Saturday 5 June 2010

004 ΜΠΟΡΕΙ Η ΜΙΚΡΗ ΚΥΠΡΟΣ ΝΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ;

ΓΕΩΡΓΙΟΣ Τ.ΠΑΡΠΑΣ BSc.,MSc (Eng)
ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ
TEL 99680229 FAX 22420034
email gtparpas@cytanet.com.cy
http://parpaseng.blogspot.com

Δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα : ΠΡΑΣΙΝΗ ΑΣΠΙΔΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2006
ΤΕΥΧΟΣ 55

ΜΠΟΡΕΙ Η ΜΙΚΡΗ ΚΥΠΡΟΣ ΝΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ;
ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΣΤΑΤΙΚΑ) ΑΠΟ ΤΗΝ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ.

Δεν θυμούμαι ποιος το είπε αλλά ήταν περίπου το έτος 1973 με την πρώτη ενεργειακή κρίση.

-Όποιου του λείψει πρώτου η βενζίνη αυτός θα ανακαλύψει νέους τρόπους παραγωγής ενέργειας.

Στη Κύπρο μας έχει λείψει από καιρό μια και ποτέ δεν είχαμε δική μας ενέργεια εκτός από τα καυσόξυλα. Είναι καιρός να χρηματοδοτηθούν στην Κύπρο τέτοιες έρευνες για πιθανότητα παραγωγής ενέργειας από το μοναδικό καύσιμο που διαθέτουμε
«ΤΗΝ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ»
Ακολουθεί ανάλυση μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία που κατά την γνώμη μου είναι δυνατό να προωθηθούν για έρευνα στον τόπο μας.
Η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να μετατραπεί στατικά κατευθείαν σε ηλεκτρική ενέργεια με την θερμοηλεκτρική ή με την φωτοηλεκτρική μέθοδο. (Αναφαίρετε στατικά σε αντίθεση με την μέθοδο θέρμανσης ατμοποιήσεις παραγωγής μηχανικής ενέργειας και μετατροπής της μηχανικής σε ηλεκτρική -κύκλος Καρνό)

Η θερμοηλεκτρική στατική μέθοδος μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία σε θερμική και ακολούθως σε ηλεκτρική.
Γνωστοί στατικοί τρόποι μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική είναι:
Το στοιχείο θερμιονικής επαγωγής (thermionic effect)
Το θερμικό στοιχείο (thermocouples,thermopiles) και
Το σεγνετό ηλεκτρικό στοιχείο (segnetoelectric effect)

Η φωτοηλεκτρική στατική μέθοδος μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή τα φωτόνια κατευθείαν σε ηλεκτρική ενέργεια.
(Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στις περισσότερες φωτοηλεκτρικές περιπτώσεις μειώνει την απόδοση των στοιχειών)
Γνωστοί στατικοί τρόποι μετατροπής της ενέργειας των φωτονίων σε ηλεκτρική είναι:
Το φωτογαλβανικό στοιχείο (photo galvanic effect)
Το φωτογαλβανικό μαγνητικό στοιχείο (photo galvanic magnetic effect)
Το φώτο επαγωγικό στοιχείο (photo emissive effect) και
Το φωτοβολταϊκό στοιχείο (photovoltaic effect)

1.ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ.
Όλη η ηλιακή ακτινοβολία κατά τον ένα ή άλλο τρόπο μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια και ακολούθως σε ηλεκτρική.

1.1. ΘΕΡΜΙΟΝΙΚΟ ΕΠΑΓΩΓΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (thermionic effect)

