AURINKO
Elämän perusta. Pääasiassa vetyä ja heliumia sisältävä fuusiopallo, jossa 10 miljoonan asteen lämmössä muuttuu joka sekunti 654 miljoonaa tonnia vetyä 650 miljoonaksi tonniksi heliumia. Minneköhän se 4 tonnia sitten katosi? Ekvivalentti juttu, energiaksihan se muuttui, elämämme ylläpitäjäksi. Tuossa energianmuodostuksessa yhden vetygramman lämpöarvo vastaa 27 tonnia hiiltä!!
Paljonkohan sitä energiaa maapallollemme asti riittää? Auringosta lähtee 3,8x10(potenssiin 23) kW. Ja maapallolle yrittää tulla 1,7x10(potenssiin 14) kW, eli 170000 terawattia, joka on n.20000 kertaa koko teollisuuden ja lämmityksen käyttämä teho. Kasvuvaraa teollisuudelle siis riittää, vai??
No ei nyt ihan näin suoraviivaisesti sentään voida ajatella. Ilmakehän rajalla olevalle neliömetrin alueelle tulee kohtisuorana säteilynä sekunnin aikana 1,35 - 1,39 kW. Tätä kutsutaan aurinkovakioksi, joka kuitenkin vaihtelee +/-3,5 % etäisyyden muuttuessa. Laskeudutaanpa mesosfääristä kotoisempaan troposfääriin ja maapallon pinnalle.
Ilmakehä
Erilaisista molekyyleistä, vesihöyrystä, pölystä ja saasteista muodostuvana, heikentää oleellisesti auringonsäteiden pääsyä maanpinnalle.
Mitä pitemmän matkan auringon säteily kulkee ilmakehässä, sitä pienemmäksi muuttuu aurinkovakio. Siksi auringon teho on talvella pienempi, kuin kesällä ja vuorokausittain suurimmillaan keskipäivällä.
Maanpinnalle tuleva säteily voidaan jakaa kolmeen osaan.
1. Suora auringonsäteily, joka nimensä mukaisesti tulee suoraan ilmakehän läpi.
2. Hajasäteily, joka on ilmakehän molekyylien, pilvien ja maan pinnan heijastamaa.
3. Ilmakehän vastasäteily, joka on vesihöyryn, hiilidioksidin ja otsonin aiheuttamaa takaisinsäteilyä maanpinnalle. (Kasvihuoneilmiö).
Kun näiden kolmen tekijän summasta vähennetään takaisin avaruuteen heijastuva säteily, saadaan maanpinnalle jäävä teho.
Maanpinta
Aurinkoinen paikka. Mitä "kilowattimittari" nyt näyttää? Se vaihtelee lukemissa 0,8 -1,0 kW / neliömetri. Eli jos löytyy mukavan aurinkoinen neliö, niin energiaa olisi tunnin aikana kerääntynyt jopa 1kWh ja aivan käden ulottuvilla, mutta miten sen voi hyödyntää?
Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää aktiivisesti ja passiivisesti.
Luonnon omin voimin tapahtuvaa aurinkoenergian hyötykäyttöä ja varastointia kutsutaan passiiviseksi.
Aktiivisessa aurinkoenergian hyötykäytössä on apuna teknisiä ratkaisuja, kuten erilaisia keräimiä ja paneeleita. Niillä voidaan ottaa talteen lämpö-, tai sähköenergiaa.
Aurinkosähkö
Sitä voidaan tuottaa aurinkokennoista koostuvalla paneelilla, jota kutsutaan aurinkosähköpaneeliksi. Aurinkokennojen raaka-aineena käytetään yleisimmin kiteistä, monikiteistä, tai amorfista piitä. Aurinkokennon hyötysuhteeksi on laboratorio-oloissa saavutettu yli 20 %. Kaupallisten paneelien hyötysuhde on 10 - 15 %.
Hyötysuhteella tarkoitetaan sähköksi muuttuvaa osuutta auringon säteilyenergiasta.
