Laastu talus kasvatatakse maasikaid. Sellelt põllult saab hooajas viis tonni marju. Kuid see pole siinse talu ainus toodang. Teisel, peaaegu sama suurel põllul toodetakse päikesest elektrit. Nende, 668 paneeli tootmisvõimsus on kokku 160 kilovatti. Kas sa kujutad ette, et see tagab 40 keskmise majapidamise  aastase energiavajaduse täna uurimegi mis on päikeseenergia  ja kuidas seda kasutatakse? Aitäh. Kas sa kujutad ette, et aastas tervele maale langeva päikese  kiirgusenergia hulk on 178000 teravatti? See on tohutu hulk, mis ületab kogu inimkonna aastase  energiakulu umbes 15000 korda. See tähendab, et Eesti suurusele pindalale langenud  päikeseenergiast piisaks, et täielikult rahuldada maailma  praegused vajadused. Aga mis asi üldse on päikeseenergia, seda aitab selgitada  Tallinna tehnikaülikooli obtoelektroonsete materjalide  füüsikalabori teadur Taavi Raadik. Päikeselt tulev kiirgus saab toimuda ainult tänu sellele,  et päiksetuumas väga kõrgetel temperatuuridel kuskil 15 kuni  20 miljoni kraadi juures toimub. Vesinikuaatomite liitumine ja nad liituvad  ning moodustavad heeliumi aatomi ja selle tõttu kiiratakse  välja suur hulk energiat, mis siis jõuab maani elektromagnetkiirgusena. See kiirgus kannabki endas valgust ja soojust,  mida me saame ära kasutada. Aga maa erinevate muudesse piirkondadesse jõuab väga erinev  hulk kiirgust. Meil siin põhja pool ei ole nii palju päikesekiirgust kui  näiteks ekvaatoril. Miks see nii on? Maa pöörleb ümber oma kujuteldava telje,  mis on päikese suhtes kaldu. Kui maa tiirleb ümber päikese ja meil aastaajad vahelduvad  siis muutub ka kaldenurk, kuidas päikesekiired maale langevad. Näiteks, kui meil on kevad, siis paistavad kiired maale 90  kraadise nurga all ekvaatori suunas. Päikeseenergia kiirguse hulk on suurem just ekvatoriaalsetel aladel,  seal võib öelda, et võrreldes meie laiuskraadiga on aastane  kiirgushulk kuni kaks korda suurem ehk siis  päikeseelektrijaamad võiks just asetada umbes selles piirkonnas. Päikeseenergial on suur potentsiaal kui õnnestuks kinni  püüda kogu päikeseloojangurgia. Võiks tunnise päikesepaistega tagada maakera aastase energiavajaduse. Päikeselt saadava kiirgusenergia kasutamine on üks taastuva energiaallikatest. Taastuvenergia tähendab sellist energiaressurssi,  mida saab kasutada lakkamatult või mis taastub iseenesest,  ilma et selle kogus inimtegevuse tõttu väheneks. Seega on päikeseenergia rakendamine kasulik  ka meie keskkonnale ja aitab vähendada mittetaastuvate  ressursside kasutamist. Teadlased ja insenerid nuputavad pidevalt,  kuidas päikeseenergiat kasutada ja salvestada. Tänapäeval on sellel juba väga palju kasutusvaldkondi. Kindlasti tuleb sulle selline elektroonikaseade tuttav ette,  siin pinnal on väike päikesepaneel isegi kalkulaator võib  kasutada valgusenergiat. Või siis selline akupank, et kui ma lähen metsa,  siis ma saan oma telefoni laadida. Päikeseenergia on kasutusel veel näiteks valveseadmete,  veebikaamerate, ilmajaamade või meremärkide töös hoidmiseks  ja isegi majakates ning tänavavalgustites. Ja päikeseenergiat ei rakendata ainult elektrienergia saamiseks. Sellest on võimalik toota ka soojust. Soojusenergiat toodetakse samuti paneelide abil,  kuid need on oma ülesehitusel pisut erinevad. Neid nimetatakse päikesekollektoriteks ja nende abil saab  soojendada vett või isegi