Kas ir saules paneļi? Fotovoltāika, termiskie risinājumi un pielietojums
Uzzini, kas ir saules paneļi: fotovoltāika, termiskie risinājumi, uzstādīšana un pielietojums mājās, rūpniecībā un kosmosā — ietaupi enerģiju ar sauli.
Saules paneļi iegūst enerģiju no saules, ko cilvēki var izmantot dažādos pielietojumos. Pastāv divu veidu saules paneļi: tie, kas uzkrāj siltumu (termiskie kolektori), un paneļi, kas ražo elektroenerģiju — fotoelementu jeb fotovoltāiskie (PV) moduļi. Termiskā siltuma plūsma bieži tiek izmantota karstā ūdens sagatavošanai, telpu apsildei un rūpnieciskajiem procesiem, savukārt PV paneļi ražo elektrību, ko var patērēt uzreiz, uzglabāt baterijās vai nodot elektrotīklā.
Saules paneļi izmanto atjaunojamo enerģiju, kas samazina atkarību no fosilajiem kurināmajiem un emisijas. Vēsturiskos piemēros 20. gadsimtā saules siltumu lietoja, lai ražotu tvaiku tvaika dzinējam, kas grieza ģeneratoru. Mūsdienās elektroenerģijas ražošana no saules gaismas ir tehnoloģiski attīstīta un bieži ekonomiski izdevīgāka. Fotovoltais ir cietvielu-bāzēta elektroenerģijas ražošanas metode (bez kustīgām detaļām moduļos), kas padara sistēmas ilgmūžīgas un salīdzinoši uzticamas.
Mājas PV sistēmas parasti tiek montētas uz jumtiem, bet komerciālas un rūpnieciskas parkos moduļi bieži atrodas uz zemes. Plašākas instalācijas mēdz izmantot izsekotājus (trakerus), kas pagriež paneļus pret sauli, kad saule pārvietojas pa debesīm — tā panāk lielāku enerģijas ražību. Fotogalvaniskos paneļus arī plaši izmanto kosmosā, kur tie ir viens no efektīvākajiem un uzticamākajiem enerģijas avotiem ilgtermiņa misijām.
Kā darbojas fotovoltāika?
Fotovoltāiskajos paneļos izmantotas pusvadītāju šūnas (parasti silīcijs). Kad fotonu plūsma no saules trāpa šūnā, daļa fotonu izsauc elektronus no atomiem — rodas vienvirziena elektriska strāva (līdzstrāva, DC). Lai šo enerģiju izmantotu mājsaimniecībā vai nodotu tīklā, nepieciešams invertors, kas pārveido DC uz maiņstrāvu (AC). PV moduļi var būt dažādu tipu:
- Monokristāliskie — augstāka efektivitāte, kompakts izkārtojums.
- Polikristāliskie — nedaudz lētāki, mazliet zemāka efektivitāte.
- Plānslāņa (thin-film) — elastīgāki, vieglāki, labāk darbojas vājā apgaismojumā, bet prasa vairāk platības.
Galvenie tehniskie rādītāji ir modulī efektivitāte, temperatūras koeficients (karstumā ražība mazliet krīt), nominālais jaudas zīmogs un degradācijas ātrums (tipiski ~0.3–0.8% gadā). Sistēmas dizainā ņem vērā arī ēnojumu, modulju savienojumu (string vs. optimizatori/mikroinverteri) un drošības ierīces.
Termiskie risinājumi
Termiskie kolektori pārveido saules starojumu tieši siltumā. Galvenie veidi:
- Plakana tipa kolektori — vienkārši, izplatīti māju karstā ūdens sagatavošanā un apsildē.
- Evakuētās caurules kolektori — efektīvāki aukstākos apstākļos, labāka siltumizolācija.
- Koncentrējošās sistēmas (CSP) — izmanto spoguļus, lai koncentrētu saules starojumu uz siltuma vākli; piemēroti liela mēroga spēkstacijām (paraboliskie rievotāji, saules tornis). Šāda tipa risinājumi agrāk tika izmantoti, lai ražotu tvaiku tvaika dzinējam un ģeneratoram.
Termiskā enerģija ir efektīva, ja nepieciešams liels siltuma daudzums, piemēram, vārīšanai, sterilizācijai vai ražošanas procesiem.
Sistēmas komponentes un uzstādīšana
PV sistēma parasti ietver: paneļus, montāžas konstrukciju, inverteri, drošības un aizsardzības ierīces (sluces, DC/AC slēdži), kabeļus, zemējumu un, ja nepieciešams, bateriju krātuvi. Inverteri var būt:
- String inverteri — apkalpo vairākus paneļus kopā.
- Mikroinverteri — katram paneļam atsevišķs invertors, labāk darbībā ar ēnojumu.
- Hibrīd‑invertori — integrē bateriju vadību un tīkla pieslēgumu.
Uzstādīšanas vieta ietekmē ražību — optimālais virziens Latvijā ir uz dienvidiem ar slīpumu, kas atkarīgs no mērķa (maksimālā gada ražība vai ziemas/vasaras optimizācija). Jāizvērtē ēnojums no apkārtējām būvēm un kokiem, jānodrošina droša stiprināšana pret vēju un sniegu.
Izmaksas, atmaksāšanās un vides ieguvumi
Pirms instalācijas jāaprēķina iekārtas izmaksas, pieejamie atbalsta mehānismi (valsts subsīdijas, nodokļu atvieglojumi), elektroenerģijas cenas un sistēmas paredzamā jauda. Atmaksa parasti notiek 5–15 gadu laikā atkarībā no izmaksām, ražības un enerģijas cenas. Saules enerģija samazina CO2 emisijas un apkārtējā piesārņojuma apjomu, taču jāplāno arī moduļu dzīves cikla apsaimniekošana un pārstrāde pēc ekspluatācijas beigām.
Uzturēšana un kalpošanas laiks
PV moduļiem parasti ir garantija 20–30 gadiem; reālais kalpošanas laiks bieži pārsniedz šo termiņu ar pakāpenisku ražības krišanos. Uzturēšana ietver periodisku paneļu tīrīšanu no putekļiem un lapām, vizuālu pārbaudi, invertora tehnisko apkopi un spēcīgu laikapstākļu radītu bojājumu ātru novēršanu. Regulāra monitoringa sistēma palīdz izsekot ražībai un noteikt traucējumus.
Praktiski padomi
- Pirms uzstādīšanas pieprasiet vairākus piedāvājumus, salīdziniet komponentus, garantijas un atsauksmes par montāžas uzņēmumu.
- Rēķiniet ar ēnojuma ietekmi — daļējs ēnojums var būtiski samazināt string sistēmas ražību, efektīvāks risinājums var būt mikroinverteri vai optimizatori.
- Ja apsverat baterijas, izvērtējiet patēriņa profilus un vajadzību pēc bezsaistes darbības.
- Plānojiet sistēmas uzturēšanu un reģistrējiet garantijas dokumentus.
Saules enerģija piedāvā daudzveidīgas iespējas — no vienkāršas saules ūdens sildīšanas līdz lielām PV vai CSP elektrībai ražojošām stacijām. Pareizi izvēlēta un uzturēta sistēma var būt ilgtspējīgs, ekonomisks un videi draudzīgs risinājums gan mājsaimniecībām, gan uzņēmumiem.
Saules paneļa shematiskais simbols
Siltums
Saules paneļi siltumam parasti ir izgatavoti no kastes ar caurspīdīgu logu augšpusē. Caur šo kārbu iziet caurules. Caurules un kaste parasti ir nokrāsotas melnā krāsā, jo melnā krāsa absorbē vairāk siltuma nekā citas krāsas. Caurules ir piepildītas ar siltumnesēju, piemēram, ūdeni vai eļļu. Sūknis cirkulē šķidrumu, kas, pakļaujot to saules iedarbībai, sakarst. Kad karstais šķidrums izplūst no paneļa, tas nonāk siltummainī, kas siltumu nodod ūdenī vai gaisā. Pēc tam, kad atdzisušais šķidrums izplūst no siltummaiņa, tas tiek sūknēts atpakaļ uz paneli, lai atkal uzkrātu siltumu.
Pārstrāde
Fotogalvaniskie saules paneļi ir veidoti tā, lai kalpotu aptuveni trīsdesmit gadus. Līdz šim lielākā daļa saules paneļu, kas sākotnēji tika radīti 80. gados, vēl nav sasnieguši paredzamo kalpošanas ilgumu. Tomēr daudzi saules paneļi, kuru derīguma termiņš ir beidzies, ir klasificēti kā bīstami atkritumi. Izlietotos saules paneļus, kas nav atzīti par bīstamiem, var pārstrādāt, lai izveidotu jaunus saules paneļus. Vairāk nekā 90 % saules paneļu ir pārstrādājami, lai izveidotu jaunus saules paneļus vai metāllūžņus. Vispirms paneļi tiek sadalīti, atdalot metāla rāmjus un stikla plāksni, atstājot saules bateriju grupu, kas ievietota starp etilēna vinilacetāta (EVA) sveķiem un aizmugurējo plēvi. Lai faktiski nonāktu pie pašām saules baterijām, ir jānoņem sveķi un pamatne.
Lietošana
Desmit galvenie saules paneļu izmantošanas veidi ir šādi,
- siltums jūsu mājai
- jaudas sūkņi
- iekštelpu un ārdurvju gaismas akumulatora uzlāde saulainā dienā lietošanai nakts stundās.
- jūsu mājas, kempera, kabīnes, darbarīku nojumes vai jebkuras citas ēkas darbināšanai.
- peldbaseinu apsildei saules karstā ūdens sildīšanas sistēma izmanto saules karstā ūdens sildīšanas paneļus. Tos var novietot uz jumta, lai uzkrātu saules siltumu, kas tiek novadīts uz baseinu.
- Saules baterijas tiek izmantotas arī kosmosa izpētē un citos transporta veidos.
STS-97 ISS
Inovācijas
Salīdzinot ar naftu, dīzeļdegvielu un sašķidrināto dabasgāzi, saules paneļu izmantošana dažās Āzijas daļās ir kļuvusi daudz lētāka. Saules enerģija drīz kļūs par galveno enerģijas avotu. Gadu gaitā ir ieviesti daudzi jauninājumi, lai uzlabotu saules paneļus. Saules paneļi ir izmantoti kosmosa izpētē, un tos izstrādā, lai ar tiem varētu darbināt automašīnas. Līdztekus tam zinātnieki izstrādā saules baterijas silikonā, lai palielinātu to ērtumu.
Saules dakstiņi
Saules dakstiņi ir jauna veida saules paneļi, kas izskatās kā parastie asfalta jumta dakstiņi. Tās izmanto vietās, kur tradicionālo saules paneļu izskats varētu būt nevēlams, piemēram, uz dzīvojamo ēku jumtiem. Saules dakstiņi ir dārgāki un mazāk izturīgi nekā parastie saules paneļi.
Jautājumi un atbildes
J: Kādiem nolūkiem izmanto saules baterijas?
A: Saules paneļus izmanto, lai vāktu atjaunojamo enerģiju no saules un ļautu cilvēkiem to izmantot.
J: Cik ir saules paneļu veidu?
A: Ir divu veidu saules paneļi: termiskie un fotoelementu paneļi.
J: Kāda ir atšķirība starp termiskajiem un fotoelementu saules paneļiem?
A: Termiskie saules paneļi uzkrāj saules siltumu telpu apsildīšanai un karstā ūdens sagatavošanai, savukārt fotoelementu saules paneļi ražo elektroenerģiju no saules gaismas.
J: Kā cilvēki izmantoja saules siltumu 20. gadsimtā?
A: 20. gadsimtā cilvēki izmantoja saules siltumu, lai ražotu tvaiku tvaika dzinējam, kas grieza ģeneratoru.
Vai elektrības ražošana no saules gaismas ir lētāka vai dārgāka nekā tvaika ražošana no saules siltuma?
A: Mūsdienās elektroenerģijas ražošana no saules gaismas ir lētāka nekā tvaika ražošana no saules siltuma.
J: Kur mājās bieži tiek uzstādīti saules paneļi?
A: Mājokļos saules baterijas bieži tiek uzstādītas uz jumtiem.
J: Kur bieži tiek uzstādīti komerciāli vai rūpnieciski saules paneļi?
A: Komerciālās vai rūpnieciskās saules paneļu iekārtas bieži vien tiek uzstādītas uz zemes, kur paneļi ir vērsti pret sauli, kad tā pārvietojas pa debesīm.
Meklēt