Kennoja kytketään sarjaan tarpeellinen määrä, 30 - 36 kpl, jotta saavutetaan 12V:n jännite. Näitä kennostoja kytketään rinnan, jolloin saadaan halutun tehoinen aurinkosähköpaneeli. Ne ovat useimmiten teholtaan 20 - 60 W ja siten fyysiseltä kooltaan käsiteltävissä.
Aurinkosähköä veneilyyn
Energian tarve veneilyssä osuu samaan aikaan, jolloin sitä on aurinkoenergiana eniten saatavissa. Otetaan esimerkiksi kaksi puolen neliömetrin kokoista aurinkosähköpaneelia. Ne on mahdollista asentaa pieneenkin veneeseen. Käytössä on siis yhteensä neliömetri vaakasuorassa olevaa keräinpintaa. Sovitetaan ne soutuveneeseen lataamaan akkua, jota kautta otetaan varastoitua aurinkoenergiaa sähköperämoottoriin.
Olosuhteiden ollessa parhaimmillaan, siis aurinkoinen päivä, saadaan Etelä-Suomessa näille paneeleille aurinkoenergiaa eniten kesäkuussa, n.6 kWh vuorokauden aikana. Toukokuussa vastaava luku on n.5,1 kWh, heinäkuussa n.5,2 kWh ja elokuussa 4,1 kWh.
Paneelien yhteenlaskettu nimellisteho on 120W. Joten niiden paras tuotto kesäkuussa on n.720Wh, eli 0,72kWh vuorokaudessa. Vastaavat arvot ovat toukokuussa ja heinäkuussa n. 0,6 kWh, sekä elokuussa n.0,5 kWh.
Ennenkuin saadaan sähköä haluttuun laitteeseen, on huomioitava häviöt.
Akullisen järjestelmän hyötysuhde on 0.6 - 0.8.
Akun kautta varastoitua aurinkoenergiaa saadaan parhaimpina vuorokausina käyttöön 0,7 hyötysuhteella laskettuna 525 Wh.
Sähköperämoottori 12 V, joka on teholtaan riittävä kuluttaa enimmillään n.40 A. (Siis n.480 W).
Uistelunopeudella n. 20 A (n. 240 W).
Aurinkopaneeleista saadaan suoraan parhaimmillaan n.7 A, joka antaa moottorille n. 80 W:n tehon. Tällä teholla saadaan aikaan n.1,7 kp:n työntövoima. Tälläkin kevytkulkuinen soutuvene liikkuu, suoralla aurinkoenergialla. Toki lihassoutuvoima tähän verrattuna on moninkertainen.
Akkua siis tarvitaan. Akun mitoitus pitää tehdä käyttötarpeen mukaan, jotta vältyttäisiin liian suurelta painolta. Soutuveneessä se on tärkeää, suuremmissa uppoumaveneissä asia onkin toisin. 120 Ah:n akusta voidaan käyttää n. 80 %, eli n. 96 Ah. Se antaa mahdollisuuden pari tunnin ajoaikaan. Pitää ottaa huomioon, että akku ei yleensä ole täyteen latautunut ja vanhetessaan akun ominaisuudet heikkenevät, kuten myös kylmässä. Hyvä akkuvaihtoehto on tällä hetkellä niin kutsuttu AGM –akku. Se on lähes huoltovapaa, eikä ole asennostaan kovinkaan tarkka. Tällainen akku kestää n. 300 kiertoa purettuna 20 %:iin ja käyttöikä on n. 7 vuotta.
Aurinkoenergiaa hyödyntämällä saadaan siis toimiva ekologinen kokonaisuus soutuveneeseen. Aurinkopaneelit, akku ja sähköperämoottori… Aurinkosähkövene.
Miten ekologinen tämä kokonaisuus sitten on. Analysoiminen olikin vaativa ja aikaa vievä projekti. Tästä aiheesta tarkemmin otsikolla: YMPÄRISTÖELINKAARI SÄHKÖ- JA POLTTOMOOTTORIVENEILLE. Aihe on hyvin ajankohtainen niin kutsuttujen biopolttoaineiden kehitystyön ollessa käynnissä. Analyysin aineisto on mittava joten julkaistavan yhteenvedon tekeminen siitä vei aikaa…
Juha Nyman
Elämän perusta. Pääasiassa vetyä ja heliumia sisältävä fuusiopallo, jossa 10 miljoonan asteen lämmössä muuttuu joka sekunti 654 miljoonaa tonnia vetyä 650 miljoonaksi tonniksi heliumia. Minneköhän se 4 tonnia sitten katosi? Ekvivalentti juttu, energiaksihan se muuttui, elämämme ylläpitäjäksi. Tuossa energianmuodostuksessa yhden vetygramman lämpöarvo vastaa 27 tonnia hiiltä!!
