ηλεκτρικής ενέργειας έχουν εφευρεθεί. Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι τα βασικά καύσιμα για τα εργοστάσια παραγωγής ρεύματος το πετρέλαιο δηλαδή και ο λιγνίτης άρχισαν να λιγοστεύουν και σίγουρα κάποτε θα τελειώσουν. Επρεπε λοιπόν να στραφούν και σε άλλες εναλλακτικές μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 

Τα  υδροηλεκτρικά εργοστάσια και η αιολική ενέργεια είναι μία πολύ καλή  ιδέα, όμως παρόλο ότι δεν χρειάζονται  καύσιμο για να λειτουργήσουν εν τούτοις το παραγόμενο ηλεκτρικό φορτίο τους δεν επαρκεί για την πλήρη τροφοδότηση των βιομηχανιών και των νοικοκυριών. 

Ενας διαφορετικός εναλλακτικός τρόπος παραγωγής που υποτίθεται ότι θα έλυνε το πρόβλημα είναι η πυρηνική ενέργεια. Για την ιστορία θα πρέπει να αναφέρουμε ότι η πρώτη εργαστηριακή πυρηνική σχάση επιτεύχθηκε από τους φυσικούς Όττο Χα και Λίζε Μάιτνερ, το 1938 στο Βερολίνο όταν  «βομβάρδισαν»  ουράνιο με νετρόνια σε μια προσπάθεια να το μετατρέψουν στο άγνωστο τότε στοιχείο με ατομικό αριθμό 93. 

Πέρασαν  περίπου 16 χρόνια όταν στις 16 Σεπτεμβρίου του 1954 ο Lewis Strauss, πρόεδρος της Αμερικάνικης επιτροπής Ατομικής ενέργειας, στάθηκε μπροστά σε ακροατήριο επιστημόνων στη Νέα Υόρκη και τους διαβεβαίωνε ότι τα παιδιά τους θα απολάμβαναν στο μέλον ηλεκτρική ενέργεια, υπερβολικά φτηνή και  με μηδαμινό κόστος. Το 1954 το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ήταν πλέον γεγονός.

 31 χώρες διαθέτουν σήμερα συνολικά 439 πυρηνικούς αντιδραστήρες σε λειτουργία παράγοντας το 14% του ηλεκτρισμού του κόσμου. Η Γαλλία, χάρη στους 58 αντιδραστήρες της αναδεικνύεται πρωταθλήτρια στον τομέα (ποσοστό ενεργειακής κάλυψης 78%) και καταναλώνει περίπου 10.000 τόνους ουρανίου καυσίμου το χρόνο. Σήμερα σε όλο τον κόσμο κατασκευάζονται γύρω στους 64 αντιδραστήρες, οι 26 εκ των οποίων στην Κίνα, με δεύτερη τη Ρωσσία με 10, και τρίτη την Ινδία με 6.

Παρόλα τα μεγάλα οφέλη από την χρήσης πυρινικής ενέργειας  υπήρχε πάντα  το ενδεχόμενο του ατυχήματος. Το πρώτο πυρηνικό ατύχημα με διαρροή ραδιενέργειας συνέβη στον Καναδά, το 1952. Ήταν ωστόσο μικρής κλίμακας και δεν προκάλεσε θύματα ή αξιόλογη ρύπανση.  

Από τότε έχουν καταγραφεί τουλάχιστον 25 μικρής ή μεσαίας σημασίας ατυχήματα και ένα σοβαρό, αυτό στο Τσερνόμπιλ στις 26 Απριλίου 1986 στην Ουκρανία. Τον Φεβρουάριο του 2011 μετά από τον σεισμό στα ανοιχτά της Ιαπωνίας, που προκάλεσε το τσουνάμι που έπληξε σφοδρά την περιοχή της Φουκουσίμα, έγινε ατύχημα στους τέσσερις πυρηνικούς αντιδραστήρες του εργοστασίου παραγωγής ενέργειας της Φουκουσίμα και τεράστιες ποσότητες ραδιενέργειας εκλύθηκαν στην περιοχή αλλά και στη θάλασσα και στον αέρα με άγνωστες για το μέλλον συνέπειες σε ανθρώπους και  περιβάλλον.

Ηλεκτρική ενέργεια από τον Ήλιο!

Η πρώτη ηλιακή κυψέλη  φτιάχθηκε από τους Chapin, Fuller και Pearson στα εργαστήρια της Bell το 1954  με απόδοση που έφτανε το  6%  της εκμετάλλευσης 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 .

Από εκεί και πέρα άρχισαν να βρίσκουν εφαρμορμογή συνεχώς, όμως χρειάστηκε να περάσουν αρκετές δεκαετίες μέχρι να φτάσουν οι ηλιακές κυψέλες στην σημερινή τους μορφή. 

