Praktiškai visas kuras Žemėje (nafta, Akmens anglis, biomasė) bei kitos energijos rūšys (vėjo energija, seklioji geoterminė energija) atsirado ar pasireiškia dėl Saulės poveikio Žemei. Tiesioginę Saulės energiją Žmonija pradėjo naudoti dar tada, kai gyveno olose. Tai buvo pirmieji Saulės energiją naudojantys objektai – pastatai. Nuo seniausių laikų įvairioms reikmėms yra naudojama Saulės šiluma, o nuo praeito šimtmečio vidurio – ir Saulės fotoelektra. Dabar Saulės energija naudojama labai plačiai: kalkuliatoriuose, palydovuose, kosminėse stotyse, naujo tipo automobiliuose, dviračiuose, elektros energiją gaminančiose jėgainėse, pastatuose. Vienas didžiausių Saulės energijos naudojimo privalumų – jos yra visur, taigi, įrengimai gali būti mobilūs, jie neturi būti „pririšti“ laidais prie kokio nors stacionaraus objekto. Fotoelementus, ketindami pasikrauti mobiliuosius telefonus ar kitoms reikmėms, įsigyja netgi alpinistai. Visi minėti mobilūs elektros įrenginiai yra pagaminti iš fotoelementų. Saulės šiluma dažniausiai naudojama pastatuose, o šilumą gaminantys įrengimai dažnai yra stacionarūs, t.y. pritvirtinti prie pastato. Atskiras Saulės energijos naudojimo atvejis yra elektros energijos gamyba, naudojant veidrodžių sistemas, koncentruojančias Saulės spindulius siekiant pagaminti garą, kuris po to suka garo turbinas. Toks metodas kol kas efektyvus tik saulėtose šalyse, pavyzdžiui Ispanijoje. Saulės energijos naudojimo apimtys yra susiję su energijos poreikiais. Daugiausiai energijos sunaudojama pastatuose, jų apšildymui, apšvietimui ir statybai, taigi toliau Saulės energijos naudojimas analizuojamas remiantis Saulės energijos naudojimo pastatuose pavyzdžiu.
Europos šalių pastatuose sunaudojama apie 40 proc. energijos, trečdalis šio kiekio – pramoninės, komercinės bei visuomeninės paskirties pastatams (biurams, Mokykloms, ligoninėms, viešbučiams, kt.), kita dalis tenka gyvenamiesiems namams. Kylant ekonomikai, šiuolaikinė visuomenė energijos naudoja vis daugiau – tokia tendencija būdinga ir pastatų sektoriui. Tai didžia dalimi susiję su iškastinio kuro naudojimu. Per praėjusį amžių Žmonija sunaudojo tiek neatsinaujinančių energijos išteklių, kiek per tūkstantmečius nuo savo gyvavimo pradžios.
Sudeginus naftą, Akmens anglis ar kitą kurą, juose sukaupti anglies ir kiti junginiai virsta šiltnamio
dujomis. Vienos jų – anglies dvideginis (CO2), kurio koncentracija atmosferoje per pastarąjį šimtmetį padidėjo 25 proc., todėl 0,6–0,9 ºC pakilo atmosferos oro temperatūra, tirpsta ledynai,
kyla vandenyno lygis ir daugėja su oro sąlygomis susijusių gamtinių katastrofų. Deginant iškastinį
kurą į aplinką patenka daug įvairių teršalų (azoto, sieros, vanadžio oksidai, kietos, skystos energetikos objektų veiklos atliekos, kt.). Prognozės apie klimato kaitos padarinius, energijos tiekimo saugumo problemos, aplinkos tarša, senkantys ištekliai Pasaulio visuomenę skatina imtis
ryžtingų veiksmų ir pakeisti energijos bei energijos išteklių naudojimo įpročius. Vis daugiau dėmesio skiriama atsinaujinančiųjų energijos išteklių įsisavinimui bei energijos taupymo priemonėms.
Atsinaujinančius energijos išteklius pastatuose galima naudoti keliais būdais: pasyviuoju – kai Saulės, vėjo energija panaudojama tiesiogiai dėl vykstančių fizikinių procesų, ir aktyviuoju – kai šilumos ar elektros energijai pagaminti naudojant Saulės, vėjo, biomasės, Žemės gelmių energiją reikalinga speciali įranga.
Pasyvusis Saulės energijos naudojimas – tai būdas, kai atitinkamai suprojektuotas pastatas sugeria ir sulaiko patalpų viduje Saulės spindulius, patenkančius pro pietinius langus ar į pietų pusę orientuotas įstiklintas duris. Gerai apšiltintuose pastatuose Saulės energija, gaunama per skaidrias
atitvaras, orientuotas į pietus, gali kompensuoti didelę šilumos poreikių dalį.
Aktyviosiose sistemose naudojami įrenginiai (pavyzdžiui, Saulės kolektorių sistema, fotoelementai). Aktyviosios sistemos skirtos šiluminei arba elektros energijai gaminti. Investicijos į aktyviąsias sistemas yra didesnės, ir dažnai prireikia atitinkamos valstybinės politikos, siekiant šalyje ar regione paskatinti tokių sistemų diegimą.
Saulės fotoelementų ir kolektorių diegimo tempai Pasaulio mastu yra didžiausi lyginant su kitų
atsinaujinančiųjų energijos išteklių įsisavinimu. Tai susiję su decentralizuotos energetikos vystymu, Saulės energijos naudojimo įrangos montavimo ir eksploatavimo paprastumu. Nežiūrint pingančių technologijų, Saulės fotoelementai vis dar išlieka brangoki (nors ši situacija gali greitai pasikeisti, atsiradus naujoms technologijoms), Lietuvos sąlygomis pasiteisina tik vietovėse, kur nėra elektros energijos perdavimo linijų. Saulės kolektorių naudojimas ir pasyvusis Saulės energijos naudojimas Lietuvoje yra labai perspektyvūs.
Saulės energija, pasiekianti Žemės paviršių Lietuvos teritorijoje, matuojama dviejose meteorologinėse stotyse - Kaune ir Šilutėje. Aktinometrinių matavimų kompleksas apima tiesioginės, išsklaidytos bei atspindėtos nuo Žemės paviršiaus saulės energijos matavimą ir radiacinio balanso sudarymą. Daugiamečių stebėjimų duomenimis, vidutinis metinis suminės Saulės radiacijos kiekis, krintantis į horizontalų paviršių yra 970 kWh/m2 Šilutėje ir 1025 kWh/m2 Kaune. Paros suminės radiacijos kiekiai į horizontalų paviršių labai skiriasi per metus ir kinta nuo 0,55 kWh/m2d. sausį iki 5,8 kWh/m2d. birželio mėnesį.
Metinis saulėtų valandų skaičius matuojamas 11-oje Lietuvos Respublikos meteorologinių stočių. Saulės švietimo laikas Lietuvoje ilgiausias pajūryje ir trumpėja rytinės sienos link, kadangi visoje šalies teritorijoje debesuotumo tikimybė didėja rytų kryptimi. Vidutiniškai saulėtų valandų skaičius pajūryje siekia 1 840–1 900 val. kasmet. Šalies rytiniame pakraštyje jis neviršija 1 700 val./m. Maksimali Saulės švietimo trukmė yra Nidoje ir siekia 1908 val./metus.
Dažnai manoma, kad Lietuvoje Saulės energijos išteklių yra labai mažai, kad jie nereikšmingi. Tačiau palyginę, pavyzdžiui, kiek saulėtų valandų yra Vilniuje (1 690 valandų per metus) su kai kurių Europos miestų duomenimis (Mančesteryje, Didžiojoje Britanijoje, saulėtų valandų per metus yra 1 360, Hamburge, Vokietijoje – 1 570, Ženevoje, Šveicarijoje – 1 500, Kirunoje, Švedijoje – 1 470) matome, kad išteklių pakanka naudoti Saulės energiją ir aktyviuoju, ir pasyviuoju būdu (remiantis Vokietijos, Švedijos, Didžiosios Britanijos, kitų šalių ir Lietuvos patirtimi), nors gaunamas efektas bus mažesnis nei tokiose šalyse kaip Graikija, Portugalija, Ispanija (per metus yra 2 500–3 000 saulėtų valandų).
