Päikeseenergia kasutamine laevanduses
Ülo Vaher
08.10.2011

Aastatuhandeid on veesõidukite liikumiseks kasutatud tuult, kuid tööstusrevolutsioon tõi pöörde ja 19. sajandil domineerisid juba aurikud oma aurumasinatega ning 20. sajand pani laevadele diiselmootorid. Võib-olla kuulub alanud sajand aga päikeseenergial liikuvatele laevadele?

Äraseletatult tähendaks see laevu, millel on päikesepaneelid, mis muudavad päikesekiirguse elektrienergiaks. Päikesepaneelid said võimalikuks tänu fotoelektrilise efekti avastamisele. Seda efekti täheldas A. E. Becquerel juba 1839, kuid laiem kasutuselevõtt jääb aega pool sajandit tagasi.
Meie koduplaneet poleks enam tuttavalt turvaline paik elamiseks, kui energiamaailm kokku kukuks. Seepärast on maailma energeetika arengu peasuunaks saanud üleminek fossiilsetelt energiakandjatelt taastuvatele ning atmosfääri vähemale saastamisele CO2-ga, seda eeskätt elektri- ja soojatootmises. Viimasel ajal on häid näiteid tuua ka transpordist – päikeseenergia abil lendavad lennukid (siiani peamiselt droonid), kütuseelementidega liiguvad autod. Nüüdseks on lisandunud ka laevandus, mille hiilgavaks näiteks on praegu ümbermaailmareisi sooritav alus Tûranor (päikesevägi).
Elektrimootorid sobivad laevade sõukruvide käitamiseks tunduvalt paremini kui sisepõlemismootrid, sest nad ei saasta õhku ega vett heitmetega ja töötavad peaaegu müratult. Just tänu nendele omadustele varustati elektrimootoritega paljusid veesõidukeid juba üleeelmise sajandivahetuse paiku, kuid nende puuduseks oli vajadus laadida akusid üsna lühikese läbisõidu järel ning jõuda selleks ajaks randa paigutatud laadimisjaamade juurde, kus tuli seista pikki tunde laadimisprotseduuri ajal. Seepärast asendatigi nad juba möödunud sajandi alguskümnenditel taas mugavamate vedelkütustel töötavate sisepõlemismootoritega. Samasuguse kütusevaruga nagu kaalusid akud, sai nüüd läbi sõita umbes seitse korda pikema teekonna ning ka uue kütuse tankimiseks kuluv aeg ei olnud märkimisväärne.
Uus tagasipöördumine elektrimootorite juurde laevadel leidis aset möödunud sajandi 70ndatel, kui maailmas lahvatas naftakriis ja kütuste hinnad tõusid lakke. Õnneks tookordne kriis möödus ja nafta hind stabiliseerus mõistlikul tasemel.

Õnnestunud kolmas katsevoor
Nüüd näeme seega juba kolmandat katsevooru panna veesõidukid liikuma elektrimootorite abil. Seekord on need päikeseenergiast toituvad jõuallikad ja lootused edule on märksa suuremad, sest vahepeal on tehnika areng tõstnud olulisel määral nii elektrimootorite kui ka akude efektiivsust. Kuid mis peamine – kiire progress on viinud uuele tasemele päikesepaneelide tehnilised omadused suurema kasuteguri, töökindluse ja vastupidavuse suunas ning samal ajal on tänu masstootmisele oluliselt alanenud nende hind. Kahjuks eksisteerib praeguste päikesepaneelide kasutamisel liikumisvahendite jõuallikana kindel loodusseaduslik piir – selleks on päikesekiirguse energiavoo tihedus, mis on umbes 1 kW/m2 pilvitul keskpäeval, kui paneelid on risti kiirgusega. Reaalsuses on see siiski 2–4 korda väiksem, olenevalt päikesepaneelide elektrilisest kasutegurist, mis tähendab, et ainuüksi päikesepaneelide energiast ei piisa kiirete liikumisvahendite (nagu autod ja lennukid) energiatarbe rahuldamiseks, küll aga võib päikeseenergiast jätkuda jahtlaevadele ja suurematel laineteta siseveekogudel liikuvatele praamidele, mille kiirus jääb tavaliselt piiridesse 10–20 km/h. Kogu eespool öeldu ei tähenda siiski seda, et päikeseenergia kasutamine oleks täiesti lootusetu suurt energiakulu nõudvate kiirete liiklusvahendite puhul, kuid siis tuleks tarvitada juba eelnevalt päikesepaneelide abil toodetud vesinikku kas spetsiaalsetes mootorites või kütuseelementides. See on siiski veel tulevikumuusika. Praegusel ajal on kõige praktilisemad mitmesugused hübriidsed lahendused, kus päikesepaneelid toimivad tõhusalt koos teiste energiaallikatega, nagu tuul ja merelained, aga ka diiselmootorid.
Sellised vaiksed nn päikesepaadid sobivad hästi puhkuse nautimiseks või loodushuvilistele, sest nii saab näiteks märkamatult läheneda veelindude pesitsuskohtadele, jälgida kalade liikumist paadi läheduses jne.