kütta maja. Aga päike on energiaallikaks ka kosmosetehnoloogias. Päikeseenergia kasutamises ei ole iseenesest mitte midagi uut,  ka suurendusklaasi abil, tule süütamine on päikeseenergia rakendamine. Aga millal siis ikkagi hakati päikeseenergiat teadlikult  kasutama päikesevalgusest elektri saamisele pani aluse  prantsuse füüsik Edmon kes avastas 1839. aastal foto  galvaanilise efekti kuid siis ei aimanud ta veel avastuse  tähtsust ega osanud seda kasutada. Esimene töötav päikesepaneel leiutati viiekümnendatel  ja selle efektiivsus oli algul vaid 4,5 protsenti. Kuid sellest ajast on valdkond kõvasti edasi arenenud  ja tänapäeval on paneelide maksimaalne saavutatud  efektiivsus lausa 25 protsenti. Üsna varsti näed, kuidas käib töö päikesepaneelide tehases  ja saad teada, millest need koosnevad. Aga kõigepealt selgitame välja, kui palju on võimalik meil  Eestis päikesepaneelidega elektrienergiat toota. Ees praegu ei tundu küll seda päikeseenergiat just üleliia  palju olevat. Eestis on võrdlemisi jahe kliima ja pikk pime periood  kus päike peaaegu ei paistagi. Aga mis sina arvad, kui palju mõjutab kliima päikeseenergia tootmist? Lisaks asukohale ja laiuskraadile on veel terve hulk tegureid,  mis mõjutavad seda, kui palju energiat suudetakse päikese  abil toota. Proovi ära arvata, mis võib päikesepaneelide efektiivsust vähendada. Kas näiteks pilvisus, varjud, temperatuur,  tuul, tolm, vihm, lumi või paneeli kaldenurk. Faktorid tarjutavad päikesest energiasaamist. Kas sinul on vastus olemas? Kõik tegurid, mis varjavad paneelipinda ja piiravad sellele  jõudvat kiirgushulka vähendavad ka tootlikkust. Nii võivad seda mõjutada näiteks pilved,  varjud, tolm, lumi või isegi lenduv praht. Isegi kui päikesepaisted, vaid väikeses osas võib see välja  lülitada terve paneeli töö. Miks see nii on? Seda aitab selgitada Mihkel Loorits, kes uurib Tallinna  tehnikaülikoolis just päikeseenergeetika materjale  ja on rajanud ka ise päikeseelektrijaama. Kui paneelidele tekib niisugune üksik vari ühele elemendile,  siis võib öelda, et 30 protsenti sellest paneelist on  toodangust välja lülitatud. Kui nüüd see tekib alumisele kogu alumise rea ulatuses  siis võib öelda, et see paneel ei ei tööta praktiliselt üldse. Varjumõjuga paneel takistab tervet ahelat,  nii et ülitähtis on, et paneelidel ei oleks varjusid. Päikesepaneelide efektiivsus kannatab ka siis,  kui need ülekuumenevad. Nii võib soojal päeval jahutavast tuulest hoopis kasu olla. Üsna varsti selgitab ka täpsemalt, miks on päikesepaneelide  paigaldamisel nii oluline just õige kaldenurk. Aga laias laastus on Eestis tingimused päikeseenergia  kasutamiseks üsna head. Mis on meie eeliseks? Meil on väga palju hajunud valgust ja teiseks,  et meil on madalamad temperatuurid. Peksataridel meeldib rohkem töötada madalatel  temperatuuridel siis on nende efektiivsus suurem. Seevastu kõrgel temperatuuridel nende efektiivsus langeb. Eestis on üllatavalt hea päikeseenergia tootlikkus,  see on isegi võrreldav Saksamaaga, mis on üks suurimaid  päikeseenergia tootjaid maailmas. Seal asub lausa umbes pool kogu maailma päikeseelektrijaamadest. Eestis saab ühe ruutmeetrise pinna pealt toota kuni 1200  kilovatt-tundi elektrienergiat aastas kui päikesepaneelid on  paigaldatud lõuna suunas ja õige nurga all. Päikesepaneele ei paigaldada maapinnale lapiti vaid 40  kraadise nurga all nagu siin. Miks see nii on? Teadlased on välja arvutanud, et selline kaldenurk on Eestis  kõige optimaalsem, et püüda kinni võimalikult palju  päikeselt tulevaid kiiri. Näiteks suvisel keskpäeval, nagu praegu langevad need kiired  siia paneeli peale. Sedasi. Niisiis, päikesepaneeli tootlikkus on kõige suurem,  kui see on suunatud otse päikesele. Aga päikese kõrgus ja asukoht horisondil muutuvad  ka päeva jooksul. Nii kaotab fikseeritud paneel pidevalt oma efektiivsust. Kuidas saaks seda siis veelgi efektiivsemaks muuta? Kui panna veel päikse jälgimissüsteem? Mis siis hoiab alati ennast optimaalse nurga all  ja keerab ennast päiksega nii-öelda kaasa,  tänu sellele on võimalik siis kuni 20 protsenti  või rohkem energiat kätte saada. Üsna pea räägin ka ühest Eesti teadlaste loodud põnevast leiutisest,  mis võimaldaks meil koguda päikeseenergiat otse teede pealt. Aga kas sina tead, millal jõudis päikeseenergia kasutamine Eestisse? Veeteede amet võttis selle laiemalt kasutusele juba 1900  üheksakümnendatel kui hakkas seda kasutama meremärkide  ja tuletornide töös. Aga mõned leidlikud avastasid selle võimalused juba varemgi. Näiteks ületas 1979. aastal uudiskünnise vee soojendamiseks  ehitatud kollektor. Ja. Insener Vello Teslan. No see on nüüd üks niisugune väikene päikeseküttel töötav veesoojendusaparaat. Kui nüüd oleks päris niisugune Selge päiksepaisteline ilm, kui kuum see vesi võiks olla  siit välju väljuvast torust. Kümmend kraadi kõige rohkem, võib-olla vahel isegi 100. No kas meie piirkond või meie laiuskraad on nüüd  päikeseenergia rakendamiseks soodne või ebasoodne? Küllaldaselt soodne siiski. Muidugi nagu eelmine aasta oli vilets, aga,  aga üldiselt ei ole viga energiat. Jätkub. Nüüdseks ei ole päikeseenergia rakendamine Eestis enam  sugugi nii väga haruldane. Kas sina tead, kus asub näiteks Eesti suurim päikeseelektrijaam? 2000 seitsmeteistkümnenda aasta sügisel oli suurim  päikesepark veel valmimisjärgus. Jaam asub Järvamaal Peetri alevikus ja selle võimsuseks on  1,2 megavatti. Aga näiteks Hiiumaal asub teine väga suur päikesepark,  mille võimsus on üks megavatt. See on väga suur kogus energiat. Kas sa kujutad ette, et selline jaam suudab päikeselisel  suvepäeval katta kogu Kärdla linna elektrivajaduse? Kärdla on Põhjamaa laiuskraadidel täiesti unikaalne koht  sest nendel tundidel, kus päikesejaam töötab täisvõimsusel  on terve linn läbi elektrivõrgu päikeseenergiatoitel. Aga mis sina arvad, kui suurele pindalale peaks paigaldama päikesepaneelid,  et võiksime nende abil katta kogu Eesti energia vajaduse? Kas piisaks 12-st ruutkilomeetrist 270-st ruutkilomeetrist  või peaks paigaldama paneelid 4000-le ruutkilomeetrile? Kas sul on vastus olemas? Aga mis on õige vastus? Selleks, et terve Eesti energiavajadust päiksepatareidega  ära rahuldada, tegelikult meil oleks vaja,  on tehtud arvutused, oleks tarvis katta umbes Võrtsjärve  suure ala päiksepatareidega ja siis me juba nii-öelda  rahuldaksime Eesti. Energiavajaduse ära. Suuremaid päikeseelektrijaamu, mille võimsus on enam kui 100 kilovatti,  on meil praegu juba kümmekond. Üks neist on Laastu talu päikesejaam, mille võimsus on 160 kilovatti. Ühe illustratiivse näitena saaks tuua, et kui suvisel päeval  on päike väljas, siis, Niisugune 1600 vatise tolmuimejaga saaks 100 inimest oma  kodu koristada. Samal ajal kui lastealu väikseelektrijaam toodab. Päikesepaneelide tootlikkust mõjutavad erinevad faktorid  kõige enam muidugi see, kui palju päikest üldse paistab. Eestis on meil talvekuudel päikeseenergiat võrreldes suvise  ajaga kuni 12 korda vähem. Nii et talvekuudel langeb meil päikesepaneelide tootlikkus oluliselt. Ja perioodil märtsist oktoobrini toodavad paneelid lausa 85  protsenti kogu aastasest energiakogusest. 