Κυριακή, 2 Δεκεμβρίου 2012

Ηλιακός Θερμοσίφωνας,Φωτοβολταϊκά,Ηλιακό Αυτοκίνητο

                   Ηλιακός Θερμοσίφωνας

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι ένα ενεργητικό ηλιακό σύστημα που ζεσταίνει νερό χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια. Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες που έχουν μεγάλη ηλιοφάνεια, όπως για παράδειγμα στις χώρες της Μεσογείου και στην Κύπρο.
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η απλούστερη και η γνωστότερη ηλιακή συσκευή. Κατά την λειτουργία του γίνεται εκμετάλλευση δυο φυσικών φαινομένων. Με την αρχή του θερμοσιφώνου επιτυγχάνεται η κυκλοφορία του νερού με φυσικό τρόπο χωρίς μηχανικά μέρη (αντλίες κλπ.) ενώ η θέρμανση του νερού γίνεται με την εκμετάλλευση του φαινομένου του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στους συλλέκτες του. 
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας άρχισε να χρησιμοποιείται μετά την πετρελαϊκή κρίση της δεκαετίας του '70 και ιδιαίτερα τη δεκαετία του '80 άρχισε να χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες με ηλιοφάνεια. Στην Κύπρο αναλογεί ένας ηλιακός θερμοσίφωνας για κάθε πέντε κατοίκους, ενώ στο Ισραήλ η χρήση τους είναι υποχρεωτική στις καινούργιες οικοδομές. Σε πολλές άλλες χώρες η χρήση τους επιδοτείται.Στην Ελλάδα η διάδοση των ηλιακών συσκευών είναι πολύ εντυπωσιακή: το πρώτο μοντέλο λανσαρίστηκε το 1974, το 1980 υπήρχαν εγκατεστημένα περίπου εκατόν πενήντα χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών και το 2004 περίπου τρία εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών. Μέρος της επιτυχίας αυτής των ηλιακών θερμοσιφώνων στην Ελλάδα οφείλεται στα φορολογικά κίνητρα που είχε θεσπίσει το Ελληνικό κράτος. Σήμερα οι ηλιακοί θερμοσίφωνες χρησιμοποιούνται από περισσότερους από ένα εκατομμύριο καταναλωτές. Μέχρι και τα τελευταία χρόνια, η Ελλάδα ήταν απ' τις κύριες κατασκευάστριες χώρες ηλιακών θερμοσιφώνων.
 Διακρίνουμε δύο είδη ηλιακών θερμοσιφώνων ανάλογα με το κύκλωμα κυκλοφορίας του θερμαινόμενου μέσου:
  • Ανοικτού κυκλώματος: απευθείας θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε).
  • Κλειστού κυκλώματος: έμμεση θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα το οποίο θερμαίνει το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε χωρίς να γίνεται ανάμιξή τους, μέσω εναλλάκτη θερμότητας).
Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, έχουν όμως προβλήματα σε χαμηλές θερμοκρασίες (παγετούς) γιατί δεν μπορούμε να τους προσθέσουμε αντιψυκτικά μίγματα (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό χρήσης). Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος μπορεί το θερμαινόμενο μέσο να είναι και άλλο ρευστό (πχ. λάδι). Αν είναι μονο νερό, έχει αντιψυκτικά και αντιδιαβρωτικά πρόσθετα για προστασία της συσκευής.
Επίσης μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τους ηλιακούς θερμοσίφωνες ανάλογα με τον αριθμό ενεργειακών πηγών που μπορούν να εκμεταλλευτούν σε:
  • Διπλής ενέργειας: Ο θερμοσίφωνας λειτουργεί εκμεταλλευόμενος είτε την ηλιακή ενέργεια είτε το ηλεκτρικό ρεύμα (π.χ. κατά την διάρκεια συννεφιάς οπότε η ηλιακή ενέργεια δεν είναι αρκετή για να ζεστάνει το νερό). Για τον σκοπό αυτό, υπάρχει ηλεκτρική αντίσταση τοποθετημένη εντός του τμήματος αποθήκευσης.