Όταν ένα λεπτό μεταλλικό ηλεκτρόδιο θερμανθεί αρκετά μερικά ηλεκτρόνια του λαμβάνουν αρκετή ενέργεια και μπορούν να διαφύγουν- το ηλεκτρόδιο μετατρέπεται σε κάθοδο. Αν ένα άλλο μεταλλικό ηλεκτρόδιο τοποθετηθεί αρκετά κοντά στην κάθοδο και έχει χαμηλή θερμοκρασία τότε θα συλλέγει τα ηλεκτρόδια που φεύγουν από την κάθοδο και γίνεται άνοδος (συλλέκτης)
Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από βολφράμιο, ταλάντιο, βάριο και άλλα μέταλλα και εργάζονται στο απόλυτο κενό ή σε ατμούς τανταλίου.
Για να αρχίσει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια χρειάζεται θερμοκρασία 1000-2500C και έτσι το θερμιονικό στοιχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με την χρήση συγκεντρωτικών φακών σε αναλογία συγκέντρωσης 500-3000 φορές
Θεωρητική απόδοση των θερμιονικών επαγωγικών στοιχείων είναι κοντά στο 30% αλλά στην πράξη σε θερμοκρασία 2500C και απόσταση ανόδου-καθόδου 10mk η πραγματική απόδοση είναι μέχρι 8%. Η διαφορά δυναμικού μέχρι 2.5Βολτ και ισχύς μέχρι 10W/τετραγωνικό χιλιοστό.
Το θερμιονικό επαγωγικό στοιχείο μπορεί να μετατρέψει όλες τις συχνότητες της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια.

1.2. ΘΕΡΜΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (thermocouples,thermopiles)

Όταν δυο διαφορετικά μέταλλα ενωθούν μεταξύ τους και η μια μεριά θερμανθεί ενώ η άλλη ψυχτεί θα έχουμε διαφορά δυναμικού.
Τώρα στην θέση των μετάλλων χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί που έχουν πολύ καλύτερη απόδοση από τα μέταλλα.
Χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί γερμανίου, πυριτίου που έχουν απόδοση 300-400μV / βαθμούς C και πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα.
Θεωρητικά η απόδοση τους είναι 30% αλλά στην πραγματικότητα δεν έχει ξεπεράσει το 9%. Χρειάζονται συγκεντρωτικοί καθρέπτες/φακοί και θερμοκρασία 150-200 C.
Το θερμικο στοιχείο μπορεί να μετατρέψει όλες τις συχνότητες της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια.

1.3. ΣΕΓΝΕΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (segnetoelectric effect)

Το σεγνετοηλεκτρικό υλικό είναι ημιαγωγός που ξεχωρίζει από τους άλλους ημιαγωγούς διότι η εσωτερική κατασκευή του μοιάζει με τους φέρο-μαγνήτες – δηλαδή μπορεί να φορτιστεί με εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Το σεγνετοηλεκτρικό υλικό αν βρεθεί σε ψηλή θερμοκρασία σε ηλεκτρικό πεδίο τότε φορτίζεται.
Όταν βρεθεί σε άλλη θερμοκρασία τότε το σεγνετοηλεκτρικό υλικό δίνει κάποια τάση.
Μέχρι τώρα δεν έχει κατασκευαστεί σεγνετοηλεκτρικό στοιχείο για παραγωγή ενέργειας. Χρησιμοποιείτε στα μικρόφωνα και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Το σεγνετοηλεκτρικό στοιχείο μπορεί να μετατρέψει όλες τις συχνότητες της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια.

2.ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ.

Η φωτοηλεκτρική στατική μέθοδος μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή τα φωτόνια κατευθείαν σε ηλεκτρική ενέργεια.
(Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στις περισσότερες φωτοηλεκτρικές περιπτώσεις μειώνει την απόδοση των στοιχειών).

2.1. ΦΩΤΟΓΑΛΒΑΝΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ. (photo galvanic effect)

