Saulės energija

Žmonijos poreikis energijai sparčiai didėja ir todėl mūsų gerbūvis ima kelti grėsmę pasaulio išlikimui. Mokslininkų prognozuojami klimato atšilimo padariniai tampa panašūs į dar neseniai laikytus nerealiais ir matytus fantastiniuose filmuose.

Kokią planetą paliksime savo vaikams ir ateities kartoms?

Tai priklausys nuo mūsų šiandieninių sprendimų. Tik jie gali sukurti geresnį pasaulį, kuriame žmogaus ūkinė veikla ir gamta gali egzistuoti harmonijoje. Mums tereikia pereiti nuo tradicinių prie atsinaujinančių energijos šaltinių. Be abejo, visuotinis perėjimas prie atsinaujinančių energijos šaltinių nėra paprastas uždavinys, tačiau palaipsniui pereidami prie alternatyvios energijos, mes ne tik apsaugosime gamtą, bet ir sutaupysime didelę dalį savo lėšų, išleidžiamų šilumos ar elektros energijai, o taip pat tapsime mažiau priklausomi nuo naftą ir dujas eksportuojančių šalių politinio šantažo. Pats galingiausias atsinaujinančios energijos šaltinis Žemėje yra saulė. Per metus viršutinę Žemės atmosferos ribą pasiekia 5,6x10²⁴ J saulės energijos srautas. Žemės atmosfera atspindi 35% šios energijos atgal į kosmosą, o likusi energija sušildo žemės paviršių, naudojama garavimo - kritulių cikle, bangų, vėjo, oro ir vandenyno srovių susidarymui. Metinis, pasiekiančios žemę, saulės energijos kiekis yra 1,05x10¹⁸ kWh, sausumai tenka 2x10¹⁷ kWh. Be ekologinio pakenkimo aplinkai galima panaudoti 1,5% (1,62x10¹⁶ kWh/m²). Tai ekvivalentu 2x10¹² t 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. Daugiamečių stebėjimų duomenimis, vidutinis metinis suminės saulės radiacijos kiekis, krintantis į horizontalų paviršių Lietuvoje yra apie 1000 kWh/m². 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. Lietuvą pasiekiantis saulės energijos kiekis yra pakankamas, kad būtų galima gaminti šiluminę ir elektros energiją bei taikyti saulės architektūros principus naujiems ir renovuojamiems statiniams.

Saulės kolektoriai

Saulės spinduliuotės tyrimai parodė, kad Lietuvos geografinė padėtis yra tinkama naudoti saulės kolektorius karštam vandeniui ruošti ir patalpų šildymui, tiek naujai statomiems, tiek jau pastatytiems pastatams.

Visų vandens šildymo saulės energija sistemų pagrindinis komponentas yra saulės kolektorius. Jame saulės spindulinė energija šildo šilumnešį (vandenį, orą, neužšąlančius skysčius). Saulės energija (trumpos elektromagnetinės bangos), praėjusi pro saulės kolektoriaus skaidrią apsauginę dangą, yra sugeriama varinių absorberio plokštelių, kur virsta į šilumą ir nuvedama vamzdeliais cirkuliuojančiu antifrizu, tolesniam panaudojimui, t. y. karšto vandens paruošimui ar daliniam šildymui.

Saulės kolektoriai skirstomi: į plokščiuosius, vakuuminius ir fokusuojančius.

Fokusuojantys saulės kolektoriai naudoja parabolinius ar pusrutulinius veidrodžius, kurių dėka fokusuoja saulės spindulius į vamzdžius ar į vieną tašką. Jų pagalba galima pasiekti aukštą temperatūrą ir gaminti garą. Didesnėse nei 40^o geografinėse platumose jie nenaudojami. Šie įrenginiai negali fokusuoti difuzinės spinduliuotės, o ji šiaurinėse platumose yra didelė (Lietuvoje ji siekia apie 60%).

Anksčiau dažniausiai buvo naudojami plokštieji saulės kolektoriai . Tokį kolektorių sudaro absorberis, skaidrioji danga, šiluminė izoliacija ir korpusas. Tačiau šio tipo kolektorių naudingo veiksmo koeficientas ir eksploatacijos laikas mažesnis nei vakuuminių. Todėl siekiant efektyviau panaudoti saulės spindulinę energiją, naudojami vakuuminiai kolektoriai.

Vakuuminio kolektoriaus darbo temperatūra siekia iki 250°C. Vakuumas labai sumažina šilumos nuostolius dėl konvekcijos ir šiluminio laidumo. Vakuuminių saulės kolektorių konstrukcinių sprendimų būna įvairių, bet pagrindinė ypatybė ta, kad vamzdis, kuriame cirkuliuoja šilumos nešėjas, yra patalpintas vakuume. Tarp dviejų stiklinio vamzdžio sienelių esantis vakuumas apsaugo kolektorių nuo įšilimo vasara ir užtikrina jo efektyvų darbą žiema. Todėl toks kolektorius gali dirbti netgi esant aplinkos temperatūrai - 40º C, o taip pat esant apsiniaukusiam orui. Kadangi nėra temperatūrinio plėtimosi, kolektorius nepraranda savo efektyvumo daugelį metų. Vakuuminiai saulės kolektoriai gaminami iš ypatingai stipraus borosilikato stiklo, atlaikantys iki 25mm krušą. Vidinis šilumą surenkantis sluoksnis sugeria daugiau kaip 93% saulės energijos, atspindi mažiau kaip 7%.. Efektyvumo koeficientas - daugiau kaip 0,8.

Saulės kolektorių atsipirkimo laikas ženkliai sutrumpėja juos naudojant ne tik karšto vandens ruošimui, bet ir patalpų ar baseinų šildymui. Juos galima naudoti ne tik kaip autonomines vandens šildymo sistemas, bet ir integruoti į įvairias kitomis kuro rūšimis šildomas sistemas.

Didžiausias ekonominis efektas pasiekiamas naudojant integruotą šildymo sistemą su saulės kolektoriais ir šilumos siurbliu.

Visos mūsų projektuojamos ir montuojamos sistemos yra pilnai automatizuotos. Šiose vandens šildymo sistemose saulės energijos sugėrimas, akumuliavimas ir paskirstymas vykdomi automatiškai. Elektroninis temperatūros reguliatorius periodiškai įjungia/išjungia cirkuliacinį siurblį, užkraudamas šilumos energija akumuliacinį vandens šildytuvą. Siurblys įjungiamas, kai šilumos nešėjo temperatūra viršutinėje saulės kolektoriaus dalyje viršija temperatūrą akumuliacinio vandens šildytuvo apatinėje dalyje, ir išjungiamas, jeigu minėtas temperatūrų skirtumas yra mažesnis už reguliatoriumi nustatytą dydį.

Karšto vandens akumuliavimo talpos gali būti su vienu, dviem ar daugiau šilumokaičių. Akumuliacinės talpos šilumokaičių skaičius priklauso nuo to, į kokią šildymo sistemą jungiami saulės kolektoriai.

3-ame paveikslėlyje parodytos skirtingų rūšių kolektorių efektyvumo priklausomybės nuo reikiamos šildomo vandens temperatūros. Matome, jog vakuuminių saulės kolektorių naudingo veikimo koeficientas mažai kinta pakankamai dideliame temperatūrų diapazone t.y. jie gali būti efektyvūs ne tik baseinų, bet ir patalpų šildymui.

Kadangi saulės kolektoriai nesudėtingai sujungiami į dideles sistemas, juos galima naudoti ne tik individualių namų, bet ir didelių pastatų ar baseinų vandens šildymui.

Saulės kolektoriai ne tik ekonomiškas, bet ir tausojantis gamtą šildymo būdas. Priklausomai nuo šildymui naudoto kuro rūšies, 4 m² saulės kolektorius per metus sumažina nuo 450 iki1000 kg į atmosferą išmetamo anglies dvideginio.

Kuo daugiau saulės energijos mes naudosime, tuo švaresnėje aplinkoje gyvensime mes ir mūsų vaikai!

Fotoelektra 

Saulės energija gali būti panaudota ne tik vandens šildymui, tačiau ir elektros energijos gaminimui.

Tam reikia saulės baterijų, kurios tiesiogiai verčia saulės spindulius į elektrą. Saulės baterijos, kurios taip pat vadinamos PN sandūros elementais, gali būti panaudojamos bei sutinkamos įvairiuose smulkiuose prietaisuose, tokiuose kaip kalkuliatorius, ar net ant erdvėlaivių. Jos pagamintos iš silicio, specialios rūšies ištirpinto smėlio.

Šios ląstelės sujungiamos kartu į PN modulį, o pastarieji surinkti į grupę, kuri ir sudaro visą saulės bateriją. Iš saulės elementų gaunama elektros energija gali būti panaudota ne tik žibintams ar atskiriem prietaisams, tačiau ir viso namo elektrinių prietaisų energijai. Taip pat sukaupta saulės energija gali būti laikoma akumuliatoriuose, kad uždegtų pakelės skelbimų lentą nakties metu.

Kai kuriose Europos šalyse, tokiose kaip Vokietija, valstybė gana brangiai superka pagamintą energiją, to pasekoje investicijos atsiperka greičiau. Galbūt greitu metu taip bus ir Lietuvoje.