Päikesepaneel

Allikas: Energiatalgud

Energiatehnoloogiad.pngElektrimajandus.png

Artikli eesmärgiks on tutvustada päikeseenergia kasutamist elektri tootmise eesmärgiga. Päikesepaneelid on kõige lihtsamad ja hooldusvabamad elektrienergia tootmise süsteemid. Elektri tootmiseks võrguühendusega lahendus koosneb päikesepaneelidest, nende kinnitustest ning inverterist. Elueaks sellistel süsteemidel on 30-50 aastat. Päikesepaneelide kasutamine võimaldab vähendada võrgust võetavat elektri hulka, siluda päevaseid tarbimistippe ning samuti müüa ülejääva osa elektrivõrku. [1]


Peaartikkel: Elektritootmise tehnoloogiad
Seotud artikkel: Päikeseenergia ressurss; Elektrimajandus; Päikesekollektor


Üldist

Seotud artikkel: Päikeseenergia ressurss;

Päikesepaneelid on fotogalvaanilistest elementidest (PV elemendid) koosnevad paneelid. Tegemist on otse päikesekiirgusest elektrienergiat tootvate seadmetega. [2]

Ühe ruutmeetri kohta jõuab Eestis keskmiselt maapinnale 3489 MJ (0,0009692442 GWh) päikeseenergiat, mis vastab 969,2 kWh/m2 (näiteks kui PV elemendi kasutegur on 15%, siis aastane energiahulk on 145,4 kWh/m2). Eesti olusid kirjeldab joonis 1, kus on toodud aastane summaarne kiirgus ning potentsiaalne elektritoodang horisontaalpinnal ning optimaalse kaldenurgaga pinnal. [2]

Valdav osa päikesepaneeli koostematerjalist on räni [2]:

a) amorfne (a-Si) - amorfse kilega päikesepaneelid;
b) kristalliline (c-Si) - mono- ja polükristallilised päikesepaneelid.

Kasutatava räni tüübist sõltub reeglina ka päikesepaneeli hind ning efektiivsus. Täpsemalt võib lugeda Päikesepaneelide liigitus. [2]

Päikesepaneelide puhul iseloomustab efektiivsus protsentuaalselt päikesepaneeli võimet päikeseenergiat ümber muundada elektrienergiaks. Monokristallidest elementide efektiivsus on suurusjärgus 11-17%, polükristalsete päikesepaneelide efektiivsus aga 11-15%. Monokristalliliste päikesepaneelide tootmine on kulukam, sest kasutatakse suurte tahvlitena toodetud räni (lõigatakse päikesepaneelide suuruseks). Polükristallilised päikesepaneelid on odavamad, sest kasutatakse omavahel ühendatud väiksemaid elemente. Kõige enam on levinud mono- ja polükristallpaneelid, mille tootlikkus Eestis on ligilähedane. Amorfse kilega ehk õhukesekileliste päikesepaneelide efektiivsus jääb vahemikku 3-11%. Amorfse kile peamised eelised on madal tootmiskulu ja kasutamise mitmekülgsus, sest neil puudub kristalliline struktuur ning kile kantakse otse erinevatele materjalidele. Kilepaneelide peamiseks puuduseks on nende kõige väiksem kasutegur võrreldes teiste päikesepaneelide tüüpidega. [2]

Päikesepaneelide eelised ja puudused

Päikesepaneelidel on välja toodud erinevaid eeliseid ja puuduseid. Päikesepaneelide eelisteks on [3]:

a) energia tootmine langeb kokku büroohoonete, turismitlude jm sarnase tarbimismustriga hoonete tarbimisega;
b) PV-süsteem aitab siluda päevaseid tarbimise tippe.

Samuti tuuakse välja ka erinevaid puuduseid, mis päikesepaneelidel esineda võivad [3]:

a) talvel ja suvel energia tootlikkuses sõltuvalt kaldenurgast ja päikese järgitavusest 20...50 kordne vahe;
b) suvine soojus suurendab ja talvine jahedus vähendab kadusid;
c) väikese kaldenurgaga paneelidel talvine hoolduskulu suurem ja energiatootlikkus väiksem;
d) Eestis hajutatud kiirguse osakaal suur - järgivajamite tasuvus küsitav;
e) madalad kasutegurid - tänasel hetkel 5...20%.

Päikeseenergia

Seotud artikkel: Energia salvestamise tehnoloogiad; Soojuse salvestamine; Elektrienergia salvestamine

Päikese kasutamine energiaallikana on kõige ligipääsetavam energiakasutuse liik, mida on võimalik kasutada absoluutselt kõigil. Päikeselt saabuva kiirgusliku energia passiivsel kasutamisel on oluline mõju meie elukeskkonna loomisel ning aktiivne kasutus võimaldab lisaks toota elektrit või sooja vett ilma energiatoorme peale ressurssi kulutamata. Päikeseenergiat kasutavad energiatehnoloogiad on ka erakordselt paindlikud ja skaleeritavad, olles rakendatavad hoone, kvartali, linnaosa ja tervete linnade mahus. Selge on see, et päikeseenergia kannab endas suurt potentsiaali, mida oleks võimalik rakendada vähendamaks hoonete energiatarbimist, pikemas perspektiivis linnade energiasõltuvust ning ka keskkonnakoormust. Tehnoloogiate mõju asub mõjule , kui kasvab tehnoloogiate tõhusus ja langeb hind. [4]

Hetkeseisuga on päikesepaneelide kasutegur vaevalt 20%, mis muudab need ebaefektiivseks ning rakendamise ebarentaabliks. Samuti, lisaks madalale efektiivsusele ja kõrgele maksumusele on päikesepaneelide ja -kollektorite puuduseks veel ka energiatootmise tsüklilisus ning sõltuvus ilmastikust. Peamine energia tootmine toimub päeval ja on maksimaalne keskpäeval, mil päike on seniidis (Eesti päikesepaiste kestust aastal 2013 kirjeldab joonis 2). Peamine energia tarbimine toimub aga varahommikul ja õhtul, mis sellistel juhtudel eeldab energia akumuleerimist, ehk energia salvestamist (vt. Seotud artiklid). [4]

Erinevalt tuulegeneraatoritest pole päikesepaneelide ja -kollektorite juures kasutuses kiiresti pöörlevaid osi ning nende otsene mõju loodus- ja elukeskkonnale on väike. Nentida tuleb, et siiski kaasneb keskkonnareostus ning emissioon nende tootmise ja utiliseerimisega, mida aitab vähendada tarbijate vastutustundlik käitumine. [4]

Olukord Eestis

Tänasel hetkel on Eestis päikeseenergia kasutamine elektri tootmise eesmärgil valdav majapidamistes, kus üldvõrguga liitumine pole võimalik (nt. Eesti väikesaared), või kus on see liiga kallis (nt. alajaam asub mitme kilomeetri kaugusel), samuti väikeste autonoomsete süsteemide puhul (valveseadmed, veebikaamerad, ilmajaamad, meremärgid jne). Heaks lahenduseks Eesti kliimas, arvestades aastaaegasid, on päikese- ja tuuleenergia kombinatsioon. [5]

Rohkem on Eesti pinnal levinud soojavee päikesekollektorid. Oluliselt vähem on levinud päikeseenergiast elektri tootmine. Mõiste kontekstis kasutatakse soojusenergia tootmise puhul definitsiooni päikesekollektor ja elektrienergia tootmise puhul mõistet päikesepaneel. Päikesepaneelide korral toimub jagunemine, mida on kujutatud joonisel 3 ning samuti alapeatükis Päikesepaneelide liigitus. [5]

Mastaabist, milline on Eesti päikeseenergia tootlikkus, võib tuua näite Saksamaa, kelle näol on tegu ühega maailma suurimatest päikeseenergia tootjatest. Saksamaal asub ca 50% kogu maailma päikeseelektrijamadest. Võrreldes Saksamaaga on Eestis päikeseenergiat küll vähem, kuid seda kompenseerib keskmisest madalam õhutemperatuur, mis omakorda tõstab päikesepaneelide efektiivsust. Kui võrrelda Eesti ja Saksamaa päikeseenergia tootlikkust, siis aasta lõikes on see üsna sarnane. Saksamaa keskpaigas on 1kW päikesepaneelide tootlikkus aastas 910 kWh. Saaremaal toodab näiteks 1kW süsteem võrku 910 kWh ning Lõuna-Eestis, kus ilm pilvisem 880 kWh aastas. [5]