  • Τριπλής ενέργειας: Λειτουργεί όπως ο ηλιακός θερμοσίφωνας διπλής ενέργειας αλλά έχει επιπλέον μια είσοδο για να εκμεταλλευτεί ως θερμαντικό μέσο το ζεστό νερό του καλοριφέρ που παράγεται από τον λέβητα κεντρικής θέρμανσης. Προϋπόθεση για την εγκατάσταση ηλιακού θερμοσίφωνα τριπλής ενέργειας είναι να υπάρχει η κατάλληλη υποδομή στο οίκημα υπό την μορφή ξεχωριστών σωληνώσεων (ανά διαμέρισμα εάν πρόκειται για πολυκατοικία) που να συνδέουν το λεβητοστάσιο με τον χώρο εγκατάστασης του ηλιακού θερμοσίφωνα (ταράτσα ή σκεπή).                                          
      Το κυριότερο μέρος ενός ηλιακού θερμοσίφωνα είναι οι ηλιακοί συλλέκτες (ή  καθρέπτες), που είναι η επιφάνεια συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτή αποτελείται από τέσσερα μέρη:
  • Την πλάκα συλλογής της ακτινοβολίας
  • Τους σωλήνες ροής του νερού
  • Την κάλυψη (κρύσταλλο) της πλάκας απορρόφησης και
  • Το θερμικάμονωμένο πλαίσιο πάνω στο οποίο στερεώνονται τα υπόλοιπα εξαρτήματα.       Η λειτουργία των συλλεκτών του ηλιακού θερμοσίφωνα βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στο χώρο ανάμεσα στην πλάκα απορρόφησης και τη γυάλινη επικάλυψη. Καταρχήν η ηλιακή ακτινοβολία πέφτει στην (συνήθως μαύρη) απορροφητική πλάκα, ανεβάζοντας της θερμοκρασία της. Η πλάκα με τη σειρά της εκπέμπει μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (θερμική ακτινοβολία) για την οποία το τζάμι που καλύπτει την πλάκα είναι σχεδόν αδιαφανές. Έτσι η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (η ζέστη) παγιδεύεται ανάμεσα στην πλάκα και το τζάμι, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η απόδοση όσον αφορά τη θέρμανση του νερού (που κυκλοφορεί σε σωλήνες που είναι σ' επαφή με την πλάκα στο πίσω μέρος της ή ενσωματωμένοι σ' αυτή).
    Οι κρίσιμοι παράγοντες για την καλή απόδοση του συστήματος είναι η μεγάλη απορροφητικότητα της πλάκας στην ηλιακή ακτινοβολία, ο μικρός συντελεστής εκπομπής της πλάκας στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία και η μεγάλη αδιαφάνεια του κρυστάλλου για τη δεύτερη. Τα υλικά που προσφέρουν την καλύτερη σχέση απόδοσης-τιμής είναι γυαλί και επιφάνεια από αλουμίνιο ή χαλκό, χρωματισμένη μαύρη.
     Ο ηλιακός θερμοσίφωνας κατά την λειτουργία του εκμεταλλεύεται το φυσικό φαινόμενο της ροής των ρευστών λόγω διαφοράς θερμοκρασίας (διαφοράς πυκνότητας), γνωστό και σαν αρχή του θερμοσιφώνου. Έτσι πετυχαίνεται με φυσικό τρόπο χωρίς κυκλοφορητή (αντλία) συνεχής ροή του θερμαινόμενου μέσου, από το θερμότερο σημείο (ηλιακοί συλλέκτες) προς το ψυχρότερο (δεξαμενή νερού), μέχρις ότου τα δύο σημεία να αποκτήσουν παρόμοιες θερμοκρασίες. Για να είναι αυτό δυνατό πρέπει το ψυχρότερο σημείο να είναι ψηλότερα από το θερμότερο σημείο και για τον λόγο αυτό σε όλους τους ηλιακούς θερμοσίφωνες η δεξαμενή αποθήκευσης είναι πάντα ψηλότερα από τους ηλιακούς συλλέκτες.
    Η συνολική απόδοση του ηλιακού θερμοσίφωνα εξαρτάται κι απ' τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τη νεφοκάλυψη και την αποτελεσματικότητα της θερμικής μόνωσης του συστήματος.                                                                                                                            Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι μια απ' τις "καθαρότερες" και πιο αποδοτικές συσκευές που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στη διάρκεια ζωής του ο ηλιακός θερμοσίφωνας εξοικονομεί περίπου δυο χιλιάδες ευρώ απ' τους λογαριασμούς ρεύματος σε τιμές 2005, ενώ αποφεύγεται η έκλυση περίπου τριάντα τόνων διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Κάθε ντους με νερό από ηλιακό θερμοσίφωνα ισοδυναμεί με τρία κιλά διοξειδίου του άνθρακα λιγότερα στην ατμόσφαιρα.                                   

                          Φωτοβολταϊκά

                Με τον γενικό όρο φωτοβολταϊκά χαρακτηρίζονται οι βιομηχανικές διατάξεις μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στην ουσία πρόκειται για ηλεκτρογενήτριες που συγκροτούνται από πολλά φωτοβολταϊκά στοιχεία σε επίπεδη διάταξη που έχουν ως βάση λειτουργίας το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Τα φωτοβολταϊκά ανήκουν στη κατηγορία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ).

    Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο

    Το φωτοβολταϊκό (Φ/Β) φαινόμενο αφορά τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Το Φ/Β φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1839 από τον Εντμόντ Μπεκερέλ (Alexandre-Edmond Becquerel ). Περιληπτικά πρόκειται για την απορρόφηση της ενέργειας του φωτός από τα ηλεκτρόνια των ατόμων του Φ/Β στοιχείου και την απόδραση των ηλεκτρονίων αυτών από τις κανονικές τους θέσεις με αποτέλεσμα την δημιουργία ρεύματος. Το ηλεκτρικό πεδίο που προϋπάρχει στο Φ/Β στοιχείο οδηγεί το ρεύμα στο φορτίο.

    Tεχνολογίες Φ/Β Στοιχείων

    Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες
    1. Κρυσταλλικού Πυριτίου
  • Μονοκρυσταλλικού πυριτίου, με ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων 14,5% έως 21%,
  • Πολυκρυσταλλικού πυριτίου, με ονομαστικές αποδόσεις πλαισίων 13% έως 14,5%.2.
2. Λεπτών Μεμβρανών
  • Άμορφου Πυριτίου, ονομαστικής απόδοσης ~7%.
  • Χαλκοπυριτών CIS / CIGS, ονομαστικής απόδοσης από 7% έως 11%.
Το πυρίτιο (Si) είναι η βάση για το 90% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής Φ/Β. Η κυριαρχία αυτή οφείλεται αρχικά στην τεράστια παγκόσμια επιστημονική και τεχνική υποδομή για το υλικό αυτό από τη δεκαετία του '60. Μεγάλες κυβερνητικές και βιομηχανικές επενδύσεις έγιναν σε προγράμματα για τις χημικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες του Si, ώστε να δημιουργηθεί ο εξοπλισμός που απαιτείται στα βήματα της επεξεργασίας για την απόκτηση της απαραίτητης καθαρότητας και της κρυσταλλικής δομής του υλικού.
Η γνώση που προέκυψε έτσι για το πυρίτιο, τα χαρακτηριστικά του και η αφθονία του στη γη, το κατέστησαν ικανό και συμφέρον μέσο για την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας. Εντούτοις, λόγω του ότι είναι εύθραυστο, το πυρίτιο απαιτεί τον σχηματισμό στοιχείων σχετικά μεγάλου πάχους. Αυτό σημαίνει ότι μερικά από τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται μετά την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας πρέπει να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις για να ενταχθούν στην ροή του ρεύματος και να συνεισφέρουν στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Συνεπώς, το υλικό θα πρέπει να έχει υψηλή καθαρότητα και δομική τελειότητα, ώστε να αποτρέψει την επιστροφή των ηλεκτρονίων στις φυσικές τους θέσεις. Οι ατέλειες πρέπει να αποφευχθούν ώστε η ενέργεια του ηλεκτρονίου να μην μετατραπεί σε θερμότητα. Η παραγωγή θερμότητας, η οποία είναι επιθυμητή στα ηλιακά θερμικά πλαίσια, όπου αυτή η θερμότητα μεταφέρεται σε ένα ρευστό, είναι ανεπιθύμητη στα Φ/Β πλαίσια, όπου η ηλιακή ενέργεια θα πρέπει να μετατραπεί σε ηλεκτρική.
Το πυρίτιο, ανάλογα με την επεξεργασία του, δίνει μονοκρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά ή άμορφα υλικά, από τα οποία παράγονται τα Φ/Β στοιχεία. Τα λεπτά υλικά είναι ένας τρόπος να μειωθεί το κόστος των Φ/Β πλαισίων και να αυξηθεί η απόδοσή τους. Εκτός από τη χρήση μικρότερης ποσότητας υλικού, ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι ολόκληρα πλαίσια μπορούν να κατασκευαστούν παράλληλα με τη διαδικασία απόθεσης. Αυτό είναι συμφέρον οικονομικά, αλλά επίσης πολύ απαιτητικό τεχνικά, επειδή η επεξεργασία χωρίς ατέλειες αφορά μεγαλύτερη επιφάνεια.
Στα πλεονεκτήματα των λεπτών πλαισίων τα οποία αναφέρθηκαν παραπάνω, θα πρέπει να αντιπαρατεθεί η χαμηλότερη ως τώρα απόδοσή τους, η οποία περιορίζεται στο 5-10%, ανάλογα με το υλικό. Πάντως η τεχνολογία λεπτού στρώματος (thin film) είναι σε φάση ανάπτυξης, αφού με διάφορες μεθόδους επεξεργασίας και χρήση διαφορετικών υλικών αναμένεται αύξηση της απόδοσης, σταθεροποίηση των χαρακτηριστικών τους και αύξηση της διείσδυσης στην αγορά. Σήμερα πάντως αποτελούν την πιο φθηνή επιλογή Φ/Β πλαισίων.

Δομή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος

Το φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα αριθμό μερών ή υποσυστημάτων:
  • (α) Τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με τη μηχανική υποστήριξη και πιθανόν ένα σύστημα παρακολούθησης της ηλιακής τροχιάς.
  • (β) Μπαταρίες (υποσύστημα αποθήκευσης)- πλέον δεν χρησιμοποιούνται, εκτός σε απομακρυσμένες εγκαταστάσεις όπως είναι π.χ. οι Φάροι, διαφορετικά η σύνδεση του πάνελ γίνεται απευθείας με το υφιστάμενο δίκτυο της ΔΕΗ.
  • (γ) Καθορισμό ισχύος και συσκευή ελέγχου που περιλαμβάνει φροντίδα για μέτρηση και παρατήρηση.
  • (δ) Εφεδρική γεννήτρια. Η επιλογή του πώς και ποια από αυτά τα στοιχεία ολοκληρώνονται μέσα στο σύστημα εξαρτάται από ποικίλες εκτιμήσεις.  