Ας πάρουμε όμως  τα πράγματα από την αρχή. Τι ονομάζουμαι ηλιακή ενέργεια και πώς μπορούμε να παράγουμε ηλεκτρισμό από αυτή; Ηλιακή ενέργεια (ονομάζουμε το σύνολο των διαφόρων μορφών ενέργειας που προέρχονται από τον Ήλιο όπως είναι το φως= φωτεινή ενέργεια, η θερμότητα= θερμική ενέργεια αλλά και κάθε είδους ακτινοβολία ) είναι πρακτικά ανεξάντλητη, χωρίς να έχουμε περιορισμούς ως πρός την την εκμετάλλευσή της, αφού σύμφωνα με τους επιστήμονες ο ήλιος θα εξακολουθεί να ΄΄ καίει΄΄ για τουλάχιστον 5 δισεκατομμύρια χρόνια ακόμη.

Όσον αφορά την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, μπορούμε να την χωρίσουμε σε τρεις βασικές κατηγορίες εφαρμογών, τα παθητικά ηλιακά συστήματα, τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα, και τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα παθητικά και τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που εκπέμπεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας,( για παράγειγμα οι ηλιακοί θερμοσίφωνες) ενώ τα φωτοβολταϊκά συστήματα στηρίζονται στη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Το ηλιακό κύτταρο (φωτοβολταϊκό κύτταρο) είναι ένα υλικό στερεάς κατάστασης που μετατρέπει την ενέργεια του ηλιακού φωτός άμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα κατασκευάζονται από ειδικά υλικά, ημιαγωγούς, όπως το πυρίτιο, το οποίο σήμερα χρησιμοποιείται όλο και πιο συχνά.

 Όταν το φως χτυπά το φωτοβολταικό κύτταρο, ένα μέρος του απορροφάται από υλικό των ημιαγωγών, η απορόφηση της ενέργειας αυτής από τα υλικά με τη σειρά της αποδεσμεύει ηλεκτρόνια, επιτρέποντάς έτσι την κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος.


Βέβαια για την παραγωγή ικανής ενέργειας απαιτείται ο συνδιασμός αρκετών κυττάρων σε ομάδες, συγκροτήματα, τα γνωστά ηλιακά πάνελ (ηλιακοί συλλέκτες).

Η απόδοση των φωτοβολταικών σήμερα υπολογίζεται περίπου σε 1 kW/m², σε μία περιοχή όπως ο ισημερινός σε μία ημέρα χωρίς σύνεφα. Η απόδοση τους στις Ηνωμένες Πολιτείες και στην Ευρώπη, με ένα συνιθισμένο ποσοστό ηλιακής ακτινοβολίας κυμαίνεται από 4kWh/m² την ημέρα στα βόρεια κλίματα και σε 6,5 kWh/ m² ημέρα στις πιο ηλιόλουστες περιοχές.

Η απόδοση των φωτοβολταικών στοιχείων αυξάνεται με το χρόνο και αντιστίχοιχα πέφτει και το κόστος. Στις μέρες μας η απόδοση ενός φωτοβολταικού στοιχείου μπορεί να κυμανθεί από 19%- 27%.


Συμπεράσματα!

Η Ηλιακή ενέργεια αποτελεί πράγματι μία πολύ μεγάλη πρόκληση για την ανθρωπότητα αφού με την χρήση της μπορούμε να αποδεσμευτούμε από το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, την πυρηνική ενέργεια και ένα σωρό ακόμη ενεργειακές πηγές που εκτός από την μόλυνση και την καταστροφή του περιβάλλοντος που προκαλούν, αποτελούν και για τις οικονομίες των χωρών που δεν τις διαθέτουν μία τεράστια αιμοραγία συναλλάγματος.

Είναι χαρακτηριστικό ότι στην ακατοίκητη περιοχή της ερήμου Σαχάρας έκτασης περίπου 9 εκατομμύρια τετραγωνικών χιλιομέτρων, εάν μπορούσαν να καλύφτούν με ηλιακούς συλλέκτες, η παραγωγή της ηλεκτρικής ισχύος θα ήταν ίση με 630 Terawatts, όταν με τις παρούσες συνθήκες η ενεργειακή κατανάλωση σε όλη τη γή είναι περίπου 13,5 Terawatts σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή (συμπεριλαμβανομένων του πετρελαίου, του φυσικού αερίου, του άνθρακα, της πυρηνικής και της υδροηλεκτρικής ενέργειας). 
Το τελευταίο διάστημα παρατηρείται σε όλο τον κόσμο μία μεγάλη στροφή απεξάρτησης από τις κλασικές μορφές ενέργειας, και σε πολλές χώρες δίνονται κίνητρα στους πολίτες για την εγκατάσταση φωτοβολταικών στοιχείων. Βέβαια ακόμα είμαστε στην αρχή και ίσως θα πρέπει να περάσουν αρκετά χρόνια μέχρι την απόλυτη κυριαρχία τους .

Ευάγγελος Ευαγγέλου



Δεν υπάρχουν σχόλια:
Write σχόλια