Saulės kolektoriai ir fotovoltinės plokštės: apibrėžimas, rūšys ir panaudojimas
Sužinokite apie saulės kolektorių ir fotovoltinių plokščių tipus, veikimą ir panaudojimą namuose bei versle — taupykite energiją ir mažinkite išlaidas.
Saulės kolektoriai iš saulės gauna energiją, kurią žmonės gali naudoti. Yra dviejų tipų saulės kolektoriai: šilumą kaupiantys (šiluminiai) ir elektros energiją gaminantys (fotovoltiniai). Saulės kolektorių šiluma dažnai naudojama patalpoms šildyti ir karštam vandeniui ruošti.
Saulės kolektoriai kaupia atsinaujinančiąją energiją. XX amžiuje kai kurie saulės šilumą naudojo garui gaminti, kad garo mašina suktų generatorių. Šiais laikais gaminti elektrą iš saulės šviesos yra pigiau. Tai kietakūnis elektros energijos gamybos būdas, t. y. jame nėra judančių dalių.
Namų saulės kolektoriai dažnai montuojami ant stogų. Komercinės ar pramoninės paskirties įrenginiai dažnai montuojami ant žemės. Stebėtojai nukreipia skydą į saulę, kai saulė juda dangumi. Fotovoltinės plokštės taip pat dažnai naudojamos kosmose, kur jos yra vienas iš nedaugelio galimų energijos šaltinių.
Kaip veikia saulės kolektoriai ir fotovoltinės plokštės
- Šiluminiai kolektoriai sugeria saulės spindulius ir perduoda šilumą skysčiui arba orui, kuris cirkuliuoja sistemoje. Gauta šiluma naudojama karštam vandeniui ruošti, patalpų šildymui ar pramoniniams procesams.
- Fotovoltinės (PV) plokštės tiesiogiai konvertuoja saulės šviesą į elektros srovę per puslaidininkinius elementus (pv. silicio ląsteles). Elektrinė energija naudojama vietoje, tiekiama į tinklą arba kaupiama akumuliatoriuje.
Rūšys ir technologijos
- Šiluminiai kolektoriai:
- Plokštieji kolektoriai (flat-plate) – paprasta konstrukcija, tinkami namų karštam vandeniui ir patalpų šildymui.
- Vakuuminiai (vamzdeliai) – geresnė šilumos išsaugojimo savybė esant žemesnei temperatūrai ir šaltam klimatui.
- Koncentruojantys kolektoriai (parabolic trough, Fresnel) – didina spindulių intensyvumą ir tinka aukštesnės temperatūros procesams bei elektrai gaminti per garo turbiną.
- PVT (photovoltaic–thermal) – hibridinės plokštės, kurios vienu metu gamina elektrą ir surenka šilumą.
- Fotovoltinės plokštės:
- Monokristalinės – aukštesnis efektyvumas, geresnės veikimo savybės mažesne šviesa.
- Polikristalinės – pigesnės, šiek tiek mažesnis efektyvumas.
- Plonųjų sluoksnių (amorfinis silicis, CdTe, CIGS) – lengvesnės, lankstesnės, geresnės silpnos šviesos sąlygomis, dažnai su mažesniu efektyvumu ploto atžvilgiu.
- Bifacial – surenka saulės spindulius iš abiejų pusių, efektyvumas priklauso nuo atspindžio aplinkoje.
Panaudojimas
- Namų ūkyje: karštas vanduo, patalpų šildymas, baseinų apšildymas, dalinis elektros vartojimas (pvz., buitinė technika, apšvietimas).
- Komercija ir pramonė: procesinė šiluma, karšto vandens tiekimas, pastatų kompleksų šildymas, atšaldymas (saulės aušinimo sistemos).
- Infrastruktūra: saulės elektrinės (stacionarios ant žemės), hibridiniai tinklai su akumuliatoriais, nuotolinės stotys (vandens siurbliai, telekomunikacijos).
- Kosmosas ir mobilios stotys: fotovoltika – pagrindinis energijos šaltinis palydovams ir kosminėms stotims.
- Didelio masto sprendimai: miestų tinklų integracija, rajoniniai šilumos tinklai (district heating), saulės parkai.
