Nanotehnoloogia Roll Taastuvenergeetika Arengus

EESTI MAAÜLIKOOL Tehnikainstituut

Laura Kaur

NANOTEHNOLOOGIA ROLL TAASTUVENERGEETIKA ARENGUS

THE ROLE OF NANOTECHNOLOGY IN THE DEVELOPMENT OF RENEWABLE ENERGETICS

Bakalaureusetöö Tehnika ja tehnoloogia õppekava

Juhendaja: lektor Heino Pihlap

Tartu 2020 Lühikokkuvõtte vorm eesti keeles

Eesti Maaülikool Bakalaureusetöö lühikokkuvõte Kreutzwaldi 56, Tartu 51014 Autor: Laura Kaur Õppekava: Tehnika ja tehnoloogia Pealkiri: Nanotehnoloogia roll taastuvenergeetika arengus Lehekülgi: 44 Jooniseid: 13 Tabeleid: 0 Lisasid: 1 Osakond / Õppetool: Energiakasutuse õppetool ETIS-e teadusvaldkond ja CERC S-i kood: 4. Loodusteadused ja tehnika 4.17. Energeetikaalased uuringud T140 Energeetika Juhendaja(d): Heino Pihlap Kaitsmiskoht ja -aasta: Tartu 2020 Taastuvate energiaallikate kasutamine on järjest aktuaalsemaks muutuv teema. Tänapäeval on hakanud päikeseenergia kasutamine end ära tasuma, kuna algselt ebaefektiivsed elemendid. Käesoleva bakalaureusetöö käsitleb taastuvenergeetikat, põhiline rõhk on suunatud päikeseenergeetikale. Lõputöö eesmärgiks on uurida, kuidas on tehnoloogia areng ning nanotehnoloogia sissetoomine päikeseenergeetikasse seda efektiivsemaks muutnud. Töös uuritakse päikesepaneele ning tuuakse välja võrdlused 2000nda aasta ja tänapäeva vahel. Võrdluste tegemiseks tehakse veebis leiduva kirjanduse ülevaade ning tutvutakse erinevate andmebaaside varasemate uurimuste ning aastaaruannetega. Töös tehakse kokkuvõtted, millised erinevused on aastatega tekkinud tootlikkuses, hinnas ning efektiivsuses. Aastal 2000 oli päikesepaneelide paigaldatud mahuks 0,65 GW, aastaks 2018 oli see number tõusnud 487,83 GW-ni. Esimesed päikeseelemendid oli kasuteguriga 0,5% (1890ndad), aastal 2019 oli kasutegur juba kuni 30%. Paneelide kasuteguri tõus viis nende hinna languseni ning inimesed hakkasid neid järjest rohkem paigaldama, kuna need on esimest korda ajaloos taskukohase hinnaga ja tulusad. Ei osata öelda, millises vahemikus nanomaterjalid päikeseenergeetikas kasutusele võeti, kuid andmeid on vähemalt 10 aasta kohta, nende mõju on dokumenteeritud. Märksõnad: taastuvenergeetika, päikeseenergia, nanotehnoloogia

Lühikokkuvõtte vorm inglise keeles

Estonian University of Life Sciences Abstract of Bachelor’s Thesis Kreutzwaldi 1, Tartu 51006 Author: Laura Kaur Curriculum: Engineering Title: The Role of Nanotechnology in the Development of Renewable Energetics Pages: 44 Figures: 13 Tables: 0 Appendixes: 1 Department / Chair: Chair of Energy Application Engineering Field of research and (CERC S) code: 4. Natural Sciences and Engineering 4.17. Energetic Research T140 Energy research Supervisors: Heino Pihlap Place and date: Tartu 2020 Using renewable energy sources is becoming more and more common and profitable. This is because the initially inefficient solar cells have become more efficient by today. The given bachelor’s thesis deals with renewable energy, the main emphasis being on solar energy. The aim of the thesis is to study how the development of technology and the introduction of nanotechnology into solar energy have helped it improve. The thesis examines solar panels and compares the data from the year 2000 to the present day. To make comparisons, previous researches and annual reports from various databases are studied. In the given thesis the differences in electricity generation, price, and efficiency that have been created over the years will be summarized. In the year 2000, the installed capacity of solar panels was 0.65 GW, by 2018 that number had gone up to 487.83 GW. The first solar cells had an efficiency of 0.5 per cent (in the 1890s), in 2019 the efficiency was already around 30 per cent. The increase in efficiency of the panels led to a drop in the price, and people began to install them more and more since for the first time in history they have become affordable and over time will create profit. The first attempts to use nanomaterials in solar engineering are impossible to find, but data is available for at least 10 years, its effects have been documented. Keywords: Renewable energetics, solar power, nanotechnology

SISUKORD

Lühikokkuvõtte vorm eesti keeles ...... 2 Lühikokkuvõtte vorm inglise keeles ...... 3 SISSEJUHATUS ...... 5 1. ÜLEVAADE TAASTUVENERGEETIKAST JA NANOTEHNOLOOGIA ROLLIST SELLES ...... 7 1.1 Taastuvenergeetika definitsioon ja ülevaade ...... 7 1.1.1 Taastuvenergia definitsioon ...... 7 1.1.2 Päikeseenergia ...... 7 1.1.3 Tuuleenergia ...... 10 1.1.4 Hüdroenergia ...... 11 1.2 Nanotehnoloogia ...... 14 1.2.1 Nanotehnoloogia definitsioon ...... 14 1.2.2 Nanotehnoloogia taastuvenergeetikas ...... 14 1.3 Energia klassifikatsioonid ...... 15 1.4 Taastuvenergeetika kasutatavus Eestis ...... 16 2. METOODIKA ...... 21 2.1 Uurimisobjekti kirjeldus ...... 21 2.2 Päikeseenergeetika arengu uurimise metoodika ...... 22 3. NANOTEHNOLOOGIA PÄIKESEENERGEETIKAS ...... 23 3.1 Päikeseenergeetika ajaloo ülevaade ...... 23 3.2 Päikeseenergia kasutamine 21. sajandil ...... 27 3.3 Nanotehnoloogilised lahendused ...... 31 KOKKUVÕTE ...... 35 SUMMARY ...... 37 KASUTATUD KIRJANDUS ...... 39 LISAD ...... 43 LIHTLITSENTS ...... 44

SISSEJUHATUS

Taastuvenergia ning taastuvenergeetika kasutamine on tänapäeval järjest aktuaalsemaks muutuvad teemad. Erinevad taastuvad energialiigid mängivad maailma jätkusuutlikkuses suurt rolli, kuna nendega on võimalik vähendada fossiilkütuste kasutamisest tekkivate kasvuhoonegaaside liigset ladestumist Maa atmosfääri ja sellest tulenevat kliima soojenemist. Suuremad ettevõtted kasutavad suurtes kogustes taastumatuid energiaressursse, mis reostavad maapinda, kust neid kaevandatakse, vett ja õhku ehk loodust üldiselt. Juba aastakümneid on räägitud globaalsest soojenemisest, mis on jätkuvalt üha kasvav probleem. Paljud suurriigid on hakanud järjest rohkem kaalutlema, kuidas oleks võimalik lahti saada fossiilkütuste kasutamisest, sest nende jalajälg on tohutu ning ühel hetkel need ressursid ammenduvad. Selle probleemi saaks aga lahendada, kui minna järjest rohkem üle taastuvenergia peale, mis ei reosta ning ressursid on ammendamatud. Muidugi tuleb ka taastuvenergiat kasutades silmas pidada, et selle tootmine oleks keskkonnale ohutu.