Paljonkohan sitä energiaa maapallollemme asti riittää? Auringosta lähtee 3,8x10(potenssiin 23) kW. Ja maapallolle yrittää tulla 1,7x10(potenssiin 14) kW, eli 170000 terawattia, joka on n.20000 kertaa koko teollisuuden ja lämmityksen käyttämä teho. Kasvuvaraa teollisuudelle siis riittää, vai??
No ei nyt ihan näin suoraviivaisesti sentään voida ajatella. Ilmakehän rajalla olevalle neliömetrin alueelle tulee kohtisuorana säteilynä sekunnin aikana 1,35 - 1,39 kW. Tätä kutsutaan aurinkovakioksi, joka kuitenkin vaihtelee +/-3,5 % etäisyyden muuttuessa. Laskeudutaanpa mesosfääristä kotoisempaan troposfääriin ja maapallon pinnalle.
Ilmakehä
Erilaisista molekyyleistä, vesihöyrystä, pölystä ja saasteista muodostuvana, heikentää oleellisesti auringonsäteiden pääsyä maanpinnalle.
Mitä pitemmän matkan auringon säteily kulkee ilmakehässä, sitä pienemmäksi muuttuu aurinkovakio. Siksi auringon teho on talvella pienempi, kuin kesällä ja vuorokausittain suurimmillaan keskipäivällä.
Maanpinnalle tuleva säteily voidaan jakaa kolmeen osaan.
1. Suora auringonsäteily, joka nimensä mukaisesti tulee suoraan ilmakehän läpi.
2. Hajasäteily, joka on ilmakehän molekyylien, pilvien ja maan pinnan heijastamaa.
3. Ilmakehän vastasäteily, joka on vesihöyryn, hiilidioksidin ja otsonin aiheuttamaa takaisinsäteilyä maanpinnalle. (Kasvihuoneilmiö).
Kun näiden kolmen tekijän summasta vähennetään takaisin avaruuteen heijastuva säteily, saadaan maanpinnalle jäävä teho.
Maanpinta
Aurinkoinen paikka. Mitä "kilowattimittari" nyt näyttää? Se vaihtelee lukemissa 0,8 -1,0 kW / neliömetri. Eli jos löytyy mukavan aurinkoinen neliö, niin energiaa olisi tunnin aikana kerääntynyt jopa 1kWh ja aivan käden ulottuvilla, mutta miten sen voi hyödyntää?
Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää aktiivisesti ja passiivisesti.
Luonnon omin voimin tapahtuvaa aurinkoenergian hyötykäyttöä ja varastointia kutsutaan passiiviseksi.
Aktiivisessa aurinkoenergian hyötykäytössä on apuna teknisiä ratkaisuja, kuten erilaisia keräimiä ja paneeleita. Niillä voidaan ottaa talteen lämpö-, tai sähköenergiaa.
Aurinkosähkö
Sitä voidaan tuottaa aurinkokennoista koostuvalla paneelilla, jota kutsutaan aurinkosähköpaneeliksi. Aurinkokennojen raaka-aineena käytetään yleisimmin kiteistä, monikiteistä, tai amorfista piitä. Aurinkokennon hyötysuhteeksi on laboratorio-oloissa saavutettu yli 20 %. Kaupallisten paneelien hyötysuhde on 10 - 15 %.
Hyötysuhteella tarkoitetaan sähköksi muuttuvaa osuutta auringon säteilyenergiasta.
