Tik truputį daugiau kaip per 8 minutes saulės spinduliai, nuskrieję 150 milijonų kilometrų, pasiekia žemės paviršių. Didžiąją dalį saulės spindulių sudaro trumposios (bangų ilgis 0,3 - 3,0 mm) elektromagnetinės bangos. Apie 35 proc. šios energijos Žemė atspindi atgal į kosmosą, o likusioji dalis sunaudojama žemės paviršiui šildyti, išgarinimo-kondensacijos ciklui, bangoms jūrose, oro ir vandenynų srovėms bei vėjui atsirasti.
Lietuvoje vidutinis metinis spindulinės energijos kiekis, krentantis į horizontalų paviršių, yra apie 1000 kWh/m2. Per parą į horizontalų 1 m2 paviršių tokios energijos kiekis birželio mėnesį siekia 5,8 kWh, o sausį 0,55 kWh.
Didėjant organinio kuro suvartojimui pasaulyje, didėja ir atmosferos užterštumas CO2. Jo kiekis atmosferoje yra beveik 25 proc. didesnis negu prieš šimtą metų. Išsivysčiusiose pasaulio šalyse dedama daug pastangų sumažinti CO2 išsiskyrimą ir atitolinti ekologinę katastrofą. Energetika, pagrįsta atsinaujinančiais energijos šaltiniais, jų tarpe ir saulės, yra reali ir perspektyvi. Pasipriešinimas branduolinės energijos naudojimui kasdien didėja, organinio kuro ištekliai labai netolygiai išsidėstę pasaulyje, o Lietuvoje jų beveik nėra. Todėl naudoti saulės energijos įrenginius yra būtina.
Saulės baterijų energijos konvertavimas yra procesas, kurio metu šviesos fotonai paverčiami elektros srove. Pats konvertavimo procesas vyksta fotovoltiniuose elementuose - tai tie patys mėlyni ar juodi kvadratėliai, kuriuos matote ant saulės panelių. Šie elementai dažniausiai pagaminti iš silicio, to paties elemento, iš kurio gamina kompiuterių lustus. Kai saulės šviesa patenka ant saulės baterijos paviršiaus, prasideda įdomus dalykas. Šviesos dalelės - fotonai - smūgiuoja į silicio atomus.
Saulės baterija nėra pagaminta iš paprasto silicio. Ji turi du skirtingus sluoksnius: vieną su pertekliniu elektronų kiekiu (N tipo silicis) ir kitą su elektronų trūkumu (P tipo silicis). Šis elektronų judėjimas ir yra elektros srovė. Kai prijungiate laidus prie saulės baterijos, elektronai pradeda tekėti per išorinę grandinę - per jūsų namo laidus, prietaisus ir vėl grįžta atgal į bateriją.
Taip pat skaitykite: Subsidijų sąlygos saulės kolektoriams
Saulės Baterijos - ar Lietuvoje apsimoka?
Saulės Elementų Efektyvumas
Šiuolaikinės saulės baterijos konvertuoja tik apie 15-22 procentus saulės šviesos energijos į elektrą. Dalis šviesos tiesiog atspindi nuo baterijos paviršiaus - todėl ir dedamas specialus antiatspindinis sluoksnis, kuris baterijoms suteikia tą mėlynąją spalvą. Kita dalis energijos paverčiama šiluma - jei vasarą paliestumėte saulės bateriją, pajustumėte, kad ji gana karšta. Silicis gali efektyviai „pagauti” tik tam tikros bangos ilgio šviesos fotonus. Saulės spektras yra platus - nuo ultravioletinių spindulių iki infraraudonųjų, bet silicio baterija geriausiai veikia su matomos šviesos dalimi.
Saulės elementai gali būti formuojami bet kokiame puslaidininkyje. Daugiausia paplitę silicio saulės elementai, nes gerai ištirtos jo fizinės ir technologinės charakteristikos. Saulės elementai gali būti gaminami iš monokristalinio, polikristalinio bei amorfinio silicio.
Saulės elementams gali būti naudojami galio arsenidas (GaAs), indžio fosfidas (InP), kadmio telūridas (CdTe). Galio arsenido saulės elementai savo parametrais pralenkia monokristalinio silicio saulės elementus, nes jų didesnė įtampa, stipresnė absorbcija, todėl galima naudoti plonesnį sluoksnį. Galio arsenidas brangus, todėl dažniausiai naudojamas tik kosmose ir eksperimentinėse sistemose su koncentratoriais. Tokių laboratorinių pavyzdžių efektyvumas siekia 28 procentus.
Daugiau kaip prieš dešimtį metų pradėti tyrimai, siekiant surasti organinę medžiagą, kuri būtų jautri saulės šviesai ir tiktų saulės elementų gamybai. Dauguma organinių medžiagų trumpaamžės ir mažai efektyvios. Tačiau jau pavyko sukonstruoti saulės elementus, kurių efektyvumas siekia 10 proc. ir veikimo laikas ne mažesnis kaip 10 metų. Jų šviesos absorbcija ir krūvių separavimas yra atskirti. Saulės šviesą sugeria chemiškai absorbuotas organinio dažo monosluoksnis - fotoelektrocheminis elementas.
