Päikesepaneelid: fotogalvaanilised ja soojuspaneelid
Fotogalvaanilised ja soojuspaneelid: kuidas päikeseenergia muutub elektriks ja kütteks — sääst, paigaldusvõimalused ja praktilised nõuanded kodu ja ettevõtte jaoks.
Päikesepaneelid võtavad päikesest tulevat energiat, mida inimesed saavad kasutada mitmel viisil. Päikesepaneele on peamiselt kahte tüüpi: need, mis koguvad soojust (soojuspaneelid), ja need, mis toodavad elektrit (fotogalvaanilised paneelid). Päikesepaneelidest saadavat soojust kasutatakse sageli ruumide kütmiseks, sooja vee tootmiseks ja mõnes lahenduses ka protsessisoojuse jaoks.
Fotogalvaanilised paneelid — kuidas need töötavad
Fotogalvaanilised paneelid muundavad päikese valgusest elektrienergiat, kasutades pooljuhtmaterjale (tavaliselt räni). Need paneelid koosnevad rakkudest, mis tekitavad voolu, kui neile langeb päikesekiirgust. Süstem koosneb tavaliselt paneelidest, inverterist (mis muundab alalisvoolu vahelduvvooluks), monteeringust, kaablitest ja mõnikord optimeerijatest või jälgimisseadmetest.
- Paneelitüübid: monokristallilised, polükristallilised ja õhukesekihilised (thin-film).
- Tõhusus: tänapäeva kodupaneelide keskmine muundustõhusus on suuremas vahemikus (tavaliselt ligi 15–22% sõltuvalt tehnoloogiast).
- Paigalduse võimalused: katuse- või maapinnapaigaldused; kombineeritakse sageli akudega või võrku ühendatuna (grid-tied) energiavarustuse stabiliseerimiseks.
Soojuspaneelid — tüübid ja kasutus
Soojuspaneelid koguvad päikesesoojust ja kannavad selle üle vedeliku või õhu abil soojusvahetisse. Peamised tüübid on tasapinnalised (flat-plate) ja vaakumtorudega (evacuated tube) paneelid. Need on tõhusad koduse sooja vee ja kütmise rakendustes ning neid saab ühendada ka soojusmahutite ja kütteautomaatikaga.
- Rakendused: tarbevesi, põrandaküte, basseinide soojendamine ja kombineeritud (solar combi) süsteemid.
- Komponendid: päikesekollektor, ringluspump, temperatuuriandurid, soojusvahetid ja mahuti/boiler.
- Eelised: kõrge energiatõhusus madalatel temperatuuridel, eriti vaakumtorud sobivad külmemates kliimades paremini.
Ajalooline ja tehniline kontekst
Päikesepaneelid koguvad taastuvenergiat. 20. sajandil kasutati päikesesoojust aurumootori auru tootmiseks, et keerata generaatorit. Tänapäeval on elektri tootmine päikese valgusest sageli odavam ja paindlikum kui varem. Fotogalvaaniline elektritootmine on tahkekiirguse meetod, mis tähendab, et paneelidel ei ole liikuvaid osasid, mis teeb süsteemid töökindlaks ja vähese hooldusvajadusega.
Paigaldus ja optimeerimine
Kodused päikesepaneelid paigaldatakse sageli katustele, kus nad saavad maksimaalse päikesevalguse. Kommerts- või tööstuspaigad paigaldavad paneele sageli maapinnale paigaldatud raamistikele või radadel. Jälgimisseadmed (tracking systems) suunavad paneeli päikese suunas, kui päike liigub üle taeva, mis suurendab toodangut — ühe- või kahe teljega jälgimine annab lisatootlikkust, kuid tõstab ka süsteemi keerukust ja hinda.
- Suunamine: põhjapoolkeral annab lõuna suund parima tootlikkuse; optimaalne kalle sõltub geograafilisest laiusest.
- Varjutus: varjutus vähendab märgatavalt paneelide tootlikkust; paigaldamisel tuleks seda vältida.
Hooldus, eluiga ja taaskasutus
- Hooldus: fotopaneelid vajavad peamiselt perioodilist puhastamist tolmu ja lehtede eemaldamiseks; elektrisüsteemi ülevaatused ja inverteri kontroll on samuti olulised. Soojussüsteemides tuleb kontrollida vedelike taset ja torustiku korrosiooni ning regulaarselt hooldada pumpasid ja klappe.
- Eluiga: fotogalvaanilised paneelid kestavad tavaliselt 25–30 aastat, osa komponente (nt inverterid) vajavad varem väljavahetamist. Soojussüsteemide eluiga sõltub süsteemi tüübist ja hooldusest.
- Taaskasutus: päikesepaneelide taaskasutus ja ringlus on arenev valdkond: metalli- ja klaasiosad on taaskasutatavad ning pooljuhtide töötlemine nõuab spetsialiseeritud lahendusi.
Rakendused ja eelised
- Erakodud: kütte- ja elektrivajaduse osaline katmine, energiasõltumatuse tõstmine koos akusüsteemidega.
- Kommerts ja tööstus: suured maapinnapaigaldused, tootmishoone katused ja integratsioon võrguhaldussüsteemidega.
- Ruumi kasutus: fotogalvaanilisi paneele kasutatakse ka kosmoses, kus nad on üks vähestest kättesaadavatest energiaallikatest.
- Keskkonnaeelised: vähendavad kasvuhoonegaaside emissiooni, toetavad energiasüsteemide desentraliseerimist ja sõltumatust fossiilkütustest.
Energia salvestamine ja süsteemikombinatsioonid
Päikeseenergia kombineeritakse sageli akuhoidlate, soojusmahutite ja/või laadimishalduritega, et ühtlustada tootmist ja tarbimist. Lisaks sobivad päikesesüsteemid hästi koos soojuspumpade, biokütuse või elektrivõrgu varundusega, et saavutada kõrge energiatõhusus ja töökindlus.
Kulud, toetused ja majanduslik tasuvus
Alginvesteering sõltub süsteemi suurusest, tüübist ja paigaldustingimustest. Tihti on riiklikud toetused ja soodustused, mis parandavad tasuvust. Enne paigaldust on mõistlik teha elujõulisuse analüüs, hinnata tarbimismustreid, võimalikku tootmist ja tasuvusaega.
Kokkuvõttes on päikesepaneelid paindlik ja laialdaselt kasutatav tehnoloogia nii elektri- kui soojuse tootmiseks. Õige tüübi, paigalduse ja hoolduse valimine aitab maksimeerida tootlikkust ja investeeringu otstarbekust.
Päikesepaneeli skeemiline sümbol
Heat
Soojuspaneelid on tavaliselt valmistatud kastist, mille peal on läbipaistev aken. Torud jooksevad läbi kasti. Torud ja kast on tavaliselt värvitud mustaks, sest must värv neelab rohkem soojust kui muud värvi. Torud on täidetud soojusvahendi, näiteks vee või õliga. Pump laseb vedeliku ringlusse, mis päikesega kokku puutudes soojeneb. Kui kuum vedelik väljub paneelist, läheb see soojusvahetisse, mis annab soojuse edasi vette või õhku. Pärast seda, kui jahtunud vedelik on soojusvahetist väljunud, pumbatakse see tagasi paneelile, et koguda taas soojust.
