Kui läheks päikesele vastu ja jätaks varjud selja taha

Üleminek taastuvenergiaallikatele on vältimatu ja mida varem nii riiklikul kui ka indiviidi tasandil tarku otsuseid ja investeeringuid tehakse, seda suurem on saadav kasu.

MAARJA GROSSBERG-KUUSK

Eestis on ilmselt vähe inimesi, kes sel talvel ei oleks mõelnud oma majapidamise või ettevõtte elektrienergia tootmise ja tarbimise peale. Oleme harjunud odava elektriga, aga see aeg on nüüd läbi. Aastaid räägitud ees ootavad muudatused elektrienergia tootmises on järsku kohale jõudnud ja me ei olnud selleks valmis. Kirume valitsust, miks see midagi ette ei võta ja laseb nii juhtuda. Muidugi on riigil energiapoliitika kujundamisel määrav osa, aga tasub mõelda, mida saab ise ära teha. Millised on säästlikud valikud ja mida on elektrienergia tootmises oodata?

Üleminek taastuvenergia-allikatele on vältimatu

Prognoosid näitavad, et seoses kõikide valdkondade elektrifitseerimisega kahekordistub 2050. aastaks elektrienergia vajadus kogu maailmas. Sellist nõudlust ei ole enam võimalik katta ammenduvate varudega fossiilsete kütuste põhise elektrienergiaga. Üleminek taastuvenergiaallikatele on vältimatu ja mida varem nii riiklikul kui ka indiviidi tasandil tarku otsuseid ja investeeringuid tehakse, seda suurem on saadav kasu. Ise taastuvelektrit tootes vähendame sõltuvust elektrituru kõikuvatest hindadest ning suurendame riigi energiajulgeolekut. Siinkohal on kõige suurema potentsiaaliga viimastel aastatel kogu maailmas võidukäiku tegev päikese- ja tuuleenergeetika, mis on juhtivaid kasvuhoonegaaside emissiooni vabu energiatehnoloogiad. Ligi astub ka vesinikuenergeetika, mille kasutuselevõtt võtab võrreldes eelmainitutega kauem aega, kuna vajab veel veidi arendustööd efektiivsemate rohelise vesiniku tootmistehnoloogiate alal ning täiendavaid mahukaid investeeringuid taristusse. Kolmekesi koos moodustavad tuule-, päikese- ja vesinikuenergiatehnoloogia tervikliku elektrienergia tootmise ja salvestamise süsteemi iga valdkonna jaoks, võimaldades täita kliimaneutraalse Euroopa eesmärgi aastaks 2050.

Rohelise vesiniku tootmiseks tuleb juba praegu investeerida tuule- ja päikeseenergeetika võimsuste kasvu. Siinkohal on rõõm tõdeda, et 2021. aasta oli järjekordne rekordaasta, kus maailmas üle poole lisandunud taastuvenergia võimsusest tuli päikesepaneelide paigaldamisest, täpsemalt 300 GW ringis. Järgnevad tuule- ja hüdroenergia. Rahvusvahelise energiaagentuuri (International Energy Agency, IEA) arvutuste kohaselt suureneb taastuvenergia installatsioonide koguvõimsus aastatel 2020–2026 lausa 60%, jõudes 4800 gigavatini (GW), mis on võrdne praeguse ülemaailmse fossiilkütustest ja tuumaenergiast toodetava elektrienergia koguvõimsusega.

Kõige kiiremini kasvav taastuvenergeetika valdkond

Päikeseenergeetika on olnud alates 2016. aastast maailmas kõige kiiremini kasvav taastuvenergeetika valdkond – seda taskukohase hinna, töötavate lahenduste, võrdlemisi lihtsa kasutuselevõtu, pika eluea, lühikese tasuvusaja ning väheste hoolduskulude tõttu. Aasta-aastalt üha kiirenevas tempos lisandunud päikeseelektri tootmisvõimsused on olnud kordades suuremad võrreldes teiste taastuvenergiaallikatega, näiteks tuule- ja hüdroenergiaga. 2022. aasta esimeses kvartalis ületab maailmas päikeseparkide koguvõimsus 1 teravati (TW) piiri, mis on omamoodi kauaoodatud verstapostini jõudmine. Päikeseelektri tootmisvõimsuste eksponentsiaalne kasv on aastatel 2009–2021 võimaldanud päikeseelektrisüsteemide 90%-st hinnalangust, tehes selle kõige keskkonnasõbralikuma elektri tootmisviisi kõigile kättesaadavamaks.

Eestlaste keskkonnateadlikkuse ja hoolivuse kasvu, mida näitab, muuseas, üha kasvav taastuvenergiaallikate kasutuselevõtt, varjutab kahjuks riigi suutmatus oma inimeste tarkade ettevõtmistega kaasas käia ja neid omalt poolt taristuga toetada. Ilmselt ei leidu kuigi palju inimesi, kes südames ei sooviks kliimasõbralikku elu- ja majanduskeskkonda, tagades seeläbi ka endale tervema elu. Majanduslikus mõttes tagavad taastuvelektri lahendused ka stabiilsema elektri hinna selle tootjale. Rahaliselt, sh toetuste kaudu, kättesaadavamaks saanud taastuvelektri tootmise lahendusi, eelkõige päikese- ja tuuleparke, soovitakse agarasti kasutusele võtta, aga tagasilöögi on andnud riigi jaotusvõrgu puudulikkus, mis ei suuda enam uut tootmisvõimsust vajalikes kohtades ja vajalikus mahus vastu võtta. Nii ootavad paljud ettevõtlikud inimesed oma rajatud päikesepargiga võrku liitmise võimalust, teadmata, millal see võimalikuks saab. Teame, et päikeseparkide rajamise plahvatuslikku kasvu ennustati Eestis juba aastaid tagasi, mistõttu praeguseks installeeritud ligi 500 MW päikeseelektri tootmisvõimsust ei tohiks riigile üllatusena tulla. Inimesed on oma teadlikud sammud riigi kliimaneutraalsuse eesmärkide saavutamiseks teinud, ootame riigilt ka oma poole tegemist ehk siis jaotusvõrgu võimekuse tagamist ja elektrienergia salvestusvõime suurendamist.

Energiamajanduses näeme lähiaastatel kindlasti ka energiaühistute tähtsuse kasvu, nemad aitavad kogukondadel oma ressursse ühendades ja üheskoos riske maandades taastuvelektritootmisele üle minna. Inimestel on tohutu jõud ja tahe vajalikke muudatusi, millesse usutakse, üheskoos ellu viia. Ise tootja ja tarbijana suurendame energeetilist julgeolekut ja vabadust ning oleme valmistunud sellisteks olukordadeks, nagu on viimasel poolaastal meid tabanud ülikõrge elektri hind.

Mida uut toovad lähiaastad päikeseenergeetikasse?

Päikeseenergeetika valdkond on pidevas arengus. Millised arengusuunad lähitulevikus päikeseelektri tootmist ja kasutamist mõjutama hakkavad? Päikesepaneelide kõige suurem teadaolev puudus on elektritootmise kõikumine päeva ja aasta lõikes. Kannatamatult oodatakse edusamme vesinikuenergiatehnoloogiate laialdasel kasutuselevõtul, et see perspektiivne energiakandja ja -salvestaja jõuaks taskukohaselt kasutusse, olles keskkonnasõbralik lahendus päikese- ja tuuleelektri tootmise kõikumiste tasandamiseks. Teisalt on transpordis roheliste kütuste, nagu seda on roheline vesinik, laialdasel kasutuselevõtul põhiosa päikese- ja tuuleelektril. Transpordi üleminek vesinikutehnoloogiatele on suur samm kliimaneutraalsuse poole, kuna enamik süsihappegaasi emissioonist pärineb fossiilset päritolu kütustest. Need kolm rohelist energiatehnoloogiat moodustavad juhtkolmiku.