Kennoja kytketään sarjaan tarpeellinen määrä, 30 - 36 kpl, jotta saavutetaan 12V:n jännite. Näitä kennostoja kytketään rinnan, jolloin saadaan halutun tehoinen aurinkosähköpaneeli. Ne ovat useimmiten teholtaan 20 - 60 W ja siten fyysiseltä kooltaan käsiteltävissä.
Aurinkosähköä veneilyyn
Energian tarve veneilyssä osuu samaan aikaan, jolloin sitä on aurinkoenergiana eniten saatavissa. Otetaan esimerkiksi kaksi puolen neliömetrin kokoista aurinkosähköpaneelia. Ne on mahdollista asentaa pieneenkin veneeseen. Käytössä on siis yhteensä neliömetri vaakasuorassa olevaa keräinpintaa. Sovitetaan ne soutuveneeseen lataamaan akkua, jota kautta otetaan varastoitua aurinkoenergiaa sähköperämoottoriin.
Olosuhteiden ollessa parhaimmillaan, siis aurinkoinen päivä, saadaan Etelä-Suomessa näille paneeleille aurinkoenergiaa eniten kesäkuussa, n.6 kWh vuorokauden aikana. Toukokuussa vastaava luku on n.5,1 kWh, heinäkuussa n.5,2 kWh ja elokuussa 4,1 kWh.
Paneelien yhteenlaskettu nimellisteho on 120W. Joten niiden paras tuotto kesäkuussa on n.720Wh, eli 0,72kWh vuorokaudessa. Vastaavat arvot ovat toukokuussa ja heinäkuussa n. 0,6 kWh, sekä elokuussa n.0,5 kWh.
Ennenkuin saadaan sähköä haluttuun laitteeseen, on huomioitava häviöt.
Akullisen järjestelmän hyötysuhde on 0.6 - 0.8.
Akun kautta varastoitua aurinkoenergiaa saadaan parhaimpina vuorokausina käyttöön 0,7 hyötysuhteella laskettuna 525 Wh.
Sähköperämoottori 12 V, joka on teholtaan riittävä kuluttaa enimmillään n.40 A. (Siis n.480 W).
Uistelunopeudella n. 20 A (n. 240 W).
Aurinkopaneeleista saadaan suoraan parhaimmillaan n.7 A, joka antaa moottorille n. 80 W:n tehon. Tällä teholla saadaan aikaan n.1,7 kp:n työntövoima. Tälläkin kevytkulkuinen soutuvene liikkuu, suoralla aurinkoenergialla. Toki lihassoutuvoima tähän verrattuna on moninkertainen.
Akkua siis tarvitaan. Akun mitoitus pitää tehdä käyttötarpeen mukaan, jotta vältyttäisiin liian suurelta painolta. Soutuveneessä se on tärkeää, suuremmissa uppoumaveneissä asia onkin toisin. 120 Ah:n akusta voidaan käyttää n. 80 %, eli n. 96 Ah. Se antaa mahdollisuuden pari tunnin ajoaikaan. Pitää ottaa huomioon, että akku ei yleensä ole täyteen latautunut ja vanhetessaan akun ominaisuudet heikkenevät, kuten myös kylmässä. Hyvä akkuvaihtoehto on tällä hetkellä niin kutsuttu AGM –akku. Se on lähes huoltovapaa, eikä ole asennostaan kovinkaan tarkka. Tällainen akku kestää n. 300 kiertoa purettuna 20 %:iin ja käyttöikä on n. 7 vuotta.
Aurinkoenergiaa hyödyntämällä saadaan siis toimiva ekologinen kokonaisuus soutuveneeseen. Aurinkopaneelit, akku ja sähköperämoottori… Aurinkosähkövene.
Miten ekologinen tämä kokonaisuus sitten on. Analysoiminen olikin vaativa ja aikaa vievä projekti. Tästä aiheesta tarkemmin otsikolla: YMPÄRISTÖELINKAARI SÄHKÖ- JA POLTTOMOOTTORIVENEILLE. Aihe on hyvin ajankohtainen niin kutsuttujen biopolttoaineiden kehitystyön ollessa käynnissä. Analyysin aineisto on mittava joten julkaistavan yhteenvedon tekeminen siitä vei aikaa…
Juha Nyman
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti