Atsinaujinančioji energija (AE) gaunama iš natūralioje aplinkoje esančių natūralių nuolatinių ar periodinių energijos srautų. Yra trys pirminiai atsinaujinančios energijos ištekliai (AEI): saulės, geoterminė (žemės gelmių), gravitacinė energija (pasireiškianti potvyniais ir atoslūgiais). Energetikos požiūriu reikšmingiausia yra saulės energija.

Saulės energija konvertuojama į naudojamąją tiesiogiai (pavyzdžiui, saulės kolektoriuose, fotoelektriniuose elementuose) arba per kitas energijos formas (pavyzdžiui, per hidroenergiją, vėjo energiją, bangų energiją, aplinkos šiluminę energiją), taip pat augalų fotosintezės procese. Atsinaujinančios energijos naudojimą skatinama plėsti, nes senka iškastinio kuro ištekliai, siekiama mažinti energinių žaliavų importą, užtikrinti ekonominę ir politinę šalies nepriklausomybę. Be to, atsiranda galimybė kurti naujas darbo vietas atsinaujinančios energijos išgavimo sferoje ir taip didinti gyventojų užimtumą. Labai svarbus atsinaujinančios energijos gamybos plėtros akstinas - būtinybė mažinti aplinkos taršą ir klimato kaitą.

Kur gaminama, ten ir naudojama

Palankiausios sąlygos atsinaujinančiai energijai naudoti yra žemės ūkis. Kaime energijos vartotojai yra decentralizuoti ir palyginti nedidelės galios. Atsinaujinančių energijos šaltinių energinis tankis taip pat yra nedidelis. Atsinaujinantys energijos šaltiniai sudaro galimybes žemės ūkyje plačiau naudoti modernias decentralizuoto energijos tiekimo technologijas, nes tuomet nereikia brangių energijos paskirstymo tinklų, nėra nuostolių perduodant energiją, sumažėja kuro transporto išlaidos.

Pagal pasaulyje sparčiai įgyvendinamą paskirstytos energijos generavimo koncepciją, namas gali būti ne tik pasyvus energijos vartotojas, bet ir energijos gamintojas, kuris pats gali pasigaminti reikalingą energijos kiekį arba bent jo dalį. Energijai gaminti visų pirma stengiamasi naudoti vietinius ir atsinaujinančius energijos išteklius. Pagaminta energija dažniausiai naudojama tame pačiame pastate, kur ji pagaminama, todėl išvengiama nuostolių, susijusių su energijos perdavimu dideliais atstumais. Tik vietoje nepanaudoti energijos likučiai galėtų būti tiekiami elektros tinklui. Atsinaujinantys energijos ištekliai pastatuose gali būti naudojami vandeniui ir patalpoms šildyti, elektros imtuvams maitinti.

Poreikis ir perspektyvos

Buityje šilto vandens suvartojama labai daug. Vienas šalies gyventojas per mėnesį suvartoja apie 1 m³ šilto vandens (norma 92 l/d. arba 2,8 m³/mėn.), tad galima apskaičiuoti, kad vien tik buityje vandeniui pašildyti reikia apie 2 TWh energijos per metus žmogui.

Lietuvos mastu naujos AEI technologijos vandeniui šildyti jau šiek tiek pradėtos diegti mažuose individualiuose namuose, bet jų naudojimo mastas dar yra labai menkas, palyginti su Austrija, Vokietija, Švedija ir kitomis šalimis. Be tradicinio biokuro, Lietuvoje po truputį didėja susidomėjimas mažosiomis saulės elektrinėmis (PV moduliais) vandeniui šildyti. Ši technologija pasaulyje yra gerai žinoma ir gana paplitusi.

Lietuva yra įsipareigojusi remti saulės elektrinių (SE) įrengimą per skatinamąjį fotoelektros supirkimo tarifą iki 50 MW bendrosios įrengtosios saulės elektrinių galios. Palyginti su kitomis šalimis, tai yra nedidelės apimties parama.  Čekijoje, kurioje saulės energijos ištekliai yra panašūs (1 000-1 100 kWh/m² horizontalioje plokštumoje per metus), 2009-aisiais įrengtų saulės elektrinių suminė galia sudarė 0,411 GW. Mažesnė už Lietuvą Belgija, turinti tokius pat saulės energijos išteklius, per 2009 metus įrengė saulės elektrinių, kurių bendroji galia sudaro 292 MW.