Hobi muutub ettevõtluseks
Tänapäeval on päikesepaneelid hinnalt juba paljudele kättesaadavad. Seetõttu on sündinud uued meelelahutuslikud tehnilis-sportlikud hobid mitmesuguste, üksnes päikeseenergia abil töötavate autode ja paatide ehitamiseks ja nendega võidukihutamisteks. Harrastajateks on peamiselt tehnikakõrgkoolide ja ülikoolide tehniliste eralade üliõpilased, kuid ka teised entusiastid. Üks suuremate traditsioonidega ja kuulsamaid päikesepaatide võistlusi on igal aastal Hollandis toimuv ja nüüdseks juba rahvusvaheliseks muutunud Frisian Solar Challenge. Võistlus toimub kuulsatel Hollandi kanalitel ja läbib 11 linna 200 km pikkusel marsruudil nr 11, mida mööda mitu sajandit tagasi jahedama kliimaga aastatel (jää püsis kanalitel jaanipäevani) toimusid kuulsad Hollandi uisumaratonid Elfstedentocht. Nendel üritustel osaleb tavaliselt üle 50 võistkonna ka teistest riikidest, kus sellest võistlusest teatakse.
Päikesepaatide meistrivõistlused toimuvad juba 15 aastat ka Berliinis. Analoogsete võistluste idee on jõudnud samuti Brasiiliasse – seal ju päikesepaistet jätkub. Sellised võistlused on heaks kasvulavaks uutele ideedele ja kooliks laevaehitusfirmade tulevastele inseneridele, kes hakkavad konstrueerima ja ehitama ka reisijateveoks kõlblikke, ohutuid ja töökindlaid päikeselaevu ning viivad need hobi tasemelt tööstuslikule.

Teerajajad
Mitmed firmad ja riigid on sellele teele juba asunud ning nende arv kasvab pidevalt. Üheks eestvedajaks on Šveits. Üldiselt loetakse esimeseks päikeselaevaks juba 1995. aastal MW-Line’i poolt ehitatud 12kohalist Solifleuri, mis sõitis Neuchateli järvel. Reiside vaheaegadel suutis see laevuke päikesepaneelide poolt toodetud elektrit saata isegi kohalikku elektrivõrku. Solifleurile sarnased olid ka järgnevad Aquabus 850d ning 25kohalised Aquarelid, mis sooritasid 20 km pikkuseid reise Genfi järvel. Samast klassist olid ka Milanos töötavad Aquarel II ja Aquabus 1050, mille akude täiendavaks laadimiseks pilvise ilma korral kasutati ka kaldale paigutatud lisapaneele. Kopsakama 5 kW generaatoriga ja 58 reisijakohaga päikesekatamaraaniga Sonnenschein sai maha laevatehas SUEK 1998. aastal. Päikesepaneelidega reisijatelaevu hakkas kümmekond aastat tagasi seeriaviisiliselt tootma Kopf AG. Tema tuntumad mudelid olid RA 3, RA 66 e Alster Sonne (50 reisijat) ja RA 82 (100 reisijat).
Märksa keerukam on avamerekõlblike aluste ehitamine, sest lisaks tugevamast konstruktsioonist tulenevale suuremale kaalule tuleb nende puhul arvestada ka vastutuulest ja lainetakistusest põhjustatud suurema energiakuluga. Lihtsalt traditsioonilise ehitusega laevadele päikesepaneelide paigaldamisest ei piisa. Aidanud on üleminek ühekorpuseliselt konstruktsioonilt katamaraanidele või trimaraanidele, sest lisaks väiksemale veetakistusele on võimalik nende keresid ühendavale suuremale tekile paigutada rohkem päikesepaneele.

