saules energetika

SAULĖS ENERGETIKA

Per metus viršutinę Žemės atmosferos ribą pasiekia 5,6×1024 J saulės energijos. Metinis pasiekiančios žemę saulės energijos kiekis yra 1,05×1018 kWh, sausumai tenka 2×1017 kWh. Nekenkiant ekologijai galima panaudoti 1,5% (1,62×1016 kWh/m2). Tai atitinka 2×1012 tonas sąlyginio kuro. Visas šiuo metu išgaunamas pasaulyje organinis kuras taip pat susidarė fotosintezės reakcijų metu veikiant saulės energijai. Saulės radiacijos srautas žemės paviršiuje pasiskirsto labai netolygiai. Vidutinis srauto tankis yra 210–250 W/m2 subtropiniuose rajonuose ir dykumose, 130–210 W/m2 vidutinėse platumose ir 80–130 W/m2 šiaurėje.

Saulės energija Lietuvoje
Lietuva nenusileidžia gaunamos saulės spinduliuotės kiekiu Vokietijai ir net lenkia Norvegiją. Mūsų šalyje vidutinė saulės spinduliuotė kvadratiniame metre siekia 1000 W, Vokietijoje lygiai tiek pat – 1000 W, o Norvegijoje dar mažiau – 900 W. Saulės švietimo laikas yra ilgiausias pajūryje ir trumpėja rytinės sienos link. Vidutiniškai saulėtų valandų skaičius pajūryje siekia 1840-1900 val. kasmet. Šalies rytiniame pakraštyje jis neviršija 1700 val./m. Maksimali saulės švietimo trukmė yra Nidoje ir siekia 1908 val. per metus. Vilniuje vidutinis suminis Saulės energijos kiekis horizontalioje plokštumoje yra apie 3500 MJ/m2 per metus, tai tik šiek tiek mažiau nei Centrinėje Europoje. Lietuvą pasiekiantis saulės energijos kiekis yra pakankamas, kad būtų galima gaminti šiluminę energiją ir taikyti saulės architektūros principus naujiems ir renovuojamiems statiniams.
Buitiniams vartotojams savo namuose leidžiama įsirengti elektrines, kurių galia ne didesnė nei 10 kilovatų (kW). Tačiau ūkininkai gali įsirengti daug didesnės galios – iki 100 kW elektrines.

Pritaikymo principas
Šiluma, kurią išspinduliuoja saulė, gali būti naudojama gaminti karštą vandenį ir šildyti pastatus. Pirmuoju atveju reikalingi įrenginiai – saulės kolektoriai. Antruoju atveju visas pastatas yra tarsi saulės kolektorius, tad jis turi atitikti tam tikrus reikalavimus:

– įleisti saulės spindulius, kai reikia šilumos, ir sulaikyti, kai nereikia, – tai pasiekiama tinkamai orientuojant pastatą;
– akumuliuoti saulės energiją – masyviose konstrukcijose sukaupti šilumą, kurią galima naudoti, kai saulė nešviečia;
– būti efektyvi saulės spindulių gaudyklė: surinkti kuo daugiau saulės energijos ir lėtai ją išsklaidyti. Tai priklauso nuo geros pastato šilumos izoliacijos, sumažinančios šilumos nuostolius, ir efektyvios vėdinimo sistemos.

Saulės kolektoriai
Saulės kolektoriai gali būti įrengiami ant pastato stogo, sienos ar kitoje vietoje. Jų naudojimo paskirtis – karšto vandens gamyba, patalpų šildymas arba šilumos naudojimas pramoniniuose procesuose.
Efektyviai šilumos gamybai yra svarbi kolektorių orientacija pasaulio šalių atžvilgiu (geriausia – pietūs), kolektoriaus plokštumos pasvirimo kampas (apytiksliai lygus platumai – pvz., 54º Vilniuje, jei naudojama ištisus metus) ir kolektoriaus plotas (priklauso nuo gyventojų skaičiaus ar kitų naudojimo poreikių).
Lietuvos klimato sąlygomis vanduo kolektoriuose vasarą sušyla iki 70-100ºC, žiemą iki 30-50ºC. Nors žiemą reikia vandenį papildomai šildyti, sutaupoma nemažai išteklių, nes norint pakelti vandens temperatūrą nuo +5ºC (temperatūra vandentiekyje) iki +30ºC irgi reikia energijos ir lėšų.
Šiuolaikiniai saulės kolektoriai yra efektyvūs ir naudotojui atsiperka per 2-4 metus, priklausomai nuo sistemos dydžio.
Saulės kolektorių pliusai: šildo vandenį, veikia ištisus metus, neskleidžia garso. Kolektorius sudaro vakuuminės kolbos, kurios saulėje labai greitai įšyla net iki 140 laipsnių ir jų efektyvumas siekia 65%. Bet šios sistemos yra labai inertiškos, tad svarbu tinkamai sumontuoti, kitaip šilumos perteklius gali sugadinti kitas sistemos dalis.