Saulės elektrinės jau nėra marginalinis elektros energijos gamybos būdas. Pateiktoje ataskaitoje apie 2009 m. ES įrengtų saulės elektrinių sumines galias matyti, kad saulės elektrinės užėmė trečią vietą. Indijoje pagal JNNSM (Jawaharlar Nehru National Solar Mision) programą bus įrengta saulės elektrinių, kurių bendroji galia sudarys 200 GW, iš kurių 20 GW - iki 2022 m. Kad būtų lengviau suprasti galios mastus, palyginkime Ignalinos AE pajėgumą, kuris iki uždarymo sudarė viso labo 1,3 GW.

Saulės energijos ištekliai kai kuriose fotoelektros srityje pirmaujančiose šalyse yra labai panašūs kaip Lietuvos. Pavyzdžiui, saulės ekspozicija per metus horizontalioje plokštumoje Estijoje ir Danijoje vidutiniškai siekia 950-1 000 kWh/m², Olandijoje, Belgijoje, Lietuvoje ir Latvijoje - 950-1 050, Lenkijoje - 950-1 100, Čekijoje - 1 000-1 100, Vokietijoje - 950-1 200 (1 350), Rumunijoje - 1 150- 1 400, Italijoje - 1 100-1 800 kWh/m².

Tokia sparti fotoelektros plėtra įmanoma tik dėl to, kad daugiau kaip 60 pasaulio valstybių ji yra remiama ir skatinama įvairiais būdais, dažniausiai per aplinkai draugiškose elektrinėse pagamintos energijos supirkimo tarifą. Fotoelektra remiama todėl, kad neabejojama šios elektros gamybos perspektyvomis.

Saulės energija Lietuvoje

Lietuvos geografinė platuma nėra tokia palanki saulės energijai panaudoti, palyginti su šalimis, esančiomis arčiau ekvatoriaus. Lietuvoje saulės energija, patenkanti į žemės paviršių, išsisklaido gerokai didesniame paviršiaus plote, negu tose geografinėse platumose, kuriose vidurdienį saulė stovi zenite. Saulės spinduliai čia taip pat nueina ilgesnį kelią atmosferoje ir todėl patiria kur kas didesnių absorbcijos ir difuzijos nuostolių.

Saulės energiją tiesiogiai panaudoti sunku dėl netolygaus metų ir paros saulės energijos intensyvumo pasiskirstymo. Saulė intensyviausia yra gegužę, birželį ir liepą. Silpniausia - gruodį, lapkritį ir sausį.

Didelę įtaką saulės energijos intensyvumui turi klimato sąlygos. Meteorologiniai stebėjimai rodo, kad saulėtų dienų skaičius Lietuvoje pasiskirstęs nevienodai. Daugiausiai saulėtų valandų per metus yra Nidoje - 1 900, mažiausiai - rytiniame šalies pakraštyje - 1 650 valandų.

Elektros energijos gamybos potencialas, naudojant šiuo metu labiausiai paplitusius kristalinio silicio saulės elementų modulius, orientuotus pietų kryptimi ir nukreiptus į horizontą optimaliu 37-38^o kampu, Lietuvos teritorijoje vidutiniškai siekia 870 kWh/Wp. Šiuo aspektu Lietuva patenka į labai palankią saulės spinduliuojamos energijos anomalijos zoną. Tam ypač palanki visa šiaurinė ir didžioji dalis vakarinės pusės. Čia metinė saulės spinduliavimo energija siekia 1 300 kWh/Wp.

Skirtingose Lietuvos vietovėse per metus į horizontalaus paviršiaus kvadratinį metrą vidutiniškai patenka nuo 926 (Biržai) iki 1 042 kWh/m² (Nida) saulės spindulinės energijos. Čia svarbiausia teritorijos geografinė padėtis. Kadangi Lietuva yra vidutinio klimato juostos šiaurinėje dalyje, teritorijos nuotolis nuo pusiaujo (6 100 km) iki Šiaurės ašigalio (3 900 km) lemia bendrosios saulės spinduliuotės prietaką. Per metus Lietuvoje jos tenka vidutiniškai 3 600, o pusiaujo srityse - 6 000-8 000 MJ/m².