Viimastel aastakümnetel on toimunud tehnika arengus suured hüpped, mis on võimaldanud igas eluvaldkonnas uuenduslikke lahendusi luua. Taastuvenergeetikasse on sisse toodud järjest võimsamad päikesepaneelid, hüdro- ja tuulegeneraatorid ning paljud muud seadeldised, mille abil saab järjest väiksemate kuludega energiat toota. See võimsus on saavutatud võrdlemisi uue teadusharu – nanotehnoloogia – kaasamise abil. Nanotehnoloogia on tänapäeval mingil määral kasutusel juba kõigis kolmes peamises antud töös käsitletavas taastuvenergia tootmise valdkonnas, mõnes rohkem kui teises. Päikeseenergeetikas näiteks aitavad nanostruktuurid luua vastupidavamaid ja efektiivsemaid, kuid odavamaid paneele, hüdroenergeetikas aitavad nanomembraanid elektrienergiat genereerida ning tuuleenergeetikas kasutatakse nanotehnoloogilisi materjale, et luua kergemaid ning vastupidavamaid turbiine.

Kuid miks viibib täielik üleminek taastuvate energiaressursside kasutamisele? Taastuvenergias kasutatavad tehnoloogiad on kallimad, kui tavalised fossiilkütuste baasil töötavad elektrigeneraatorid. Päikese- ja tuuleparkide ning hüdroelektrijaamade ehitamine

5 eeldab suuri alginvesteeringuid, mida ei ole alati võimalik lubada. Selles valdkonnas kasutatav tehnoloogia on veel uus ja seega ka kallis, taastuvenergeetika hiilgeaeg ootab tehnoloogilise arengu taga, mis võimaldaks toota odavamalt, kuid suuremates kogustes, aga ollakse juba kindlalt selle poole teel. Tehnoloogia areng lubaks luua ka paremad tingimused saadud energia salvestamiseks, sest kõike genereeritut ei ole võimalik kohe võrku suunata. Suur roll taastuvenergia väheses kasutamises on ka geograafilistel piirangutel. Maailmas on erinevad kliimad, taimestik ning topograafiad. Mõnele neist oleks väga mugav ehitada päikesepark, kuid muudele oleks see kas taimestiku või maastiku tõttu võimatu. Samuti ei saa eeldada, et iga päev paistab piisavalt päikest, sajab vihma või puhub tuult just sellistes kogustes, nagu seda vaja oleks [1]. Kui oleks võimalik viia taastuvenergia tootmise hind konkurentsi traditsiooniliste ehk fossiilsete kütuste omaga, siis oleks astutud suur samm puhtama maailma poole.

Käesolev lõputöö käsitleb taastuvenergeetikat ja annab lugejale ülevaate, mis roll on täita nanotehnoloogial, et taastuvenergeetika saaks põhiliseks energiatootmise viisiks. Alustuseks defineeritakse põhimõisted: taastuvenergia ja nanotehnoloogia. Seejärel tuuakse välja põhilised taastuvenergia liigid, nende klassifikatsioon, iseloomustatakse nende arengut ning vaadeldakse, kui levinud on nende kasutamine Eestis. Antud lõputöö eesmärgiks on uurida, kuidas on tehnoloogia areng ning nanotehnoloogia sissetoomine päikeseenergeetikasse seda efektiivsemaks muutnud. Töös uuritakse päikesepaneele ning tuuakse välja võrdlused 2000nda aasta ja tänapäeva vahel. Võrdluste tegemiseks tehakse veebis leiduva kirjanduse ülevaade ning tutvutakse erinevate andmebaaside varasemate artiklite, uurimuste ning aastaaruannetega. Töös tehakse kokkuvõtted, millised erinevused on aastatega tekkinud tootlikkuses, hinnas ning efektiivsuses.

Käesolev lõputöö koosneb kolmest peatükist. Esimese peatükis antakse ülevaade kolmest üldlevinumatest taastuvenergia liigist: päikese-, tuule- ja hüdroenergiast. Teises peatükis kirjeldatakse metoodikat. Kolmas peatükk analüüsib, kuidas on päikeseenergeetika 21. sajandi algusest arenenud, kuidas on nanotehnoloogilised võimalused aidanud traditsioonilisel energiatootmisel tõhusamaks muutuda ning missugused olukorrad tingisid asjaolu, et energiatootjad pidid pöörduma nanotehnoloogiliste võimaluste kasutamise poole.

1. ÜLEVAADE TAASTUVENERGEETIKAST JA NANOTEHNOLOOGIA ROLLIST SELLES

1.1 Taastuvenergeetika definitsioon ja ülevaade

1.1.1 Taastuvenergia definitsioon

Taastuvenergia on ressurss (nt päikese- või tuule-, kuid ka maasoojus- või lainete energia), mida kasutatakse järjepidevalt või mis taastub erinevate ökosüsteemide ainete ringluse käigus (nt. biomassi energia – puit, energiavõsa, põhk jms.), ilma et selle kogus inimtegevuse mõjul väheneks määral, mis ohustaks kohalikke ökosüsteeme. Taastumine eeldab, et ressurssi kasutatakse jätkusuutlikult ehk ei tarbita rohkemal määral kui juurde tekib, mistõttu on antud ressursse võimalik selliselt rakendada aastatuhandeid. Taastuvenergiat on võimalik kasutada elektrienergia ja soojusenergia tootmiseks, mootorikütuseks ja võrguga ühendamata piirkondade energiateenuseks. [2]

1.1.2 Päikeseenergia

Päikeseenergia on vabalt kättesaadav, ei põhjusta geopoliitilisi pingeid, ei kujuta endast reostusohtu keskkonnale ega tekita kasvuhoonegaase, millel oleks negatiivne mõju kliimale. Päikesepaneelid on üks kõige populaarsemaid taastuvenergia kasutamise vorme. Neid kasutatakse üha enam kodumajapidamistes ja ettevõtetes, et toota osaliselt isiklikku elektrit. Rohkem tehakse seda sobiva ilmastikuga maades, samuti riikides, kus ökoloogiline teadlikkus on suurem. Sellel ajal, kui maailma arenenud riigid hakkasid plaanima päikeseenergia kasutuselevõttu, mis toimus 1970ndate aastate lõpus [3], ei olnud selle hind

7 veel konkurentsivõimeline traditsioonilisel viisil, ehk fossiilsete kütuste baasil toodetud energia hinnaga. [4]

Päikeseenergia on valgus- ja soojuskiirgust Päikeselt, mida rakendatakse peamiselt elektri ja soojuse tootmiseks ja valgustuseks. Päikeseenergiat saab kasutada erinevatel viisidel: päikesekollektorite abil soojusenergiaks või päikesepaneelide abil elektrienergiaks muudetuna ning passiivse päikeseküttena ehk hoonete soojustamiseks päikeseenergia abil [3]. Päikeseenergia vabaneb, kui päikese tuumas toimuvad termotuumareaktsioonid, mille protsesse kutsutakse p-p-ahelateks (prooton-prooton-ahelad). Selline ahel on oluliseks osaks tähtedel, mille mass on võrdne või väiksem Päikse massiga [5]. Päike annab endast välja energiat mahus 3,8 ∙ 1026 džauli, mis on võrdeline umbes 5 ∙ 1023 hobujõuga. Maale jõuab kogu sellest ainult teatud osa. Kui kasutada Isaac Einsteini poolt kirja pandud valemit E = m ∙ c2, mis kirjeldab, kui suur osa massist muutub energiaks seda tootes, siis leiame, et Päike kasutab energia saamiseks oma massist iga sekund

