Rīga, 01.03.2011.

Saules enerģijas izmantošanas iespējas

Fizikālās Enerģētikas InstitūtsEnerģijas resursu laboratorija

Laboratorijas vadītājs Akad.,Prof., Dr.habil.sc.ing. Pēteris Šipkovs

Rīga, 01.03.2011.

Energoresursu piegāde Latvijā

Latvijas Republika nav bagāta ar dabiskajiem energoresursiem - ap 70% energoresursu tiek importēti, tāpēc vietējo un atjaunojamo energoresursu plašākas izmantošanas veicināšanai ir sevišķi būtiska nozīme Latvijas apstākļos.

Rīga, 01.03.2011.

Primāro resursu piegādes struktūra un atjaunojamo resursu (AER) daļa*

* dati no Latvijas Republikas Centrālās statistikas pārvaldes un Latvijas Republikas Ekonomikas ministrijas

29.20%31.20%31.20%

29.60%

29.20%30.42%

28.00% 27.30%

0

50

100

150

200

250

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

PJ

20%

25%

30%

35%

40%

Dabas gāze Naftas produkti Ogles

Elektroenerģijas imports Hidroenerģija Kurināmā koksne

Kūdra Vēja enerģija Biogāze

AER daļa

Rīga, 01.03.2011.

AER struktūra, 2008. gadā

0.4%

0.6%

1.0%

18.8%

80.2%

Hidroenerģija Kurināmā koksne Vēja enerģija Biogāze

Elektroenerģijas ražošana no AER 2008. gadā bija 55,7 % no kopējas saražotās elektroenerģijas.

Rīga, 01.03.2011.

Saules enerģijas izmantošanas veidi:

pasīva saules enerģijas izmantošana (ēku novietojums, speciālo materiālu izmantošana, kuri labi absorbē saules radiāciju);

saules starojuma izmantošana saules kolektoros;

saules starojuma pārveidošana tiešā elektriskajā enerģijā (PV – saules baterijas);

saules starojuma izmantošana Saules Enerģijas Stacijas (saule → tvaiks → tvaika turbīna → elektrība).

Rīga, 01.03.2011.

Globālā saules radiācija

Saules radiācijas ilgums un intensitāte ir atkarīga no gadalaika, klimatiskiem apstākļiem un ģeogrāfiskā stāvokļa. Gada globālais starojums uz horizontālas virsmas saules joslas reģionos var sasniegt 2200 kWst/m2. Ziemeļeiropā saules starojuma maksimālais lielums ir 1100 kWst/m2. Reāli, ņemot vērā siltuma pārvadi un lietderības koeficientu - 400 – 450 kWst/m2.

Rīga, 01.03.2011.

Saules radiācijas enerģija Latvijā

020406080

100120140160180

Mēnešis

Radi

ācija

, KW

h/m

2

-5

0

5

10

15

20

Gai

sa te

mpe

ratū

ra, o

C Globāla radiācija, KWh/m2

Tieša radiācija,KWh/m2

Vidēja gaisa temperatūra, 10gadu periodā, oC

Rīga, 01.03.2011.

Mēneša un gada vidējās globālas saules radiācijas lielumi uz horizontālas plāksnes kWst/m² Ziemeļeiropā

Vieta LAT Jan Feb Mar Apr May Jūn Jūl Aug Sep Okt Nov Dec Gadā

Berlīne 52,6 18,8 31,8 75,5 116,2 147,7 163,1 163,0 137,4 91,4 49,4 22,7 14,0 1031

Helsinki 60,3 8,6 23,0 64,6 105,6 162,1 191,7 180,1 132,9 73,6 33,0 9,6 4,5 980

Stokholma 59,4 10,4 26,7 69,3 110,3 164,1 197,3 173,1 135,7 80,9 37,2 13,7 7,2 1026

Kopenhāgena 55,8 14,2 30,4 69,1 112,3 156,8 181,0 157,4 127,4 89,5 45,9 18,1 10,9 1013

Rīga 57,2 12,1 28,6 79,1 120,0 170,3 206,3 192,0 146,5 87,0 43,3 15,4 9,1 1109

Rīga, 01.03.2011.

Saules spīdēšanas ilguma karte

Avots: Latvijas Ģeogrāfijas atlants

Rīga, 01.03.2011.