Hoolimata päikesepaneelide hinna suurest kukkumisest arendatakse ikkagi ka uusi innovaatilisi tehnoloogiaid ja turule tuuakse efektiivsemad ja laialdasemate rakendusvõimalustega tehnoloogiad. On selge, et maapinnale rajatavaid päikeseparke ei saa igale poole püstitada, seda kas vaba maapinna puudumise või maalapi muuks otstarbeks suurema väärtuse tõttu. Ei ole ju mõistlik katta kvaliteetne põllumaa päikesepaneelidega. Teine levinud päikeseelektri tootmise viis on katuste katmine päikesepaneelidega. Samal ajal moodustab katus vaid ühe osa hoone välispinnast. Miks mitte panna ka fassaadid, aknad ja muud pinnad päikeseelektrit tootma? Suurlinnades on fassaadi- ja aknapind mitu korda suurem, kui seda on katusepind, ja see pakub taastuvelektri tootmiseks lisavõimalusi. Sellest tulenevalt töötavad teadlased välja uusi ehitisintegreeritud päikesepaneelide tehnoloogiaid, et märkamatult siduda ehitiselemendid ja päikesepaneelid nii, et kõrge rakendusliku väärtusega tulemus oleks ka esteetiliselt kena. Sellega kaasneb kulude kokkuhoid, sest toimub vaid ühekordne paigaldamine. Praeguseks on ehitisintegreeritud päikesepaneelid turul kättesaadavad, eelkõige katusematerjali integreeritud lahendused. Neid toodab juba mitu Eesti innovaatilist ettevõtet. Lähiaastatel jõuavad turule ka uued nn päikeseakende lahendused, mida ei olegi nii kerge välja töötada, sest samal ajal peab tagama päikesepaneeli piisava päikesevalguse läbilaskevõime ja ka neeldumise, et päikeseenergia elektrienergiaks muundada. Teadus- ja arendustöö käib ka painduvate päiksepaneelide väljatöötamise alal, et kõikvõimaliku kujuga pinnad päikeseelektri tootmiseks ära kasutada. Mõlemal mainitud juhul mängivad peaosa õhukese kilega päikesepaneelide tehnoloogiad, mille puhul valgust neelava materjalikihi paksus on sada korda õhem, kui seda on laialt levinud ränil põhinevate päikesepaneelide puhul ränikihi paksus. Eestis arendatakse selliseid õhukese kilega päikesepaneelide tehnoloogiaid ja nendega seotud keskkonnasõbralikke materjale Tallinna tehnikaülikoolis päikeseenergeetika materjalide teaduslaboris ning keemiliste kiletehnoloogiate teaduslaboris.

Peale ehitisintegreeritud päikesepaneelidele on samal põhjusel – vaba maapinna puudumine või selle väärtus muuks otstarbeks –, hakanud populaarsust koguma ka niinimetatud ujuvad päikesepargid. Pool maailma elanikkonnast elab ranniku läheduses ja kolmveerand maailma suurlinnadest asub mere ääres. Miks mitte siis kasutada selliste tiheda asustusega piirkondade juures asuvat veepinda ära päikesepargi rajamiseks! Muidugi on siin omad plussid ja miinused ning igasse geograafilisse piirkonda sellised ujuvad päikesefarmid ei sobi. Kõige suuremad ujuvad päikesepargid on rajatud Hiina rannikuvetesse, suurim neist on 320 MW võimsusega. Ujuva päikesepargi puhul tuleb arvestada lainetusega, suurte temperatuurikõikumiste, vee jäätumise ja soolase vee mõjuga päikesepaneelidele. Mõjutavad nad ju ka laevaliiklust. Põhjamaades, nagu ka Eestis, on selliseks lahenduseks merekliima liiga heitlik, küll aga tasub mõelda ujuvate päikeseparkide rajamisele näiteks endiste kaevanduste üleujutatud aladele – sellega ei põhjustata suurt kahju ka loodusliku mitmekesisuse seisukohalt. Tasub märkida, et nagu talvelgi, töötavad päikesepaneelid sellistes ujuvates päikeseparkides tänu jahedale veele ja õhule efektiivsemalt kui maapinnal.

