როგორ გვეხმარება მზის ენერგია ეკონომიაში – სახალხო პლატფორმა

როგორ გვეხმარება მზის ენერგია ეკონომიაში – ამ თემაზე გადაცემაში „სახალხო პლატფორმა” განახლებადი ენერგიების დარგის ექსპერტმა საბა მოდებაძემ ისაუბრა.

როგორ ვახდენთ ენერგიის ეკონომიას დღეს?

მსოფლიო მოსახლეობის ზრდასთან ერთად განუწყვეტლივ იზრდება მოთხოვნა ენერგიაზე. მართლაც, ჩვენი ყოველდღიურობა უკვე წარმოუდგენელია ელექტრონული მოწყობილობების, სატრანსპორტო საშუალებების, ინტერნეტის თუ კომფორტულად მოწყობილი საცხოვრებელი სახლების გარეშე, რომელთა ფუნქციონირებისათვის უზარმაზარი ენერგიაა საჭირო, განსაკუთრებით იმ ფონზე, როდესაც მოსახლეობის რაოდენობის ზრდასთან ერთად მათზე მოთხოვნა განუწყვეტლივ იზრდება. რაც უფრო განვითარებულია ცივილიზაცია, მით მეტი ენერგია სჭირდება მას. მეცნიერმა ამისთვის შკალაც შექმნა, რომელსაც ამჟამად კარდაშიევის შკალის სახელით ვიცნობთ და მისი დახმარებით შესაძლებელია ენერგიის მოხმარების დონის მიხედვით განვსაზღვროთ განვითარების რა სტადიაზე იმყოფება ცივილიზაცია. 

საბოლოო ჯამში, რაც უფრო მეტი დრო გავა და მსოფლიოც განვითარდება, გაცილებით მეტი ენერგია დაგვჭირდება, ვიდრე მაგალითად ახლა და ამ პროცესმა უკვე შეუქცევადი სახე მიიღო. მსოფლიოს სჭირდება ენერგიის ისეთი წყარო, რომელიც არ იქნება ამოწურვადი და მისი ათვისება მარტივად იქნება შესაძლებელი. ასეთი ენერგიის წყაროს ერთ-ერთი ვარიანტი მზეა, რომელიც უხვად ასხივებს დიდი ოდენობით ენერგიას დედამიწის ზედაპირზე. ამავდროულად, მზე განეკუთვნება საშუალო ზომის ვარსკვლავთა კატეგორიას, რომელიც სიცოცხლის ხანგრძლივობა 10 მილიარდ წლამდეა. თუ გავითვალისწინებთ მეცნიერულ გათვლებს მზის სისტემის შექმნასთან დაკავშირებით, მარტივად შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მზე კიდევ რამდენიმე მილიარდი წელი იცოცხლებს და უხვად მოგვამარაგებს სითბოთი და ენერგიით. 

საინტერესოა მაინც როგორ უნდა ავითვისოთ ეს ენერგია ეფექტურად რატომ განახლებადი ენერგია?

განახლებადი ენერგიის მთავარი უპირატესობა არის ის, რომ ის ამოუწურავია, განსხვავებით წიაღისეული რესურსებისგან (ნავთობი, ქვანახშირი და სხვა) ამავე დროს, განახლებადი ენერგიის მოპოვება გარემოს ნაკლებ ზიანს აყენებს, შესაბამისად, ასეთი სახის ენერგია გვაძლევს საშუალებას დავაკმაყოფილოთ გაზრდილი მოთხოვნა ენერგიაზე ისე, რომ გარემოს მინიმალური ზიანი მივაყენოთ. ენერგიის განახლებადი წყაროების სახეები არსებობს განახლებადი ენერგიის წყაროების შემდეგი სახეები: 

• წყლის ენერგია;
• ტალღების ენერგია;
• მზის ენერგია;
• ქარის ენერგია; 
• გეოთერმული ენერგია; 
• ბიომასის ენერგია. 