Päikesepaadiga Sun 21 üle Atlandi ookeani
Päikeseenergia sobivust laeva üle ookeani viimiseks tõestas veenvalt firmas MW-Line ehitatud katamaraan Sun 21, mis startis Chipionast (Hispaania) 3. detsembril 2006 ja jõudis New Yorki 2007. aasta 8. mail, kasutamata reisil tilkagi kütust. Selle saavutusega läks ta ka Guinnessi rekorditeraamatusse, pälvides ühtlasi ka maailma „Puhta energia” aastaauhinna. Ettevõtmise taga oli 1997. aastal Baselis asutatud assotsiatsioon Sun 21, mis püüab igati propageerida ja edendada päikeseenergia kui ühe 21. sajandile sobiva energialiigi kasutamist. Reisi finantseeris assotsiatsioon Transatlantic 21. Kõnesolev laev on 14 m pikk ja 6,6 m lai ning kaalub 12 t. Päikesepaneelid varustavad elektrivooluga kahte 8 kW elektrimootorit. Meeskond on 6liikmeline, kuid külastuste ja lühiekskursioonide ajal mahutab laev mitut tosinat. Laev annetati fondile WWF Adena/Madrid ja liigub alates 2010. aastast Hispaanias. Sun 21 Atlandi-reis oli ettevalmistavaks etapiks veelgi suuremale üritusele – päikeselaeva ümbermaailmareisile.

Päike tiirutab ümber Maa
Kas Koperniku suuravastus on ümber lükatud? Ei, seda siiski mitte, kuid osa Päikesest, mis on salvestunud päikesepaneelide abil päikeselaeva Turanor pardal, sooritab koos temaga ümbermaailmareisi, mis on seni kulgenud edukalt. Ümbermaailmareisid on lummanud inimesi juba sajandeid ning muutunud nii eneseületamise kui ka tähelepanu ja kuulsuse saavutamise vahendiks. Raphael Domjani juhitud projekti PlanetSolar raames organiseeritud ümbermaailmareis mainitud päikeselaeval algas Monacos 27. septembril 2010 ja peaks lõpule jõudma sel aastal. Reisiga loodetaksegi tähelepanu juhtida päikeseenergia kasutamisele ja tahetakse demonstreerida selle energialiigi võimalusi. Selle reisi käiku on võimalik hästi jälgida ka internetis aadressil www.planetsolar.org. Laeval on viis meest ja üks naine (laevnikud pole ilmselt kuulnud meie meremeeste ütlust „naine laevas – laev põhjas”).
Nooruses on inimene kergesti mõjutatav. Raphael Domjanile, nagu paljudele teistelegi, jättis sügava mulje Jules Verne kuulus jutustus 80päevasest reisist ümber maailma ning süstis temasse soovi sooritada midagi sarnaselt enneolematut. Kuna tänapäev on muutnud põletavaks probleemiks energeetika, siis 2000. aastal sündiski tal idee korraldada ümbermaailmareis ainuüksi päikeseenergia abil. Idee küpsemine, toetajate ja rahastajate leidmine nõudis 10 aastat. Toetajate hulka õnnestus värvata ka kirjaniku lapselaps Jean Verne. Ka päikeselaeva nimi Tûranor (päikesevägi) on laenatud – populaarsest J. R. Tolkieni „Sõrmuste isandast” – ning laeva väliskujus võib näha sarnasust „Star Treki” sõjalaevaga. Seda sarnasust oli veelgi rohkem Tûranori trimaraanist eelkäija Earthrace’i juures, mis püstitas mootorlaevade ümbermaailmareiside rekordi – 61 päeva. See on loomulik, sest mõlemaid konstrueeris ja disainis Uus-Meremaa firmas LOMOcean Craig Loomes, kes töötas välja uudse tehnoloogia wave-piercing (lainete lõikamine), mille puhul laev ei pea lainetel ratsutama ja neist üle hüppama, vaid lõikab end neist läbi. Nii kulutab sõiduk merel tunduvalt vähem energiat või liigub sama energiakulu juures märksa kiiremini.
Tûranor ehitati laevatehases Knierim Yachtbau Kielis ja ristiti ning lasti Läänemerre 31. märtsil 2010. Laeva pikkus on 31, laius 16 m (laialilükatud päikesepaneelide korral isegi 26 m) ning kaal 95 tonni. Kahekorruseliste päikesepaneelide kogupindala on 536 m2, nende elektriline kasutegur on 19% ja nad toodavad võimsust 93,5 kW, millega toidetakse nii kahte sõukruvi käitavaid elektrimootoreid nimivõimsusega a’ 10 kW kui ka laetakse liitiumioonakude patareisid mahtuvusega 2810 Ah ja kogukaaluga 11 tonni. Sõukruvide efektiivsuse suurendamiseks ja laeva manööverdusvõime parandamiseks on nende läbimõõtu suurendatud kahe meetrini ning tõstetud poolenisti veest välja. Laeva reisikiirus on 15 km/h ja maksimaalne 25 km/h. Reisi kestel korraldatakse suuremates sadamates üritusi laeva demonstreerimiseks ja päikeseenergeetika propageerimiseks.