    Χρήσεις

    Τα φωτοβολταϊκά είναι διατάξεις που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα από την ηλιακή ακτινοβολία. Το ηλεκτρικό αυτό ρεύμα χρησιμοποιείται για να δώσει ενέργεια σε μια συσκευή ή για τη φόρτιση μπαταρίας. Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται ευρέως σε μικροϋπολογιστές τσέπης που λειτουργούν χωρίς μπαταρία, απλώς με την έκθεσή τους στο φως.
    Τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούνται συχνά σε συστοιχίες για την παραγωγή ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα. Σε τέτοια μορφή χρησιμοποιούνται για να δίνουν ενέργεια σε δορυφόρους, διαστημόπλοια, αλλά και σε απλούστερες εφαρμογές, όπως για την ενεργειοδότηση απομακρυσμένων τηλεφώνων εκτάκτου ανάγκης σε εθνικές οδούς, σε σπίτια κλπ.
    Σε πολλές χώρες έχουν ξεκινήσει προγράμματα επιδότησης των επενδύσεων σε φωτοβολταϊκά, τα οποία παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που μεταπωλείται και εισάγεται στα δημόσια δίκτυα μεταφοράς. Τα προγράμματα αυτά έχουν στόχο τη διαφοροποίηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τη σταδιακή απεξάρτησή της από το πετρέλαιο.
    Η θερμοκρασία είναι μια σημαντική παράμετρος λειτουργίας ενός Φ/Β συστήματος. Όπως έχουμε δει ο συντελεστής θερμοκρασίας για την τάση ανοικτού κυκλώματος είναι κατά προσέγγιση ίσος με -2.3 mV/◦C για καθένα ηλιακό στοιχείο. Ο συντελεστής τάσης μιας βασικής μονάδας είναι επομένως αρνητικός και πολύ μεγάλος από τη στιγμή που συνδέονται σε σειρά 33 έως 36 ηλιακά στοιχεία. Ο συντελεστής ρεύματος, από την άλλη πλευρά, είναι θετικός και μικρός , περίπου +6 μΑ/◦C ανά τετραγωνικό εκατοστό της βασικής μονάδας. Συνεπώς, μόνο η μεταβολή τάσης σε σχέση μ’ αυτή της θερμοκρασίας λαμβάνεται υπόψη για πρακτικούς κυρίως υπολογισμούς, ενώ για κάθε βασική μονάδα αποτελούμενη από nc ηλιακά στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά ισούται προς:
    Είναι σημαντικό να σημειώσετε ότι η τάση καθορίζεται από τη θερμοκρασία λειτουργίας των ηλιακών στοιχείων, η οποία διαφέρει από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
    Όπως και για καθένα ηλιακό στοιχείο, το ρεύμα βραχυκυκλώματος Isc μιας βασικής μονάδας είναι ανάλογο προς την ακτινοβολία και επομένως θα ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας κατά τον ίδιο τρόπο. Εφόσον η τάση είναι λογαριθμική συνάρτηση του ρεύματος, θα εξαρτάται επίσης λογαριθμικά και από την ακτινοβολία. Κατά τη διάρκεια της ημέρας επομένως η τάση θα μεταβάλλεται λιγότερο από ότι το ρεύμα. Στο σχεδιασμό της Φ/Β γεννήτριας είναι συνηθισμένο να παραμελείται η μεταβολή της τάσης και να λαμβάνεται το ρεύμα βραχυκυκλώματος ανάλογο προς την ακτινοβολία.
    Η λειτουργία μιας βασικής μονάδας θα πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο μέγιστης ισχύος. Είναι ένα σημαντικό γνώρισμα της χαρακτηριστικής της βασικής μονάδας, το ότι η τάση του σημείου μεγίστης ισχύος Vm είναι σχεδόν ανεξάρτητη από την ακτινοβολία. Η μέση τιμή αυτής της τάσης κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να εκτιμηθεί στο 80% της τάσης ανοικτού κυκλώματος κάτω από κανονικές συνθήκες ακτινοβολίας. Αυτή η ιδιότητα είναι χρήσιμη για τη σχεδίαση της μονάδας ελέγχου της ισχύος της συσκευής.
    Ο χαρακτηρισμός της βασικής Φ.Β. μονάδας συμπληρώνεται με τη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός κανονικά λειτουργούντος ηλιακού στοιχείου (NOCT) (Normal Operating Cell Τemperature), οριζόμενης ως η θερμοκρασία του ηλιακού στοιχείου, όταν η βασική μονάδα λειτουργεί κάτω από τις ακόλουθες συνθήκες σε ανοικτό κύκλωμα:
  • Ακτινοβολία 0,8
  • Φασματική κατανομή ΑΜ 1,5
  • Θερμοκρασία περιβάλλοντος 20°C
  • Ταχύτητα ανέμου 1 m/s
Η NOCT (συνήθως μεταξύ 42°C και 46 °C) χρησιμοποιείται τότε για να καθορίσει τη θερμοκρασία του ηλιακού ηλεκτρικού στοιχείου Tc κατά τη διάρκεια της λειτουργίας βασικής μονάδας. Συνήθως υποθέτουμε ότι η διαφορά μεταξύ Τc και θερμοκρασίας περιβάλλοντος Ta εξαρτάται γραμμικά από την ακτινοβολία Gr.  

