Saulės energija

Hararėje vykusiame ,,World Solar Summit“ (,,Pasaulio saulės sambūris“) buvo priimta ,,Pasaulio saulės programa“. Joje akcentuojama, kad žmonijos gerovei labai svarbi saulės ir kitų atsinaujinančios energijos šaltinių (vėjo, geoterminė, vandens, biomasės ir okeanų) plėtra. Atsinaujinanti energija gali sumažinti aplinkos degradavimą, atmosferos užterštumą, šiltnamio efektą. Pasaulio energetikos strategija turi būti grindžiama ne remiantis vien techniniais ir ekonominiais kriterijais, bet atsižvelgiant į energijos ir visuomenės sąveiką, socialines ir kultūros vertybes.

Saulė yra milžiniškas energijos šaltinis. Kas sekundę saulėje mln. t masė virsta energija. Ji dešimtis tūkstančių kartų viršija mūsų poreikius. Metiniams žmonijos energijos poreikiams patenkinti užtektų per kelias valandas žemės paviršių pasiekiančios energijos. Reikia tik mokėti ja pasinaudoti. Viena greičiausiai pasaulyje besivystančių energetikos rūšių yra fotoelektra. Tai elektros energijos gavimas, kai elektrinius reiškinius sukelia elektromagnetiniai spinduliai, veikiantys atitinkamas medžiagas. Ypač didelės fotoelektros perspektyvos siejamo su vandenilio energetikos plėtote. Fotoelektra – tai idealus šaltinis vandeniliui gaminti elektrolizės būdu. Naudoti šią energijos rūšį geležinkelyje sudėtinga dėl nepakankamo šaltinių galingumo.

Nagrinėjamos fotoelektros naudojimo Lietuvoje galimybės. Lietuvos teritorija apima 65 200 km2 plotą. Įvairiose Lietuvos vietovėse per metus į horizontalaus paviršiaus kvadratinį metrą patenka nuo 926 kWh/m2 per metus (Biržai) iki 1 042 kWh/m2 per metus (Nida) saulės spindulinės energijos. Vidutiniškai Lietuvoje ši krintanti energija sudaro ~1 000 kWh/m2 metus. Tuo būdu į Lietuvos teritoriją patenka 6,54·1013 kWh/metus. Lietuvoje yra ~150 km2 namų stogų, tinkamų fotoelektros saulės jėgainėms įrengti. Į juos krinta 1,5·1011 kWh/metus saulės spindulinės energijos. Kai saulės elementų efektyvumas 15 %, iš jėgainių, įrengtų ant stogų, galima gauti 2,25·1010 kWh/metus. Šiuo metu Lietuvos elektros energijos galingumai leidžia pagaminti 2,27·1010 kWh/metus. Taigi įrengtos ant visų namų stogų fotoelektrinės saulės jėgainės turėtų galią, lygią Lietuvos elektros jėgainių galiai.

Krintanti į žemės paviršių saulės spindulinė energija kinta atsižvelgiant į metų laiką, paros laiką ir meteorologines sąlygas. Energija, krintanti lapkričio, gruodžio, sausio mėnesiais, sudaro tik 10 % energijos, krintančios gegužį, birželį, liepą. Naktį energija artima nuliui, stipriai apniukusią dieną sudaro tik kelis procentus visos giedrą dieną krintančios energijos. Fotoelektrinė saulės energija, kaip vienintelis nuolatinis energijos šaltinis, gali būti naudojama tik turint galimybę ją sukaupti, tokiu būdu perdengiant energijos nepakankamumą, sukeltą sezoninių, paros ir meteorologinių šviesos srauto kitimų. Šiuo metu taikomi šie akumuliavimo būdai: elektros akumuliatoriuose, vandens akumuliaciniuose baseinuose. Perspektyvus kompensacijos būdas yra jungimas su vėjo jėgaine. Šiuo metu Lietuvoje pramoninių fotoelektrinių jėgainių nėra. Nepaisant to, kad fotoelektros potencialas nepalyginti didesnis už kitų atsinaujinančiųjų energijos rūšių potencialą kartu sudėjus, kad ji yra ekologiškiausia, jos plėtrą stabdo didelė įrangos savikaina. Ji keletą kartų viršija įprastinės elektros įrangos savikainą. Šį rodiklį galima pagerinti dviem būdais: didinti saulės elementų efektyvumą, iš to paties ploto gaunant didesnį elektros energijos kiekį ir mažinant elemento savikainą. Tai leistų tik iš esmės nauji technologiniai principai ir naujos medžiagos.

Svarbu tęsti mokslo tiriamuosius darbus naujų neorganinių medžiagų saulės energetikai srityje. Tai – trinarių chalkopirito tipo puslaidininkių, kurie gali tapti labai efektyvių saulės elementų pagrindine struktūra, tyrimai. Planuojami šių puslaidininkių efektyvumo priklausomybės nuo sluoksnių formavimo sąlygų, jų elektrinių ir fotoelektrinių savybių tyrimai.

Lietuva pajėgi gaminti šiuo metu plačiausiai pasaulyje naudojamus monokristalinio silicio saulės elementus iki 1–2 MW per metus. Tai patenkintų ne tik Lietuvos reikmes, bet taptų vienu iš aukštųjų technologijų eksporto gaminių.

Yra parengtas mokslo programos „Saulės ir kiti atsinaujinantys energijos šaltiniai žemės ūkiui“ projektas. Tai pirmoji mokslinė programa, kurioje kompleksiškai tiriami tiek Saulės energijos ištekliai Lietuvoje, tiek šios energijos vartojimo būdai ir priemonės. Be analitinės apžvalgos, programoje nagrinėjamos tokios temos, kaip atsinaujinančios energijos išteklių tyrimo ir įvertinimo metodikų, šių išteklių stebėjimo stočių tinklo sukūrimas, šių išteklių svarbos žemės ūkiui įvairiuose Lietuvos regionuose įvertinimas, demonstracinių saulės, vėjo ir vandens jėgainių bei įrenginių sukūrimas ir rekomendacijų šiems šaltiniams žemės ūkyje naudoti parengimas. Įpusėjus programos vykdymo laikotarpiui, galima tvirtinti, kad programa vykdoma sėkmingai. Sudaryta Lietuvos regionų Saulės energijos išteklių įvertinimo metodika, pagrįsti fotosintetiškai aktyviosios spinduliuotės energijos vertinimo metodai, sudaryta metodika vėjo energijos potencialui įvairiuose šalies regionuose apskaičiuoti, naudojantis geografinės informacinės sistemos metodais parengta metodika upių debitų trukmių kreivėms sudaryti. Sudarant Saulės energijos išteklių stebėjimo stočių tinklą, sukurtas kompiuterizuotas Saulės energijos ir apšvitos monitoringo posto fizinis modelis, padidintas Saulės spindėjimo trukmės stebėjimo postų skaičius, pagrįsta eksperimentinio biofotometrinio stebėjimo posto struktūra, įrengti du vėjo energijos parametrų tyrimo postai, patikslinta hidrologinių stočių tinklo energiniams tikslams schema. Vertinant Saulės energijos išteklius įvairiuose Lietuvos regionuose, sudarytos kompiuterinės programos vėjo jėgainių, saulės kolektorių ir pasyviųjų patalpų šildymo sistemų ilgalaikiam našumui įvertinti, atlikta šių įrenginių naudojimo techninė ekonominė analizė, įvertintas vėjo jėgainių bei saulės kolektorių potencialas žemės ūkyje.

Apibendrinant saulės energijos privalumus ir trūkumus, reikia pasakyti, kad pagrindinis saulės energijos vartojimo trukdis yra palyginti nedidelis saulės elementų efektyvumo koeficientas. Dabar jis siekia apie 10 %. Be to, esama fotoelementų gamybos technologija kenksminga. JAV kuriamas naujas saulės energijos pavertimo elektra įrenginys. Jo veikimas bus panašus į Stirlingo išorinio degimo variklio veikimą: saulė įkaitins orą, o šis aušdamas plėsis ir suks turbinas, gaminsiančias elektrą. Planuojama, jog šio įrenginio naudingumo koeficientas bus apie 70 %. Tokios elektrinės dėl didesnio naudingumo ir galingumo galės konkuruoti su kitomis elektros jėgainėmis.