Ηλιακή ενέργεια

Ο ήλιος είναι η καλύτερη μορφή ενέργειας η οποία βρίσκεται σε απόσταση μόλις οχτώ λεπτών της ώρας από τη Γη. Τόσο χρόνο χρειάζονται οι ακτίνες του ηλίου για να καλύψουν την απόσταση 150.000.000 χιλιομέτρων και να φτάσουν σε εμάς. Η ηλιακή ενέργεια ταξιδεύει με μια ταχύτητα 300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, όση δηλαδή και η ταχύτητα του φωτός. Κάθε μέρα ο ήλιος ακτινοβολεί ένα τεράστιο ποσό ενέργειας και χωρίς αυτόν θα εξαφανιζόταν η ζωή από την γη.

Στρώματα ηλίου :

Φωτόσφαιρα (photosphere). Ένα στρώμα σε ακτίνα 7*10 εις την πέμπτη km, πάχους μερικών

εκατοντάδων km και θερμοκρασία περίπου 6000 Κ

Χρωμόσφαιρα(chromosphere). Ένα στρώμα πάχους 2500 km, πάνω από τη φωτόσφαιρα, με θερμοκρασία που αυξάνει από 4300 Κ στο κάτω όριο μέχρι 10 εις την πέμπτη Κ στο εξωτερικό όριο.

Ηλιακός άνεμος(solar wind). Το ακανόνιστο ρεύμα από εξαιρετικά ζεστά ιονισμένα

σωματίδια που προέρχονται από την χρωμόσφαιρα. Αντιδρούν με το μαγνητικό πεδίο

της γης και την ανώτερη ατμόσφαιρα. Στην τροχιά της γης οι ταχύτητες είναι της τάξης

των 500 m/s και οι θερμοκρασίες 10 εις την έκτη Κ

Ηλιακό στέμμα Το πυκνότερο εσωτερικό τμήμα του ηλιακού ανέμου στο οποίο διαχέεται φωτοσφαιρική ακτινοβολία και προκαλεί διάχυτο φως.

Φαινόμενα στην επιφάνεια του ηλίου

Κατακόρυφη μεταφορά θερμότητας από μεταγωγικές διεργασίες (convective granules),

ηλιακές κηλίδες (sunspots), φωτεινές κηλίδες (faculae) και αναλαμπές (flares)

Ο ήλιος παράγει την ενέργεια μόνος του. Όπως τα περισσότερα αστέρια, ο ήλιος είναι μια μεγάλη σφαίρα αερίου φτιαγμένη από αέριο υδρογόνο και αέριο ηλίου. Η ενέργεια παράγεται στον εσωτερικό πυρήνα του με μια διαδικασία που αποκαλείται πυρηνική σύντηξη. Η θερμοκρασία στον πυρήνα υπολογίζεται σε 14*10 στην έκτη βαθμούς Κελσίου.

Αυτή η ενέργεια που εκλύεται από τον ήλιο, ως αποτέλεσμα τον θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν εκεί, ακτινοβολείται προς το διάστημα και φτάνει στην επιφάνεια της Γης με την μορφή ορατής και αόρατης ακτινοβολίας και γίνεται αντιληπτή από τον άνθρωπο ως φως και θερμότητα.

Ένα μικρό μέρος της φτάνει στην γη αλλά είναι αρκετό για να καλύψει όλες τις ενεργειακές μας ανάγκες. Μέσα σε διάστημα δεκαεφτά λεπτών ο ήλιος μας στέλνει τόση ενέργεια όση καταναλώνουμε από άλλες πηγές μέσα σε ένα χρόνο. Μέρος της ενέργειας αυτής ανακλάται προς το διάστημα, ενώ η υπόλοιπη εκτός του ότι φωτίζει και θερμαίνει το έδαφος, μετατρέπεται σε αιολική ενέργεια (τα διάφορα ατμοσφαιρικά στρώματα θερμαίνονται και κινούνται δημιουργώντας τους ανέμους) σε βιοενέργεια,( ενέργεια δηλαδή που αποθηκεύεται στα φυτά λόγω της φωτοσύνθεσης), σε υδροηλεκτρική ενέργεια ( ο ήλιος εξατμίζει τα νερά των θαλασσών, ποταμών και λιμνών, δημιουργούντα νέφη, βροχές και πραγματοποιείται ο κύκλος του νερού), σε ενέργεια των θαλάσσιων ρευμάτων των παλιρροιών κ.λ.π. Συμπεραίνουμε ότι η ηλιακή ενέργεια είναι η ενέργεια που ευθύνεται για την ύπαρξη πολλών άλλων μορφών ενέργειας.

Όπως προαναφέρθηκε η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη γη. Το συνολικό ποσό ενέργειας που ακτινοβολείται από τον ήλιο στην επιφάνεια της γης είναι ίσο με 10.000 φορές περίπου την ετήσια παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση. Το μεγάλο μειονέκτημα όμως είναι ότι η ενέργεια αυτή είναι αρκετά αραιά λόγω της μεγάλης επιφάνειας στην οποία μοιράζεται. Κατά μέσω όρο, προσπίπτουν 1700 kWh σε κάθε τετραγωνικό μέτρο κάθε χρόνο. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να φθάσει στην καλύτερη περίπτωση το 1KW/m2 . Η τιμή αυτή εξαρτάται βέβαια από την εποχή, το γεωγραφικό μήκος και πλάτος και άλλους παράγοντες.

Σε ένα μόνο δευτερόλεπτο η ηλιακή ενέργεια που φτάνει στον πλανήτη μας ισοδυναμεί με την ενέργεια που παίρνουμε αν κάψουμε το πετρέλαιο που μεταφέρουν έξι γιγαντιαία τάνκερ. Επειδή όμως απαιτούνται μεγάλες επιφάνειες από συλλέκτες για τη συλλογή υπολογίσιμων ποσών ηλιακής ενέργειας, γεγονός που σημαίνει και μεγαλύτερο κόστος σε σύγκριση με το κόστος των συμβατικών ορυκτών καυσίμων, που είναι ακόμα χαμηλό, η χρήση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού παραμένει προς το παρόν περιορισμένη. Η ανάγκη για συνεχή παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος στους διαστημικούς δορυφόρους, αποτέλεσε την αιτία να αναπτυχθούν τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία στα εργαστήρια της Bell Telephone στις Η.Π.Α. κατά τη δεκαετία του 1950. Οι συσκευές αυτές παράγουν ηλεκτρική ισχύ μετατρέποντας την ενέργεια ακτινοβολίας του ήλιου και είναι κατασκευασμένες από λεπτές πλάκες πυριτίου υψηλής καθαρότητας. Η ιστορική τους εξέλιξη περιγράφεται συνοπτικά παρακάτω.

1941 Κατασκευή του πρώτου φωτοβολταϊκού στοιχείου από πυρίτιο (Si)

1956 Η πρώτη εμπορική παραγωγή ηλιακών στοιχείων

1958 Εκτόξευση του αμερικάνικου δορυφόρου Vanguard I ο οποίος έχει ως βοηθητική πηγή ενέργειας 6 στοιχεία Si

1958 Εκτόξευση σοβιετικού δορυφόρου με μοναδική πηγή ενέργειας τα φωτοβολταϊκά στοιχεία.

1981 Πτήση πάνω από την Μάγχη του αεροπλάνου Solar Challenger εξοπλισμένου με 16.128 φωτοβολταϊκά

στοιχεία Si συνολικής ισχύος 2,7kW.

1981 Η πρώτη εγκατάσταση φωτοβολταϊκών ισχύος 100 kWp στην Ελλάδα, η μεγαλύτερη στην Ευρώπη.

1983 Έναρξη λειτουργίας του πρώτου φωτοβολταϊκού σταθμού ισχύος 1 MWp στην Βικτροβίλ.

Σήμερα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση των κτηρίων και του νερού αλλά και για να παραγάγουν ηλεκτρική ενέργεια.