არსებობს მზის ენერგიის გამოყენების პასიური და აქტიური მეთოდები. პასიურ მეთოდი არ გულისხმობს რაიმე სპეციალური ტექნოლოგიის გამოყენებას. მისი მაგალითია საცხოვრებელი სახლების ისეთი დაპროექტება, რომ მზის ენერგია ეფექტურად იქნეს გამოყენებული. მაგალითად, ძველი ბერძნები მიხვდნენ, რომ მზის ენერგიის სწორი გამოყენება საცხოვრებელი სახლის აშენებისას ძალიან მნიშვნელოვანი იყო, რათა ზაფხულში სახლში ყოფილიყო სიგრილე, ხოლო ზამთარში სითბო. შესაბამისად, შეიმუშავეს შენობების ახლებური არქიტექტურა და ოთახების სწორი დაგეგმარება, რომლის მიხედვითაც მთავარი ოთახები უნდა განლაგებულიყო სახლის განაპირა ნაწილებში და ფანჯრები მიმართული უნდა ყოფილიყო სამხრეთით.

ამდაგვარი დაგეგმარების წყალობით, საცხოვრებლის მთავარი ოთახები ზაფხულში ნაკლებ ენერგიას იღებდნენ მზისგან, ხოლო ზამთარში პირიქით – მზის სხივები პირდაპირ უყურებდნენ ოთახებს, რითაც ნარჩუნდებოდა ზამთრის ცივ ამინდებში სახლში სითბო. მზის ენერგიის გამოყენების აქტიური მეთოდი კი მზის პანელებია. მათი საშუალებით შესაძლებელია არამარტო წყლის გაცხელება, არამედ ელექტროენერგიის მიღებაც. 

მზის ენერგიაზე მომუშავე წყალგამაცხელებელი დღესდღეობით მსოფლიოში ეკონომიკის სხვადასხვა დარგში უფრო და უფრო მეტად იყენებენ ენერგიის არატრადიციულ ანუ ალტერნატიულ წყაროებს. ენერგიის ალტერნატიული წყარო უნდა იყოს განახლებადი, ნაკლებად აბინძურებდეს გარემოს და ამცირებდეს ორგანული საწვავის წვას, ამიტომ მსოფლიოს მრავალი ქვეყანა გარემოსდაცვითი და ამოწურვადი რესურსების შენარჩუნების მიზნით დიდ ყურადღებას აქცევს მზის, ქარის, წყლის, გეოთერმული ენერგიის გამოყენებას.

მზის ენერგიის გამოყენების სამი ძირითადი სფერო არსებობს:

• მზის კოლექტორებში გამოსხივების ენერგია გარდაიქმნება თბურ ენერგიად და ათბობს წყალს ან ჰაერს;
• მზის ფოტოელექტრულ პანელებში გამოსხივების ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად;
• მზის ელექტროსადგურებში სპეციალური სარკეებით ხდება მზის გამოსხივების კონცენტრირებულ ნაკადად მიმართვა და მაღალი პარამეტრების წყლის ორთქლის მიღება, რომლის საშუალებითაც ორთქლის ტურბინაში ხდება ელექტრო ენერგიის გამომუშავება.

ატმოსფეროს საზღვარზე, უჰაერო სივრცეში 1 კვადრატულ მეტრ ფართობზე მოსული მზის ენერგიის ინტენსიურობის მახასიათებელი სიდიდეა – 1367 ვტ/მ2 და მას მზის მუდმივა ჰქვია.

ატმოსფეროში გავლის შემდეგ ხდება ამ ენერგიის ნაწილის არეკვლა, ატმოსფეროში გაბნევა, შთანთქმა და დედამიწის ზედაპირზე მხოლოდ ამ ენერგიის გარკვეული ნაწილი აღწევს. დღის განმავლობაში მზის ამოსვლიდან ჩასვლამდე დედამიწის ზედაპირზე მოსული ენერგია იცვლება, ამიტომ ენერგიის სიდიდის მახასიათებლად იღებენ მთელი დღის განმავლობაში 1კვ.მეტრ ზედაპირზე მოსულ ჯამურ ენერგიას და მისი საზომი ერთეულია – კვტ*სთ/მ2 დღე. 