Συλλογή του ηλιακού φωτός

Ένα σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο σχεδιαστής μιας διάταξης είναι το που θα στερεωθούν οι βασικές μονάδες, αν θα στερεωθούν σε σταθερές θέσεις ή οι προσανατολισμοί τους θα ακολουθούν (ιχνηλατούν) την κίνηση του ηλίου.
Στις περισσότερες διατάξεις οι βασικές μονάδες στερεώνονται σ’ ένα σταθερό κεκλιμένο επίπεδο με την πρόσοψη προς τον ισημερινό. Αυτό έχει την αρετή της απλότητας, δηλαδή κανένα κινούμενο τμήμα και χαμηλό κόστος. H άριστη γωνία κλίσης εξαρτάται κυρίως από το γεωγραφικό πλάτος, την αναλογία της διάχυτης ακτινοβολίας στην τοποθεσία και το είδος του φορτίου.
Στερεώνοντας τη διάταξη πάνω σε σύστημα με δύο άξονες παρακολούθησης του Ηλίου, μπορεί να συλλεχθεί μέχρι 25% περισσότερη ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια ενός έτους, σε σύγκριση με την εγκατάσταση σταθερής κλίσης. Κάτι τέτοιο όμως αυξάνει την πολυπλοκότητα και έχει ως αποτέλεσμα μια χαμηλότερης αξιοπιστίας και υψηλότερου κόστους συντήρηση. Η μονού άξονα παρακολούθηση (ιχνηλάτηση) είναι λιγότερο σύνθετη αλλά παρουσιάζει μικρότερο κέρδος. Ο προσανατολισμός μπορεί να ρυθμίζεται χειροκίνητα, εκεί που η προσφορά εργασίας είναι διαθέσιμη, αυξάνοντας έτσι τις όποιες απολαβές. Έχει υπολογιστεί ότι σε κλίματα με ηλιοφάνεια μια διάταξη επίπεδης κινούμενης πλάκας που έχει κατάλληλη ρύθμιση ώστε να στρέφεται προς τον ήλιο δυο φορές την ημέρα και να παίρνει την κατάλληλη κρίση τέσσερις φορές το χρόνο, μπορεί να συλλαμβάνει το 95% της ενέργειας, που συλλέγετε με ένα σύστημα δυο αξόνων παρακολούθησης πλήρως αυτοματοποιημένο.
Το σύστημα παρακολούθησης είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα συστήματα, που λειτουργούν κάτω από συγκεντρωμένο ηλιακό φως. Η δομή αυτών των συστημάτων εκτείνεται από έναν απλό σχεδιασμό βασισμένο πάνω σε πλευρικούς ενισχυτικούς καθρέπτες μέχρι τα συγκεντρωτικά συστήματα, τα οποία χρησιμοποιούν υπερσύγχρονες οπτικές τεχνικές, για να αυξήσουν την είσοδο φωτός προς τα ηλιακά στοιχεία κατά μερικές τάξεις του μεγέθους. Αυτά τα συστήματα πρέπει να προνοούν για ένα σημαντικό γεγονός, ότι δηλαδή συγκεντρώνοντας το ηλιακό φως ελαττώνουν το γωνιακό άνοιγμα των ακτίνων, που το σύστημα μπορεί να δεχθεί. Η παρακολούθηση γίνεται απαραίτητη από τη στιγμή που ο λόγος συγκέντρωσης υπερβαίνει το 10 περίπου και το σύστημα μπορεί να μετατρέψει μόνο την άμεση συνιστώσα της ηλιακής ακτινοβολίας.      

                        Ηλιακό όχημα

    Ένα ηλιακό όχημα είναι ένα ηλεκτρικό όχημα τροφοδοτείται πλήρως ή σημαντικά από την άμεση ηλιακή ενέργεια . Συνήθως, φωτοβολταϊκά (PV) κύτταρα που περιέχονται σε ηλιακούς συλλέκτες μετατρέπουν το Κυρ 's ενέργεια άμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια . Ο όρος «ηλιακό όχημα" σημαίνει συνήθως ότι η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει το σύνολο ή μέρος του ενός οχήματος πρόωσης . ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή ενέργειας για τις επικοινωνίες ή ελέγχους ή άλλες βοηθητικές λειτουργίες.
Ηλιακή οχήματα δεν πωλούνται ως πρακτική ημέρα με την ημέρα συσκευές μεταφοράς προς το παρόν, αλλά είναι κατά κύριο λόγο τα οχήματα επίδειξης και ασκήσεις τεχνικής, συχνά χρηματοδοτείται από κρατικούς φορείς. Εντούτοις, έμμεσα ηλιακά φορτισμένων οχήματα είναι ευρέως διαδεδομένη και ηλιακά σκάφη είναι διαθέσιμα εμπορικά.

