Päike ja päikese energia (2)

Päike ja päikese energia
Juba iidsetest aegadest on mõistetud, et inimese elus Maal sõltub suurel määral Päikesest ja temast saadavast energiast (valgusest ja soojusest). Mitmed kultuurid on andnud talle omastanud isegi jumaliku staatuse nt Ra Egiptuses või Helios Kreekas. Tänapäeval on küll Päike oma jumaliku staatuse kaotanud, kuid endiselt on päike inimkonnale sama tähtis ja veel endiselt tundmatu.
Päikest on vaja uurida, kuna ta mõjutab meie igapäevaelu enam, kui me arvatagi oskame, sest meie elu kulgeb päikese sfääris, kus valitsevad erinevad päikeselt tulevad kiirgused ja magnetvälja toimed. Tänu päikesele sai üldse võimalikuks elu tekkimine ja kogu meie energia on samuti saanud alguse Päikesest. Päikese soojus paneb Maal liikuma vee ja õhu ning muundub nii tuule- kui ka hüdroenergiaks. Ükskõik millist energiat me ka ei kasutaks on see lõpp kokkuvõttes pärilt Päikeselt. Päike on täht ja tähed on nagu enamus olendeid siin maailmas- nad sünnivad, elavad ja lõpuks surevad. Igal tähel on oma staatus, mis oleneb tähe massist- mida suurem on tähe mass seda lühem on tema eluiga ja seda kiiremini ta põleb läbi. Meie Päike sündis umbes viis miljardit aastat tagasi ühest umbes nelja valgusaastase läbimõõduga tolmupilvest, milles oli jäänuseid mitmesugust teiste tähtede tolmust.
Päike on praegu dünaamilises olekus, kus tsentrisse suunatud gravitatsioonijõud on tasakaalustatud kiirgusest põhjustatud väljapoole suunatud survega . Kui vesinik tuumas lõppeb, siis saavad ülekaalu gravitatsioonijõud, mis suruvad tuuma veel rohkem kokku ning rõhk ja temperatuur tõusevad sedavõrd, et Päikese välimised kihid hakkavad paisuma ja Päikese raadius suureneb- temast saab punane hiid . Lõpuks jõuab Päikese paisumine Maa orbiidini ning Merkuuri ja Veenuse järel neelab Päike Maa, mille tagajärjel muutub meie koduplaneet auruks. Kergeks lohutuseks loodavad teadlased, et Päikese massi vähenemise tagajärjel tema gravitatsioonijõud Maale nõrgeneb, mis tõttu Maa orbiidi raadius kasvab. Edasise temperatuuri kasvu tõttu heidetakse Päikese välimised kihid kosmosesse päikesetuule näol, millest moodustub nn planetaarne udukogu. Päikesest saab valge kääbus, mis jahtudes muutub pruuniks ja lõpuks mustaks kääbuseks.
Päikeses eristatakse mitu osa. Neist keskseim on nagu Maalgi tuum. Päikese tuum kujutab endast energeetilist tuumakollet, selle temperatuur on 15,6 miljonit K ning rõhk 250 miljardit atmosfääri. Päikese tuumas muutub igas sekundis 700 miljonit tonni vesinikku 695 miljoniks tonniks heeliumiks , ühtlasi muutub 5 miljonit tonni päikese energiaks, mis kiirgub ümbritsevasse ruumi pealmiselt valguse ja soojuse kujul. Päikesetuuma ümbritseb kiirgusvöönd, kus toimub tuumas vabanenud gammakvantide paljukordne neeldumine ja taaskiirgumineümbritsevate plasmaosakeste poolt ning järkjärguline nihkumine väljapoole. Kiirgusvööndi läbimine võib footonitelt (elektromaget kiirguse väiksem osakestel) võtta kuni miljon aastat. Liigeskiht(millega seostatakse Päikesel toimuvat magnetdünamot) on kiirguskihi vahevöönd, mis läheb üle konvektsioonivööndiks- selles toimub keemisele sarnane reaktsioon . Ainus kiht, mida me ainukesena Päikesel silmaga näeme on fotosfäär. Fotosfäär näeme me, sest ta on erinevalt alumistest kihtidest valgusele läbipaistev. Edasi algab Päikese atmosfäär. Selle alumine kiht on kromosfäär, milles tõuseb temperatuur kuni 10000 K. Kromosfääris tõusevad aeg-ajalt kuni 5000 km kõrgusele miljonid peenikesed kuumade gaasijugade piigid - spiikulid. See protsess kestab vaid mõned minutid . Päikese atmosfääri ülemine ülimalt hõre ja kuum kiht kannab nimetust kroom ja ulatub miljonite kilomeetrite kaugusele. Kroomi võib palja silmaga näha vaid täieliku päikesevarjutuse korral. Kroomis asuvate aukude kaudu pääsevad kosmilisse ruumi laetud osakesed ja päikesetuul, m is võib ulatuda Maani , kutsudes siin esile virmalisi, magnettorme ja raadiohäireid.
Päikese energia on väga vajalik eriti ajal, mil maailma naftavarud ja isegi meie oma põlevkivi varud on ennast ammendumas. Kui rääkida alternatiividest siis lisaks looduslikule päikese ja tuule energiale on võimalik ka ehitada tuumajaam , aga isegi tuumajaam vajab toorainet ja lõpuks on see loodusele ja kogu keskkonnale 10 korda kahjulikum ja kallim kui päikese- ja tuule energia kokku. Momendil on Eesti suurim tuulepark Pakri poolsaarel, see omab võimsust 18,4 MW ja juba plaanitaks ehitada Hiiumaale tuulepark, mis omaks võimsust 1000MW. Juhul kui ka see teine projekt realiseerub, siis toodetaks umbes 50% Eesti energiast elektrituulikutega. Ent siiski tuuleenergia ei ole püsiv ja Saksamaa kogemused tuuleenergia rakendamisel on näidanud, et liiga palju tuuleenergiat energiabilansis teeb pigem kahju kui kasu, sest tuulejaamade kõikuv energiatoodang tuleb tasakaalustada millegagi sama kõikuva tarbimisvajadusega ja see kõik kokku võib viia selleni , et vanad fosiilsetel kütustel töötavad elektrijaamu ei saagi sulgeda vaid pigem vastupidi- need jaamad peaks töötama veel rohkem, kui need siiani on töödanud. Sama on ka Päikese energiaga.
Eesti ei ole eriti päikeseküllane ja enamus päevi on pilvised või vihmased. Päikese energia tootmise seisukohalt on see väga halb, ses on loogiline, et pilves ilmaga ei saa toota päikese energiat päikesepatareiga. Heal juhul saaks üks ruutmeeter päikesepatareid aastas toota vaid 100kWh elektrienergiat, ometigi terve katus peaks suutma aastas ühe inimese elektrivajaduse täielikult rahuldada. Kahjuks pole päikesepatarei eriti odav lõbu- üks ruutmeeter päikesepaneeli maksab umbes 1000 eurot (eesti rahas umbes 15000 krooni) ja sellise hinna eest see tasub ennas ära alles saja aasta pärast. Päikesepatareide hinna määravad kaks tegurit: esiteks materjal ja tehnoloogia ning teiseks tootmise maht. 90% tänapäeval toodetavatest päikesepatareidest on valmistatud kristallsest ränist, kahjuks pole siiani leiutatud tehnoloogiat kuidas ülipuhast ränikristalli saaks odavamalt toota, just see tõttu püütaksegi kogu maailmas välja töötada odavamaid tehnoloogijaid polükristalliliste õhukesekileliste päikesepatareide tootmiseks, aga sellest materjalist päikespatareid pole nii kõrge kasuteguriga kui ränipatareid, aga neid on odavam toota. Päikesepatarei ise on keerukas pooljuhtelektrooniline seadeldis , milles on päikesekiirgust neelav kiht. Selles kihis neeldunud päikesekiirgus tekitab vabu elektrone, need elektronid tuleb eraldada vabadest aukudest, et need omavahel kokku ei saaks ja kaotsi ei läheks. Et need eraldada tuleb appi võtta teist tüüpi pooljuhtmematerjal, see materjal pannakse kontakti elektronjuhtivusega pooljuhiga. Sellisel kontaktil tekib tõmbejõud, mis tõmbab vabu elektrone üht tüüpi pooljuhi poole ja vabu auke teist tüüpi pooljuhi poole. Tulemuseks ongi, et päikesepatareis tekivad poolused ja jääbki üle vaid ühendada vastavad poolused juhtmetega, ning patarei ongi valmis.
2006.a. alustati TTÜ-s nii Põhja- kui ka Baltimaades unikaalse päikesepaaneelide katsetamise labori rajamist. Peale katsetuste oli labori eesmärk päikesepaneelide tutvustamine Eestis. Esimesed päikesepaneelid seati üles 2006.a. novembris ning neid lisandub veel juurde. Iga päikesepaneeli poolt toodetud elektrienergia mõõdetakse eraldi ning registreeritakse üldisesse andmebaasi. Kahjuks pole pime sügis ja talv parimad ajad, et testida päikesepaneele, aga ka talvel päikeselistel päevadesl võib paneel toota kuni 0,2kWh elektrienergiat. Palju rõõmsamad numbreid võib oodata suvekuudel, kui valget aega on tunduvalt rohkem. Just meie TTÜ-s välja töötatud päikesepaneelide lahendused on teoreetiliselt võimelised kasutama kõige efektiivsemalt hajunud päikesevalgust, mis on Eestis kahjuks domineerivaks. Seega vaikselt kuid kindlalt astume me tuleviku energeetika poole, kus oluliseks tegijaks saab olema päikeseenergeetika.