Visi aukščiau aptarti saulės elementai yra trapūs, paviršius lengvai pažeidžiamas, neapsaugotas nuo išorės poveikio, gamina tik 0,5 V nuolatinę įtampą. Todėl jie nuosekliai jungiami į grupes (modulius). Modulyje saulės elementai iš abiejų pusių apsaugoti skaidraus stiklo lakštais. Moduliai naudojami stogo ir sienų konstrukciniuose elementuose ir privalo būti atsparūs drėgmei, šalčiui, estetiški. Tokie moduliai vis labiau populiarėja Europoje.
Taip pat skaitykite: "Saulės" vidurinės mokyklos fondas Švėkšnoje
Nepaisant fotoelektros naudojimo privalumų, platų jos pritaikymą stabdo gana didelės pagamintos elektros energijos kainos. Lietuvoje fotoelektrinė saulės energija bent kiek plačiau dar netaikoma.
Saulės Kolektoriai
Dabar saulės energija daugiausia paverčiama šiluma ir elektra. Pasaulyje ir Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama vandeniui ir pastatams šildyti. Pagrindinis šiam reikalui skirtas įrenginys yra saulės kolektorius. Visi saulės kolektoriai turi bendrą elementą - šilumą sugeriančią plokštę - absorberį arba tūrinį šilumos kaupiklį. Šilumos nešėjas gali būti skystis ar oras.
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 sekimo sistemą.
Daug paprastesni ir pigesni, sugeriantys visą patenkančią spinduliuotę, yra plokštieji kolektoriai. Jų sudėtinės dalys yra šios:
- Skaidri apsauginė danga (stiklas, organinis stiklas, plastmasinės plėvelės) trumpabangiams Saulės spinduliams praleisti ir sulaikyti infraraudoniesiems, taip pat apsaugoti šilumą sugeriančią plokštę nuo atmosferos poveikio.
- Saulės energiją sugerianti plokštė (absorberis) paverčia saulės spindulinę energiją šiluma ir perduoda šilumos nešėjui.
Be šių dviejų saulės kolektorių tipų, naudojami stikliniai vakuuminiai kolektoriai. Šiuo metu pasaulyje gaminamų plokščiųjų vakuuminių kolektorių naudingumo koeficientas yra didesnis už plokščiųjų ir siekia 60 procentų.
Taip pat skaitykite: Saulės elektrinės: ką reikia žinoti?
Saulės kolektoriaus schema
Saulės Energijos Panaudojimas Lietuvoje
Lietuvoje žemės ūkio produktai dažnai surenkami per didelio drėgnumo, todėl netinka ilgai laikyti. Aplinkos orą pašildžius keliais laipsniais, šieną, linus, šiaudus, sėklojus ir kt. galima paruošti aukštos kokybės. Šiam tikslui naudojami kolektoriai, kuriuose šildomas oras. Absorberiai juose gali būti plokšti ir ovaliniai, rifliuoti, korėto ar poringo paviršiaus bei kitokių formų - priklausomai nuo gamybai naudojamos medžiagos konstrukcijos.
Neseniai buvo sukurti ir pradėti naudoti plėveliniai saulės kolektoriai. Vasarą tokio kolektoriaus našumas siekia iki 200 kWh/m2. Plačiai paplitę kilnojami saulės kolektoriai. Jų paprasta konstrukcija, nesudėtinga gamyba, naudojamos nebrangios medžiagos.
Tą patį galima pasakyti ir apie medienos džiovinimą, nes paprastai nukirstas apvalus miškas laikomas atvirose miško aikštelėse, kur natūraliai padžiovinamas ir parduodamas vartotojams. Tačiau neretai vartotojui patenka ir šviežiai nukirsta mediena, kurios drėgmė yra apie 50 procentų. Medieną galima būtų džiovinti saulės džiovyklose. Jos turėtų būti įrengtos iš pigių vietinių statybinių medžiagų, paprastos konstrukcijos, lengvai surenkamos ir išardomos.
Lietuvoje yra tik keletas vandens šildymo saulės kolektoriais sistemų, kurių plotas apie 100 m2.
Svarbūs Aspektai Renkantis Saulės Modulius ir Konstrukcijas
Renkantis atitinkamą saulės modulį, reikėtų vadovautis srovės efektyvumu Imp [A]. Srovės efektyvumas turi kompensuoti energijos poreikį, kad sistema išliktų autonomiška.
Gamybos technologija neturi reikšmingos įtakos energijos gaminimui. Lanksčiojo modulio pasirinkimą lemia mažas jo svoris, gana nesudėtingas montavimas. Klasikinio aliuminio rėmo modulio pasirinkimą dažniausiai nulemia jo konkurencinga kaina.