Päikesepaneelide liigitus

Vastavalt valdavale osale päikesepaneeli koostematerjalile, milleks on räni, eristatakse ka erinevat liiki päikesepaneele [2],[5]:

a) Kristalsed paneelid - tegemist on kallimate ja efektiivsemate tehnoloogiatega. Monokristalsed ja polükristalsed on praegusel hetkel sagedamini kasutatavad ja nende töönäitajaid kasutatakse päikesest saadava elektrienergia hulga määramiseks. Efektiivsuse nominaalse näitaja, arvestatuna pindala suhtes, on selline, et ligikaudu 10 m2 pinnaga paneel suudab toota kuni 1 kW elektrienergiat.
b) Amorfsed paneelid - tegemist on amorfse kilega päikesepaneelidega, mis on odavamad ja vähemefektiivsemad. Tehnoloogia on moodsam, mis võimaldab väga õhukeste ning painduvate paneelide tootmist. Efektiivsuse nominaalsed näitajad pindala suhtes on sellised, et ligikaudu 10 m2 pinnaga paneel suudab toota kuni 500W elektrienergiat. Amorfsed paneelid suudavad elektrienergiat toota valgusest. Pilvise päevaga, varjus vmt. tingimustel need elektrienergiat ei suuda toota.

Päikesepaneelide tootlikkus

Saksamaa näide võrdlemaks Eesti ja Saksamaa päikesepaneelide tootlikkust on taaskord sobiv, kuna aasta lõikes on see suurusjärgult sarnane. Eestis on päikeseenergiat küll vähem, aga seda kompenseerib keskmisest madalam õhutemperatuur, mis omakorda tõstab päikesepaneelide efektiivsust. Eesti eripäraks on see, et talvekuudel langeb päikesepaneelide tootlikkus oluliselt, ehk perioodil märts kuni oktoober toodavad päikesepaneelid 90% kogu aastasest energia kogusest. [6]

Päikesepaneelide tootlikkust on võimalik Eesti oludes väga edukalt arvutada PVGIS andmebaasi[7] abil. Samuti on leitavad ning välja toodud ka selgitused otsingu läbiviimiseks ning lähteandmete sisestamiseks. [8]

Päikesepaneeli tootlikkus on suurim, kui see on suunatud otse päikesele. Kuna aga päikese kõrgus ja asukoht horisondil päeva jooksul muutuvad, siis kaotab fikseeritud paigutusega päikesepaneel oma efektiivsust. Siit tulenevalt on ka tootlikkuse suurimad mõjutajad, milledeks on paneelide kalle ning asimuut. Mõjurite vältimiseks paigaldatakse paneele spetsiaalsetele ühe- või kaheteljelistele "jälgijatele", mis võivad anda ca 30% rohkem elektrienergiat võrrelduna fikseeritud süsteemidega. [3],[4]

Päikesepaneelide tootlikkust Eestis kirjeldab tabel 1

Paneelide kalde ja asimuudi mõju nende tootlikkusele [3]:

a) tootlikkus võrreldes 40 kraadise kaldega paneelidega väheneb ligikaudu 1%, kuid kasutatav pind suureneb 5 % võrra, mistõttu suurema arvu paneelide installeerimisest tulenev summaarne aastane tootlikkus suureneb teoreetiliselt 10%;
b) paneelide paigaldusel kaldega 30º tuleb arvestada mustumisest tingitud kadudega 2...10%, väiksema kaldega paigaldamisel suurenevad mustumisest tingitud kaod märgatavalt;
c) päikesekiirgus pinnaühikule ei muutu kui PV-paneele pöörata lääne või ida suunal 15 kraadi;
d) kui paneelid on pööratud lõuna suhtes 15...25 kraadi, siis toob see kaasa ca 1% päikesekiirguse languse pinnaühikule sh ka samaväärse tootlikkuse languse.

Päikesepaneelide paigaldus

Päikesepaneelide paigaldamisel hoonestatud piirkonnas on võimalik valida erinevate paigaldusviiside vahel. Paigaldamisel maapinnale tuleb arvestada täiendava kuluga, mis kaasneb kandekonstruktsiooni väljaehitamisega, mis omakorda eeldab vaba aluspinna olemasolu, kuhu konstruktsioon rajada. Samuti on võimalik paneele paigaldada nii lamekatustele (problemaatilised asjaolud on lumi ja võrdlemisi väike kaldenurk), kui ka viilkatustele. Viilkatustele paigaldamisel tuleb tähelepanu pöörata tuleohutusele ning samuti on soovitatav jätta paigaldamisel katuse ja paneeli vahele vähemalt 10 cm vahet, mis võimaldaks ligipääsu paneelile ning samuti toimiks õhutusena (vähendades paneelide kuumenemisest tingitud kadusid). Visuaalselt kõige atraktiivsem viis paigaldamiseks on integreeritud katusekate, mille korral on tarvis arvestada, et paneelid peavad tagama ilmastikukindluse. Seejuures muudab see oluliselt maksumust. Paneele on võimalik paigaldada ka hoonete fassaadidele, kuid mis vähendab nende efektiivsust 20...40% (seda ainult teatud piirkondades). Sellise paigaldusviisi eeliseks on kaitse lume kuhjumise vastu. [4]