Lietuvos teritorijos plotas yra apie 65 000 km2. Visas Saulės energijos kiekis, krentantis per metus į žemės paviršių, yra 65 mln. GWh. Tai maždaug 600 kartų viršija visos Lietuvos energetinius poreikius. Tačiau vertinant technologiniu ir ekonominiu požiūriu, tik nedidelę dalį šio energijos kiekio galima panaudoti.
Saulės architektūros ir tiesioginio Saulės energijos naudojimo principai
Pagal šiuolaikinę sampratą, Saulės architektūra susieja energijos naudojimo veiksmingumą ir pasyvųjį (tiesioginį) bei aktyvųjį saulės energijos naudojimo būdus.
Pagal Saulės architektūros principus projektuojami pastatai turi atitikti tris pagrindinius reikalavimus:
1. Pastatai suprojektuojami taip, kad Saulės energijos srautas patektų į pastatą, kai reikia šilumos, ir nekaitintų patalpų, kai šiluma nepageidaujama. Tai pasiekiama tinkamai orientuojant pastatus bei suprojektavus platesnę pastogę.
2. Pastatai turi akumuliuoti Saulės energiją – sukaupti šilumą, kurią galima naudoti, kai Saulė nešviečia. Tam naudojamos masyvios konstrukcijos iš Akmens, molio, plytų – sienoms, grindims, pertvaroms sukonstruoti ir kt. Galima numatyti ir specialius rezervuarus, užpildytus akumuliuojamosiomis medžiagomis (vandeniu ar fazinio virsmo tirpalais).
3. Pastatai turi veiksmingai naudoti Saulės energiją: gauti ir sukaupti kuo daugiau Saulės energijos ir lėtai ją išsklaidyti. Tai daugiausia lemia pastato šilumos izoliacija, mažinanti šilumos nuostolius.
Naudoti Saulės energiją tiesioginiu būdu efektyvu, jei atsižvelgiama į tam tikras sąlygas:
1. optimali pastato orientacija – išilgai ašies rytai–vakarai su galimu 30º nukrypimu nuo jos;
2. 50–70 proc. visų pastato langų ir kitų skaidrių atitvarų projektuojama pietinėje namo pusėje, o šiaurinėje – ne daugiau nei 10 proc.;
3. pastatas turi būti gerai apšiltintas ir sandarus;
4. gyvenamosios patalpos išdėstomos pietinėje pusėje, pagalbinės – šiaurinėje;
5. vidinėms pertvaroms ir grindims reikalingos geros akumuliuojamosios savybės;
6. būtini šešėlį sudarantys pastato elementai ar kitos priemonės nuo perkaitimo vasarą (tam
tikru atstumu pasodinti lapuočiai, žaliuzės, stogeliai ir kt.).
Į pastatą patenkantis energijos kiekis tiesiogiai priklauso nuo pietų pusėje esančių skaidrių atitvarų ploto. Svarbu tinkamai apskaičiuoti langų plotą ir išdėstymą, šilumą akumuliuojančios masės kiekį, kad būtų galima kaupti ir paskirstyti Saulės energiją, tuo pat metu neperkaitinant pastato.
Išvados
1. Saulės energija naudojama įvairiems Žmonių poreikiams, kai reikia elektros energijos ar šilumos energijos. Technologijų plėtra rodo, kad Saulės energijos naudojimo galimybės vis gerėja. Pastatų sektorius yra vienas didžiausių energijos vartotojų, ir Saulės energijos naudojimas pastatuose yra labai reikšmingas bei perspektyvus.