3,8 ∙ 1026 m = = 4,4 ∙ 109 kg/s (3 ∙ 108)2 ehk ligikaudu 4,5 miljonit tonni sekundi kohta. Valemis kasutati energia kohal Päikese poolt eraldatavat energia mahtu (E) ning valgusekiirust (c=300000000 m/s). Ühe astronoomilise ühiku kaugusel (150 miljonit kilomeetrit) asuv Maa saab pihta energiavooga suurusega F=1400 J/s/m2. Seda suurust kutsutakse solaarkonstandiks, mis on Maa keskmisel kaugusel Päikesest Maa atmosfääri ülemisele kihile langeva päikesekiirguse intensiivsus. Kui võtta Maa raadiuseks 6400 km, siis see ala, mis päikesevalgust püüab, on π ∙ (r)2 = 1,3 ∙ 1014 m2. Iga sekundi jooksul püütud energia hulk on seega F ∙ π ∙ (r)2 = 1,8 ∙ 1017 J/s. Kasutades eespool väljatoodud valemit, saame teada, et sellise energiakoguse saamiseks sekundi jooksul kulub massi 2 kg/s:

1,8 ∙ 1017 m = = 2 kg/s (3 ∙ 108)2

Nendest numbritest saab järeldada, et inimkond kasutab kõigest 1/10000 osa kogu energiast. Teisiti öeldes, päikesevalgus tundub olevat piisavalt elujõuline valik meie energiavajaduste rahuldamiseks. Massi poolt vaadates saab öelda, et inimkond muundab ühes päevas energiaks 20 kg massi, et katta vajalik energiahulk. Kui Maal kasutataks kasvõi ühe murdosa rohkem energiat, mida see Päikeselt saab, siis peaks Maa märkimisväärselt soojenema, et

8 ebavajalikust soojusest lahti saada. Iga elektrijaam vajab jahutit lisakuumusest vabanemiseks, Maa tervikuna saaks seda teha ainult ise kuumemaks muutudes. [6]

Elektrienergia müümiseks võrku tuleb kõigepealt jaotusvõrguettevõtjaga sõlmida elektritootja võrguleping (tuleb läbi teha elektritootja liitumine) ja seejärel sõlmida vastavaid tingimusi sisaldav elektrileping elektrimüüjaga, Eestis näiteks Eesti Energiaga. Võrku lastud ja võrgust võetud energiakoguseid mõõdab võrguettevõtja, milleks Eestis on peamiselt Elektrilevi või Imatra Elekter (Viimsis ja Läänemaal). Sellist skeemi illustreerib järgnev pilt (joonis 1.1). [7]

Joonis 1.1. Päikesepaneelide kaudu muundatava elektrienergia kasutamise ja võrku saatmise skeem. [7]

Jooniselt nähtub, et päikesepaneelide kaudu majapidamisse elektrit tuua ning ülearune võrku saata on võrdlemisi lihtne. Selline süsteem ei vaja funktsioneerimiseks paljusid ruuminõudvaid komponente, vaid on suhtelisest kompaktne. Seda eriti juhul, kui paneelid paigaldada näiteks elumaja katusele.

1.1.3 Tuuleenergia

Tuul on rikkalik taastuv energiaallikas ning tuuleenergiast on saanud tänaseks väga tõsiseltvõetav alternatiiv heitmeid tekitavatele fossiilkütustele. Tuule kineetilist energiat muundatakse mehaaniliseks või elektrienergiaks. Tuuleenergia kasutuselevõtuga vähendatakse õhku paiskuvate kasvuhoonegaaside hulka ning seetõttu aitab tuulest muundatud energia võidelda kliimamuutuse vastu. Kuna elektrituulikud (ka tuulegeneraatorid ja tuulikud) ei tarbi kütust ning nende käitamis- ja hoolduskulud on madalad, on tuuleenergia piirkulu minimaalne. Seetõttu tähendab tuuleenergia osakaalu tõus kogu elektrienergias, et turult tõrjutakse välja kulukamad ja saastavamad elektritootmise tehnoloogiad (põlevkivi, nafta, süsi ja gaas). Tuuleenergia tootmise hea pool on asjaolu, et tuulepargi ehitamine ei koorma keskkonda. Nii pea, kui tuled sisse lülitatakse, on vaja elektrijaama ning kõikide elektrijaamade ehitamise käigus tekib CO2. Elutsükli heitmed hõlmavad jaama ehitamist, kütuse kaevandamist ja transporti, käitamist ning hooldamist. Tuuleenergial on elutsükli heitmed kõikidest energiatootmistehnoloogiatest aga kõige väiksemad. Elektrituulik hüvitab ehitamiseks kulunud energia ja süsihappegaasi kolme kuni kuue kuuga.

Tuuleenergial on palju keskkonnaalaseid eeliseid. Võrreldes traditsiooniliste elektrijaamadega, pakub tuuleenergia täiendavaid keskkonnaalaseid eeliseid, näiteks puuduvad NOx-heitmeid ja teised õhu saasteaineid, nagu vääveldioksiid (happevihma põhjustaja), ning osakesed, millel on vähki põhjustav toime ning kahjulik mõju inimeste tervisele. Käitamise ajal ei kasutata vett – tuuleenergia aitab kokku hoida umbes 1,2 miljardit m3 vett aastas. Samuti puudub elektrienergia saamiseks kütuse kaevandamine. [8]

2019. aasta seisuga lisandus maailma 60,4 GW võrra ehitatud uute tuulegeneraatorite võimsust, mis on 19% suurem võrreldes 2018. aasta seisuga. Ligi 100 riiki kasutavad maailmas tuuleenergiat ärilistel alustel. 2019 aasta seisuga on tuuleenergia võimsus kogu maailmas ligikaudu 652 GW. Maailma esiviisik tootmises on Hiina, Ameerika Ühendriigid, Ühendkuningriigid, India ja Hispaania. Nende riikide poolt toodeti kokku 72% kogu tuuleenergia hulgast. [9, 10]

1.1.4 Hüdroenergia

Tänapäeval tuleb ligi 17% kogu maailma energiatootlusest just hüdroenergiast. Hüdroenergia on jätkusuutlik energia saamise vorm, kuna selle tootmiseks on rohkem kui piisavalt ressursse ning see on ise taastuv. Suur osa hüdroenergiast on jõgedes, kus see kulub näiteks setete allavoolu viimiseks, samuti jõesängi uuristamiseks ja jões olevate kivide lõhkumiseks. Kõige suurem on jõgede hüdroenergia suurvee ajal. Küll aga on selle tootmiseks vajalikud suured ehitised, näiteks tammid ja veehoidlad, ning need võivad kohalikku keskkonda (eelkõige loodust) negatiivselt mõjutada [11]. Hüdroelektrijaama läbilõige ja ülevaatlik skeem on toodud joonisel 1.2.

Joonis 1.2. Hüdroelektrijaama läbilõige ja ülevaatlik skeem. [12]

Jooniselt on näha, et väiksemad hüdroelektrijaamad on lihtsa struktuuriga. Küll aga on selliste tammide ja sarnaste takistuste ehitamine veekogule kurnav ning igas mõttes ebaloomulik. Samuti võib tammide tõttu tekkida reostus.

Huvi suurenemist väikehüdrojaamade vastu täheldatakse kogu maailmas nende paljude eeliste tõttu: a) hüdroenergia on taastuv ja puhas energialiik, kui selle kasutamisel ei tekitata ebasoovitavat mõju keskkonnale; b) hästi väljaarendatud tehnoloogia – jaamad on lihtsad, töökindlad ja pika tööeaga; c) need ei raiska ressursse – jaama läbinud vesi jääb endiselt kasutuskõlblikuks; d) vee-energia omahind ei allu oluliselt inflatsioonile; e) ekspluatatsioonikulud on väikesed ja jaamad on peaaegu täielikult automatiseeritud; f) väikesed kapitalimahutused ja ehitustööde suhteline lihtsus, mis võimaldab MHEJ rajada kiiresti (poole kuni kahe aastaga) nii munitsipaal- kui eravahendite arvel, lihtsate tehnoloogiliste seadmetega ning väikeste mittespetsialiseeritud ehitusettevõtete poolt.