დღის, ან წლის განმავლობაში დედამიწის ზედაპირზე მოსული მზის ენერგიის სიდიდე დამოკიდებულია, გეოგრაფიულ განედზე, აგრეთვე მზიანი და ღრუბლიანი დღეების რაოდენობაზე ; ეკვატორის სიახლოვეს მზის გამოსხივების ენერგია მაღალია, ხოლო პოლუსებისაკენ მისი სიდიდე თანდათან მცირდება. მაგალითად, ჰორიზონტალური ზედაპირის 1 კვ.მეტრზე მოსული საშუალო წლიური ენერგია ცენტრალურ ევროპაში, შუა აზიაში, კანადაში – დაახლოებით 1000 კვტსთ/მ2-ია; ხმელთაშუაზღვის რეგიონში – 1700 კვტსთ/მ2; აფრიკის ცენტრალურ ნაწილში, ახლო აღმოსავლეთსა და ავსტრალიაში დაახლოებით – 2200 კვტ*სთ/მ2.

მზის სისტემის გაანგარიშებისას მნიშვნელოვანია გათვალისწინებულ იქნეს კონკრეტული რეგიონის მზის გამოსხივების მახასიათებლები ზამთარსა და ზაფხულში. საქართველოში ზაფხულის თვეებში 1 კვ.მ ზედაპირზე დაახლოებით დღეში 7 – 7.5 კვტსთ/მ2 ენერგია მოდის. ზამთრის თვეებში ეს მაჩვენებელი – 2 -2.5 კვტსთ/მ2-ია. მზის ბრტყელ კოლექტორებს მასზე დასხივებული სრული ენერგიის მხოლოდ ნაწილის გარდაქმნა შეუძლია სასარგებლო ენერგიად; მაგალითად, მზის კოლექტორის მარგი ქმედების კოეფიციენტის გათვალისწინებით, სასარგებლო ენერგია, რომელიც შეიძლება მივიღოთ ბრტყელი კოლექტორის ზედაპირის 1მ2-იდან ზაფხულში შეადგენს 3.5-4 კვტ*სთ/მ2-ს.

ზაფხულის თვეებში დღის განმავლობაში კოლექტორის 1კვ.მ ფართობი დაახლოებით 50-70 ლიტრ წყალს გააცხელებს 70-800C ტემპერატურამდე. ზამთარში ეს მაჩვენებელი დაახლოებით 4-ჯერ მცირდება. მიახლოებითი გამოთვლებისთვის შეიძლება ვისარგებლოთ შემდეგი მონაცემებით: სანიტარული მოხმარებისათვის ადამიანს დღე-ღამეში დაახლოებით 50 ლიტრი ცხელი წყალი ( 55-60 0C-მდე გაცხელებული) სჭირდება, ხოლო ამ რაოდენობის წყლის გასაცხელებლად საჭიროა ბრტყელი კოლექტორის 1-1.5 მ2 ფართობი.

მაგალითად: 6 სულიანი ოჯახისათვის საჭიროა 300 ლიტრიანი მოცულობითი ბოილერი და 3-დან 4.5 მ2-მდე ფართობის კოლექტორი. ასეთი მზის სისტემა ზაფხულში თითქმის მთლიანად უზრუნველყოფს ოჯახის მოთხოვნილებას, ხოლო ზამთარში დაახლოებით 25%-ით.

წლიური ეკონომია, ტრადიციულ ენერგიის წყაროს გამოყენების პირობებთან შედარებით 40 – 55% იქნება. რაც შეეხება ვაკუუმურ კოლექტორებს, მათ მეტი სითბოს აკუმულირება შეუძლიათ და ტემპერატურა 160 0C -მდე შეუძლიათ ასწიონ, ამიტომ სამხრეთ რეგიონებში ზაფხულში ვაკუუმურ მილებში წარმოიქმნება ზედმეტი ენერგია, რომლის მთლიანად ართმევა ვერ ხერხდება – წყალი იწყებს დუღილს, წარმოიქმნება მაღალი ტემპერატურები და დანადგარის ექსპლუატაციის ვადა მნიშვნელოვნად მცირდება.

საქართველოს პირობებში ვაკუუმური კოლექტორები ეფექტურია მაშინ, თუ ზაფხულში ზედმეტი სითბოს რაოდენობის გამოყენება მოხდება, მაგალითად აუზის გასათბობად. ჩრდილოეთ რეგიონებისთვის არაეფექტურია ბრტყელი კოლექტორები და გამოიყენება მხოლოდ ვაკუუმური კოლექტორები. ვაკუუმური კოლექტორები გაცილებით მაღალ ყინვებს უძლებს, რადგან ვაკუუმი შუშის კოლბის ორმაგ კედელს შორის საუკეთესო იზოლაციაა.