Saules enerģijas potenciāls LatvijāBaltijas

jūras zona

Rīgas rajons Vidzeme, Latgale

Gada vidējās radiācijas lielums (stundas)

1900 1800 1700

Gada mākoņainu dienu skaits 100 90 110

Gada vidējās saules dienu skaits mazāk 30 pārsniedz 30 30

Dienas, kad gaisa temperatūra ir augstāk 0° C

25/3 25/3 30/3

Vidējo dienu skaits ar

temperatūru > 10° C

temperatūru > 15° C

130-135

55-60

135-140

65-70

135-140

65

Dienas, kad gaisa temperatūra ir zemāka 0° C

10/11 20/11 30/11

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori

Saules kolektori ir tehniskas iekārtas, kuras absorbē saules starojumu, pārvēršot to siltumā, ko pēc tam saņem patērētāji – karstā ūdens sagatavošanai un uzglabāšanai akumulatorā, telpu apkurei, peldbaseiniem, lauksaimniecības produktu žāvēšanai u.c.

Kolektora konstrukcija, dizains, izmantotie materiāli, lietderības koeficients un efektivitāte varētu būt visdažādākie.

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektora shēma

(Vitosol 100)

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektoru sastāvdaļas

Saules kolektors sastāv no kolektora apvalka, absorbera, siltumizolācijas un caurspīdīgas virsmas. Apvalkā novietotas caurules, pa kurām plūst siltuma nesējs. Tās varētu būt ūdens (ūdens ziemas laikā jāizlaiž no sistēmas), etilenglikols (indīgs), propilēnglikols – nav indīgs, vai citi antifrīzi.

Rīga, 01.03.2011.

Jaunā tipa saules kolektors

(Vitosol 200)

Rīga, 01.03.2011.

Apkures un siltā ūdens apgādes sistēma

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori privātmājām

Ņemot vērā, ka saules kolektori dod iespēju segt līdz 2/3 karstā ūdens ikgadējā patēriņa ģimenes mājai un apmaksa par karstā ūdens sagatavošanu patērētāju rēķinos, kopsummā no mājas saimniecības izmaksām ieņem salīdzinoši lielu daļu – no 10 – 20%, saules enerģijas izmantošana var dot ievērojamu naudas ietaupījumu.

Izmantojot saules enerģiju vasaras sezonā, naftas produktu, gāzes vai elektriskos katlus var neizmantot, tāpēc ka saules sistēma var saražot visu nepieciešamo silto ūdeni. Saules enerģijas sistēma var būt savienota ar naftas produktu, malkas vai gāzes katlu, elektrisko apkuri, izmantojot kopējo akumulācijas tvertni, veidojot kombinētās siltumapgādes sistēmas.

Rīga, 01.03.2011.

Dzīvojamā mājā ar kombinēto (saule/elektrība) siltumapgādes sistēmu

1. Saules kolektors2. Caurules3. Katls (boilers)4. Siltummainis5. Papildsildītājs (elektriskais)6. Cirkulācijas sūknis7. Vadības iekārta8. Termometrs9. Izplešanās trauks10. Spiediena ventilis11. Gravitācijas reduktors12. Gaisa noplūdes ventilis

1

12

2

5

4

10

119

7

6

38

Saules kolektorus var izmantot dažādās kombinētās sistēmas:

Saules kolektori + biomasas katls (granulu, brikešu u.c.);

Saules kolektori + gāzes vai dīzeļdegvielas katls;

Saules kolektori + siltumsūkņi utt.

Rīga, 01.03.2011.

Saules radiācijas enerģijas izmantošana Latvijā

Kolektori strādā sistēmā ar boileru, kur ūdens var tikt uzsildīts arī ar katla palīdzību. Kolektori silda ūdeni ne tikai tiešos saules staros, bet arī apmākušās dienās. Kolektora izmēriem jābūt pietiekamiem siltā ūdens apgādei. Rēķinot 60 litrus 35 – 45°C siltā ūdens uz cilvēku, savrupmājai jāparedz 6 – 8 m² kolektoru platība (1,5 – 2 m² personai). Tos novieto uz jumta zem 45° - 60º pret dienvidiem. Daudzu gadu pieredze rāda, ka šāda sistēma nodrošina 70 -80% siltā ūdens patēriņu.

Saules kolektoru izmantošana Latvijā, kā parādīja eksperimentālie pētījumi, ir iespējama ar labiem rezultātiem. Saules radiācijas enerģiju Latvijā var izmantot 1700-1900 stundas gadā. Saules globālā radiācija mūsu platuma grādos mainās atbilstoši laika sezonām no maija līdz septembrim no 1 m² saules kolektora var iegūt 700-740 kWst/m ², no oktobra līdz aprīlim – 200-240 kWst/m ², no novembra līdz februārim - 40-50 kWst/m².

Rīga, 01.03.2011.

Latvijā ir aktuāli nosacījumi, kuri padara saules kolektoru izmantošanu pievilcīgāku un piemērotāku:

Augsts karstā ūdens patēriņš vasaras laikā. Tas ietver dzīvojamās ēkas un tādas iestādes, kā piemēram, slimnīcas, viesnīcas un kempingi, sporta un vasaras nometnes u.c..