Siiski on väikehüdroenergeetikal ka oma puudused: 1. Ressursside killustatus ja piiratus. 2. Suured eriinvesteeringud (investeerimiskulud 1000–7000 €/kW sõltuvalt võimsusest ja kas on tegemist endise rajatise taastamisega või täiesti uue jaamaga). 3. Sesoonsus ehk hooajalisus – sõltumine ilmastikust ja veehulgast. 4. Tootmiskulud on küllaltki kõrged ja esinevad rahastamisraskused, sest jaamade väikeste võimsuste tõttu on kulude katteks saadav elektritoodang väike. 5. Veehoidlate mõju pole looduskeskkonnale alati ühetähenduslik: a) nende keskmisest soojem ja hapnikuvaesem vesi võib vähendada hinnaliste külmaveelembeste kalaliikide (harjus, forell, lõhe) arvukust; b) voolu tõkestavad paisud takistavad nende pääsu kudemispaikadele; c) veetaseme tõstmine võib põhjustada üleujutusi; d) lisaks kaasneb looduslikult kaunite jugade kadumise ja ümbruskonna visuaalse ning akustilise risustamise oht. [13]

Hüdroenergia võimsus avaldub järgmistes valemites:

푃푤 = 휌푤 ∙ 푔 ∙ 푄 ∙ 퐻, kus g – raskuskiirendus (9,81 m/s2);

H – veesamba kõrgus, m; Q – vooluhulk, m3/s; 3 ρW – vee tihedus, ≈ (1000 kg/m ), ja

푃푒푙 = (1 − 푓푍) ∙ 휂퐺 ∙ 휂푇 ∙ 휌푤 ∙ 푔 ∙ 푄 ∙ 퐻, kus fZ – kaofaktor, 3…10%;

ηG – generaatori kasutegur;

ηT – turbiini kasutegur.

Vastavalt turbiini tüübile erinevad selle kasutegurid 80…95%.

Salvestatava energia ja võimsuse salvestavas hüdroenergiajaamas saab leida järgmiste valemitega:

퐸 = 푉 ∙ 휌 ∙ 푔 ∙ ℎ푃 ∙ 휂푅푇퐺, kus g – raskuskiirendus (9,81 m/s2); hp – potentsiaalse energia kõrgus ehk keskmine langus, m; ρ – vee tihedus, ≈ (1000 kg/m3);

ηRTG – generaatorite, turbiinide ja torustiku kasutegur vastuvoolul; V – ülemise basseini maht, m3,

푃 = 푄 ∙ 휌 ∙ 푔 ∙ ℎ푝 ∙ 휂푅푇퐺, kus Q – vooluhulk, m3/s, ja

푄 = 푆 ∙ 푣푄, kus S – valgala pind, km2; vQ – sademete hulk, mm/a või mm/s.

Kõiki ülaltoodud valemeid kasutades saab arvutada erinevatel juhtudel võimsust ning salvestatava energia ja võimsuse hulka hüdroelektrijaamas [14]. Igas hüdroelektrijaamas on muidugi olemas kas kohapealne mõõtmisruum, kuhu koguneb koondinfo seadmetelt või toimub seadmete kaugjuhtimine ja -lugemine piirkonna juhtimiskeskuses.

1.2 Nanotehnoloogia

1.2.1 Nanotehnoloogia definitsioon

Nanotehnoloogia on teadusharu, kus toimub aine manipuleerimine aatomi, molekulaarsel või supramolekulaarsel tasandil. Nanotehnoloogia eesmärk on ainet aatomi või molekuli tasandil töödeldes saada tulemusena makrotasandi materjalid, millel on uued omadused [15]. Käesolevas töös vaadeldakse, kuidas sellised nanotehnoloogilisel viisil muundatud ained aitavad lahendad kitsaskohti, kus traditsiooniliste materjalidega esineb puudujääke.

1.2.2 Nanotehnoloogia taastuvenergeetikas

Praegusel ajal esineb igas taastuvenergeetika valdkonnas erinevaid probleeme ja puudujääke, mida traditsiooniliste ning juba olemasolevate materjalide abil ei ole võimalik lahendada. Selleks, et muuta päikese-, tuule- ja hüdroenergiast muundatud elektrienergia hulka suuremaks, tuleb kasutusele võtta nanotehnoloogilised materjalid, mis parandaksid teatud aspekte kõigis taastuvenergeetika harudes.

Nanomaterjalid on keemilised materjalid või ained, mille osakeste suurus vähemalt ühes mõõtmes on 1-100 nanomeetrit (nm). Nanomaterjalid on näiteks nanokiud, -torud, -vardad, -komposiit, -plaadid ja -vahud. Kuna nanomaterjalide eripind on suur, siis võivad nende omadused erineda sama materjali muudest vormidest, mille osakeste suurus on teistsugune. Seega võivad nanomaterjalide füüsikalis-keemilised omadused erineda massiivse või suuremate osakestena esineva materjali omadustest. Tänu kõigile erinevatele nanomaterjalidele on välja arendatud hüdrofoobsed, jäätumisvastase pinnaga, ülitugevad, painduvad, peegeldusvastased ja mitmete muude omadustega ained, mis muudavad juba olemasolevad taastuvenergeetikas kasutavatvad materjalid loodusnähtudele vastupidavamaks ning suurendavad seadmete kasutegureid. Igal nanotehnoloogia abil loodud ainel on kindlad omadused, mida saab mingi probleemi lahendamiseks kasutada.

Näiteks saab tuua teatavad määrded tuulegeneraatori liikuvate osade jaoks ekstreemsetes ilmastikutingimustes, mis kaitseb neid vihma, jäätumise ja lendava tolmu eest, ja päikesepaneelide pindu katva kihi, mis suurendab päikeseelementide päikesekiirguse vastuvõtuvõimet. Samuti on teistsugused nanomaterjale sisaldavad tooted olemas Euroopa turul, näiteks akud, pinded, kosmeetikavahendid ja antibakteriaalsed rõivad. [16]

Samas pole veel täpselt teada, kuidas massiline nanomaterjalide kasutamine kogu keskkonnale mõjub. Kui muuta nanoskaalal olevate materjalide struktuuri ja omadusi, olles teadmatuses, millised võivad olla potentsiaalsed riskid, siis ei saada olla kindlad, et tehakse midagi head. Kui midagi halba peaks juhtuma, siis ei teata, kas ollakse suuteline, et olukord normaliseerida või heastada. Kuid kuna praegu on nanomaterjale kasutuses veel võrdlemisi vähe, siis saavad teadlased laborites katsetustega parandada oma teadmisi nanomaailmast.

1.3 Energia klassifikatsioonid

Energiat klassifitseeritakse üldiselt primaarseks ja sekundaarseks. Sekundaarse alla kuulub ainult elekter. Primaarne jaguneb veel omakorda kaheks – taastuvenergiaks ja taastumatuks energiaks. Energia klassifikatsioone illustreerib joonis 1.3.

Joonis 1.3. Energia klassifikatsioonid. [17]

Levinumad energialiigid taastuvenergia alla on vee-, päikese-, tuule- ja laineenergia, kuid sinna kuuluvad ka geotermiline ja biomassi energia. Taastumatu energia alla kuuluvad kivisüsi, nafta, gaas ja tuumaenergia [17].