2. Tiesioginis saulės energijos naudojimo efektyvumas pastate priklauso nuo energijos poreikių. Jei pastato apšildymui reikia daug energijos, tai saulės energijos dalis bendrajame pastato šilumos balanse bus nereikšminga. Jei pastatas gerai apšiltintas ir energija jo viduje naudojama racionaliai, saulės energija gali parūpinti didžiąją dalį šilumos.
3. Kai pastate instaliuoti neefektyvūs apšvietimo ir kiti elektros prietaisai, aprūpinti pastatą elektros energija, gaminama naudojant fotoelementus, yra labai brangu ir investicijos neatsipirktų per visą pastato eksploatavimo laikotarpį. Lietuvoje lapkričio-sausio mėn. naudojant saulės fotoelementus galima pagaminti tik nedidelius elektros energijos kiekius.
4. Mažai energijos naudojantys pastatai projektuojami atsižvelgiant į pasyvaus saulės energijos naudojimo principus ir pritaikant pastato fasadą saulės kolektorių ir saulės fotoelementų instaliavimui.
5. Remiantis Švedijos patirtimi, galima teigti, kad ir Lietuvos klimato sąlygomis įmanoma pastatyti mažai energijos naudojančius pastatus be šildymo sistemos, derinant pasyvaus ir aktyvaus saulės energijos naudojimo būdus ir efektyvaus energijos vartojimo principus.
6. Kai pastate sumontuoti Lietuvos rinkoje prieinami langai (stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas yra 1,1 W/m2K, saulės energijos praleisties koeficientas – 0,75), nuo lapkričio mėn. iki sausio mėn. vidurio per pietinį įstiklinimą patiriama daugiau šilumos nuostolių, nei gaunama saulės energijos. Tačiau kitais šildymo sezono mėnesiais (spalis, vasaris, kovas, balandis) energijos gaunama ir todėl bendras patekusios per pietinį įstiklinimą šilumos energijos kiekis viršija nuostolius. Naudojant pasyviesiems namams skirtus langus (stiklo paketo šilumos perdavimo koeficientas < 0,8 W/m2K, saulės energijos praleisties koeficientas < 0,5) saulės energijos gavimas padidėtų dėl mažesnių šilumos nuostolių per įstiklinimą ir rėmus bei didesnio saulės energijos kiekio, patenkančio į pastato vidų.
7. Saulės energijos naudojimo galimybės pastate turi būti vertinamos kompleksiškai. Svarbu ne tik kuo daugiau energijos gauti šildymo sezonu, bet ir neperkaitinti pastato vasarą. Tai padėtų išvengti pasato vėsinimo. Aktyvus vėsinimas yra nepageidaujamas reiškinys, nes tam naudojama elektros energija, todėl projektuojant pastatą ar ruošiant renovacijos projektą, į tai turi būti atsižvelgiama.
8. Mažinant pasato elektros energijos poreikius būtina išanalizuoti ir natūralaus apšvietimo efektyvaus naudojimo galimybes.
9. Fotoelementai gali būti naudojami kaip atsarginis energijos šaltinis avariniu atveju, arba, derinyje su vėjo generatoriumi, kaip pagrindinis energijos šaltinis nuo elektros perdavimo linijų nutolusioje vietovėje, jei pastate instaliuotas efektyvus apšvietimas (šviesos diodai) ir aukščiausios klasės elektros prietaisai.
10. Vasarą Lietuvoje, naudojant saulės kolektorius, galima pagaminti 100 proc. karšto vandens, pavasarį – apie 50 proc. Saulės šildymo sistemos efektyvumas priklauso nuo visų tarpusavyje suderintų elementų (kolektoriai, akumuliacinė talpa, reguliavimo sistema, kt.).
11. Saulės energija sukaupta biomasės pavidalu augaluose naudojama kaip kuras ir kaip statybinė medžiaga (nendrės, mediena, šiaudų ryšuliai).
Parengta pagal http://www.ekokarta.lt/uploads/failai/Atsinaujinanti_energija_Saules_energija.pdf
1 komentaras:
Įdomus straipsnis. Įdomu būtų sužinoti elektros gamybos kaina ?
Rašyti komentarą