Päikeseenergeetika (0)

Tallinna Polütehnikum
Referaat
Päikeseenergeetika
Tallinn 2015
Sisukor
Päikeseenergeetika 4
Päikesepaneelid 5
Päikesepaneelide plussid ja miinused 5
Plussid 5
Miinused 6
Päikesekollektor 7
Kollektorite tüübid 8
Graafikud 8
Kokkuvõte 10
Kasutatud materjal 11
Sissejuhatus 3
Päikeseenergeetika 4
Päikesepaneelid 5
Päikesepaneelide plussid ja miinused 5
Plussid 5
Miinused 6
Päikesekollektor 7
Kollektorite tüübid 7
Graafikud 8
Kokkuvõte 10
Kasutatud materjal 11

Sissejuhatus

Referaadis tuleb juttu päikeseenergeetikas kasutatavatest seadmetest ja tehnoloogiatest. Samuti saab tutvuda eri tüüpi päikesepaneelide kasutegurite ja tööpõhimõtetega. Töö annab ülevaate tänapäevastest võimalustest optimeerida kulutusi hoone elektri, tarbevee ning sooja tootmiseks.

Päikeseenergeetika

 Statistika järgi saadab päike maa poole päevaga nii palju energiat, et sellega saaks katta kogu maakera energia vajaduse terveks aastaks ja jääks veel ülegi. Selle energia kinnipüüdmiseks on päikeseküttekollektorid ja -süsteemid. Soojusenergia tootmise puhul kasutatakse mõistet päikesekollektor (päikeseküte), elektrienergia tootmise puhul mõistet päikesepaneel . Päikeseenergia tuleneb päikesekiirgusest, saadav energia on sobilik sooja tarbevee või elektri tootmiseks, samuti õhksoojuspumpade ja maakütte puhul kombineeritud küttelahendusena. Orgaaniliste kütuste kättesaadavus ja resurssid vähenevad ning siit tulenevalt nende hind tõuseb täna ja tulevikus. See annab võimaluse päikeseenergial tulevikus edukalt konkureerida teiste kütuste liikidega. Viimasel ajal on päikeseenergiaelektrienergia tootmisel kasutusele võetud uusi tegnoloogiaid ja effektiivseid materjale, mis omakorda võimaldavad päikesepaneelidel töötavate elektritootmislahendustele tehtavate investeeringute tasuvusaega vähendada. Taastuvenergia on olnud vimastel aastatel kõige kiirema arenguga enegiatootmise valdkond ja jätkusuutlik ka tulevikus. Keskmine energiakogus , mis päikeselt maapinnale jõuab, on ligikaudu 3000 korda suurem kui kogu maailma energiatarbimine. Ka Eestis ollakse huvitatud päikesepaneelide arengust. Päikeseenergiat on õigete vahenditega võimalik muundada elektri- või soojusenergiaks. Suurem osa PV-materjalist on räni: kas amorfne (a-Si) või kristalliline räni (c-Si). Sellest tulenevalt on maailmaturul eri liiki elektrienergiat tootvaid päikesepaneele: mono - ja polükristallilised ning amorfse kilega päikesepaneelid. Räni tüübist sõltub päikesepaneeli hind ja efektiivsus: amorfne räni on odavam, kuid vähemefektiivne. Kristallilisest ränist päikesepaneelide kasutegur on suurem, kuid lähtematerjal on kallim, mis tuleneb räni puhastusprotsessist.
Monokristallilised päikese­ paneelid on kõige efektiivsemad, kuid tootmine on kallis, sest paneelis kasutatakse kristallilist räni. Elemendist püütakse vabanevaid elektrone. Seega on monokristallilise päikesepaneeli kasutegur ligikaudu 20%.
Polükristallilised päikesepaneelid on väiksema kasuteguriga, kuid veidi odavamad. Polükristallilise paneeli kasutegur jääb 17% juurde.