1.4 Taastuvenergeetika kasutatavus Eestis

2018. aasta seisuga oli taastuvenergia osakaal Eesti lõpptarbimisest 29,2 protsenti. Eleringi andmete põhjal muundati taastuvatest allikatest elektrienergiat võrku kokku 1665 gigavatt- tundi (GWh), mis moodustas 17,1 protsenti elektrienergia kogutarbimisest Eestis. Kõige suurem osa (1006 GWh) toodeti biomassist ning jäätmetest. Tuuleenergiat muundati kokku 591 GWh, mis moodustas taastuvelektri kogutoodangust kokku 36%. Sel aastal kerkis rohkem esile ka päikeseenergia, kuigi selle osakaal taastuvenergia tootmises on tänapäevani väike. Aastaga installeeritud tootmismaht kasvas 110 MW-ni, enamiku sellest moodustasid kuni 1 MW võimsusega päikesepargid (joonis 1.4). Päikeseparkidele lisaks lisandus võrku 2 MW tuulevõimsust Purtse tuulepargis. Uusi hüdroelektrijaamu Eestisse loodud pole, pigem on olemasolevate jaamade võimalusi taastuvelektri tootmiseks piiratud. 2018. aastal toodeti hüdroelektri mahus 19 GWh, mis on kogu mastaabis väga väike number, samas peab arvestama, et tootlikkus oleneb suures osas ka jõgede veerohkusest.

Joonis 1.4. 1 MW võimsusega päikeseelektrijaam Järvamaal. [18]

Veel aastal 2017 moodustasid päikeseelektri installeeritud võimsused 4% Eestis olevast taastuvenergia koguvõimsusest, kuid 2018. aasta lõpus oli selle osakaal tõusnud 19 protsendini. Suurim osakaal oli tuuleenergial, millele järgnes biomass, vastavalt 53% ja 22%. Kõiki taastuvenergia tootmisvõimsusi Eestis allikate lõikes illustreerib joonis 1.5.

Joonis 1.5. Taastuvenergia tootmisvõimalused Eestis allikate lõikes (MW). [18]

Eesti taastuvenergia tootmisvõimsustesse oli 2018. aastaks kokku investeeritud hinnanguliselt 967 miljonit eurot. Enamus sellest rahast oli suunatud tuuleenergiasse, investeeringute hinnangulise kogumahuga 424 miljonit eurot, ning biomassi tootmisesse hinnanguliselt 404 miljonit eurot. Päikeseenergia tootmisüksuste rajamisse investeeriti ligikaudu 75 miljonit eurot.

2018. aasta lõpuks oli Eestis võrku ühendatud 140 elektrituulikut koguvõimsusega 314 MW. Tuuleenergiat toodeti võrku 591 GWh, mis moodustas ligikaudu 7% elektri lõpptarbimisest. Viimastel aastatel on toimunud vaibumine tuuleenergia sektoris, mis on tingitud nii regulatiivsetest piirangutest (600 GWh mahupiirang taastuvenergia toetuse maksmisel) kui ka erinevatest riigi- ja looduskaitselistel ettekäänetel seatud piirangutest uute tuuleparkide rajamiseks. Eesti siseriiklike taastuvelektri tootmise eesmärkidel mängib eelkõige suurt rolli tuuleparkide rajamine soodsate tuuleoludega piirkondadesse nagu Lääne-Eesti rannikuala, Läänemeri, saared jm.

Samal aastal toimus päikeseenergia tugev esiletõus. Aasta lõpu seisuga oli Eestis valminud päikeseelektrijaamu koguvõimsusega 110 MW. Hüppelise kasvu tingis tehnoloogia jätkuv odavnemine ning regulatsioon, mille kohaselt lõppes taastuvelektri toodangu toetusskeem

18 senistel tingimustel kuni 1 MW võimsusega uutele päikeseelektrijaamadele. Võrku muundati päikeseelektrit 13 GWh, mis on varasemate aastatega võrreldes väga suur kasv (2017. aastal oli selleks mahuks 5 GWh). Reaalne päikeseelektri toodang Eestis on siiani suurem, kuna mingi osa saadud elektrist ei satu kunagi võrku, vaid kasutatakse ära kohapealsete elektrivajaduste rahuldamiseks. Eestis oli 2018. aastal ligikaudu 1643 päikesepaneelidega elektritootjat, kuid tuleb ka silmas pidada, et on ka neid, kes on päikesepaneelid paigaldanud, kuid pole võrguettevõtjaid sellest teavitanud, mistõttu need statistikas ei kajastu.

Biokütustena on Eestis kasutusel biomass ja biogaas. 2018. aastal toodeti biomassist 1006 GWh elektrit, mis moodustas 60% kodumaisest taastuvelektrist. Peamiselt kasutatakse biomassi kütusena mitmetes elektri ja soojuse koostootmisjaamades üle Eesti. Ka siin peab tootmisahte vaadeldes silmas pidama, et neis ei kajastu koostootmisjaamade omatarve, mis võib kohati ulatuda kuni 10 protsendini. Biogaasi laiem kasutuselevõtt toimus 2010ndate aastate alguse poole, kui 2014. aastaks ületas installeeritud koguvõimsus Eestis 10 MW piiri, kuhu see aastateks püsima jäi. Viimastel aastatel on välja tulnud, et biogaasi kasutus Eesti on olnud kerges langustrendis. 2018. aastal toodeti biogaasist elektrit 37,6 GWh, installeeritud koguvõimsus on 9,35 MW. Lisaks biogaasi tootmisele on pigem päevakorda tõusnud biogaasi puhastamine maagaasi puhtusastmele ehk biometaani tootmine ning kasutamine. Rohegaasiks nimetatav taastuvkütus on peamiselt kasutuses transpordisektoris, kus üleminek taastuvate allikate kasutamisele Eestis on seni kõige vaevalisemalt toimunud.

Hüdroenergias pole viimastel aastatel erilisi muudatusi toimunud. 2018. aastal toodeti võrku 19 GWh hüdroenergiat, mis aasta varasemaga võrreldes on 10 GWh vähem. Tänapäeval sõltub hüdroenergia tootmine Eestis mitte niivõrd tootmisüksuste võimsuse kasvust, vaid soodustavatest looduslikest tingimustest ning veerohkusest. Üldjoontes ei ole hüdroenergia olukord Eestis kiita, karmimad keskkonnanõuded on kaasa toonud perspektiivi, et tulevikus väheneb hüdroenergia osakaal paisude lammutamise tagajärjel. Paisude lammutamine toob omakorda kaasa muudatusi jõe veerohkuses. [18]

2018. aasta lõpus alustatud Sindi paisu lammutamine muutis Pärnu jõe kuivaks ning jättis kohalikel kaevud tühjaks. Paisu asemele rajatud kärestik parandas mingil määral olukorda. Samas on kohalikud (ja ka kalad) kärestiku ehitamise üle õnnelikud. [19, 20]

Eesti üks suuremaid hüdroelektrijaamu asub Jägala jõel – tegu on Linnamäe hüdroelektrijaamaga, mis valmis 1924. aastal, kuid algne hoone purustati Teise maailmasõja ajal. Tänapäeval olemasolev hoone avati 2002. aastal ning elektri tootmine sai taas jätkuda. Hüdroelektrijaama võimsus on 1,15 MW ning aastane elektritootlus ulatub 5 GWh-ni. [12]

2. METOODIKA

2.1 Uurimisobjekti kirjeldus

Käesolev lõputöö keskendub ühele enimlevinud taastuvenergia vormile – päikeseenergiale. Täpsemalt käsitletakse päikesepaneele. Töös tuuakse välja, kuidas on päikeseenergia muundamine elektrienergiaks aastate jooksul muutunud ning kuidas on nanotehnoloogia kaasamine selle valdkonna arengule kaasa aidanud.