Paneelide paigaldamisel on oluline, et paneelide ühendused ning kinnitused. Tarvis oleks kasutada tugevamaid kinnitusi kui katusematerjalidel ning samuti on oluline tagada ka õhu piisav juurdepääs paneelide tagusele. Paneelide ventileeritus on asjaolu, mida on vajalik jälgida. Erilist tähelepanu tuleb pöörata elektriohutusele ning välistada juhtmete valeühendused. Mõistlik on kasutada paneele fassaadielementidena, mitte nende katteks. [4]

Päikesepaneele võib integreerida samuti ka teistesse erinevatesse paigaldistesse nagu kiirtee äärised ja müratõkked, sillad, viaduktid, tammid, katusealused jms. [4]

Tehnoloogia maksumus

Investeeringumahukus

Investeeringumahukust kirjeldavad tabel 2 ning joonis 4. Investeeringumahukus on toodud kahel erineval päikesepaneelide ühendusviisil [9]:

1) võrguühendusega ehk ON-grid - kohapeal elektrit ei salvestata, ülejääv elekteri n võimalik müüa võrku (mikrotootja). Kui tarbimine ületab tootmise, siis toimub täiendav tarbimine elektrivõrgust;
2) võrguühenduseta ehk OFF-grid - toodetud elektrienergia tarvitatakse kohapeal, ülejääv elektrienergia salvestatakse akupanka. Tootmise vähenedes tarvitatakse akumuleeritud energiat.

Päikesepaneelid tulevikus

Täislahendusega moodulite hinnad on tänase päevani langenud võrrelduna aastaga 2011 ligi 60%. Tulenenud on selline langustrend töötlemiskulude alanemisest. Samuti on põhjuseks polükristallilise räni hinna langus ning tööstuse enda efektiivsuse paranemine. Lähiaastate jooksul prognoositakse languse jätkumist lisanduva 30-40% suurusjärgus (vt. joonis 5, samuti ka joonist 6). Kui siiamaani on maksumuse alanemine pärinenud räni hinna langusest siis tuleviku hinnalangust prognoositakse tasakaalusüsteemide arvelt. [10]

PV-paneelide hinnad arvatakse kukkuvat kuni 0,50 $/W kohta (442,83 €/kW) järgnevate aastate jooksul. Leidub tootjaid, kes isiklike prognooside kohaselt suudavad sellist toodud hinda pakkuda juba aastal 2014. Eesmärgiks on paneelide puhul hinnapiir 0,40 $/W, ehk 354,26 €/kW. [10]

Inverterite, transformaatorite ning ka raamistiku maksumused on samuti langemas. Inverterite hinnalanguseks on senini olnud suurusjärgus 10-15% aastas, mida arvatakse ka jätkuvat. Samuti toimub kulude alanemine ka paigaldamise valdkonnas, mis esmajoones tuleneb mastaabisäästust ning võib langeda 575,68 €/kW kuni 398,55 €/kW. Päikeseenergiaseadmetega seotud tööde hulk peaks aga nõudlusega sammu pidamiseks tõenäoliselt suurenema, kuid kogenumad paigaldajad, kel kasutada paremad seadmed ja parem tehnika laiaulatuslikemate süsteemide paigaldamiseks, saavad tõenäoliselt enim kompenseeritud palgakasvu abil, mis on saavutatud läbi tõhususe kasvu. [10]

Toodud prognooside, mis puudutavad PV-süsteemide maksumuse alanemist, aluseks on ekspertarvamus, mille koostajaks on Deutsche Bank. [10]