Päikesepaneelid

Levinuim variant päikeseenergia kasutamisel on siiamaani olnud elektrienergia tootmine. Elektrit tootvate päikesepaneelide  tööpõhimõte seisneb peamiselt pooljuhtide fotoelektrilisi omadusi kasutades. elektrivoolu tekitavad PV paneelid võimaldavad genereerida võimsust kuni 185 W. Paneelid on enamasti konstrueeritud mitmekümnest elemendist, mis eraldi tekitavad võimsust ca 5 W. Suurema võimsuse saavutamiseks ühendatakse mitu paneeli omavahel, olenevalt konkreetsest vajadusest. Seejärel ühendatakse paneelid akudega ning automaatikaga, mida on võimalik juhtida otse puldist või distantsilt, näiteks mobiiltelefoniga. Tarbijateni jõuabki vool akude kaudu. Eesti  eripäraks on see, et talvekuudel langeb päikesepaneelide tootlikkus oluliselt ehk perioodil märts kuni oktoober toodavad päikesepaneelid pea 90% kogu aastasest energia kogusest. Eestiga sarnased kiirgusnäitajad on mitmes riigis – näiteks Iirimaal , Suurbritannias, Belgias, Hollandis, Saksamaal, Austrias, Taanis ja Rootsis.
Praegu kasutatakse Eestis päikeseenergiat elektri tootmiseks peamiselt autonoomsetes süsteemides, kus talvekuudel on kompenseeritakse vähest päikseenergiat muude energiaallikatega, nagu näiteks tuuleenergia või elektri tootmine diiselgeneraatoriga.

Päikesepaneelide plussid ja miinused

Plussid

• Ei kaasne ohtlike kasvuhoonegaaside emissiooni keskkonda
  
• Piiramatu ressurss. Päikest on külluses, see on tasuta ja varud  ammendamatud
  
• Töötavad ka 40% võimsusega pilvise ilma korral
  
• Päikeseenergiat saab kasutada kohapeal, ei ole vaja ühendust elektrivõrku
  
• Päikeseelektrijaamasid saab kasutada sõltumatu elektrivarustuse tagamiseks
  
• Energiatootmise  kulusid  saab prognoosida ja neid kütusehinna kõikumine ei mõjuta.
  
• Päikeseelektrisüsteem töötab hääletult
  
• On välja töötatud  regulatsiooni, mis võimaldaks mikroelektrijaamu võrguga liita
  

 

Miinused

• 3 kuud aastast(talveperioodil) töötab 30% võimsusel
  
• Nõuab paneelide all oleva ala hõivamus
  
• Vajalik päevavalgus, öösel saab kasutada vaid juba salvestatud energiat
  
• Sesoonsus. Talvekuudel on päikesepaneelide kasutamise efektiivsus madal(30%)
  
• Tänane tehnoloogia on ebaefektiivne – vaid viiendik päikeseenergiast muudetakse elektrienergiaks
  
• Suhteliselt suur ressursikulu ning kõrge hind
  
• Päikesepaneelide tootmine on kallis ning selleks on vaja spetsialiseeritud tööjõudu
  
• Vajavad küllaltki suurt maa-ala, kui nende abil arvestataval hulgal elektrit toota
  
• Pikk tasuvusaeg ilma täiendavate toetusteta Tänapäeval rõhutakse aina rohkem taastuvatele energialiikidele. Käib pidev päikesepaneelide tootearendus . Eestis on päikesepaneelid populaarsust kogumas, ehkki nende suhtes ollakse skeptilised, eriti meie pimedate ja lühikeste talvepäevade tõttu.
  

 

Päikesekollektor

Eesti tingimustes annab optimaalne kogus päikesekollektoreid märtsi lõpust oktoobri alguseni sooja vee tasuta ja talvisel perioodil olenevalt päikese aktiivsusest kuni 35% lisatoetust küttele. Sõltuvalt kaldenurgast on Eestis ühe kollektori tootmisvõimsuseks 80-120 kWh/m² kuus, 1m² pinnaga paneele toodab keskmiselt 1 kW elektrienergiat.
Kuigi eeldatakse, et Eestis pole päikeseküte atraktiivne meie kliima tõttu, siis tegelikkuses toodab 1 kW võimsusega süsteem Eestis ja Kesk-Saksamaal (päikeseküte laialdaselt levinud) arvestuslikult sama palju energiat aastas, ca. 850-1000 kWh. Eestis on arvestuslik võimsus kõrge tulenevalt suvekuude päikesekiirgusest, talvekuudel (november-veebruar) on tootlikkus väga väike, suve ja talvekuude tootlikkuse vahe on rohkem kui 10-kordne.

