3. Energia elektryczna.

3. Energia elektryczna.

Istnieją różne sposoby wytwarzania energii elektrycznej. Najprostszym źródłem energii elektrycznej są ogniwa chemiczne, które zapewniają przenośny system zasilania w energię elektryczną. Ogniwa dzielimy na suche nieodwracalne i suche odwracalne (ładowalne). Ogniwa są źródłami napięcia stałego.

Ciekawostka

W 1800 roku Alessandro Volta zbudował pierwsze ogniwo chemiczne wytwarzające energię elektryczną, tzw. stos Volty (naprzemiennie ułożone płytki miedzi i cynku, rozdzielone tekturą namoczoną w roztworze soli).

3.1. Ogniwa suche nieodwracalne

3.2. Ogniwa suche odwracalne (ładowalne)

Zasada działania Zachodzące w ogniwie reakcje chemiczne powodują w elektrolicie (pomiędzy elektrodami) wytwarzanie i podtrzymywanie przez pewien czas napięcia elektrycznego. W ogniwach tego typu wytwarzanie energii elektrycznej pociąga za sobą wyczerpywanie się zawartych w nich substancji chemicznych. W wypadku ogniw nieodwracalnych po wyczerpaniu są one wyrzucane (pamiętaj: nie do śmietnika!). W wypadku ogniw odwracalnych baterie są ładowane przez ładowarkę (prostownik).

Parametry ogniw:

• napięcie elektryczne np. U= 1,5 V (ogniwa odwracalne i nieodwracalne),

• pojemność (ogniwa odwracalne) np. Q=2400 mAh (miliamperogodzin).

Zespół ogniw odwracalnych, tzw. akumulator zasadowy, znalazł zastosowanie w telefonie komórkowym.

Najbardziej zaawansowane technologicznie są baterie litowe. Zalety tych baterii:

• czas przechowywania ok. 15 lat,

• pracują w szerokim zakresie temperatur (-40° Cdo +60°C),

• umożliwiają wykonanie około 630 zdjęć cyfrowym aparatem fotograficznym (przy użyciu baterii alkalicznych można wykonać 90 zdjęć).

3.3. Ogniwo odwracalne (ładowalne) ołowiowo-kwasowe

W elektrolicie (jest nim wodny roztwór kwasu siarkowego) zanurzone są elektrody (płyty wykonane
z ołowiu) - anoda i katoda. Aby akumulator stał się źródłem energii elektrycznej, powinien być naładowany. Jeśli akumulator zostanie jednym z elementów obwodu elektrycznego, to następuje rozładowanie. Podczas ładowania i rozładowywania zachodzą reakcje chemiczne. Wadą tego typu akumulatora są wycieki kwasu siarkowego i parowanie wody destylowanej.

Tych wad nie mają akumulatory bezobsługowe, ponieważ zastosowano w nich bardzo szczelne (nierozbieralne) obudowy oraz elektrolit żelowy.

Parametry akumulatora:

• napięcie elektryczne, np. 6 V [voltów],

• pojemność znamionowa, np. 60 Ah [amperogodzin].

3.4. Ogniwo słoneczne

W budowie ogniw słonecznych znalazły zastosowanie półprzewodniki. Są to materiały (np.: german, krzem, selen, tlenki i siarczki metali), które przewodzą prąd elektryczny tylko po spełnieniu określonych warunków, takich jak np. promieniowanie świetlne, odpowiednia temperatura.

Ogniwo słoneczne - element półprzewodnikowy, w którym promienie światła (energia słoneczna) zmieniają się w energię elektryczną. Ogniwa słoneczne łączy się w baterie. Ogniwo o wymiarach 10 cm x 10 cm wytwarza napięcie elektryczne około 0,5 V.

3.5. Elektrownie

Energia elektryczna, którą wykorzystuje się np. w domowej instalacji elektrycznej, wytwarzana jest
w elektrowniach za pomocą prądnic (generatorów) napędzanych przez turbiny i musi być wykorzystana natychmiast (nie ma możliwości jej przechowywania czy magazynowania). W domowej instalacji elektrycznej występuje napięcie przemienne.

CIEKAWOSTKA

Spotyka się przydomowe elektrociepłownie wodorowe. W ogniwie wodorowym (wodór wytwarza się
z gazu ziemnego) podczas reakcji łączenia wodoru i tlenu powstaje gorąca woda i energia elektryczna. Sposób ten jest przyjazny dla środowiska. Energia elektryczna w Polsce w około 96% produkowana jest ze spalania węgla kamiennego i brunatnego. Ze spalenia 1 kg węgla otrzymujemy ok.
2 kilowatogodzin (kWh) energii elektrycznej, emitując jednocześnie do środowiska zanieczyszczenia (pyły, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i inne). Ogółem w ciągu roku w Polsce produkuje się około 140 mld kWh energii elektrycznej.

Waldemar Czyżewski

„Technika w praktyce zajęcia elektryczno-elektroniczne” Wydawnictwo Nowa Era