Montavimas, orientacija ir stebėjimo sistemos
- Optimalus kryptis šiaurinei pusrutuliui – pietų kryptis; kampas dažnai artimas vietos platumai, tačiau gali būti optimizuojamas pagal sezoninį poreikį.
- Stebėjimo sistemos (tracking) leidžia nukreipti kolektorius tiesiai į saulę ir padidina energijos derlių (dažnai 10–40 % daugiau nei statiškos sistemos).
- Stogo tvirtumas, šešėliavimas ir orientacija turi lemiamą reikšmę; prieš montavimą rekomenduojama atlikti šešėliavimo ir derliaus skaičiavimus.
Priežiūra, eksploatacija ir tarnavimo laikas
- PV plokštės reikalauja minimalios priežiūros: periodinis dulkių ir purvo nuvalymas, inverterio patikra. Gyvavimo laikas dažniausiai 25–30 metų su gamintojo garantijomis efektyvumui.
- Šiluminės sistemos gali reikalauti daugiau priežiūros: antifrizo keitimas, nuotėkio kontrolė, izoliacijos patikra. Vamzdžių ir siurblių komponentai – reguliari apžiūra.
- Daug svarbi elektrinė sauga, ypač prijungiant prie tinklo ar akumuliatorių – montuoti turi kvalifikuoti specialistai.
Nauda, ekonomiškumas ir aplinkosauga
- Privalumai: mažesnės eksploatacijos išlaidos, sumažintas CO2 išmetimas, energetinė nepriklausomybė, galimybė gauti valstybės paskatas ar mokesčių lengvatas.
- Trūkumai: pradinių investicijų dydis, priklausomybė nuo saulės šviesos (sezoniniai svyravimai), poreikis akumuliavimo ar sinchronizavimo su elektros tinklu.
- Ekonominis atsiperkamumas priklauso nuo įrangos kainos, elektros kainų, eksploatacijos sąlygų ir galimų subsidijų ar tarifų (pvz., prijungimo prie tinklo ar pirkimo tarifų).
- Atliekų tvarkymas: PV plokščių ir kai kurių šiluminių sistemų medžiagos turi būti tinkamai perdirbamos – vis aktyviau vystomos perdirbimo technologijos.
Praktiniai patarimai prieš įsigyjant
- Įvertinkite savo energijos suvartojimo profilį: karšto vandens ir šildymo poreikiai, elektros naudojimas dienos metu.
- Patikrinkite stogo būklę ir kryptį, atlikite šešėliavimo analizę.
- Palieskite kelis tiekėjus – palyginkite garantijas, garantinį aptarnavimą, pasiūlymus dėl akumuliavimo ar integracijos su esama šildymo sistema.
- Apsvarstykite hibridinius sprendimus (PVT arba PV + šiluminis kolektorius) – kartais jie suteikia didesnę bendrą naudingą energiją tam pačiam stogui.
Saulės kolektoriai ir fotovoltinės plokštės yra svarbi tvarios energetikos dalis: jie padeda mažinti iškastinio kuro naudojimą ir suteikia galimybes tiek namams, tiek pramonei tvariai gaminti šilumą ir elektrą.
Saulės kolektoriaus schematinis simbolis
Šiluma
Šilumai skirti saulės kolektoriai paprastai gaminami iš dėžutės su permatomu langeliu viršuje. Per dėžę eina vamzdžiai. Vamzdžiai ir dėžė paprastai dažomi juodai, nes juoda spalva sugeria daugiau šilumos nei kitos spalvos. Vamzdžiai pripildomi šilumą perduodančio skysčio, pavyzdžiui, vandens arba alyvos. Siurblys cirkuliuoja skystį, kuris, veikiamas saulės, įkaista. Kai karštas skystis išeina iš skydo, jis patenka į šilumokaitį, kuris perduoda šilumą vandeniui arba orui. Iš šilumokaičio išėjęs vėsus skystis siurbiamas atgal į skydą, kad vėl surinktų šilumą.
