Päikeseenergia ja kuivatamine

Päikeseenergia ja kuivatamine
Päike

Tohutu valgusallikas d=1392·10⁶ m ja m=2·10³⁰ kg. Koosneb põhiliselt vesinikust ja heeliumist. Energia tekib vesiniku muundumisest heeliumiks 4·10⁹ kg/s. Vastav võimsus 4·10²³kW. Temperatuur pinnal 5900 K.

Atmosfääri ülemistesse kihtidesse jõuab aastas päikeseenergiat 5.6·10²⁴J. Atmosfäär peegeldab tagasi kosmosesse 35% ehk 1.9·10²⁴ J. Ülejäänud energia kulutatakse maapinna soojendamiseks (ca 2.4·10²⁴J), vihma-sademete tsükliks (ca 1.3·10²⁴ J), laineteks, hoovusteks, õhuvooludeks ja tuuleks (kokku ca 1.2·10²² J). Energiavool ülemistes atmosfäärikihtides on 1.78·1017 W ja maapinnal 1.2·10¹⁷ W.

Päikesekiirgus

Päikesepaiste kestus ja kiirguse intensiivsus

Sõltub pilvisusest ja päeva pikkust määravatest astronoomilistest teguritest. Teoreetilist võimsust võiks arvutada:

cos(z) = sin(l ) · sin(d ) + cos(l )·cos(d )·cos(t), kus

— geograafiline laius
— deklinatsioon ehk aastaaja efekt

t — tunninurk 1h = 15°, kohalik keskpäev on 0°

I₀ — atmosfääriväline solaarkonstant =1353 W/m², c=0.357 ja s =0.678.

http://magnet.consortia.org.il/ConSolar/SunDaySymp/Dost/Dostrov6.html

Summaarne kiirgus

Summaarne kiirgus (Q) on horisontaalsele pinnale jõudnud päikese otsese (S') ja hajusa kiirguse (D) summa:

Q = S' + D

Kummagi komponendi osakaal Q-s oleneb pilvisuse olukorrast, Päikese kõrgusest, atmosfääri läbipaistvusest ja aluspinna peegeldusvõimest. Aastas moodustab Tõraveres otsese kiirguse osa summaarses keskmiselt 47%. Talvel on otsese kiirguse osa tagasihoidlik (detsembris keskmiselt ainult 17%). Maikuust kuni juulini on määravamaks S'.

Pilvitutel päevadel oleneb Q päevane käik peamiselt päikese kõrgusest ja summaarse kiirguse maksimum on keskpäeval.

Pilvisus üldreeglina kahandab summaarset kiirgust. Ainult sellistel juhtudel, kui on tegemist osalise pilvisusega ja pilved ei kata päikeseketast, võivad Q väärtused olla suuremad kui pilvitu taeva korral /1. lk. 62/

Päikeselt saabuv otsene kiirgus ja atmosfääri läbipaistvus

Maksimaalne saadav energia päikesepaistelisel päeval on 3/4 energiast väljaspool atmosfääri.

energia peegeldub tagasi atmosfääri välispinnalt

neeldub osoonikihis, veeaurus, süsihappegaasis ja teistes atmosfääri komponentides

hajutatakse tolmuosakeste ja veeauru poolt.

Vara hommikul ja hilja õhtul, kui päike on madalal, peavad kiired läbima atmosfääris tunduvalt pikema teekonna, sellisel juhul on ka langemisnurk atmosfääri suhtes teravam ja suurem osa peegeldub tagasi. Päikesepaistelistel päevadel on päikeseenergia maksimum keskpäeva paiku.

Päikeseenergia põhitõed

Päikeseenergia vabaneb päikeses toimuvate termotuumareaktsioonide tagajärjel. Energia on peamiselt lühilaineline kiirgus, mis on suunatud kõikjale kosmoses. Päikese summaarse kiirgusvoo standardne tihedus on 1000 W/m² (I₀=1353? W/m²). Kui see kiirgus kohtub mingi kehaga, siis ta peegeldub, läbib keha ja neeldub. Neeldunud komponent põhjustab tavaliselt materjali soojenemist. Kogumaks seda soojust on võimalik sobivalt valitud materjalidest ehitada päikesekollektor. Päikeseenergia on mittesaastav. Energia ise ei maksa midagi kuid seadmestik selle kogumiseks ja kasutamiseks eeldab investeeringuid ning seadmestiku kõrge hind võrreldes fossiilse energeetikaga (süsi, gaas ja vedelkütus) on takistanud selle laiemat kasutamist.

