Saulės energijos charakteristika

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 fotosintezes 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.

Saulės energija Lietuvoje

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. Maksimali saulės švietimo trukmė yra Nidoje ir siekia 1908 val. per metus. Vilniuje vidutinis suminis Saulės energijos kiekis horizontalioje plokštumoje yra apie 3500 MJ/m2 per metus, tai tik šiek tiek mažiau nei Centrinėje Europoje. Lietuvą pasiekiantis saulės energijos kiekis yra pakankamas, kad būtų galima gaminti šiluminę energiją bei taikyti saulės architektūros principus naujiems ir renovuojamiems statiniams. Elektros energija iš saulės yra labai perspektyvi sritis, nes sparčiai vystosi technologijos, o auganti paklausa pasaulio mastu sparčiai pigina fotoelementus. Taigi, neužilgo ir Lietuvos sąlygomis fotoelektra taps ekonomiškai patraukli. Jau yra sėkmingų saulės energijos naudojimo Lietuvoje pavyzdžių:  SOS vaikų kaimelis, Kačerginės vaikų sanatorija, privatūs namai, dujotiekio sistemos bei kita.

Saulės šiluma

Šiluma, kurią išspinduliuoja saulė, gali būti naudojama karšto vandens gamybai ir pastatų šildymui. Pirmuoju atveju reikalingi įrenginiai – saulės kolektoriai, kurie absorbuoja ir nukreipia saulės šilumą į karšto vandens gamybos sistemą. Antruoju atveju gali būti naudojami saulės kolektoriai, kurie šiltą vandenį tiekia į šildymo sistemą, arba pats pastatas gali būti “saulės kolektorius”. Tuomet jis turi atitikti tam tikrus reikalavimus:

- įleisti saulės spindulius, kai reikia šilumos, ir sulaikyti, kai  nereikia, - tai pasiekiama, tinkamai orientuojant pastatą;
- akumuliuoti saulės energiją - masyviose konstrukcijose sukaupti šilumą, kurią galima naudoti, kai saulė nešviečia;
- būti efektyvi saulės spindulių gaudyklė: surinkti kuo daugiau saulės energijos ir lėtai ją išsklaidyti. Tą daugiausia sąlygoja gera pastato šilumos izoliacija, sumažinanti šilumos nuostolius, bei efektyvi vėdinimo sistema.

Atsižvelgiant į aukščiau išdėstytus ir kitus saulės architektūros principus, galima sutaupyti 30-100% šildymui reikalingų lėšų netgi mūsų platumoje. Pastatų be šildymo sistemos yra pastatyta Švedijoje, Lindas miestelyje šalia Gioteburgo. Kartais tokie pastatai vadinami pasyviais pastatais arba mažai energijos naudojančiais pastatais.

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 kolektoriuose vasarą sušyla iki 70-100ºC, žiemą iki 30-50ºC. Nežiūrint to, kad žiemą reikia vandenį papildomai šildyti, sutaupoma nemažai išteklių, nes pakelti vandens temperatūrą nuo +5ºC (temperatūra vandentiekyje) iki +30ºC irgi reikalinga energija bei lėšos.

Fotoelektra

Panašiu kaip augaluose fotozintezė, - elektrono išlaisvinimo principu, pagrįstas fotoelementų veikimas. Fotoelementai - tai įrengimai, kurie šviečiant saulei, net debesuotą dieną, generuoja elektros energiją. Fotoelementų naudingumo koeficientas jau siekia 15-20%, o artimoje ateityje dėl spartaus nanotechnologijų vystymosi jis dar išaugs. Kadangi atominė ar deginant įvairias kuro rūšis išgauta energija iki šiol buvo pigesnė už fotoelektrą, tai savotiškai blokavo spartesnę jos plėtrą, technologijų vystymąsi. Tačiau tai, ką pavyko pasiekti nuo 1954 metų – pirmojo fotoelemento sukūrimo Bello laboratorijoje, įkvepia entuziastus, pramonininkus bei skatina apsispręsti politikus.

Saulės architektūra

Saulės architektūra integruoja energijos taupymo ir energijos gamybos principus į pastato koncepciją. Pastatas kuriamas taip, kad naudotų kuo mažiau energijos, o reikiamą jos kiekį paimtų iš supančios aplinkos. Saulės pastate energija gaminama naudojant saulės spinduliuotę, o papildomas šaltinis gali būti malkos, elektra, dujos, kt. Energija taupoma maksimaliai panaudojant dienos apšvietimą ir saulės šilumą. Saulės energijos naudojimas yra efektyvus, jei atsižvelgiama į tam tikras sąlygas:

- optimali pastato orientacija – išilgai ašies rytai – vakarai su galimu 30o nukrypimu;
- pietinėje namo pusėje turi būti sukaupta 50 – 70% visų langų, o šiaurinėje – ne daugiau 10%, be to, pietiniai langai turi būti dvigubo įstiklinimo, šiauriniai – trigubi;
- pastatas turi būti gerai apšiltintas ir sandarus;
- gyvenamos patalpos turi būti pietinėje pusėje, pagalbinės – šiaurinėje;
- vidinės pertvaros, grindys turi būti gerų akumuliacinių savybių;
- būtini sudarantys šešėlį įrengimai ar kitos priemonės nuo perkaitimo vasarą.

Siekiant efektyviau išnaudoti saulės energiją vidutinėse platumose, gali būti naudojamas sezoninis saulės energijos akumuliavimas. Eksperimentinės sistemos veikia Švedijoje, Suomijoje, Vokietijoje, Šveicarijoje, Olandijoje, Kanadoje.

Literatūra. Paruošta pagal:

Roy R.Underground houses. How to build a low- cost home.- New York.
Харченко H. B.Индивидуальные солнечные установки.- Москва.
Šuksteris V., Kiveris R.Saulės energijos panaudojimo galimybės Lietuvoje.- Vilnius.
Statybinė klimatologija.- RSN 156 – 94.

Įmonės, organizacijos

UAB “Saulės energija”
UAB “AF-Terma”
Atsinaujinančių šaltinių technologijų centras
Atsinaujinančios energijos informacijoskonsultacinis centras
Alantos technologijų ir verslo mokykla
Alternatyvios energetikos informacijos fondas

Straipsniai

Saulė dosni visiems
Fotoelektros naudojimas ir plėtros galimybės Lietuvoje
Ar pasitelksime saulės energiją?
Atsinaujinančių energijos išteklių panaudojimo pasaulinės tendencijos
Ar Lietuva tinkamas kraštas saulės energiją versti elektra?
Saulės energija pasaulyje ir Lietuvoje

Nuorodos

Nemokamos nuotraukos iš NASA
Multimedia: saulės energijos virtimas elektra
Saulės energetikos raidos istorija
Dažniausiai užduodami klausimai apie saulės energetiką
Pasyvūs pastatai
Saulės pastatas Norvegijoje
Namai be šildymo sistemos Švedijoje
Pasyvių saulės namų planai
Mažai energijos naudojantys pastatai Austrijoje
Šiaudų namas Baltarusijoje
Pirmasis ekologiškas mokyklos pastatas Vokietijoje
Žemės šilumos siurblio naudojimas pastate Japonijoje
Saulės kolektoriai
Saulės kolektoriai, šildytuvai, saulės vyryklės
Saulės architektūra