RSS uudisvoog

Joonis 1. Aastane summaarne kiirgus ning potentsiaalne elektritoodang horisontaalpinnal (maapinnal) (vasakpoolne joonis) ning optimaalse kaldenurgaga pinnal Eestis (parempoolne joonis)[7]
Aastane summaarne päikesekiirgus horisontaalpinnal Eestis.png
Aastane summaarne päikesekiirgus optimaalse kaldenurgaga pinnale Eestis.png
Joonis 2. Päikesepaiste kestus Eestis 2014 a.[11]
Paikesepaiste 2014.png
Joonis 3. Päikeseenergia ja paneelid [9]
Päikeseenergia.jpg

Viited

  1. Saar, M. Nullenergiahooned maasoojuse ja päikeseenergiaga.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Päikeseküte. Päikesepaneelid ja päikesekollektorid.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Rosin, A. Päikeseenergeetika põhialused.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Muiste, M., Veskimeister, J. Tuule ja päikeseenergia kasutamine Tartu linnas.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 Päikeseküte. Päikeseenergia Eestis: sissejuhatus.
  6. 6,0 6,1 Taastuvenergia OÜ. Päikeseenergia Eestis.
  7. 7,0 7,1 PVGIS. PVGIS - Interactive maps.
  8. Päikeseküte. Päikesepaneelide tootlikkuse arvutamine.
  9. 9,0 9,1 Pinn, R. Väiketuulikute ja päikesepaneelide tootlikkuse ja tasuvuse võrdlus. (05.11.2014).
  10. 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 REneweconomy. Why solar costs will fall another 40% in just two years. (10.02.2015).
  11. Statistikaamet. Teemakaardid. (26.11.2015).


Täiendavat lugemist

Aasta Kategooria Pealkiri
Veebileht Eesti Päikeseenergia assotsiatsioon
2013 Ettekanne Energiatehnoloogiate tulevikust
2013 Aruanne Energy resources of Estonia. ENMAK 2030+
2013 Ettekanne PV-paneelide T&A töö Eestis
2013 Aruanne Tuule ja päikeseenergia kasutamine Tartu linnas
2013 Aruanne Tuule- ja päikeseenergia kasutusvõimalused Eestis
2013 Aruanne Väiketuulikute ja päikesepaneelide tootlikkuse ja tasuvuse võrdlus
2012 Aruanne Päikeseenergeetika põhialused
2013 Aruanne Energia lokaalse tootmise analüüs büroohoonele Taastuvenergialahendused
2003 Ülevaade Eesti kiirguskliima teatmik
2013 Ettekanne Nullenergiahooned maasoojuse ja päikeseenergiaga
2013 Ettekanne Energiatehnoloogiate tulevikust
2012 Ettekanne Taastuvenergia 100% - üleminek puhtale energiale
2008 Ülevaade Teistmoodi energia
2013 Kogumik TEUK kogumik
2013 Aastaraamat Taastuvenergia aastaraamat 2013
2012 Aruanne Varustuskindluse aruanne 2012
2013 Aruanne Eesti elektrisüsteemi varustuskindluse aruanne 2013
2014 Aruanne Eesti elektrisüsteemi varustuskindluse aruanne 2014
2015 Aruanne Eesti elektrisüsteemi varustuskindluse aruanne 2015
- Veebileht Päikeseküte
2007 Ettekanne Eesti energiatehnoloogiate arendusstrateegia eeluuring
2007 Aruanne Energiatoodete maksustamise uuring
2014 Ettekanne Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut
2014 Ettekanne Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis
2014 Ettekanne Eesti energiapoliitika mõju riigi konkurentsivõimele
2014 Ettekanne Eesti põlevkivienergeetika tulevik
2014 Ettekanne Eesti energiamajanduse arengukava aastani 2030
2015 Uuring Current and Future Cost of Photovoltaics
2014 Aastaraamat Taastuvenergia aastaraamat 2014


Kontaktvõrgustik

Kontaktvõrgustik on koostamisel. Kui soovite artikli kontaktvõrgustikuga liituda, võtke ühendust artikli teemahalduriga.


On Teil ettepanekuid, kuidas "PÄIKESEPANEEL" artiklit täiendada? Leidsite infot, mis ei ole enam ajakohane või vajab täpsustamist? Võtke ühendust artikli "PÄIKESEPANEEL" teemahalduriga MARGUS ALTEMENT e-aadressil margus.altement@arengufond.ee või avaldage arvamust selle artikli ARUTELU all.

Personaalsed tööriistad
Energiatalgud Energiaühistud
Nimeruumid

Variandid
vaatamisi
Toimingud
Tööriistad