Perdirbimas
Fotovoltinės saulės baterijos gaminamos maždaug trisdešimčiai metų. Iki šiol dauguma saulės kolektorių, sukurtų devintajame dešimtmetyje, dar nepasiekė numatyto eksploatavimo laiko pabaigos. Tačiau daugelis saulės kolektorių, kurių galiojimo laikas baigėsi, buvo priskirti pavojingoms atliekoms. Panaudotos saulės plokštės, kurios nebuvo pripažintos pavojingomis, gali būti perdirbamos kuriant naujas saulės plokštes. Daugiau kaip 90 % saulės kolektorių galima perdirbti, kad būtų galima sukurti naujus saulės kolektorius arba metalo laužą. Pirmiausia plokštės išardomos pašalinant metalinius rėmus ir stiklo plokštę, paliekant saulės elementų grupę, įsiterpusią tarp etileno vinilacetato (EVA) dervos ir galinės plėvelės. Norint pasiekti pačius saulės elementus, reikia pašalinti dervą ir pagrindą.
Naudojimas
Dešimt svarbiausių saulės kolektorių panaudojimo būdų,
- šiluma jūsų namams
- galios siurbliai
- patalpų ir lauko durų šviesos akumuliatorius įkraunamas saulėtą dieną, kad būtų galima naudoti naktį.
- maitinti namus, kemperį, namelį, namelį, įrankinę ar bet kurį kitą pastatą.
- šildant baseinus, saulės karšto vandens šildymo sistemoje naudojamos saulės karšto vandens šildymo plokštės. Jas galima pritvirtinti ant stogo ir surinkti saulės šilumą, kuri vėliau tiekiama į baseiną.
- Saulės baterijos taip pat naudojamos kosmoso tyrimams ir kitoms transporto rūšims.
STS-97 TKS
Naujovės
Kai kuriose Azijos dalyse saulės baterijos tapo daug pigesnės nei nafta, dyzelinas ir suskystintos gamtinės dujos. Saulės energija netrukus taps pagrindiniu energijos šaltiniu. Bėgant metams buvo sukurta daug naujovių, siekiant patobulinti saulės kolektorius. Saulės kolektoriai buvo naudojami kosmoso tyrimams ir kuriami taip, kad jais būtų galima maitinti automobilius. Kartu mokslininkai kuria saulės elementus iš silikono, kad būtų patogiau juos naudoti.
Saulės čerpės
Saulės čerpės - tai naujo tipo saulės baterijos, kurios atrodo kaip įprastos asfalto čerpės. Jos naudojamos ten, kur tradicinių saulės kolektorių išvaizda gali būti nepageidaujama, pavyzdžiui, ant gyvenamųjų namų stogų. Saulės čerpės yra brangesnės ir mažiau patvarios nei įprastos saulės baterijos.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kam naudojamos saulės baterijos?
A: Saulės kolektoriai naudojami atsinaujinančiai saulės energijai surinkti, kad žmonės galėtų ją naudoti.
K: Kiek yra saulės kolektorių tipų?
A: Yra dviejų tipų saulės kolektoriai: šiluminiai ir fotovoltiniai.
K: Kuo skiriasi šiluminės ir fotovoltinės saulės plokštės?
A.: Šiluminės saulės kolektoriai surenka saulės šilumą patalpoms šildyti ir karštam vandeniui ruošti, o fotovoltiniai saulės kolektoriai iš saulės šviesos gamina elektros energiją.
K: Kaip XX a. žmonės naudojo saulės šilumą?
A.: XX a. žmonės naudojo saulės šilumą garui gaminti, kad garo mašina galėtų sukti generatorių.
K: Ar elektros energijos gamyba iš saulės šviesos yra pigesnė ar brangesnė nei garo naudojimas iš saulės šilumos?
Atsakymas: Šiais laikais gaminti elektrą iš saulės šviesos yra pigiau nei naudoti garą iš saulės šilumos.
K: Kur dažniausiai montuojamos namų saulės baterijos?
A.: Namų saulės kolektoriai dažniausiai montuojami ant stogų.
K: Kur dažniausiai įrengiamos komercinės ar pramoninės saulės baterijos?
A: Komercinės ar pramoninės saulės kolektorių instaliacijos dažnai būna ant žemės sumontuotuose sekikliuose, kurie nukreipia kolektorių į saulę, kai ji juda dangumi.
Ieškoti