Kollektorite tüübid

Kaks enimlevinud süsteemi päikeseenergia püüdmiseks on plaatkollektor (kõrge vastupidavus) ja vaakumkollektor (efektiivne, neelab soojust ka pilvise ilma korral). Optimaalne päikesepaneelide asetus on suvekuudel suunaga lõunasse ja 30-40-kraadise nurga all maapinna suhtes. Talvekuudel, novembrist veebruarini on mõistlik tõsta päikesepaneelid 90-kraadise nurga alla(paigaldada paneelid hoone seinale ) , mis aitab tootlikkust tõsta umbes 7%. 1kW päikesepaneele vajab ligikaudu 6,5 m² katusepinda.   
Tasapinnalised päikesepaneelid ehk kollektorid  - kiirgusneelava klaasi all asub vasktorust soojusvaheti , milles ringleb soojuskandjana külmakindel vedelik. Karastatud katteklaas on purunemiskindel ning läbipaistev päikesekiirgusele. Soojusisolatsioon piirab  soojuskadusid ning tõstab efektiivsust ;
Vaakumtorudega päikesepaneelid ehk kollektorid - Vaakumtorudega päikesepaneelide eeliseks on nende suur päikesekiirguse neelatavus ning väliskeskkonna madal temperatuuri ning tuule vähene mõju neile. Vaakumtorudega päikesepaneel toimib osaliselt ka hajuspilvisuse korral. Vasktorudest soojusvaheti asub vaakumtorudes , kus ringleb külmakindel vedelik. Sisemise toru välispinnale on kantud selektiivne neelav kiht. Kogutud energia juhitakse spetsiaalse lamelli kaudu vasktorus asuva vedelikuni. Tänu neelava pinna torukujulisusele säilib efektiivne tööpindala ka päikese liikumisel. . Üha rohkem on põhjamaades populaarsust koguma hakanud just vaakumtorud ja seda lihtsal põhjusel , et siin on välistemperatuur madal. Vaakum ei juhi temperatuuri ja seega ei saa välistemperatuur kollektorit mõjutada. Vaakumtorudega päikesekütte süsteem toodab soojust stabiilselt ja üleval oleva graafiku joonist on võimalik vastavalt kollektori paigaldusnurgale veelgi stabiilsemaks saada. Kui kollektori nurk panna 50° peale, siis on selge, et jaanipäeval saame soojust maksimaalsel võimsusel, mida päikeseküte meile pakub.

Graafikud

 
Siit graafikust näeb keskmist energia hulka, mida päike aasta lõikes Eesti poole saadab. Päikeseküte on peamiselt mõeldud sooja tarbevee valmistamiseks, kuid on võimalik ka kasutada küttesüsteemi toetamiseks. Päikesekütte põhimõte seisneb päikeselt saabuva infrakiirguse salvestamises vee soojendamise kaudu. 
Antud graafikust on näha rohelise joonega aasta lõikes kuidas me soojust vajame ja oranziga kuidas päike meile soojust annab. Keskel kõverad ristuvad ja see on see koht kus soojus üle jääb, ehk siis me ei suuda seda ära tarbida, mida päike meile annab. Kõik see osa, mis oranzi joone alla jääb on võimalik päikeseenergiaga ära kütta.
 

Kokkuvõte

Referaadi koostamise käigus tutvusin tänapäeval kasutusolevate päikeseenergeetika erinevate võimaluste, samuti nende kasutamisega tänapäeva arenevas alternatiivenergeetika vallas. Tööd teostamisel uurisin eri tüüpi päikesepaneelide ja päikesekollektorite arengut ja perspektiive tulevikuks. Samuti kuidas on päikeseenergeetika muutunud aegade jooksul.

Kasutatud materjal

http://copower.ee/roheline-energia/paikeseenergia/
http://anrebell.ee/saimur/paikesekute/
http://xn--pikesepaneelid-5hb.com/
http://www.cerbos.ee/et/content/16-paikesekute-muutub-uha-populaarsemaks