Lietuvoje apkrovos gali skirtis net kelis kartus, priklausomai nuo ypatumų, paminėtų ankstesniame sakinyje. Universalių konstrukcijų, tinkančių visoms Lietuvoje galimoms apkrovoms - nėra.
Dažniausiai Užduodami Klausimai
- Kaip pasirinkti tinkamą saulės modulio galią? Pasirenkant atitinkamą saulės modulį, reikėtų vadovautis srovės efektyvumu Imp [A]. Srovės efektyvumas turi kompensuoti energijos poreikį, kad sistema išliktų autonomiška. [Imp].
- Lanksčios saulės baterijos FLEX ar standartinės? Ką pasirinkti? Gamybos technologija neturi reikšmingos įtakos energijos gaminimui. Lanksčiojo modulio pasirinkimą lemia mažas jo svoris, gana nesudėtingas montavimas. Klasikinio aliuminio rėmo modulio pasirinkimą dažniausiai nulemia jo konkurencinga kaina.
- Saulės baterijų ilgaamžiškumas - nuo ko priklauso? Be to, mūsų technologijos lanksčiojo tipo plokštės gali atlaikyti iki 100 kg slėgį, o tai reiškia, kad galite jomis vaikščioti.
- Ar saulės modulius galima jungti lygiagrečiai? Taip, jungiant modulius lygiagrečiai, jų srovės intensyvumas [A] ir galia [Wp] sumuojami. Įtampa išlieka lygi modulio, turinčio mažiausią galios sistemą, vertei.
Optimali srovė, reikalinga akumuliatoriaus krovimui, yra 10% jo tūrio. Maksimali akumuliatoriaus krovimo srovė neturi viršyti 30% jo tūrio. Atitinkamai saulės baterijos galia sudarytų apie 130Wp.
Krovimo reguliatorius tai būtina įranga kiekvienoje saulės ar vėjo elektrinėje. Šio įrenginio pagalba yra optimizuojami krovimo procesai. Užprogramavus krovimo reguliatorių darbui su akumuliatoriais tipo GEL, AGM ar kt. yra parenkama atitinkama krovimo įtampa. Krovimo reguliatorius taip pat apsaugo prie sistemos pajungtus akumuliatorius nuo gilaus iškrovimo ar perkrovimo.
Jei neketinate naudoti akumuliatoriaus ilgą laiką, atjunkite jį nuo visų įrenginių ir laidų, įkraukite ir padėkite į šalį vėsioje vietoje. Akumuliatorius neturi stovėti šaltyje. Jis gali būti sandėliuojamas be įkrovimo iki 6 mėnesių.
Off-grid sistema yra skirta akumuliuoti saulės modulių pagamintą energiją. Ji dažniausiai yra taikoma vietose, kur prisijungimas prie tinklų yra neįmanomas arba kainuotų per daug. Svarbiausi elementai, sudarantys Off-grid sistemą yra: saulės modulis, krovimo reguliatorius, akumuliatorius ir elektrinis prietaisas. Jei norima jungti standartinius elektrinius prietaisus, kaip pvz. televizorių, prie sistemos yra būtinas įtampos keitiklis (inverteris).
Populiariausioms skardinio stogo dangoms gali būti naudojami specialūs metaliniai laikikliai, kurie dažniausiai tvirtinami ant skardos apatinės bangos o vėliau ant jų prisukami aliuminio profiliai saulės modulių tvirtinimui. Trapecinei skardos stogo dangai gali būti naudojami taip vadinami "MiniRail", t.y. trapececijos formos aliuminio laikikliai, ant kurių iškart gali būti tvirtinamas saulės modulis.
Konstrukciją saulės modulių tvirtinimui šiferiniam stogui sudarytų: specialūs dvigubi varžtai nerūdijančio plieno (varžtas dažniausiai būna 20 cm ilgio, kurio viena pusė skirta įsukti į medinę stogo konstrukciją per šiferį, kita dalis turi sriegį), adapteriai (metalinės plokštelės, kurios užsideda ant įsukto dvigubo varžto ir užsispaudžia dvejomis veržlėmis iš apačios ir viršaus). Adapterių naudojimas leidžia koreguoti konstrukcijos lygį esant stogo nelygumams. Ant adapterių yra tvirtinamas aliuminio profilis, kurio ilgis gali būti nuo 2 iki 6 metrų. Aliuminio profilis turi du bėgelius, iš kurių vienas M10 tipo varžtais yra tvirtinamas prie adapterių, tuo tarpu kampainiai, reikalingi saulės modulių tvirtinimui prie profilio, fiksuojami M8 tipo varžtais.
Svarbiausias aspektas - stogo, ant kurio planuojame montuoti saulės modulius, kryptis pasaulio šalių atžvilgiu. Nukreiptas į šiaurę nėra tinkamas, geriausia kryptis - pietų. Stogo tipas turi mažiausiai įtakos saulės moduliams montuoti, tai nulemia teisingas konstrukcijos pasirinkimas.
Saulės panelės ant namo stogo