Päikeselaevad arenevad päikesepurjelaevadeks
Päikeselaevade ärinduslikuks läbimurdeks näeb tohutult vaeva 2000. aastal Sydneys arstist purjetamisentusiasti Robert Dane’i asutatud firma Solar Sailor. Koostöös Hiinas asuva tütarfirmaga Guosheng ja päikesepaneelide tootjaga Suntech tarniti 2010. aastal Hiinasse viis päikesepaneelidega reisilaeva – neist üks Šhangaisse EXPO 2010 vipp-külaliste sõidutamiseks ja neli Hongkongi saartel asuvatele rikkurite golfiklubidele. Selle firma üks teravmeelsemaid lahendusi seisneb lisaks päikesenergiale ka teise taastuvenergia – tuule – kasutamises laevadel. Nimelt on päikesepaneelid tehtud ülestõstetavateks ning pööratavateks nii, et nad töötavad sobiva tuulesuuna ja päikese asukoha korral ka purjedena. Solar Sailor on välja töötanud arvukalt erinevaid keskkonnasõbralike ja ökonoomsete laevade projekte, alates 12–15kohalistest luksusjahtidest kuni 100–600kohaliste reisilaevadeni, kusjuures kasutatakse ka hübriidtehnoloogiat HMP (Hybrid Marine Power). Viimasel juhul töötavad vastavalt vajadusele kas üksinda või üheskoos nii päikese-, tuule- kui ka biodiiselmootorid. Teatavasti saastavad keskkonda enim just diiselmootorid, kui nad töötavad madalal koormusel, nagu näiteks sadamapiirkonnas manööverdamisel. HMP-tehnoloogial laevad ei kasuta sadamates diiselmootoreid, vaid akutoitel elektrimootoreid, mis on ühtlasi ka ökonoomsemad.

Mehitamata päikeselaevad
Need laevad on uus perspektiivne suund ookeaniavaruste valvamisel ning mitmesuguse info kogumisel. Mehitamata päikeselaevad kavatseb kasutusele võtta eelkõige USA, neid valvureid saab igal ajal suunata igasse soovitud kohta distantsjuhtimise ja GPSi abil. Seni pidurdas patareidel/akudel töötavate valvurite kasutamist nende energiaallikate lühiajaline kestvus, misjärel need tuli välja vahetada, päikesepaneelide korral langeb see vajadus peaaegu ära. Päikeseenergia kasutamine laevanduses hoogustub.

Sarnased artiklid