Soojusenergia vs. elektrienergia
Tänase päevani domineerib päikeseenergiast kasutatava energia tootmises päikese soojusenergia (ingl.k. solar thermal energy). Soojuskollektorid, erinevalt päikesepatareidest ehk päikesepaneelidest, mis muudavad valguseneriga otse elektriks (photovoltaic cell), toodavad kas soojust või elektrit, kuid sedagi läbi ülekandeaine soojendamise. Ameerika Ühendriikide Energiainformatsiooni Agentuur jaotab Päikese soojusenergia vastavalt töötemperatuurile kolme kategooriasse:
- Madala temperatuuriga kollektorid, mis on mõeldud peamiselt basseinide soojendamiseks (pildil).
Ameerika Ühendriikides müüdi 2006. aastal kahe miljoni ruutmeetri
jagu soojusenergiakollektoreid. Madala töötemperatuuriga kollektorid
moodustasid sellest 1,5 miljonit ruutmeetrit. [1] Peamiselt basseinide soojendamiseks mõeldud kollektorite soojusvahetuses kasutatakse olenevalt tüübist kas vett või õhku.
Madala töötemperatuuriga kollektoreid kasutatakse ka majade sisetemperatuuri reguleerimiseks. Selleks kasutatakse mitmeid erinevaid tehnikaid, kuid eesmärk on neil üks – kasutada päeva jooksul kogunenud päikesesoojust maja ühtlase temperatuuri säilitamiseks öösel.
Eesti tingimustes, kus ehitusbuumi järgselt on järele jäänud palju vanu radiaatoreid, on kõige lihtsam moodus soojuseneriga kogumiseks nende radiaatorite mustaks värvimine ja katusele (või mujale mittevarjulisse kohta) paigutamine. Muidugi tuleb radiaator veega täita ja see kuidagi basseini või majaga ka ühendada, et kogunevat soojusenergiat kuidagi ära kasutada.
- Keskmise temperatuuriga kollektorid, mida kasutatakse enamasti vee soojendamiseks eramajades ja väikefirmades.
Peeglid võivad olla lamedad, kumerad, või kausi kujuga. Sellisid ja muid küpsetamiseks mõeldud valguskollektoreid nimetatakse inglise keeles solar cooker’iteks, nende töötemperatuur varieerub vastavalt mudelile. Keskmine töötemperatuur on umbes 200 - 350° ringis, kuid mõne mudeli abil võib saavutada isegi 450 - 600°.[2] Niinimetatud „päikeseahjud” on eriti populaarsed Indias, kus asub ka maailma suurim Scheffleri disaini järgi ehitatud „päikeseahi” (pildil). Viimane võimaldab ühe päeva jooksul 35 000 eine valmistamist. [3]
- Kõrge temperatuuriga kollektorid, mida kasutatakse tööstuslikul tasemel elektri tootmiseks. Kõrge temperatuur saavutatakse päikeseenergia kontsentreerimisega läätsede või peeglite abil.
Aastaid on kõige odavam viis päikesevalgusest elektri tootmiseks tööstuslikul tasemel olnud kontsentreeritud päikeseenergia (concentrated solar power – CSP). Et päikesepaneelid on suhteliselt kallid ning vajavad hooldamist, on insenerid välja mõelnud palju odavama lahenduse. Nagu nimigi reedab, on võtmeks valguse kontsentreerimine. Seda tehakse peeglite ja läätsede abil, suunates valguse ühte punkti ning soojendades koondepunktis olevat vedelikku (milleks võib olla nii vesi kui ka sünteetilised õlid) või salpeetrit (40-60%). Ained, mida soojendatatakse, panevad kas otseselt või soojusülekande teel tööle auru- või gaasiturbiinid. Kehtib seaduspärasus – mida kõrgem temperatuur, seda suurem efektiivsus. Auruturbiinid on efektiivsed kuni 600° C, saavutades kuni 41% efektiivsuse. Üle selle temperatuuri muutuvad efektiivseks gaasiturbiinid. Veel kõrgema temperatuuri juures (üle 1100° C) on kõige efektiivsem kasutada soolasid.
Paraboolpeeglid
Parabooli-kujulised valguskollektorid suunavad nendele langeva valguse peegli kohal asuvale torule, mis on täidetud (soojus)ülekandevedeliku või mõne muu ainega. Tavaliselt on selleks mõni sünteetiline õli või hermetiseeritud (ehk rõhu all olev) veeaur. Ülekandevedelik või -aine paneb tööle soojusmasina. Parabooli kuju võimaldab päikesevalgust terve päeva jooksul koguda, muutma peab vaid peegli kaldenurka (vastavalt Päikese liikumisele mööda horisonti). Seevastu taldriku- või ketta-kujulised kollektorid peavad suutma igas suunas liikuda. Hispaanias asuv paraboolipeeglitest koosnev päikeseelektrijaam Andasol 1 kasutab ülekandevedelikuna sünteetilist õli, saavutades temperatuuri kuni 400° C, mis omakorda käitab auruturbiini.
Energiatornid
Vast kõige huvitavama kujundusega on nii-nimetatud päikeseelektritornid (solar power tower) ehk heliostaatilised elektrijaamad, kus valgus suunatakse torni ümbritsevatelt peeglitelt torni otsas olevale soojuskollektorile. Heliostaadiks nimetatakse kollektortorni ümbritsevaid reguleeritavaid peegleid. Heliostaatilises tornis saavutatakse palju kõrgem temperatuur, kui paraboolpeeglite torudes. See võimaldab soojust efektiivsemalt elektriks muundada või vajaduse korral hilisemaks kasutuseks salvestada (nt. salpeetri abil). Kui paraboolsed peeglid peavad vaid ühel teljel liikuma, siis heliostaatilise elektrijaama peeglid, mis on tavaliselt siledad, peavad liikuma nii põhja-lõuna kui ka ida-lääne telgedel. Olgugi et see suurendab automaatikale ja mehaanikale tehtavaid kulutusi, on heliostaatilises elektrijaamas toodetud elekter arvutuste kohaselt siiski odavam, kui paraboopeeglitest koosnevas jaamas. Lisaks viimastele on välja pakutud ka niinimetatud päikesekorstnad, kus temperatuuride erinevus tornis paneb õhu liikuma. Täpsemalt vaata selle kohta siit.
Sõltumatus
Heliostaatiliste elektrijaamade arendus on just hoogu sisse saamas ning lähiaastail plaanitakse püstitada mitmesaja MW jagu uusi jaamu, teiste seas teevad plaane ka aafriklased. See lükkab ümber kuulu, nagu oleks päikeseenergia rikaste riikide privileeg. Kusjuures lähitulevikus võivad just nimelt vaesed riigid päikeseenergia tehnoloogilistest hüpetest kõige enam kasu lõigata – põhjus on ilmne – enamik maailma vaeseid riike asuvad lõunapoolkeral ning regioonides, kus päikeseressurssi on tunudvalt rohkem, kui rikastes lääneriikides.
Muidugi lõikavad sellest kasu ka Ameerika kõrbeosariigid, Austraalia, Hispaania, Itaalia ja teised valgusküllased rikkad riigid, kuid vaeste riikide jaoks võib käesolev tehnoloogiline areng olla tõeliseks kasvumootoriks. Arvestades (eriti) Aafrika elektritarneprobleeme ja üldist vaesust, võib päikeseenergia neile pakkuda väga suuri eeliseid just nimelt sõltumatuse ja usaldusväärsuse näol. Kuigi järgnev idee on kindlasti idealistlik, ei ole sugugi välistatud võimalus, et elektri kättesaadavuse kasvuga hakkab Aafrika lõpuks ometi arenema. Tehnoloogia on juba niivõrd odavaks muutunud, et enam ei tarvitse vaesematel riikidel elektrijaama ehitamiseks Maailmapangast laenu võtta ning protsessi käigus mõnest rahvuslikust kompaniist või maardlast ilma jääda.
Samad faktorid, mis võivad ümber kujundada Aafrika ja teiste vaesemate maailmajagude saatuse, mängivad olulist rolli ka arenenud maades. Nii Euroopas, Jaapanis kui ka Ameerika Ühendriikides on tuhandeid peresid, kes on endale soetanud päikesepaneelid ning ei sõltu enam nii suurel määral võrgu poolt tarnitavast elektrist. Mõned neist on täielikult võrgust lahti ühendatud, teised on aga endiselt võrgus. Viimased müüvad valgusrohketel päevadel ülejääva elektri võrku tagasi vähendades seeläbi enda üldiseid kulutusi elektrile. Praeguste tehnoloogiate juures ei ole selle elektri salvestamine kuigi mõttekas – olemasolevate akude eluiga on liialt lühike ning vesinikutehnoloogia on liiga kallis. Et taastuvenergia kõige nõrgem lüli on energia salvestamine, on sinna viimaste aastate jooksul miljardeid dollareid investeeritud. Suure tõenäosusega näeme juba järgmisel kümnendil jaekliendile suunatud efektiivseid akusid ja uue põlvkonna vesinikul põhinevaid salvestustehnoloogiaid.
Lõpetuseks
Lisaks eelpool mainitud disainidele ja tehnoloogiatele, on olemas veel mitu erinevat lahendust päikeseenergiast soojuse või elektri tootmiseks. Huvilistel soovitan lugeda vastavasisulist Wikipedia artiklit. Kui inglise keele oskus nõrk või puudulik on, siis võite alati vasakul asuvast menüüst mõne teise keele valida. Või siis pilte imetleda. Järgmises artiklis heidame pilgu päikesepaneelidele ehk päikesepatareidele. Päikesepaneelid on just need, mida võib majade katustel näha. Erinevus eelpool kirjeldatud tehnoloogiatega seisneb sellest, et päikesepaneelid muudavad valguse otse elektriks, kasutamata selleks ülekandevedelikke ja turbiine.
Kristjan Velbri 2008
Viited:
0 kommentaarid:
Postitage kommentaar