Päikesepaneel on fotogalvaanilistest elementidest koosnevad paneelid, mis toodavad päikesekiirgusest elektrienergiat. Valdavaks osaks koostematerjalist on räni, mis jaguneb amorfseks (a-Si) ning kristalliliseks (c-Si). Kasutatava räni hinnast sõltub päikesepaneelide hind ning efektiivsus. Monokristallidest elementide efektiivsus on suurusjärgus 11-17%, polükristalsetel elementidel on selleks 11-15%. Teise allika kohaselt on nendeks suurusteks vastavalt 15-20% ja 13-16% [21]. Amorfse kilega päikesepaneelide efektiivsus jääb vahemikku 3-11%. Need on populaarsed, kuna tootmiskulud on madalad ning neid saab mitmekülgselt kasutada, kuna neil puudub kristalliline struktuur. Suureks puuduseks aga on nende väga väike kasutegur. Päikesepaneelide kasutegur on alati väike olnud, kuid ka viimastel aastatel toimunud areng pole seda palju suurendada suutnud. Paneelide kasutegurid varieeruvad viiest kahekümne protsendini. [22]

Nanotehnoloogia lisamine päikeseenergieetikasse on positiivselt kaasa aidanud. Päikesepaneeli kollektoris, kütuseelemendis, fotogalvaanilises elemendis ja muudes seadeldistes on parandanud nende efektiivsust. Katsetades on leitud, et nanomaterjale kasutades saab peale langevat kiirgust kasutada üheksa korda suuremas koguses, samal ajal, kui nano-päikesekollektori kasutegur on 10% kõrgem kui tavalise kollektori puhul. [23]

2.2 Päikeseenergeetika arengu uurimise metoodika

Antud töös püstitas autor küsimuse, kuidas on päikeseenergeetika aastatega arenenud ning kuidas on nanotehnoloogiliste materjalide ja seadmete kasutuselevõtt päikesepaneelides ning nendes sisalduvates päikeseelementides nende kasutegurit tõstnud. On üldteada, et päikesepaneelid on aastatega tõhusamaks muutunud ja tekitanud suurema nõudluse nende järele, mis on omakorda suurendanud tootmist. Massiline tootmine aga on reeglina odavam kui üksiktellimuste täitmine.

Et nendele küsimustele vastata, selleks uuritakse juba olemasolevat kirjandust ning tuuakse välja võrdlused varasemaga ning ka prognoosid tulevikuks. Võrdluse all on tarbimise maht ning kasuteguri ja hinna muutused. Fotogalvaaniliste paneelide hinna muutumist on pikemalt käsitletud artiklis „Effects of Price Developments on Photoviltaic Panel to Invert Power Ratios“ [24]. Kättesaadavad andmed olid enamjaolt aastatest 2000 kuni 2018. Peamiste usaldusväärsete allikatena kasutati International Energy Agency, Our World in Data ja Eesti Taastuvenergia Koja veebilehti, kust oli võimalik leida statistilisi andmeid, mis aitasid selge pildi luua päikeseenergeetika minevikust ja olevikust ning prognoosida tulevasi arenguid.

3. NANOTEHNOLOOGIA PÄIKESEENERGEETIKAS

3.1 Päikeseenergeetika ajaloo ülevaade

Päikeseenergiat kasutati esimest korda inimeste poolt juba ligi 7 sajandit eKr, kui päikesevalgust kasutati tule tegemiseks läbi suurendusklaaside sarnaste materjalide. Hiljem, 3 sajandit eKr, olid kreeklased ja roomlased õppinud päikesevalgust juhtima peeglite abil, et nii religioossete tseremooniate ajal tõrvikuid süüdata. Hiina tsivilisatsioonis on sama eesmärgil peeglite kasutamisest märkmed 20. aastast pKr. 17. sajandi lõpus ja 18. sajandil suutsid teadlased edukalt kasutada päikeseenergiat, et pikematel merereisidel ahje kütta. Samuti osati ehitada päikeseenergial töötavaid aurulaevu. Sellest saab järeldada, et päikesest saadava energia kasutamine oli tavaks juba tuhandeid aastaid enne päikese paneelide teket.

Päikesepatareide tehnoloogia väljatöötamine oli pikaajaline ning nõudis paljudelt teadlastelt suuri panuseid. Tänapäeval arutletakse selle üle, täpselt millal see lõpuks loodi ning kes peaks leiutise eest tunnustatud saama. Mõnede arust peaks kogu au päikesepatareide leiutamise eest minema prantsuse teadlasele Edmond Becquerel-e, kes leidis, et tekib elektrivool, kui asetada kaks elektroodi elektrolüüti ning need valguse kätte jätta. See läbimurre, mida defineeritakse kui fotogalvaaniline efekt, mängis suurt rolli hilisemas PV paneelide arengutes koos seleeniga (element). 1873. aastal avastas Willoughby Smith, et seleenil on fotojuhtiv potentsiaal. See viis omakorda William Grylls Adamsi ja Richard Evans Day 1876. aasta avastuseni – seleen tekitab päikesevalguse kätte jättes elektrit. 1883. aastal suutis Charles Fritts pooljuht-metallina seleeni kasutades luua esimese päikeseelemendi ja seepärast tahetakse Frittsi tunnustada päikeseelemendi leiutamisega. Antud elemendi kasutegur oli kõigest 0,5% [21]. [25]

Praegusel ajal kasutatavad päikeseelemendid on tehtud ränist, mitte seleenist. See viib teadlased arvamuseni, et õige päikesepaneeli leiutamine on seotud Darys Chapini, Calvin Fulleri ja Gerald Pearsoniga, kui nad lõid räni fotogalvaanilise elemendi 1954. aastal.

Pooldatakse arvamust, et just see sündmus tähistab tõelise PV tehnoloogia leiutamist, sest see oli esimene kord, kui päikeseenergia tehnoloogia suutis toita elektrilist seadeldist mitu tundi järjest. Esimese päikeseelemendi kasutegur oli 4%, mis on neljandik sellest, milleks modernsed elemendid võimelised on. [25]

Ameerika ettevõte Hoffman Electronics on suuresti panustanud päikeseelementide arendusse. 1955. aastal konstrueerisid nad kommertseesmärgiks mõeldud 2% kasuteguriga päikeseelemendi, mille hinnaks kujunes 1,7855 dollarit vati kohta ($/W), mis tänapäeval teeb 15,6 $/W (11,33 €/W). 1957. aastal loodud 8%-se kasuteguriga seade arenes järgneva kolme aastaga 14%-ni. 1977. aastaks oli maailmas kokku installeeritud 500 kW päikesepaneele, viis aastat hiljem oli neid juba 21,3 MW. Aastal 1985 saavutati Austraalias ränist päikeseelementidel 20% kasutegur ning 1994. aastal jõuti USA-s 30%-ni. Aastal 2013 saavutati Sharp Corporation-i poolt laboratoorselt saadud päikesepaneelide kasuteguriks koguni 44,4%, kui kasutati koondatud läätsega päikeseelementi. Kommerts eesmärkidel on siiski kasutusel vaid mono- ja polükristall päikesepaneelid, mille keskmised kasutegurid on vastavalt 15-20% ja 13-16%.