Foto elektra
Foto elektra yra elektros energija, gaunama tiesiogiai iš šviesos energijos naudojant foto elektrinius keitiklius.
Panašiu kaip augaluose fotosintezės metu, elektrono išlaisvinimo principu pagrįstas foto elementų veikimas. Foto elementai – tai įrenginiai, kurie šviečiant saulei net debesuotą dieną generuoja elektros energiją. Foto elementų naudingumo koeficientas jau siekia 15-20%, o artimoje ateityje dėl spartaus nano technologijų vystymosi jis dar išaugs. Pavyzdys – Vokietija, kur saulės energijos išteklių vidutiniškai šalies mastu yra truputį mažiau nei Lietuvoje, tačiau instaliuota 25 GW foto jėgainių (atitinka 25 Visagino elektrines), todėl nuspręsta uždaryti visas veikiančias šalyje atomines jėgaines ir nebestatyti naujų.
Foto elektrinėse sistemose pagaminta elektros energija gali būti naudojama autonomiškai savo reikmėms užsitikrinant nepriklausomą elektros tiekimą. Priešingai nei į tinklą elektrą tiekiančioje sistemoje, prie saulės modulių prijungiami specialūs inverteriai, krovimo reguliatoriai ir – svarbiausia – įkraunami akumuliatoriai, kuriuose kaupiama saulės sukurta elektros energija. Su šiais komponentais jau galima projektuoti autonominę sistemą.
Prijungus elektros tiekimo į elektros tinklą sistemą prie akumuliatorių įrenginio ir specialaus keitiklio, papildomai galima turėti rezervinį elektros tiekimą. Įprastiniu atveju iš saulės išgauta elektros energija per grandininį inverterį už nustatytą tarifą tiekiama į bendrąjį tinklą. Nutrūkus elektros tiekimui iš tinklų, elektros energija tiekiama iš akumuliatorių.
Fotoelektriniais moduliais pagaminta nuolatinės srovės elektros energija tuo tikslu per įkrovimo reguliatorių kaupiama akumuliatorinėse baterijose. Tuomet elektros energija autonominiame inverteryje verčiama į srovės energiją, tinkamą naudoti įprastiniams 220 V prietaisams. Specialūs 12 V arba 24 V nuolatinės srovės elektros energijos prietaisai, tokie kaip lemputės ir šaldytuvai, gali būti maitinami tiesiogiai iš akumuliatorių.
Saulės baterijų pliusai: generuoja elektros energiją, kuri šiomis dienomis yra labai plačiai panaudojama elektriniams prietaisams maitinti, sistema neskleidžia garso, užima nedaug vietos ir yra išvaizdi. Jas galima montuoti ant įvairių pastatų, tačiau įrengti pakankamai energijos generuojančią sistemą kainuoja brangiau negu vėjo jėgainių.

Patarimai ir praktinė informacija:
Prieš įrengiant jėgainę reikia parinkti tinkamą vietą, įvertinti, kad vieno kW modulis užima 6 kvadratinių metrų plotą. Geriausia, kai jėgainė įrenginėjama ant naujo namo stogo, kurio šlaitas pasviręs apie 35 laipsnius, tuomet vietoje dangos galima naudoti foto voltines čerpes ar plokštes. Ant plokščio stogo saulės modulius reikia įtvirtinti atitinkamu kampu nukreiptus į pietų pusę. Jei neužtenka vietos ant stogo, galima paieškoti vietos kieme. Saulės moduliai gali dirbti apie 30 metų. Priežiūra yra minimali. Kadangi Lietuva – lietingas kraštas, plauti ar valyti jų nebūtina.
Teigiama, kad pagal šiuo metu galiojantį tarifą ir gaminimo metu iš karto suvartojant 30% elektros energijos 3–10 kW galios jėgainė atsiperka maždaug per 12–16 metų.

Informacijos šaltiniai ir naudingos nuorodos:

1. Lietuvos saulės energetikos asociacija http://www.lsea.lt/
3. http://alternatyvienergija.lt/content/view/71/130/