Saulės energija ir jos panaudojimas

SAULĖS ENERGIJA IR JOS PANAUDOJIMAS

Saulės energija yra pati svarbiausia iš visų atsinaujinančių energijos šaltinių.

Ji yra švari, neturi išmetamųjų atliekų ir yra reikalinga beveik kiekvienam gamtoje vykstančiam procesui. Pastaruoju metu saulės energijai skiriama vis daugiau dėmesio ir žmonės ėmėsi pritaikyti ją savo reikmėms dėl didėjančios kuro krizės bei gamtos apsaugos problemų.

Saulė yra milžiniškas energijos šaltinis. Kas sekundę saulėje 5mln. Tonų masės virsta energija. Tik maža energijos dalis pasiekia žemę, tačiau ji dešimtis tūkstančių kartų viršija mūsų poreikius.

Metiniams žmonijos eenergijos poreikiams patenkinti užtektų per kelias valandas žemės paviršių pasiekiančios energijos. Reikia tik mokėti ja pasinaudoti. Viena greičiausiai pasaulyje besivystančių energetikos rūšių yra fotoelektra, paremta tiesioginiu saulės šviesos vertimu į elektros energiją.

Fotoelektrinių keitiklių istorija prasidėjo 1839 m., prancūzų mokslininkui E.Becquerelui atradus fotoelektrinį efektą.

Saulės energijos naudojimas mažina priklausomybę nuo iškasamo iš žemės kuro. naudojamo energijos gamybai. Taip pat mažina CO2.

Saulės energiją galima klasifikuoti į dvi kategorijas, t.y. šiluminę ir šviesos.

Saulės šiluminė energija gali būti naudojama daugelyje sričių, pavyzdžiui, karšto vandens ššildymui, patalpų šildymui ir t.t.

Sumontavus namuose šiluminės saulės energijos kolektorių ir taip galima įdėti savo indėlį į Žemės ateitį .

Per metus viršutinę Žemės atmosferos ribą pasiekia 5,6×1024 J saulės energijos srautas. Žemės atmosfera atspindi 35% šios energijos atgal įį kosmosą, o likusi energija sušildo žemės paviršių, naudojama garavimo – kritulių cikle, bangų, vėjo, oro ir vandenyno srovių susidarymui. Saulės spindulinė energija yra pats galingiausias atsinaujinančios energijos šaltinis Žemėje.

Dabar saulės energija daugiausia paverčiama šiluma ir elektra. Pasaulyje ir Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama vandeniui ir pastatams šildyti. Kaip saulės energiją galima versti į šiluminę?

Pagrindinis šiam reikalui skirtas įrenginys yra saulės kolektorius. Saulės kolektoriai:

Ant namo stogo įrengiami saulės kolektoriai karštam vandeniui ruošti, kurie vasarą leidžia sutaupyti iki 65 proc. vandens šildymo kaštų. Esant nepakankamam saulės energijos kiekiui, karštas vanduo šildytuvuose iki reikiamos temperatūros pašildomas dujinių katilų pagalba.

Visi saulės kolektoriai turi bendrą elementą – šilumą sugeriančią plokštę – absorberį arba tūrinį šilumos kaupiklį. Šilumos nešėjas gali būti skystis ar ooras. Pagal pasiekiamą temperatūrą saulės kolektoriai skirstomi į žemos, vidutinės ir aukštos temperatūros. Kolektoriai gali būti fokusuojantys ir plokšti.

Fokusuojančiuose saulės kolektoriuose saulės spinduliai patenka į išgaubtą veidrodinį paviršių, nuo kurio atsispindėję koncentruojasi ant absorberio su šilumos nešėju ir sušildo jį iki vidutinių ir aukštų temperatūrų.

Šie saulės kolektoriai priima tik tiesioginę saulės spinduliuotės dedamąją, o nepriima sklaidžiosios, kuri mūsų platumose gali sudaryti iki 40 proc. visos spinduliuotės. Tai – didžiausias jų trūkumas. Kad toks koncentratorius efektyviai veiktų, būtina įrengti ssekimo sistemą.

Daug paprastesni ir pigesni, sugeriantys visą patenkančią spinduliuotę, yra plokštieji kolektoriai.