160 kilovatise võimsusega saavutame me päeva maksimumtoodanguks,  kui päike on väljas suvel. Circa 1300 kilovatt-tundi november, detsember,  jaanuar-veebruar saavutame me kuu toodanguks sama palju kui  suvisel ajal. Ühe päevaga suudame ära toota. Aga kui see tootlikkus niivõrd palju kõigub,  siis miks üldse tasub just päikeseenergiat kasutada? Miks ta hea on, on keskkonna aspekt, siin ei ole otseseid püsikulusid. Mida peab kütuse näol näiteks tarbima, et elektrit toota? Suuresti on ta hooldusvaba, me vähendame keskkonnamõjusid  siis süsiniku jalajälje näol ja hoiame kokku  kasvuhoonegaaside teket keskkonda. Seega päikeseenergia kasutamine aitab vähendada teiste  kütuste tarbimist ja nende kahjulikke keskkonnamõjusid. Laastujaamas toodetud elekter, müüaksegi kõik  üldelektrivõrku aga sageli rajatakse elektrijaam hoopis mõne  ühiskondliku hoone katusele, et katta kohapealset energiatarbimist. Aga päikeseenergiast elektrit toota saab tänapäeval igaüks. Väikese elektrijaama võib paigaldada näiteks oma maja katusele. Päikeseenergiat kasutavad sageli just sellised majapidamised,  kus üldelektrivõrguga liitumine pole võimalik  või see on liiga kallis. Näiteks on palju selliseid maju meie väikesaartel. Selleks, et talvise aja päikesepuudust kompenseerida,  kasutatakse seal sageli lisaks ka tuulikuid. Selliste sõltumatute elektri tootmissüsteemide puhul  salvestatakse energiat akupankadesse mis tagavad selle,  et elektrit jätkuks ka näiteks pimedal ajal. Kuid üha enam leidub päikeseenergiat kasutavaid majapidamisi  ka linnades, kus ligipääs elektrivõrgule on niikuinii olemas. All tänaval kõndides võib see Mustamäe maja paista üks  täiesti tavaline kortermaja. Kuid siin selle maja katusel on 60 päikesepaneeli,  mis toodavad suvel ilusa päikesepaistelise ilmaga 130  kilovatt-tundi elektrienergiat päevas, mis on võrreldav  sellesama maja ühe kahetoalise korteri terve kuu  elektrienergia tarbimisega. Enamjaolt on üks kodune päikeseelektrijaam oma ülesehitusel  alati üsna ühtemoodi. Selle paigaldamise eelduseks on enamasti see,  et oleks piisavalt katusepinda või vaba ruumi. Jämedalt on ju 300 vatti, hetkel näiteks on 1,6 ruutu. Iga inimene saab ära mõõta, kui suur ta katus on. Ja mitu paneeli sinna peale mahub. Edasi tulevad juba kaablid ja kaablitest läheb inverterisse. Inverter on päikeseelektrijaama väga oluline osa. See muundab päikesepaneelidelt tuleva alalisvoolu vahelduv vooluks,  mida saab kodus kasutada. Kuni 15 kilovatise võimsusega elektrijaamu nimetatakse  mikrotootjateks ja üks selline asubki sütiste tee kortermaja katusel. Tema põhifunktsioon on ta siis osaliselt,  katab nüüd elektri tarbimist. Et kuna täisrenoveerimisega tulid peale suured  elektritarbimised head meil seoses sundventilatsiooniga  ventilatsiooni agregaadid ja, ja soojuspumbad  ja arvestuste järgi noh, umbes 10 protsenti on  siis päikesepaneelide osa, mis ta kompenseerib. Seega katab päikeseenergia vaid osaliselt kortermaja energiavajaduse. Tegelikult jaotub nüüd ikkagi niimoodi, et mitte  korrelatiivselt meie vajadustega. Ehk siis iseenesest kortermaja energiatarbimine on suurem  talvekuudel ja, ja päikest on tol hetkel ikkagi napilt. Ja, ja suvekuudel, kus meie energiavajadus  nii suur ei ole, et siis on see enamus päikeseenergiat kättesaadav. Detsembris oli selle päikesejaama tootlus kuskil 53  kilovatt-tundi terve kuu kohta. Praegu korraliku suvepäeval juunikuus, kus päike selge  taevaga paistab, näitab siis inverter mingi 130  kilovatt-tundi tuleb ühel päeval ehk et siis üks suvepäev  toodab rohkem päikeseenergiat kui kaks talvekuud,  millal seda iseenesest kõige rohkem vaja oleks? Sel samal põhjusel ongi mikrotootjad enamasti ühenduses  ka tavalise elektrivõrguga. Kui jääb päikesest toodetud elektrit puudu,  võetakse see automaatselt elektrivõrgust. Aga elektriarvestid mõõdavad elektrit kahes suunas. Kui paneelide toodang ületab majapidamise tarbimist,  siis liigub elekter tagasi võrku ja keegi teine saab seda kasutada. See võrgumüük on, peab olema, sest seesama Suvel me ei vaja nii või noh, Meil ei ole  nii palju elektritarbijaid ja siis kõik ületoodetud  päikeseenergia läheb võrku tagasi ja kortermaja saab võrku  müüdud elektrienergiast natukene isegi raha tagasi. Mis kajastub siis elektriarvetel miinusreana. Seesama kortermaja on üks paljudest mikrotootjatest. 2016. aastal liitus elektrivõrguga 194 taolist  päikeseelektrijaama ja see on seni rekordiline arv ühe aasta kohta. Aga kuidas saaks teada, kui võimsat päikeseelektrijaama  oleks vaja? Kõige lihtsam reegel on see, kui võtta välja oma aastane  elektritarbimine ja Kui on näiteks 10000 kilovatt-tundi aastas tarbimine,  siis võtame sealt kolm, nulli tagant ära. 10 kilovatti on siis enam-vähem optimaalne. Kuidas siis ikkagi päikesest see energia kätte saadakse? Kohe saad teada, millest päikesepaneelid koosnevad  ja kuidas need töötavad. Üks päikesepaneel koosneb paljudest väiksematest fotoelementidest,  mis seal laua peal omavahel üheks vooluringiks kokku joodetakse. Parasjagu valmib paneel, mille võimsus on 300 vatti  ja mõelge, kolm inimest oma kodudes saavad vaadata sellega  kas või 24 tundi järjest televiisorit. Fotoelemendid on väga haprad ja purunevad kergesti. Seepärast on oluline, et paneel oleks tugev  ja kaitseks. Fotoelemente päikesepaneel koosneb mitmetest kihtidest,  spetsiaalsest, kilest ja klaasist, mis muudavad  selle tugevaks ja vastupidavaks. Kui fotoelemendid on vooluringiks kokku ühendatud,  läheb paneel laminaatorisse. Seal toimub vaakumis kõrgel temperatuuril keemiline protsess,  millega muutub klaasi ja elemendi vaheline kile  läbipaistvaks ja elemendid kinnituvad klaasi külge. Seejärel kontrollitakse kõiki paneele. Kui paneeli võimsus vastab ootuspärasele,  paigaldatakse sellele veel juhtmed, ühenduskarp  ning raam ja paneel ongi valmis. Kõige olulisem osa päikesepaneelist on fotoelement. Millest see siis koosneb? Tänapäevaste päikesepaneelide koostises kasutatakse kõige  rohkem räni mis on üks väga levinud keemiline element. Üle 90 protsendi maakoorest koosneb räni mineraalidest. Räni meie maal leidub väga palju Lähete randa,  terve rand on ränioksiidi täis. Ainuke probleem on selles, et selleks, et me räni  päikesepatareid teeme teha saaksime, peaksime kasvatama räni monokristalli. Ta