Metų laiku saulės spinduliuotė taip pat kinta ir ji priklauso nuo saulės aukščio virš horizonto. Pavyzdžiui, saulės aukštis virš horizonto Kauno platumoje kinta 47^o intervalu. Didžiausias jis yra birželio 22 (58,5^o), o mažiausias - gruodžio 22 dieną (11,5^o). Daugiausiai saulėtų valandų būna gegužės-rugpjūčio mėn. (po 230-270 val.), o mažiausiai - lapkritį- sausį (po 30 val.). Lapkritį-sausį daugiausia apsiniaukusių dienų (vidutiniškai po 17-23 dienas per mėn.), o vasarą tokių dienų būna tik 5-10 per mėnesį.

Fotoelektriniai moduliai dažniausiai montuojami ant pastato stogo ir orientuojami pietų kryptimi 25-45^o pasvirimo kampu. Tai yra patogu ir iš dalies pigu, nes dažniausiai modulių posvirio kampui užtikrinti užtenka paties stogo plokštumos pasvirimo. Vieno kW maksimaliai galiai pagaminti modulių laukas užima apie 6-8 m² plotą. Taigi, 1 m² fotoelektrinio modulio jėgainė per metus Lietuvos sąlygomis galėtų pagaminti apie 130-160 kWh elektros energijos. Šį kiekį būtų galima padidinti 15-20 proc., sumontavus saulės sekimo sistemą. Be to, fotoelektros modulių kainos kaskart mažėja, o jų naudingumo koeficientas didėja. Tai leis gauti vis didesnį fotoelektros kiekį iš 1 m².

Fotoelektros moduliai

Saulės energijai akumuliuoti gali būti naudojami įvairių tipų fotoelektros moduliai: monokristalinio silicio, polikristalinio silicio, amorfinio silicio (plonaplėviai), iš kitų įvairių medžiagų (ne silicio) pagaminti plonaplėviai daugiajungčiai (multijunction) moduliai.

Kol kas dažniausiai naudojami kristalinio silicio fotoelektros moduliai, kurių tipinis naudingumo koeficientas siekia 16-17 proc. Tačiau pamažu plečiasi daugiajungčių plonaplėvių fotoelektros modulių gamyba ir naudojimas. Laboratorijoje gautas daugiajungčio fotoelektros modulio naudingumo koeficientas siekia 55 proc. Teoriškai galima pasiekti ir didesnį naudingumo koeficientą. Saulėtą dieną į plokštumą, statmeną saulės spinduliams, krentanti saulės spinduliuotės galia (apšvita) siekia apie 1 kW/ m². Vadinasi, esant tokioms sąlygoms ir dabartiniams naudingumo koeficientams, kristalinio silicio fotoelektros modulis gali tiekti iki 170 W elektros galią iš 1 m². Padidėjus fotoelektros modulių naudingumo koeficientui, ši galia sieks 500 W ir daugiau.

Lietuvoje saulės energijos sistemų optimalus montavimo kampas per metus kinta nuo 30^o iki 60^o: vasarą 15^o-45^o ir žiemą 30^o-60^o. Kampinis saulės aukštis virš horizonto kinta nuo 11,7^o (žiemą) iki 58,5^o (vasarą). Didžiausias efektyvumas pasiekiamas tada, kai fotovoltinio modulio plokštuma su kryptimi į saulę sudaro kampą β, lygų 90^o. Priešingu atveju fotovoltiniam moduliui tenkantis spindulinės energijos kiekis E mažėja:

Europos Sąjungos atsinaujinančios energijos taryba prognozuoja, kad iki 2040 metų fotoelektros gamyba pasaulyje sudarys 27,4 proc. visos suvartojamos elektros energijos. Tuomet saulės energija pagal energijos gamybos apimtį bus pirmoje vietoje. Iš atsinaujinančių energijos išteklių (AEI) 2040 m. planuojama pagaminti iš viso 82 proc. visos suvartojamos elektros energijos. 

Kitame „Mano ūkio" numeryje skaitykite apie įrangą saulės modulių našumui didinti

***

Lietuvos nacionalinėje energetikos strategijoje numatyta, kad atsinaujinančių energijos išteklių dalis bendrame šalies pirminės energijos balanse 2010 metais sudarė apie 18 proc. galutinio energijos suvartojimo, o 2020 metais ji turėtų siekti apie 23 procentus.

***

Lietuvoje metinis saulės energijos kiekis, krentantis į horizontalų 1 m² ploto paviršių, siekia apie 1 000 kW/m².