Pidev päikesepaneelide efektiivsuse tõstmine ning hinna langetamine muutis neid üha atraktiivsemaks investeeringuks, mis viis selleni, et neid hakati suuremates kogustes tootma. See viis ühikmaksumuse alanemiseni ning see põhjustas omakorda suuremat nõudlust. Kogu see protsess on viinud selleni, et installeeritud päikesepaneelide arv on hakanud eksponentsiaalselt tõusma – kui 2000. aastaks oli maailmas installeeritud 1 GW võimsuses paneele, siis 2013. aasta esimese pooles ületati 100 GW piir. 2016. aasta lõpul ületati maailmas paigaldatud päikesepaneelide 300 GW koguse piir (joonis 3.1). [21]

Joonis 3.1. Päikesepaneelide kasv aastatel 2006-2017. Roheline kujutab Euroopat, sinine Ameerika Ühendriike, kollane Lähis-Ida ja Aafrikat, oranž Aasia ja Vaikse ookeani piirkonda, punane Hiinat ja hall ülejäänud maailma. [21]

Päikesepaneelide hinnad on aastakümnete jooksul pideval langenud vastavalt sellele, kui palju on neid maailmas summaarselt installeeritud. Alates 1976. aastast on päikesepaneelide moodulite hinnad langenud üle 100 korra. Seda saab kujutada Swansoni seadusega. (joonis

3.2) [21]. Swansoni seadus ütleb, et päikesepaneelide hind väheneb 20% iga kord, kui kumulatiivne toodang kahekordistub [26].

Joonis 3.2. Installeeritud päikesepaneelide koguvõimsuse ja päikesemooduli hinna suhe läbi aastate. Abtsissteljel asub koguvõimsus (MWp) ning ordinaatteljel mooduli hind ($/W). [21]

Kõige suuremate sündmustena päikeseenergeetika ajaloos võib välja tuua päikesepaneelide kasutamise kosmoses 1958. aastast (kui paneelid lisati satelliitidele nende hinnast hoolimata, sest need tasusid end mitmekordselt ära), esimese päikeseenergial funktsioneeriva elamu konstrueerimine 1973. aastal, hüppeline kasuteguri tõus 1957-1960, päikeseenergial töötavad lennukid ja suur päikesepaneelide hinna langus tänu nende populaarsuse suurenemisele. Samuti lasid kaks Ameerika Ühendriikide presidenti (Jimmy Carter ja Barack Obama) Valge Maja katusele päikesepaneelid installeerida, et nende kaudu osa vajalikust energiast otse saada. [25]

3.2 Päikeseenergia kasutamine 21. sajandil

21. sajandi jooksul on päikeseenergeetika areng hüppeline olnud. Sajandi alguses oli genereeritav energia maht veel tagasihoidlik, aastaks 2019 oli see kordades suurem. Eelmises peatükis mainitud eksponentsiaalset tõusu illustreerib hästi aastatel 2000 kuni 2019 Ameerika Ühendriikides genereeritud päikeseenergia maht. Aastal 2000 oli selleks 493 KWh. Edasi kasvas see suurus vähehaaval igal aastal kuni aastal 2012 toimus suurem hüpe. Pärast seda suurenes genereeritud maht igal aastal peaaegu kahekordselt, mõnel aastal rohkem, mõnel vähem (joonis 3.3). [27]

Joonis 3.3. Aastatel 2000–2019 Ameerika Ühendriikides genereeritud päikeseenergia maht, abtsissteljel on aastad ning ordinaatteljel maht arvestatuna miljonites kilovatt-tundides (KWh). [27]

Kui võrrelda paigaldatud päikeseenergia võimsust suurimate riikide ja maailma lõikes aastatel 2000 kuni 2018, siis on näha, kui suurtes kogustes on päikesepaneele kasutusele võetud (joonis 3.4). Jooniselt saab teada, et aastal 2000 oli paigaldatud mahuks maailmas 0,65 GW, millest 0,11 GW oli Saksamaal, 0,03 GW Hiinas, 0,02 GW Ameerika Ühendriikides ja 0,01 GW Hispaanias [28]. Indias ei olnud sajandi alguses päikeseenergia veel kasutusel, esimene päikeseelektrijaam avati seal aastal 2009, varasemalt olid kasutusel ainult väiksemad päikesepargid. [29]

Joonis 3.4. Paigaldatud päikeseenergia võimsus riikide kaupa (ülevalt alla Hiina, Ameerika Ühendriigid, Saksamaa, India, Hispaania) ning kogu maht maailma mastaabis (World), abtsissteljel on aastad ning ordinaatteljel maht (GW). [28]

Päikeseenergia kasutamine on viimase 20 aasta jooksul suurenenud, vastavalt päikeseelementide arenguga ning uute ja paremate päikeseparkide loomisega. Aastal 2000 kasutas valdav enamus maailmas päikeseenergiat mahus 0-0,5 TWh, enamikel riikidel oli selleks suuruseks üldse 0. Ainult Ameerika Ühendriikides oli selleks 0,52 TWh (joonis 3.5). Võrdlusmomendina tuuakse aasta 2018. Paljud riigid maailmas tootsid endiselt alla 1 TWh, kuid lisandunud oli ka neid, kus tootmine ulatus kuni 5 TWh-ni. Üle 10 TWh tootvad riigid olid Austraalia, Hispaania, Prantsusmaa, Ühendkuningriigid. Üle 20 TWh tootvad riigid olid India ja Itaalia. Nendest veel rohkem tootsid Saksamaa (46,16 TWh), Ameerika Ühendriigid (97,12 TWh) ja Hiina (177,5 TWh) (joonis 3.6).

Joonis 3.5. Aastal 2000 tarbitud päikeseenergia maht teravatt-tundides (TWh). [28]

Joonis 3.6. Aastal 2018 tarbitud päikeseenergia maht teravatt-tundides (TWh). [28]

Järgmisel graafikul (joonis. 3.7) on näha, millised on olnud päikeseenergiast elektrienergia muundamise mahud (helesinine) ning milliseid suurusi senist kasvu arvestades tulevikuks ennustatakse (tumesinine). Välja on ka toodud, milline on prognoos aastaks 2030 (roheline). Antud graafiku järgi muundati aastal 2018 päikeseenergiast elektrienergiaks 585 TWh, aastaks 2020 tehtud ennustus on 865 TWh ning prognoos aastaks 2030 on hüppeliselt 3268 TWh [30].

Joonis 3.7. Päikeseenergiast muundatud elektrienergia tootmine aastatel 2000–2030 (TWh). Helesinisega on kujutatud olnud maht, tumesinisega on kujutatud eeldatav kasv tulevikuks, roheline kujutab prognoosi aastaks 2030. [30]

Samuti on sajandi algusega võrreldes muutunud päikesemoodulite hind. 2000. aastal oli moodulite keskmiseks hinnaks 3,65 $/Wp, mis on 3,35 €/Wp. Viimase 20 aasta kõrgeim hind oli sellel 2007. aastal (3,91 $/Wp ehk 3,59 €/Wp). 2016. aasta seisuga maksis moodul keskmiselt 0,62 $/Wp (0,57 €/Wp), mis on ka kogu ajaloo madalaim hind (joonis 3.8) [31].

Joonis 3.8. Päikesemoodulite keskmised hinnad maailmas aastatel 2000–2016 ($/Wp). [31]

Kui joonist 3.8 vaadelda pikema perioodi jooksul, siis tuleks selles nähtavale eksponentsiaalne langemine. Antud joonis ei anna seda edasi, kuna valitud ajavahemik on liiga lühike ning enne hinna allatulekut on see vähesel määral kasvanud ja kahanenud.

3.3 Nanotehnoloogilised lahendused

Kui päike on nii hõlpsasti kasutatav ressurss, miks me pole seda siis juba aastakümnete jooksul korralikult ära kasutanud. Siin on omad põhjused, mida ei suudetud enne lahendada, kui nanotehnoloogia arenes sedavõrd, et selle kaudu tekkisid uued võimalused.