peab olema ülipuhas ja selle tegemine on väga väga kallis. Kuidas see fotoelement siis ikkagi töötab? Päikesest tulevad valgusosakesed ehk footonid,  mis neelduvad elementide pooljuhtmaterjalis näiteks ränis. Mida rohkem neid neeldub, seda suurem on materjali  efektiivsust toota. Elektrone, mille suunatud liikumine ongi elektrivool  metallist kollektorvõrgud ehk elektrit koguvad traadid. Paneeli sees suunavad elektronid elektrikaablisse  ja sealt edasi läbi inverteri, mis muudab voolu  elektrivõrgule sobivaks. Praegu kasutusel olevate ränipaneelide maksimaalne  efektiivsus on meie tingimustes keskmiselt 15 kuni 20  protsenti ja need kestavad umbes 30 aastat. Lisaks kristallilistele ränil põhinevatele,  paneelidele On leiutatud ka õhukesekilelised paneelid. See tehnoloogia võimaldab toota õhukesi ja painduvaid  paneele aga nende efektiivsus on võrreldes ränipaneelidega  pisut madalam. Samas on selliseid paneele odavam valmistada. Tallinna tehnikaülikooli materjali ja keskkonnatehnoloogia  instituudis töötataksegi näiteks spetsiaalse päikeseenergia materjaliga,  mis on maailmas täiesti ainulaadne leiutatud monotera  materjal koosneb tavalistes ränipaneelides kasutatavast  miljoneid kordi väiksematest osakestest. Tänu sellele annab nendest valmistada näiteks õhukesi  ja painduvaid päikesepaneele või kujundada erilise kujuga päikesepatareisid. Teadlaste eesmärgiks ongi luua uusi lahendusi,  mis võimaldaks päikesepatarei sid siduda näiteks  ehitusmaterjalidega et saaks elektrit toota otse hoone  seinalt või katusepinnalt. Päikeseenergia võimalused on piiramatud. Päikeseenergia kasutusvaldkond on tõesti väga lai siinsamas  Tallinna tehnikaülikoolis arendavad materjaliteadlased sillutuskive,  mis võimaldaks meie kliimas toota elektrienergiat otse meie  teede pealt. Siin on ka üks selline näidiskivi. Ja vaadake, ise toodab elektrit, numbrid jooksevad. Selle tehnoloogia väljatöötamise soov tuli maanteeametilt nii,  et selles nähakse reaalset võimalust panna meie teed  elektrit tootma. Esialgu on plaanis arendada välja sillutiskivid,  mis peaksid vastu näiteks kergliiklusteedel. Me oleme välja töötanud sillutiskivi prototüübid,  kuhu on siis edukalt sisse valatud sellised fotoelemendid. Ja me oleme leidnud sobivad vaigud, sobivad täitained,  et see kattekiht oleks siis tugev. Me oleme nüüd neid sillutiskivi prototüüpe katsetanud  survele rakendada siis ühe ruutsentimeetri suurusele pinnale  tonnise jõu raskuse ja selle tulemusena olid ainult kerged,  et pinnakahjustused päikeseelement ise säilitas täielikult töövõime,  ehk see on tõestatud, et see element on täielikult vastupidav,  kergliiklusteede vajadusele võib isegi sõiduautod kanda ilma probleemideta. Tulevikus võiks selline tehnoloogia varustada elektriga  kasvõi teeäärseid, tänavalaternaid, foore  või liiklusmärke. Päikeseenergia on piiramatu ressurss, mille kasutamine  võimaldab vähendada teiste kütuste põhjustatud kahjulikke keskkonnamõjusid. Nii et üha enam otsitakse võimalusi, kuidas seda rakendada. Mina usun, et paari-kolmekümne aasta pärast me toodame  julgelt pool elektrienergia päikesepatareidega. Energia hulk, mis ühes tunnis päikeselt maale tuleb on  võrreldav terve aastase elektrijaamade toodanguga kogu  maailmas kokku. Et tegelikult see potentsiaal on tohutu,  kui me suudaks seda piisavalt hästi ära kasutada.
