Φωτοβολταϊκά συστήματα

Αναλυτική παρουσίαση του περιεχομένου των κεφαλαίων
Στην Εισαγωγή περιλαμβάνεται μια γενική παρουσίαση των συμβατικών καθώς και των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, στα χαρακτηριστικά, στη σημασία και στην αξιοποίησή τους, από την Αρχαιότητα μέχρι σήμερα.

Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στην ηλιακή ακτινοβολία. Εξετάζεται η προέλευσή της, τα χαρακτηριστικά της στην επιφάνεια της γης και η μεταβολή της κατά τη διάρκεια της ημερήσιας κίνησης του ήλιου. Διερευνάται, επίσης, η σημασία του προσανατολισμού και της κλίσης του συλλέκτη, για τη μεγιστοποίηση της συλλεγόμενης ενέργειας ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της ημέρας και των εποχών.
Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά στους ημιαγωγούς, δεδομένου ότι το ΦΒ φαινόμενο εμφανίζεται με έμφαση σ' αυτούς. Ο στόχος είναι να αναδειχθεί η σημασία των χαρακτηριστικών της ύλης που συμβάλουν σ' αυτή την ελπιδοφόρα μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η δίοδος ημιαγωγών, που έφερε την επανάσταση στο χώρο των ηλεκτρονικών, στις αρχές του δεύτερου μισού του 20ου αιώνα, σε συνδυασμό με το φως, δημιούργησε νέα προοπτική για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Το τρίτο κεφάλαιο αφιερώνεται στο φαινόμενο της γένεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από το φως που απορροφάται από διάταξη υλικών. Εξετάζονται αναλυτικά όλοι οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή ενός ΦΒ στοιχείου κατά τη μετατροπή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική και διερευνώνται τα όριά της. Θεμελιώνονται οι βασικές έννοιες και η ορολογία της ΦΒ παραγωγής ενέργειας και εξετάζεται η σχέση εξάρτησης της ισχύος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τους παράγοντες που την επηρεάζουν. Παρόμοια αναλυτική εξέταση γίνεται και για τη βιομηχανική μονάδα φωτοβολταϊκής παραγωγής, το ΦΒ πλαίσιο καθώς και τους συνδυασμούς τους σε ΦΒ συστοιχία.

Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η λειτουργία και οι δυνατότητες των ηλεκτρικών συσσωρευτών, δεδομένης της σημασίας τους στην αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Εξετάζεται, σε συντομία, η λειτουργία και η σημασία των ηλεκτρονικών συσκευών που απαιτούνται σ' ένα ΦΒ σύστημα, προκειμένου να μεταφερθεί, να αποθηκευτεί ή να μετατραπεί η παραγόμενη ΦΒ ηλεκτρική ενέργεια.

Το πέμπτο κεφάλαιο αφορά στην παρουσίαση της μεθοδολογίας υπολογισμού των υποσυστημάτων ενός αυτόνομου ΦΒ συστήματος. Προηγείται θεωρητική ανάλυση για τον προσδιορισμό των βασικών χαρακτηριστικών τους, δηλαδή της ισχύος αιχμής της ΦΒ συστοιχίας και της χωρητικότητας του συσσωρευτή, με απαίτηση πλήρους κάλυψης του ημερήσιου φορτίου ζήτησης και δυνατότητα αυτονομίας αποθήκευσης ορισμένων ημερών το μήνα. Προσδιορίζονται επίσης οι ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου και μετατροπής ηλεκτρικών τάσεων και το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος, ως βοηθητική ενεργειακή πηγή σε περιόδους αδυναμίας του συστήματος. Το κεφάλαιο συμπληρώνεται με μερικά αντιπροσωπευτικά παραδείγματα ΦΒ εφαρμογών.

Το έκτο κεφάλαιο αναφέρεται στη μελέτη των ΦΒ υβριδικών συστημάτων. Εξετάζονται οι κύριες μεθοδολογίες προσδιορισμού του μεγέθους των βασικών υποσυστημάτων τους, δηλαδή της ΦΒ συστοιχίας, της ανεμογεννήριας (ΑΓ) και του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους (Η/Ζ), αν περιλαμβάνεται. Για διευκόλυνση της μελέτης τους, προηγείται μια σύντομη αναφορά στην αιολική ενέργεια και σκιαγραφείται η μεθοδολογία υπολογισμού του μεγέθους ανεμογεννήτριας για την κάλυψη των ενεργειακών απαιτήσεων σχετικών εφαρμογών. Τα υβριδικά συστήματα παρουσιάζουν μειωμένη στοχαστικότητα σε σχέση με κάθε μια από τις συνδυαζόμενες ανανεώσιμες ενεργειακές πηγές κι αυτό αποτελεί το βασικό πλεονέκτημά τους. Η εξέταση του ολικού κόστους του υβριδικού συστήματος σ' όλη τη διάρκεια ζωής του, με αναγωγή του σε ολικό κόστος πρώτου έτους εγκατάστασης (μέθοδος υπολογισμού κόστους κύκλου ζωής του συστήματος, LCC), οδηγεί στο βέλτιστο συνδυασμό των συνιστωσών του συστήματος, για την κάλυψη των φορτίων ζήτησης της εφαρμογής.

Κάθε κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μια σειρά προτεινομένων ερωτήσεων και προβλημάτων, απαραίτητων για την εμπέδωση των θεμάτων του κεφαλαίου. Η προσεκτική επιλογή, εκ μέρους του διδάσκοντα, των θεμάτων που θεωρεί ως σημαντικότερα για τον τελικό σκοπό του μαθήματος, ως μέρους ενός συνολικού προγράμματος σπουδών, θα βοηθήσει ιδιαίτερα στην επιτυχία των στόχων του παρόντος συγγράμματος. Είναι γεγονός, πάντως, ότι η ουσιαστική αφομοίωση και κατανόηση των θεμάτων αυτών απαιτεί και εργαστηριακή εμπέδωσή τους, μέσα από μια σειρά καλά μελετημένων εργαστηριακών ασκήσεων, ώστε ο διδασκόμενος να αποκτήσει και πρακτική εμπειρία επί του αντικειμένου.

Από τον εκδότη