Περιορισμοί

Υπάρχουν όρια στη χρήση φωτοβολταϊκών (PV) κύτταρα για οχήματα:
  • Πυκνότητα ισχύος: Ισχύς από μια ηλιακή συστοιχία περιορίζεται από το μέγεθος του οχήματος και της περιοχής που μπορούν να εκτεθούν στο ηλιακό φως. Ενώ η ενέργεια μπορεί να συσσωρευτεί σε μπαταρίες για χαμηλότερη ζήτηση αιχμής για τη συστοιχία και να παρέχουν λειτουργία σε ανήλια συνθήκες, η μπαταρία προσθέτει βάρος και κόστος στο όχημα. Το όριο ισχύος μπορεί να μετριαστεί με τη χρήση των συμβατικών ηλεκτρικών οχημάτων που παρέχονται από ηλιακή (ή άλλες) ισχύς, η επαναφόρτιση από το ηλεκτρικό δίκτυο.
  • Κόστος: Ενώ το φως του ήλιου είναι δωρεάν, η δημιουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων για να συλλάβει το φως του ήλιου ότι είναι ακριβό. Το κόστος για ηλιακούς συλλέκτες είναι σταθερά πτωτική (22% μείωση του κόστους ανά διπλασιασμό του όγκου παραγωγής).
  • Εκτιμήσεις Σχεδιασμός: Ακόμα κι αν το φως του ήλιου δεν έχει διάρκεια ζωής, κάνουν φωτοβολταϊκές κυψέλες. Η διάρκεια ζωής ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου είναι περίπου 30 χρόνια.Πρότυπο φωτοβολταϊκά συχνά έρχονται με μια εγγύηση του 90% (από την ονομαστική ισχύ) μετά από 10 χρόνια και το 80% μετά από 25 χρόνια. Mobile εφαρμογές είναι μάλλον απίθανο να απαιτήσει τη διάρκεια της ζωής όσο κατασκευή ολοκληρωμένων φωτοβολταϊκών και ηλιακών πάρκων. Τα σημερινά φωτοβολταϊκά ως επί το πλείστον σχεδιαστεί για σταθερές εγκαταστάσεις. Ωστόσο, για να είναι επιτυχής σε κινητές εφαρμογές, ΦΒ πάνελ πρέπει να είναι σχεδιασμένα να αντέχουν κραδασμούς. Επίσης, ηλιακούς συλλέκτες, ιδιαίτερα εκείνων που ενσωματώνουν γυαλί έχουν σημαντική βαρύτητα. Για να είναι χρήσιμη, η ενέργεια που συλλέγεται από ένα πάνελ πρέπει να υπερβαίνει την προστιθέμενη κατανάλωση καυσίμου που προκαλείται από την προσθήκη βάρους. Ηλιακά αυτοκίνητα εξαρτώνται από φωτοβολταϊκές κυψέλες για να μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια για την κίνηση ηλεκτρικά μοτέρ. Σε αντίθεση με ηλιακή θερμική ενέργεια που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε θερμική, φωτοβολταϊκά κύτταρα μετατρέπουν άμεσα το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Ηλιακά αυτοκίνητα συνδυάζουν την τεχνολογία που χρησιμοποιούνται συνήθως στα αεροδιαστημικής , ποδήλατο , εναλλακτικές πηγές ενέργειας και αυτοκινήτων βιομηχανίες. Ο σχεδιασμός ενός ηλιακού αυτοκινήτου περιορίζεται σημαντικά από την ποσότητα της ενέργειας εισόδου εντός του αυτοκινήτου. Τα ηλιακά αυτοκίνητα κατασκευασμένα για ηλιακά αγώνες αυτοκινήτου . Ακόμα και τα καλύτερα ηλιακά κύτταρα μπορούν να συλλέγουν μόνο περιορισμένη ισχύ και ενέργεια πάνω από την περιοχή της επιφάνειας ενός αυτοκινήτου. Αυτό περιορίζει ηλιακά αυτοκίνητα σε ένα ενιαίο κάθισμα, χωρίς χωρητικότητα φορτίου, και υπερελαφρών σύνθετα σώματα για να σώσει το βάρος. Ηλιακά αυτοκίνητα δεν έχουν τα χαρακτηριστικά ασφάλειας και άνεσης των συμβατικών οχημάτων.
    Τα ηλιακά αυτοκίνητα συχνά είναι εξοπλισμένα με μετρητές και / ή ασύρματη τηλεμετρία , να παρακολουθεί προσεκτικά την κατανάλωση ενέργειας του αυτοκινήτου, ηλιακής ενέργειας και άλλες παραμέτρους. Ασύρματη τηλεμετρία είναι συνήθως προτιμάται καθώς απελευθερώνει τον οδηγό να επικεντρωθεί στην οδήγηση, η οποία μπορεί να είναι επικίνδυνη σε ένα τόσο μικρό, ελαφρύ car.The Ηλιακό σύστημα ηλεκτρικό όχημα έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ως ένα εύκολο στην εγκατάσταση (2 έως 3 ώρες) ολοκληρωμένο σύστημα αξεσουάρ με ένα έθιμο φορμαρισμένο χαμηλού προφίλ ηλιακή μονάδα, συμπληρωματική μπαταρία και αποδεδειγμένη χρέωση έλεγχο του συστήματος.