Στην πραγματικότητα είναι ηλεκτροχημικό στοιχειό (χημικό στοιχειό ή συσσωρευτής) που όταν ένα από τα ηλεκτρόδια του εκτεθεί στην ηλιακή ακτινοβολία παράγει επιπρόσθετη ροή ιόντων μέσο του ηλεκτρολύτη . Δημιουργεί έτσι επιπρόσθετη ήλεκτρο-διεγερτική δύναμη μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Μόνο ψιλής ενέργειας φωτόνια (περίπου το 45% της ηλιακής ακτινοβολίας) είναι δυνατό να διεγείρουν φωτογαλβανική ενέργεια δηλαδή η υπεριώδη ακτινοβολία και μερικές συχνότητες του ορατού φωτός.
Υπάρχουν πάρα πολλά ηλεκτρόδια που μπορούν να διεγείρουν φωτογαλβανική ενέργεια αλλά η καλύτερη απόδοση είναι κάτω του 1%. Όπως φαίνεται η πειραματική και θεωρητική έρευνα έχει ατονήσει. Το φωτογαλβανικό στοιχειό μπορεί να παράγει και να φυλάγει ηλεκτρική ενέργεια.

2.2 ΦΩΤΟ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (photo galvanic magnetic effect)

Όταν μια πλάκα από ημιαγωγό δέχεται ακτινοβολία σε κατάλληλο μήκος κύματος, τότε απορροφάτε στη επιφάνεια και παράγει μη ισοζυγισμένα ηλεκτρόνια τα οποία κατευθύνονται προς την σκοτεινή μεριά της πλάκας.
Αν κάθετα προς την ηλιακή ακτινοβολία τοποθετήσουμε μαγνητικό πεδίο τότε τα ηλεκτρόνια που έχουν διαφορετικό δυναμικό θα κατευθυνθούν προς τα ηλεκτρόδια συλλέκτες που είναι κάθετα προς την ηλιακή ακτινοβολία και μαγνητικό πεδίο και θα τις φορτίσουν.
Χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί τύπου αντιμονίου του ινιδίου (InSb) και μόνο η υπέρυθρη ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό.

2.3. ΦΩΤΟ ΕΠΑΩΓΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (photo emissive effect)

Εάν ένα φωτόνιο ψιλής ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας κτυπήσει ένα άτομο της καθόδου το επίπεδο της ενέργειας κάποιου ηλεκτρονίου μπορεί να αυξηθεί αρκετά και να διαφυγή από την επιφάνεια. Εάν κοντά στην κάθοδο υπάρχει άλλο κατάλληλο μέταλλο άνοδος , το

ηλεκτρόνιο μπορεί να μαζευτεί και να δημιουργηθεί ηλεκτρο διεγερτική δύναμης. Η επαγωγή μπορεί να γίνει στην επιφάνεια της καθόδου η οποία πρέπει να είναι διάφανη στην ηλιακή ακτινοβολία δηλαδή πολύ λεπτό διάτρητο μέταλλο. Μόνο χαμηλής συχνότητας ακτινοβολία φωτονίων έχουν αρκετή δύναμη για να δημιουργήσουν διεγερτική δύναμη.
Η θεωρητική απόδοση είναι περίπου 15% αλλά η καλύτερη που έχει επιτευχθεί είναι 0.5%.

2.4. ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (photovoltaic effect)

Αν δυο λεπτά στρώματα από κατάλληλους ημιαγωγούς τα οποία έχουν διαφορετική αγωγιμότητα προσκολιθούν μαζί και εκτεθούν στο φως (ηλιακή ακτινοβολία) τότε παρουσιάζεται ηλεκτρο διεγερτική δύναμη.
Πολλοί ημιαγωγοί έχουν την δυνατότητα να δημιουργήσουν φωτοβολταϊκή ηλεκτρο διεγερτική δύναμη όπως πυρίτιο, αρσένιο, γερμάνιο και άλλα.
Η απόδοση έχει φτάσει τα 18% ενώ η θεωρητική είναι 24%.Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία μέχρι την συχνότητα των 1100n m. Πιο ψιλές συχνότητες μετατρέπονται σε θερμότητα.

-Έχω την γνώμη ότι η μικρή Κύπρος έχει την δυνατότητα και σε επιστήμονες και χρηματοδοτήσεις ανάπτυξης ερευνητικών προγραμμάτων για παραγωγή ενέργειας από τις μεθόδους που περιγράφονται ανωτέρω, ανεξάρτητα αν τα αποτελέσματα θα είναι θετικά ή αρνητικά.

No comments:

Post a Comment