Teadmised päikeseenergeetika alustest võiksid aidata:

määrata kasutatava energia kogust vaadeldavas piirkonnas
otsustada päikeseenergia kasutusotstarbekuse üle konkreetses olukorras
valida parim kasutatava kollektori tüüp
arvutada vajatava kollektori suurus
täiendada olemasolevat kollektori projekti või projekteerida vajadustele vastav

Kasutatav on näiteks kasvuhooneefekt, mille kohaselt lühikese lainepikkusega energia püütakse lõksu madalsageduslikku kiirgust halvasti läbilaskva ekraani (aknaklaas) taha.

Päikesekollektori tööpõhimõte

Päikeseküte võib olla passiivne või aktiivne.

Füüsikaline tööpõhimõte seisneb tumedate pindade omaduses neelata lühilainelist (nähtava piirkonna) kiirgust (E). Musta keha korral on neeldumine peaaegu 100%. Heledamate toonide puhul efekt väheneb. Päikesekiirguse neelamise käigus keha temperatuur tõuseb. Osa kiirgusest peegeldub tagasi (R) ja kaob muul viisil (J). Püütud soojust (T) võib edastada järgneval viisil:

Soojusjuhtivuse abil absorbeeriva pinna tagaküljele (J)
Konvektiivse soojuslevi käigus keha pinnalt (J)
Pikalainelise (infrapunane) kiirgusega (J)
Soojusülekande vahendusel keha ümbritsevale soojuskandjale (N)

Päikesekollektorites antakse soojus üle soojuskandjale, mis on kontaktis absorbeeriva kehaga. Soojuskandjaks võib olla gaas või vedelik, mis voolab absorberit ümbritsevates kanalites. Soojust, mida on õnnestunud üle anda soojuskandjale, nimetatakse kasulikuks soojuseks (N).

Alasti plaadiga kollektor

Kaetud plaadiga kollektor

Riputatud plaadiga kollektor

Solaarkuivatid
Tööpõhimõte

Kuivatussüsteem koosneb tavaliselt kuuma õhu kollektorist, ventilaatorist ja kuivatuskambrist. Ümbritsev õhk imetakse ventilaatoriga läbi kollektorite. Kollektorites päikesekiirguse mõjul soojenedes õhu kuivatusvõime kasvab. Saavutatav õhutemperatuur sõltub kollektori konstruktsioonist, kasutegurist, voolukiirusest ja ilmast. Soe õhk surutakse ventilaatoriga kuivatuskambrisse. Kuna õhu temperatuur on kõrge ja veeauru osarõhk madalam kui kuivatataval materjalil, eraldub kuivatuskambris materjalist veeauru. Samas väheneb õhu temperatuur ja aururõhk suureneb.

Klassikaline skeem

DRYER - kuivati

BLOWER - ventilaator

DAMPER - siiber

PLASTIC COVER - plastkate

Maapinnal lebava kollektoriga kuivati, mis on varustatud ventilaatori ja siibriga õhuvoolu reguleerimiseks. Kollektori kattena kasutatud nurkadest fikseeritud PVC kilet. Ventilaatori tootlikkus 400 m³/h, kollektori pindala 3 m². Katsetatud Rootsi Põllumajandusülikooli teadlaste poolt Indias /5/.

Kuivateid võib ka koostada näiteks kuivatatavatest põhu või heinapallidest

Korstnaga süsteem

Kui ventilaatorit ei juhtu käepärast olema saab kasutada vilja ventileerimiseks loomulikku tõmmet. Õhu liikumine saavutatakse temperatuuri erinevuse abil. Energiat neelavaks pinnaks on teravili ise. Olulisteks teguriteks on: