Latviešiem ir raksturīgi ticēt pašizdomātiem mītiem. Viens no šādiem mītiem ir par saules enerģijas izmantošanu Latvijas apstākļos – saules baterijas, saules kolektori, – tas nav nopietni, tas ir dārgi, un vispār nav vērts par to pat runāt. Mēģināsim palūkoties uz šiem jautājumiem no faktoloģisko materiālu puses.
Mēs dzīvojam noslēgtā ekosistēmā un dabā viss parasti atrodas optimālā līdzsvarā. Dabiskās ekosistēmas spēj pašas reģenērēties. Svarīga loma šo procesu uzturēšanai ir saules enerģijai.
Saule ir galvenais enerģijas avots zemes virsū. No saules starojuma var iegūt:
- elektrību – fotoelektrisko pārvērtību rezultātā ( saules PV (photovoltaic) paneļi,
- siltumu, izmantojot gan pasīvās sistēmas (dienvidu puses logi, siltumnīcas), gan arī aktīvās sistēmas – saules kolektori,
- biomasu – fotosintēzes ceļā.
Visu laiku cilvēku rīcībā ir saules, ūdens, vēja enerģija, kā arī nepārtraukti augoša biomasa. Enerģijas izmantošana atkarīga no konkrētās vietas apstākļiem, un tai jābūt pēc iespējas tiešai ar minimāliem zudumiem un nelielām sadales izmaksām. Latvijā plaši tiek izmantota ūdens enerģija hidroelektrostacijās, vēja enerģijas izmantošanas potenciāls šobrīd tiek pilnvērtīgi apzināts arī mājsaimniecību vajadzībām, tiek celtas pirmās biogāzes stacijas elektroenerģijas iegūšanai, – bet kā tad ir ar sauli?
Faktiskais saules tiešā starojuma stundu skaits ir atkarīgs no klimata, mākoņu daudzuma un miglas veidošanās biežuma. Ja debesis ir apmākušās, atmosfērā esošās daļiņas lauž, izkliedē un daļēji absorbē saules starus. Tiešā un difūzā starojuma summa ir globālais starojums, kas dod konkrētajā vietā reāli saņemto enerģijas daudzumu ( W/m2 ). Saulainās dienās globālā starojuma difūzā daļa sasniedz aptuveni 10% , dūmakainā laikā tā var pieaugt līdz 50%. Tālāk 1.attēlā redzams, ka Latvija pēc globālā starojuma daudzuma uz vienu kvadrātmetru ( kWh/m2 gadā ) atrodas pat nedaudz labākā stāvoklī kā Ziemeļvācija, kur Berlīnē vidējais globālais starojums sasniedz 1000 kWh/m2 gadā, bet Liepājas un Daugavpils apkārtnē tas ir 1200 kWh/m2 gadā.
Attēlā redzami vidējā globālā starojuma lielumi Latvijā, kā arī iegūstamās elektroenerģijas daudzums no 1kWp saules PV paneļu sistēmas. Tas nozīmē, ka piemēram Liepājā uzstādot 5 saules PV paneļus ( viena paneļa jauda Wp=200 W, aptuvenie izmēri 1700X990X45 mm ), var iegūt 900 kWh elektrības gadā. Vienkāršas 1 kWp saules PV paneļu sistēmas izmaksa bez akumulatoriem sastāda ap 1700 – 2200 Ls, atkarībā no izvēlētā saules PV paneļu tipa.
Saules PV ( fotovoltāžas ) paneļi.
1954.gadā Bell Labs ( ASV ) paziņoja par pirmās mūsdienu silīcija fotovoltāžas šūnas izgudrošanu. Šīs šūnas efektivitāte bija 6%. Laikraksts New York Times rakstīja: “… šis atklājums novedīs pie neierobežotas saules enerģijas izmantošanas.” 1967.gadā pirmoreiz saules PV paneļi tiek uzstādīti kosmosa kuģī “Sojuz 1”. Līdz pat šodienai saules PV elementi tiek plaši izmantoti kosmosa orbitālo staciju būvniecībā, arī orbītā esošajā STS – Starptautiskajā kosmosa stacijā. 1977.gadā ASV prezidents Džims Kārters sekmēja saules PV paneļu uzstādīšanu Baltajā namā Vašingtonā. 1990.gadā Cathedral Magdeburg instalē saules PV sistēmas uz jumta, kļūstot par pirmo organizāciju Austrumeiropas valstu blokā, kas instalē PV sistēmu savām vajadzībām. 2008.gadā zinātnieki no ASV Nacionālās atjaunojamo resursu laboratorijas sasniedz saules PV šūnu efektivitātes pasaules rekordu laboratorijas apstākļos – 40.2% saules gaismas tiek pārvērsta elektroenerģijā.
Katrus divus gadus saules PV ražošanas apjomi dubultojas un šobrīd pasaulē saniedz kopējo jaudu 5.95 GW. Mūsu ziemeļu kaimiņi zviedri 2008. gadā uzstādījuši saules PV iekārtas ar kopējo jaudu 7.0 MW ( žurnāla “Photon”05/2009 dati ).