Esminis terminio Saulės energijos panaudojimo principas toks pats, kaip sode ar darže suvyniota laistymo žarna palikta Saulės atokaitoje. Po kurio laiko toje žarnoje esantis vanduo sušils.

Toks pats principas naudojamas ir terminiuose Saulės kolektoriuose.

Tačiau jiems nebūdingi higieniniai sodo žarnos trūkumai, be to, jie veikia daug kartų efektyviau ir juos galima naudoti ištisus metus, nes tokia įranga prijungiama prie namo šildymo sistemos.

Šiuose kolektoriuose uždarame kontūre įkaitinamas specialus skystis (iki 200 laipsnių Celsijaus), kuris tuomet pumpuojamas į šilumokaitį. Šilumokaityje atiduota šiluma – kaupiama – vartojimo vandens bake. Tai nesudėtingos terminių Saulės kolektorių sistemos šildančios buitinį vandenį, baseinus. Šiuo metu auga susidomėjimas kombinuotomis sistemomis ilgesniam laikui akumuliuojančiomis Saulės šilumą,

kuri naudojama namo šildymo palaikymui pereinamuoju metų laikotarpiu.

Saulės kolektoriai gali būti įrengiami ant pastato stogo ar kitoje vietoje. Svarbi yra jų 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). Lietuvos klimato sąlygomis, vanduo nuo kolektorių vasarą sušyla iki 70-100ºC, žiemą iki 30-50ºC. Nežiūrint to, kad žiemą reikia vandenį papildomai šildyti, sutaupoma nemažai išteklių.

Beje, naudojant šiuolaikinius Saulės kkolektorius šilumai gauti nėra absoliučiai būtina, kad dangus būtų visiškai giedras ir skaisčiai šviestų saulė. Dėl difūzinės šviesos spinduliuotės didesnę savo nominalinės galios dalį terminiai Saulės kolektoriai pasiekia net ir apsiniaukusią dieną. Tyrimais nustatyta, kad per metus žemės paviršių Lietuvoje pasiekia apie 1000 kWh/m² saulės energijos (Švedijoje – 800–1000 kWh/m², Čekijoje – 1055 kWh/m²). Daugiau kaip 80% šios energijos išspinduliuojama per šešis mėnesius (nuo balandžio pradžios iki rugsėjo pabaigos).

Tyrimais nustatyta, kad per metus žemės paviršių Lietuvoje pasiekia apie 1000 kWh/m² saulės energijos (Švedijoje – 800–1000 kWh/m², Čekijoje – 1055 kWh/m²). Daugiau kaip 80% šios energijos išspinduliuojama per šešis mėnesius (nuo balandžio pradžios iki rugsėjo pabaigos). Birželio mėnesį per parą 1 m² horizontalaus paviršiaus pasiekia 5,8 kWh energijos kiekis, o sausį – 0,55 kWh. 1840–1900 valandų per metus saulė šviečia pajūryje, o rytiniame šalies pakraštyje – tik 1700 valandų. Tai tiek pat ar netgi daugiau nei Čekijoje (1750 val.) ar Vokietijoje (1400–1700 val.).

Vidutinė metinė Saulės spindėjimo trukmė valandomis Lietuvoje, esant giedram dangui, kuomet galima gauti maksimalų spinduliuojamos energijos kiekį.

Dėl saulės spinduliuojamosios energijos sezoninio, paros, meteorologinio kitimo negalima tikėtis visą reikiamą elektros energiją gauti iš fotoelektros. Tačiau fotoelektrinės energijos panaudojimas gali iš esmės sumažinti importuojamo iškasamojo kuro (urano, naftos, dujų, akmens anglies) rreikmes. Situacija gali pasikeisti tolimesnėje perspektyvoje, panaudojus saulės energiją vandeniliui ir deguoniui gaminti iš vandens ir išmokus juos naudoti kaip pagrindinį kurą ūkyje.

Terminė saulės energija – tai šilumos gamyba iš saulės spindulių, kuri naudojama šiltam vandeniui gaminti, bei namo šildymo palaikymui. Saulės kolektoriais gaminama šiluminė energija yra protinga investicija, nes naftos ir dujų ištekliai senka, o dėl visame pasaulyje augančių vartojimo apimčių tikėtina, kad iškastiniai žaliavų šaltiniai brangs.