Üks lahendus päikesepaneelidega kaetava pinna kokkuhoiuks on suurendada paneelide efektiivsust, selleks et samalt alalt rohkem päikeseelektrit kätte saada. Praegu turgu valitsevad räni-päikesepaneelid on jõudmas oma efektiivsuse ülemise piirini, mis on 25% juures (laboritasemel on väikeste päikeseelementide efektiivsus küll veidi kõrgem, ulatudes 27%-ni). Õhukese kilega päikesepaneelid jäävad oma efektiivsuse poolest paari protsendi võrra ränipaneelidele veel alla. Kasutades päikesepaneelis ühte materjali päikesekiirgust neelava kihina, on optimaalsete omadustega materjali puhul teoreetiliselt võimalik jõuda 34%-lise efektiivsuseni. Ükski materjal ei suuda aga kogu päikesevalgust efektiivselt elektrienergiaks muundada. Kombineerides ühes päikesepaneelis kaht päikesekiirgust neelavat materjali nii, et üks neist kasutab efektiivselt ära ühe osa päikesekiirguse spektrist ja teine teise osa, on võimalik jõuda efektiivsuseni, mis on kõrgem kui 40%. Selliseid päikesepaneele nimetatakse tandem-päikesepaneelideks ja nende täiustamine on päikeseenergeetika keskseid arengusuundi. Näiteks jõuti eelmise aasta lõpus Saksamaal Berliini Helmholtz-Zentrumi teaduskeskuses perovksiidi ja räni tandem-päikeseelemendiga efektiivsuseni 29,8%. Sellises päikeseelemendis neelab räni päikesekiirgust efektiivselt infrapunakiirguse ja nähtava kiirguse piirkonnas ning perovksiit nähtava ja UV-kiirguse piirkonnas. Tandem-päikesepaneelide tehnoloogiaid on arendamisel mitu, nende efektiivsus on suurem, aga ka nende hind tuleb konkurentsivõimelisemaks muuta.

Kiirmoele energeetikas kohta ei ole

Lõpetuseks veel kord keskkonnasõbralikest materjalidest ja tehnoloogiatest. Uute päikesepaneelide tehnoloogiate arendamisel peab arvestama kogu tootmise tsükliga alates tooraine kättesaadavusest, paneeli elueast ja lõpetades päikesepaneeli koostisosade taaskasutamisega. Tooksin siinkohal välja, et ligikaudu 95% päikesepaneelist on taaskasutatav ja töötatakse selle nimel, et taaskasutuse hinda alandada ning mahtu kasvatada. Jällegi samm kliimasõbralikuma tuleviku poole. Kui mõelda algul mainitud teravati suurusjärgus päikeseelektri tootmisvõimsuste peale, siis järjest kasvavate tootmismahtude puhul tuleb uued tehnoloogiad rajada materjalidele, mille tootmiseks on maakoores piisav ressurss. Veelgi enam, Euroopa puhul oleks nutikas arvestada ka ressursi geograafilist kättesaadavust, et seeläbi suurendada energiajulgeolekut. Oleme ju värskelt tunda saanud alumiiniumi ja magneesiumi tarneprobleeme ning hinnatõusu (alates 2020. aastast on alumiiniumi hind tõusnud 80%) – mõlema suurkaevandused asuvad Hiinas. Hiina ressurssidest sõltumatuse suurendamine avaks tee ka Euroopa päikeseenergeetikatööstuse taassünnile.

Päikesevalgus on meil tasuta käes ja selle hind ei tõuse, kasutagem seda piiramatut ressurssi inimkonna hüvanguks!

Maarja Grossberg-Kuusk on Tallinna tehnikaülikooli professor, Eesti Noorte Teaduste Akadeemia president.