Taaskasutamine
Fotogalvaanilised päikesepaneelid kestavad umbes kolmkümmend aastat. Seni ei ole enamik algselt 1980. aastatel loodud päikesepaneele veel oma hinnangulise eluea lõppu jõudnud. Paljud päikesepaneelid, mille kasutusaeg on lõppenud, on aga liigitatud ohtlikeks jäätmeteks. Kasutatud päikesepaneele, mida ei ole ohtlikuks tunnistatud, saab taaskasutada uute päikesepaneelide loomiseks. Üle 90% päikesepaneelidest on taaskasutatavad, et luua kas uusi päikesepaneele või vanametalli. Kõigepealt purustatakse paneelid, eemaldades metallraamid ja klaasplaadi, jättes etüleenvinüülatsetaat (EVA) vaigu ja tagakile vahele pandud päikesepatarei rühma. Selleks, et jõuda päikesepatareideni, tuleb eemaldada vaik ja tagakile.
Kasutamine
Kümme peamist päikesepaneelide kasutusala on järgmised,
- soojus teie kodu jaoks
- elektripumbad
- aku laadimine siseruumides ja välistingimustes päikesepaistelisel päeval, et seda saaks kasutada ka öösel.
- teie kodu, matkaauto, kabiini, tööriistakuuri või mis tahes muu ehitise varustamine elektriga.
- basseinide kütmisel kasutab päikesepaneelide soojendussüsteem sooja vee soojendamiseks päikesepaneele. Need saab panna oma katusele, et koguda päikesesoojust ja seejärel tuua see basseini.
- Päikesepaneele kasutatakse ka kosmoseuuringutes ja muudes transpordiliikides.
STS-97 ISS
Uuendused
Päikesepaneelide kasutamine on muutunud palju odavamaks võrreldes nafta, diislikütuse ja veeldatud maagaasiga Aasia osades. Päikeseenergiast saab peagi peamine energiaallikas. Aastate jooksul on päikesepaneelide täiustamiseks tehtud palju uuendusi. Päikesepaneele on kasutatud kosmoseuuringuteks ja neid arendatakse praegu välja, et neid saaks kasutada autode toiteks. Samal ajal arendavad teadlased silikoonist päikesepatareisid, et suurendada selle kasutusmugavust.
Päikesekilbid
Päikesekivid on uut tüüpi päikesepaneelid, mis näevad välja nagu tavalised asfaltkatusekivid. Neid kasutatakse seal, kus traditsiooniliste päikesepaneelide välimus võib olla ebasoovitav, näiteks elamute katustel. Päikesekivid on kallimad ja vähem vastupidavad kui tavalised päikesepaneelid.
Küsimused ja vastused
K: Milleks kasutatakse päikesepaneele?
V: Päikesepaneele kasutatakse taastuvenergia kogumiseks päikesest, et inimesed saaksid seda kasutada.
K: Kui palju on päikesepaneelide liike?
V: Päikesepaneele on kahte tüüpi: soojus- ja fotogalvaanilised paneelid.
K: Mis vahe on soojus- ja fotogalvaanilistel päikesepaneelidel?
V: Soojuspaneelid koguvad päikesest soojust ruumide kütmiseks ja sooja vee saamiseks, samas kui fotogalvaanilised päikesepaneelid toodavad päikesevalgusest elektrit.
K: Kuidas kasutasid inimesed 20. sajandil päikesesoojust?
V: 20. sajandil kasutasid inimesed päikesesoojust selleks, et toota aurumootori jaoks auru, millega keerata generaatorit.
K: Kas elektri tootmine päikese valgusest on odavam või kallim kui päikese soojusest auru kasutamine?
V: Tänapäeval on elektri tootmine päikese valgusest odavam kui päikese soojusest toodetud auru kasutamine.
K: Kuhu paigaldatakse sageli kodused päikesepaneelid?
V: Kodused päikesepaneelid paigaldatakse sageli katustele.
K: Kus asuvad sageli äri- või tööstuslikud päikesepaneelide paigaldused?
V: Kommerts- või tööstuslikud päikesepaneelide paigaldused on sageli maapinnale paigaldatud jälgimisseadmetel, mis suunavad paneeli päikese suunas, kui see üle taeva liigub.
Otsige