Energoresusru cenu paaugstināšanās tendence. Notiek plaša jauno ēku celtniecība, kurās jau no

arhitektoniskā viedokļa var tikt izmatotas saules enerģijas iekārtas un kurās saules kolektorus un PV baterijas varētu iemontēt celtniecības laikā.

Daudzas ēkas tagad remontē vai pilnīgi atjauno un notiek siltumsistēmas renovācija.

Rīga, 01.03.2011.

Saules enerģijas izmatošana piemēri Latvijā

Aizkrauklē tika realizēts pirmais lielākais saules kolektoru projekts Baltijā ar kopējo saules kolektoru platību 155 kv.m. – uz skolas 35 kv.m un uz katlumājas 120 kv.m.

Latvijā saules kolektori ir uzstādīti Iecavas internātskolā (9,2 kv.m). Saules kolektori nodrošina silto ūdeni virtuvei un paralēli darbojas arī koka granulu katls.

Saules kolektori uzstādīti Īslīces SOS bērnu ciematā 80 kv.m.

Saules kolektori uzstādīti arī Valmieras Valsts ģimnāzijā 6 kv.m kopā ar PV, galvenokārt skolēnu apmācībai.

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori uz Aizkraukles novada ģimnāzijas jumta un Aizkraukles katlu mājas jumta

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori Iecavas internātskolā

Kombinācijā ar koka granulu katlu

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori Īslīces SOS bērnu ciematā

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektori Valmierā

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektoru uzstādītā jauda Eiropā un pasaulē ( 126 GWth), 2007

ES valstīs saules kolektoru uzstādīta jauda ir 27 kWth/1000 iedzīvot.

Turcija, 5.80%

Japāna, 4.10%

Citi, 2.40%

Dienvidāfrika, 0.50%

ES, 12.30%

Ķīna, 66.70%

Israēla, 2.80%

Brazīlija, 2.00%

ASV, 1.30%

Austrālija, 1.00%

Indija, 1.20%

Rīga, 01.03.2011.

Uz FEI jumta veidots saules kolektoru un saules bateriju izmēģinājumu poligons, kurā uzstādīti labākie firmas “Viessmann” izstrādātie kolektori, mūsu pašu firmas “Energi-R” kolektori, kā arī firmas “Buderus” ražotie kolektori un citu firmu kolektori, lai salīdzinātu to jaudas un darbību Latvijas apstākļos.

Uzstādītas saules baterijas, lai noteiktu to darbības efektivitāti Latvijā. Bez tam poligonā uzstādīta jaunākā hidrometeoaparatūra, kā arī saules radiācijas un iradiācijas mēriekārtas u.c..

Poligons domāts galvenokārt zinātniskiem mērķiem, tas ļauj realizēt lietišķos un fundamentālos pētījumus saules enerģijas izmantošanas jomā.

FEI saules enerģijas izmantošanas poligons

Rīga, 01.03.2011.

Saules kolektoru un saules bateriju izmēģinājumu poligons

Laika novērošanas sensori

Laboratorija

Kolektoru sistēma

Autonoma PV sistēma Kvaziautonoma PV sistēma

Rīga, 01.03.2011.

Iekārtas FEI poligonā:

Piranometrs – saules radiācijas mērīšanas iekārta; Saules spīdēšanas ilguma mērīšanas iekārta; Radiācijas mērītājs – ieejošās un izejošās radiācijas mērīšanas

iekārta; Pirheliometrs – tiešā saules izstarojuma mērīšanas iekārta; Pirgeometrs – infrasarkanā saules starojuma mērīšanas iekārta; Saules enerģijas izmantošanas sistēma silta ūdens iegūšanai; Datu apkopošanas komplekts no saules kolektoriem ar

programmnodrošinājumu; Automātikas komplekts saules kolektoru sistēmai ar 16 ieejām

un 8 izejām; Metroloģiskā stacija u.c.

Rīga, 01.03.2011.

FEI poligonā uzstādītā sistēma ir paredzēta saules radiācijas datu apkopošanai un analīzei arī no citām kolektoru iekārtām Aizkrauklē, Valmierā, Rīgā un varbūt vēl kādā pilsētā, un tie tiks nosūtīti uz FEI apkopošanai analīzei un salīdzināšanai.

Rīga, 01.03.2011.

Saules baterijas (PV) Saules bateriju (PV) pamatā ir solārās šūnas - elektriskās sistēmas

ierīces, kas Saules enerģiju pārvērš elektrībā. Šūnas ir visbiežāk zilā vai melnā krāsā, segtas ar neatstarojošu pārklājumu, kas uzlabo gaismas absorbēšanu. Solārās šūnas spēj pievadīt elektrību autonomiem patērētājiem vai elektrotīklam, tās apkopotas solārajā panelī, kas iekapsulēts stiklā un plastikātā. Panelis lielākoties tiek ietverts alumīnija ietvarā. Solārā moduļa ģenerētās enerģijas daudzums atkarīgs no tā virsmas, moduļa efektivitātes, novietojuma pret Sauli un Saules radiācijas.

Vismodernākās šūnas spēj panākt 22-24% efektivitāti, komerciāli ražotās – 16-18 %. No kvadrātmetra vidēji var iegūt 80-85 W, iekārtām ar augstāku efektivitāti - līdz 130 W.

PV moduļi ražo līdzstrāvu, ko pēc tam nepieciešams pārvērst maiņstrāvā - šim nolūkam izmanto inventorus

Rīga, 01.03.2011.

Sadārdzinoties tradicionālajiem energoresursiem arvien vairāk tiek runāts par saules enerģijas izmantošanu. Saules baterijas jeb PV sākotnēji uzskatīja par samērā eksotisku tehnoloģiju, ko pielietoja galvenokārt kosmosā vai ļoti attālos apvidos. Tomēr 20. gadsimta pēdējā desmitgadē strauji pieauga šo tehnoloģiju izmantošana elektroenerģijas ražošanā, un ir parādījušās perspektīvas nākamo 20 gadu laikā samazināt izmaksas un panākt vēl lielāku to izplatību. Statistika rāda, ka laika posmā no 1990.-2000. gadam PV izaugsme bijusi vidēji 20% gadā, pēc 1997. gada sasniedzot pat 30%. Plānots, ka šī tendence saglabāsies arī turpmāk. Līdz 2000. gadam kopējā uzstādīto PV jauda pasaulē tika rēķināta ap 1000 MWp (iegūtās solārās enerģijas mērvienība).

Rīga, 01.03.2011.

Kopējā PV uzstādītā jauda Eiropas jaunās dalībvalstīs 2009.gadā

Kopā [MWp]

Čehu republika 465,901

Kipra 3,328

Slovēnija 8,402

Bulgārija 5,700

Polija 1,011

Ungārija 0,650

Rumānija 0,635

Malta 1,527

Slovākija 0,196

Lietuva 0,055

Igaunija 0,060

Latvija 0,004

KOPĀ 487,469

2009.gadā PV Eiropā uzstādīta jauda bija 16071,2 MWp.

Rīga, 01.03.2011.

Elektroenerģijas tarifu struktūra (Ls/kWh) bez PVN

0,03292 0,03292

0.01559 0,01170

0,00563

0,02978 0,03568

Sistēmas pakalpojumi

Obligātās iepirkuma komponentes

Elektroenerģija

0,08030

0,05100

Jaunā regulēto tarifu struktūra

Līdzšinējā tarifa struktūra

Rīga, 01.03.2011.

FEI veic fundamentālos pētījumus par organisko materiālu izmantošanu saules bateriju (PV) izstrādei. Institūta izstrādāti jauni organisko saules elementu paraugi, kuri spēj pārvērst no saules nākošo gaismas enerģijas jaudu elektriskās enerģijas jaudā ar lielāku efektivitāti, nekā patreiz pasaulē esošajiem labākajiem optoelektroniskajiem elementiem, saules starojuma 330-800 nm spektra diapazonā. Veikti darbi šo elementu lietderības koeficientu tuvināšanai 10%, lai būtu ekonomiski izdevīgi tos ieviest rūpnieciskajā ražošanā un izmantot kā alternatīvu esošajiem dārgajiem silīcija optoelektroniskajiem elementiem, kuru ražošanai tiek patērēta liela enerģija.

Rīga, 01.03.2011.

Saules baterijas izmantošana Latvijā

Saules baterijas ikdienā tiek izmantotas: kalkulatoriem; pulksteņiem; rotaļlietām; uz bākām un bojām Baltijas jūrā; ielu apgaismojumam u.c. saules baterijas var izmantot energotīklam pievienotās vai autonomās

sistēmās (autonomās sistēmas parasti papildina dīzeļa ģeneratora vai vēja spēkstacijas ražotu elektroenerģiju, kas var būt aktuāli lauku apvidos, atpūtas mājās u.c.) tāpēc iespējas ir plašas, piemēram, Saules akmens – Swedbankas galvenā ēka, Parex bankas galvenā ēka u.c. objekti.

Rīga, 01.03.2011.

Rīga, 01.03.2011.

Prof., Dr.habil.sc.ing., LZA kol.loc. Pēteris ŠipkovsFizikālās Enerģētikas institūts Enerģijas resursu laboratorijas vadītājsAizkraukles iela 21, Rīga, LV-1006, LatvijaTel./Fax: + 371 67 553537E-mail- shipkovs@edi.lvhttp:/www.innovation.lv/feihttp:/www.lza.lv/scientists/shipkovs.htm

Paldies par uzmanību!