    Ως εναλλακτική λύση, μια μπαταρία ηλεκτρικό όχημα μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ηλιακή συστοιχία για την επαναφόρτιση? Η συστοιχία μπορεί να συνδεθεί με το γενικό ηλεκτρικό δίκτυο διανομής.Ένα ηλιακό ποδήλατο ή τρίκυκλο έχει το πλεονέκτημα του πολύ χαμηλού βάρους και μπορεί να χρησιμοποιήσει τη δύναμη τα πόδια τους αναβάτες να συμπληρώσει την ενέργεια που παράγεται από το ηλιακό πάνελ οροφής. Με τον τρόπο αυτό, μια συγκριτικά απλή και ανέξοδη όχημα μπορεί να οδηγηθεί χωρίς τη χρήση τυχόν ορυκτών καυσίμων.
    Ηλιακή φωτοβολταϊκά βοήθησε πρώτη δύναμη της Ινδίας Quadracycle αναπτύχθηκε από το 1996 σε Σούρατ , Γκουτζαράτ .
    Τα πρώτα φωτοβολταϊκά "αυτοκίνητα" ήταν στην πραγματικότητα τρίκυκλα ή τετράκυκλα χτισμένο με τεχνολογία ποδήλατο. Αυτά ονομάστηκαν solarmobiles στην πρώτη ηλιακή φυλή, το Tour de Sol στην Ελβετία το 1985 με 72 συμμετέχοντες, οι μισοί χρησιμοποιώντας αποκλειστικά ηλιακή ενέργεια και κατά το ήμισυ ηλιακή ανθρώπινη-powered υβρίδια. Λίγα αλήθεια ηλιακά ποδήλατα χτίστηκαν, είτε με μια μεγάλη ηλιακή στέγη, μια μικρή ομάδα πίσω, ή ένα ρυμουλκούμενο με ένα ηλιακό πάνελ. Αργότερα, πιο πρακτικό ηλιακή ποδήλατα χτίστηκαν με αναδιπλούμενα πάνελ να συσταθεί μόνο κατά τη διάρκεια της στάθμευσης. Ακόμη και αργότερα οι πίνακες είχαν μείνει στο σπίτι τους, τη διατροφή τους σε ηλεκτρικό δίκτυο, καθώς και τα ποδήλατα που χρεώνονται από το ηλεκτρικό δίκτυο. Σήμερα ανεπτυγμένες ηλεκτρικά ποδήλατα είναι διαθέσιμα και αυτοί χρήση τόσο λίγη δύναμη που κοστίζει λίγο για να αγοράσει το αντίστοιχο ποσό της ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας. Η «ηλιακή» έχει εξελιχθεί από το πραγματικό υλικό σε μια έμμεση λογιστικό σύστημα. Το ίδιο σύστημα λειτουργεί επίσης για ηλεκτρικές μοτοσικλέτες, οι οποίες, επίσης, αναπτύχθηκε για πρώτη φορά για το Tour de Sol . Αυτό γίνεται γρήγορα μια εποχή της ηλιακής παραγωγής. Με υψηλές επιδόσεις κύτταρα σημερινή ηλιακή, ένα εμπρός και πίσω πάνελ φωτοβολταϊκών σε αυτό το ηλιακό ποδήλατο μπορεί να δώσει επαρκή βοήθεια, όπου η περιοχή δεν περιορίζεται από τις μπαταρίες.
    Το Venturi Astrolab το 2006 χαιρετίστηκε ως το πρώτο εμπορικό κόσμο της ηλεκτρο-ηλιακό υβριδικό αυτοκίνητο, και ήταν αρχικά αναμένεται να κυκλοφορήσει τον Ιανουάριο του 2008.
    Τον Μάιο του 2007 η συνεργασία των καναδικών εταιρειών με επικεφαλής την Hymotion αλλάξει ένα Toyota Prius να χρησιμοποιήσει ηλιακά κύτταρα για να παράγουν έως και 240 βατ ηλεκτρικής ενέργειας σε πλήρη ηλιοφάνεια. Αυτό αναφέρεται ως επιτρέποντας έως και 15 χιλιόμετρα επιπλέον σειρά σε μια ηλιόλουστη καλοκαιρινή μέρα,ενώ με τη χρήση μόνο του ηλεκτρικού μοτέρ.
    Μια πρακτική εφαρμογή για την ηλιακή ενέργεια οχήματα είναι πιθανόν αμαξάκια του γκολφ, μερικά από τα οποία χρησιμοποιούνται σχετικά λίγο, αλλά περνούν το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου τους παρκαρισμένο στον ήλιο.
    Ένας εφευρέτης από το Μίτσιγκαν, ΗΠΑ έχει δημιουργήσει μια νομική οδό, με άδεια, τους ασφαλισμένους, ηλιακή χρεώνονται ηλεκτρικά σκούτερ. Έχει τελική ταχύτητα ελέγχεται σε λίγο πάνω από 30 mph, και χρησιμοποιεί φορές-από ηλιακούς συλλέκτες για να φορτίσετε τις μπαταρίες ενώ σταθμευμένο.
    Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στο εμπόριο ως βοηθητικές μονάδες ισχύος για τα επιβατικά αυτοκίνητα για να αερίζεται το αυτοκίνητο, μειώνοντας την θερμοκρασία του θαλάμου επιβατών, ενώ είναι σταθμευμένο στον ήλιο. Οχήματα όπως το 2010 Prius , Άπτερα 2 , Audi A8 , και Mazda 929 είχαν ηλιακή οροφή επιλογές για σκοπούς εξαερισμού.
    Η περιοχή των φωτοβολταϊκών πλαισίων που απαιτείται για να τροφοδοτήσει ένα αυτοκίνητο με συμβατική σχεδίαση είναι πάρα πολύ μεγάλο για να φέρει το αεροπλάνο. Ένα αυτοκίνητο πρωτότυπο και ρυμουλκούμενο έχει χτιστεί Solar ταξί . Σύμφωνα με την ιστοσελίδα, είναι ικανή των 100 km / ημέρα χρησιμοποιώντας 6m 2 του προτύπου κυψέλες κρυσταλλικού πυριτίου. Η ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται με μια νικέλιο / μπαταρία αλάτι . Ένα στατικό σύστημα όπως ένα πάνελ οροφή ηλιακό, ωστόσο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να φορτίσει τα συμβατικά ηλεκτρικά οχήματα.
    Είναι επίσης δυνατή η χρήση ηλιακών συλλεκτών για να επεκτείνει το φάσμα της ένα υβριδικό ή ηλεκτρικό αυτοκίνητο, όπως έχει ενσωματωθεί στο Κάρμα Fisker , διατίθεται προαιρετικά για το Chevy Volt , στο καπό και την οροφή του "Destiny 2000" τροποποιήσεις του Pontiac Fieros , Italdesign Quaranta , Δωρεάν κίνησης EV Solar Bug , και πολλά άλλα ηλεκτρικά οχήματα, τόσο ιδέα και παραγωγή. Τον Μάιο του 2007 η συνεργασία των καναδικών εταιρειών με επικεφαλής την Hymotion προστέθηκε φωτοβολταϊκών κυττάρων σε ένα Toyota Prius να επεκτείνει το φάσμα.Ο ΣΕΒ υποστηρίζει 20 μίλια ανά ημέρα από τη συνδυασμένη 215W μονάδα τους τοποθετούνται στην οροφή του αυτοκινήτου και επιπλέον 3kWh μπαταρία.
    Στις 9 Ιουνίου 2008, η γερμανική και η γαλλική Πρόεδροι ανακοίνωσε ένα σχέδιο για να προσφέρει μια Cedit του 6-8g/km των εκπομπών CO 2 για τα αυτοκίνητα είναι εξοπλισμένα με τεχνολογίες "που δεν έχουν ακόμη ληφθεί υπόψη κατά τη διάρκεια του κανονικού κύκλου μέτρησης των εκπομπών του αυτοκινήτου" .Αυτό οδήγησε σε εικασίες ότι τα φωτοβολταϊκά πάνελ θα μπορούσε να υιοθετηθεί ευρέως σε αυτοκίνητα στο προσεχές μέλλον.
    Επίσης, είναι τεχνικά δυνατή η χρήση φωτοβολταϊκής τεχνολογίας, (ειδικά thermophotovoltaic (TPV) τεχνολογία) για την παροχή κινητήριας δύναμης για ένα αυτοκίνητο. Το καύσιμο που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ενός εκπομπού. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που παράγεται μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από ένα χαμηλό χάσμα ζωνών φωτοβολταϊκών κυττάρων (π.χ. GaSb). Μια protoype TPV υβριδικό αυτοκίνητο ήταν ακόμη κατασκευαστεί. Το «Viking 29" ήταν η πρώτη thermophotovoltaic στον κόσμο (TPV) powered αυτοκίνητο, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την Οχημάτων Research Institute (VRI) στο Western Washington University. Αποτελεσματικότητας θα πρέπει να αυξηθεί και να μειωθεί το κόστος που να κάνει TPV ανταγωνιστική με κυψέλες καυσίμου ή κινητήρες εσωτερικής καύσης.
    Μια ελβετική έργο, που ονομάζεται "Solartaxi", έχει περιέπλευσε τον κόσμο. Αυτή είναι η πρώτη φορά στην ιστορία ένα ηλεκτρικό όχημα (όχι αυτάρκη ηλιακή όχημα) έχει πάει σε όλο τον κόσμο, καλύπτοντας 50.000 χιλιόμετρα σε 18 μήνες και διασχίζοντας 40 χώρες. Πρόκειται για ένα δρόμο-αξίζει ηλεκτρικό όχημα έλξης ενός ρυμουλκούμενου με ηλιακούς συλλέκτες, μεταφέροντας ένα 6 τ.μ. μεγέθους ηλιακή συστοιχία. Η Solartaxi έχει Zebra μπαταρίες , οι οποίες επιτρέπουν μια σειρά από 400 χιλιόμετρα χωρίς επαναφόρτιση. Το αυτοκίνητο μπορεί επίσης να τρέξει για 200 χιλιόμετρα χωρίς το ρυμουλκούμενο. Μέγιστη ταχύτητα του είναι 90 km / h. Το αυτοκίνητο ζυγίζει 500 κιλά και το ρυμουλκούμενο ζυγίζει 200 ​​κιλά. Σύμφωνα με εκκινητή και περιοδεία σκηνοθέτης Louis Palmer , το αυτοκίνητο σε μαζική παραγωγή θα μπορούσε να παραχθεί για 16000 ευρώ. Solartaxi έχει περιοδεύσει τον κόσμο από τον Ιούλιο 2007 μέχρι τον Δεκέμβριο του 2008 για να δείξει ότι οι λύσεις για να σταματήσει η υπερθέρμανση του πλανήτη είναι διαθέσιμες και να ενθαρρύνει τους ανθρώπους για την επιδίωξη εναλλακτικών λύσεων για τα ορυκτά καύσιμα .Palmer προτείνει την πιο οικονομική θέση για τους ηλιακούς συλλέκτες για ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι στέγες κτιρίων όμως,το παρομοιάζοντας για την τοποθέτηση των χρημάτων σε μια τράπεζα σε μια τοποθεσία και την ανάκληση σε ένα άλλο.