Saules PV paneļi sastāv no vairākām PV šūnām, kas savienotas savā starpā vienā ķēdē. Fotoelementu jauda tiek mērīta kā maksimālā jauda, izteikta Wp ( watts peak ). Faktiskā jauda var būt mazāka vai lielāka par minēto, atkarībā no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, diennakts laika, laika apstākļiem un citiem faktoriem. Saules PV paneļiem ļoti svarīgs rādītājs ir efektivitāte – cik lielu saules gaismas enerģiju procentos PV šūna spēj pārvērst elektroenerģijā.
Pirmās – kristāliskā silīcija – šūnu paaudzes ražošana jorojām ir saistīta ar lieliem dabas resursu un enerģijas ieguldījumiem , bet tās ir pārbaudītas daudzu gadu laikā ( tiek ražotas kopš 1975.gada ) un uzrāda labus efektivitātes rādītājus ( rekords pieder japāņu kompānijai Kyocera – 18.5% efektivitāte). Ražotāji no šīm šūnām ražotiem PV paneļiem pilnīgi pamatoti dod līdz pat 25 gadu garantiju.
Otrās paaudzes šūnas, tā saucamās thin – film ( plānās ) šūnas tiek ražotas salīdzinoši nesen – vācu kompānija Wurth Solar komercializēja CIS šūnu ražošanu 2007.gadā, tāpat arī ASV kompānija First Solar savus pirmos CdTe šūnu saules PV paneļus izlaida 2007.gadā. Izstrādātās otrās paaudzes tehnoloģijas ļauj samazināt ražošanas izmaksas, bet šobrīd ražotiem komercproduktiem ir zemāki efektivitātes rādītāji ( līdz 12% efektivitāte ).
Brīdī, kad top šis raksts, ASV kompānija SunPower 2009.gada 29.oktobrī ir sasniegusi jaunu pasaules rekordu – 20.4% efektivitāti savam 333 W 96 šūnu prototipam. Rekordu apstiprinājusi ASV NREL ( National Renewable Energy Lab ). Komerciāli šis trešās šūnu paaudzes produkts būs pieejams 24 mēnešu laikā.
Galvenie šobrīd industriālajā ražošanā esošie saules PV šūnu veidi:
- kristāliskā silīcija moduļi ( pirmā šūnu paaudze ),
- amorfā silīcija moduļi AsSi ( otrā šūnu paaudze ),
- kadmija tellurīda moduļi CdTe ( otrā šūnu paaudze ),
- vara indija gallija selenīda moduļi CIGS ( otrā šūnu paaudze ).
Izvēli par labu vienam vai otram veidam nosaka gan cena, gan ražotāja reputācija, gan arī pieejamība. Šobrīd apzinātie silīcija krājumi pasaulē pietiek 4 gadiem, tiek testētas aizvien jaunas tehnoloģijas, bet vecais labais polikristāliskais silīcijs aizvien vēl ir modē.
Kādi ir ieguvumi no saules PV paneļu uzstādīšanas?
Pirmkārt – autonomija. Vietās, kur elektrība nepieciešama nedēļas nogalē – brīvdienu mājās, vasarnīcās – šāds risinājums ir vislabākais. Iegūto enerģiju uzkrāj akumulatoros un izlieto nedēļas nogalēs.
Otrkārt – rezerves barošana. Situācijās, kad var notikt elektrības pārtraukumi, nelielas saules PV paneļu sistēmas var nodrošināt nepieciešamo elektrības daudzumu sūkņu darbināšanai, apgaismojumam. Neaizstājamas saules PV sistēmas ir elektrotīkla nodrošināšanai gan jahtās, gan kemperos, telekomunikāciju sistēmām, dzelzceļa regulācijas sistēmām, kā arī kombinētajās sistēmās ar LED gaismas ķermeņu pielietošanu telpu apgaismošanai
Treškārt – apkalpošanas izmaksas līdzinās nullei, elektroenerģijas tarifu kāpums tikai samazina atmaksāšanās laiku.
Nākotnes perspektīvas.
Mēs atrodamies Eiropas Savienībā. Daudzas Eiropas valstis nodrošina obligāto saules elektrostacijās saražotās elektroenerģijas iepirkumu. Vācija garantē saviem iedzīvotājiem elektroenerģijas, kas saražota saules PV sistēmās, iepirkšanas tarifu pirmos 20 gadus – 0.4301 Eiro par kWh. Latvijai līdz 2020.gadam saskaņā ar Eiropas direktīvām ir jāpalielina atjaunojamās enerģijas daudzums kopējā valsts bilancē no 36.5% uz 44%. Par 20% tiek pieprasīts samazināt CO2 izmešu daudzumu. Elektroenerģijas tarifi nākotnē tikai kāps un saules PV sistēmu atmaksāšanās laiki samazināsies.
Konfūcijs ir teicis: “Es dzirdu un es aizmirstu. Es redzu un es atceros. Es daru un es saprotu”.
Varbūt ir pienācis laiks darīt…
© 2009 arh. Ivo Inša. Raksts publicēts žurnālā “Būvēt” 2009.gadā.