Üks suurimaid kitsaskohti päikeeseenergia puhul on olnud päikeseelementide kõrge tootmishind, eriti võrrelduna nafta ja maagaasi baasil toodetud energia kulumääraga. Lisaks kaob päikeseelementidest umbes 10% peale langenud optilisest võimsusest puhtalt optiliste kadude tõttu, kuna päikeseelementide pind peegeldab tagasi umbes 2–10% pinnale langenud päikesevalgusest. [3]

Päikesepaneelide südamiku moodustavad fotoelektrilised elemendid. Need ongi vahendid, mis muundavad päikeseenergia elektrienergiaks. Need on ehitatud mitmest kihiti üksteise peal asuvast materjalist, millest igaühel on spetsiifilised omadused. Praeguseks ajaks on nn. fotoelektrilises elemendis kasutatud nanotehnoloogiliste materjalide töötlemisega jõutud sinnamaani, et päikesepaneelide hind on langenud tasemele, kus neid on võimalik laialdaselt kasutada. [32]

Niisiis, nanotehnoloogiat kasutades saab eelpool nimetatud probleemid lahendada. Selleks oli vaja välja arendada ökonoomsemalt toimivad tehnoloogiad, mis kõrvaldaksid piirangud, mille taha olemasolevad tehnoloogilised võimalused pidama jäid.

Nanotehnoloogia abil saab olulisel määral parandada päikeseenergia kogumist ja konserveerimist. Tuvastatud on mitmed füüsikalised nähtused, mis sellele kaasa aitavad. Teatud tehniliselt toodetud nanomaterjalid ja -struktuurid tõhustavad valguse neeldumist päikeseelemendis, suurendavad valgusenergia muundumist elektrienergiaks ning tagavad parema soojuse salvestamise ja edasijuhtimise. Nanostruktuuriga tehislikud fotosünteesivad süsteemid, mis jäljendavad looduslikke analooge, on võimelised muundama päikeseenergia keemiliseks kütusteks. Väga palju on vaja veel uurida, et saada teoreetilist teavet nanotasandil energia muundumise ja salvestamise ning palju muu kohta. [33]

Võrreldes esimese ja teise generatsiooni päikeseelementidega, mis olid kallid ning väga väikese kasuteguriga, koosnevad kolmanda generatsiooni elemendid orgaanilistest- anorgaanilisest hübriidsõlmedest, nanostruktureeritud pooljuhtidest ja molekulaartasemel olevatest sõlmedest (assemblies). Sellise nanokomposiitidel põhineva tehnoloogia eesmärgiks on arendada odavaid ning tõhusaid suure kasuteguriga päikeseelemente. Nendega saaks vähendada kulusid ning muuta elementide materjali ning pinda vastuvõtlikumaks päikesevalgusele. [34]

Päikeseenergia on kõige laialdaselt levinud taastuv energialiik, mis aja vajab suurt avatud maa-ala, kuhu oleks võimalik paigutada päikesepaneelid. Päikesepaneelide kasutegur sõltub suuresti fotogalvaaniliste elementide kokkupuutest päikesekiirtega ning nende neeldumisest. Saabuva kiirguse blokeerivad ning hajutavad paneeli pinnale kogunenud tolmuosakesed, seetõttu on vajalik regulaarne päikesepaneelide puhastamine, mis on suurte päikeseparkide juures väga keeruline ning aeganõudev. Superhüdrofoobsed peegeldusvastased katted on väga heaks lahenduseks, et muuta päikesepaneelide isepuhastuv tolmuvaba klaasist

32 pealiskiht päikesekiirgusele vastuvõtlikkumaks. Superhüdrofoobsete ja peegeldumisvastaste omadustega nanostruktureeritud katete arendamiseks on mitmeid meetodeid. Sellised superhüdrofoobsed, peegeldumisvastased katted omavad isepuhastuvaid, tolmu-, saastumis- , jäätumis- ning uduvastaseid omadusi. Tänu sellistele omadustele suudavad need katted päikesepaneeli kasuteguri tuua 20%–30%-ni. [35]

Nimetatud tehnoloogiatel on ka puudusi. Vähese kontrolli tõttu suuruse ja paigutuse üle, ennustamatu mikro- või nanostruktuuri mõjul, liiga vähese energiavahetuseks vajaliku liidese moodustumise ning paljudel juhtudel laboratoorsete vahendite liialt lühikese eluea tõttu ei suuda tehnikad saavutada teoreetilist efektiivsust. Nanotehnoloogilisi komponente sisaldavate toodete eluiga ja töökindlus peavad jõudma vähemalt samale tasemele traditsiooniliste (ehk teisisõnu mitte-nanotehnoloogiliste) komponentide omaga. [33]

Kuna nanostruktuurid on tavaliselt ainult mõnesaja nanomeetri suurused, tekitavad nad liidese (interface) õhu ja nanostruktuuri vahel, eriti need, mis koosnevad ränist, muutuvad tihemini funktsionaalselt gradueerituks kui tasapinnaliseks. See muudatus päikeseelementide disainis võimaldab valgust täpselt juhtida ja lasta sellel elemendis neelduda, vältides peegeldumist.

Eestis võiks päikeseenergiat kasutada arvatust rohkem. Selle potentsiaali saab võrrelda Saksamaaga, kus aastane päikesest tulenev kiirguse hulk on vaid natukene suurem kui Eestis. Kui arvestada meie kliima madalamaid temperatuure, mis tõstavad paneelide efektiivsust, siis on energia tootlikkus sarnane. Arvestades, et Saksamaa on maailma üks enim päikesest energiat ammutav riik, siis on õigete poliitiliste otsuste korral võimalik ka Eestis arvestatav kogus energiat toota päikeseenergiast. [36]

Praegusel ajal ei ole veel kasutuses ühtegi nanotehnoloogia baasil valmistatud päikeseelementi. Küll aga kasutatakse süsteemide sees nanotehnoloogiat sisaldavaid komponente, näiteks transistoreid ja nanoinvertereid. Nanoinverterite kasutamine PV moodulites tõstab energia saamise määra kuni 30% ning vähendab paigalduspiiranguid [37]. Küll aga on arendamise järgus nanomaterjale sisaldavad värvitundlikud päikeseelemendid (DSSC), mis on teise generatsiooni õhukesest kilest päikeseelement. Need on tehtud õhukesest kilest fotogalvaanilise materjali sadestamisel aluspinnale. Kile paksus varieerub mõnest nanomeetrist kümnete mikromeetriteni. Oma väiksete mõõtmete tõttu on sellised päikeseelemendid painduvad ja kaalult kergemad ning kokkuvõttes odavamad, miinuseks on

33 ainult nende madal kasutegur, mis ulatub maksimaalselt 12%-ni. Et kasutegurit tõsta, on prototüüpidele hakatud lisama nanomaterjale. Suured paralleelsed nanotraadi rivid paneeli sees võimaldavad suurendada neeldumist, kuna see toimub kogu traadi pikkuses. Nanoosakeste lisamine nanotraatide vahele võimaldab juhtivuse. Nende rivide looduslik geomeetria loob tekstureeritud pinna, mis püüab rohkem valgust ja seega ka tõstab kasutegurit. [38, 39]

Kõigele vaatamata ei ole olnud võimalik tuvastada täpset ajahetke, millal nanotehnoloogilised vidinad ning nanomaterjalid päikeseenergeetikasse lisati. Eespool kirjeldatust saab järeldada, et see toimus 2010ndate algusepoole, kuna siis hakkasid kasutegurid tõusma ning see tõi kaasa suurema päikesepaneelide populariseerumise. Tänu sellele hakkas moodulite hind langema ning üha enam peresid ning ettevõtteid said paneelide installeerimist lubama hakata.

KOKKUVÕTE

Antud bakalaureuseastme lõputöö käsitleb taastuvenergeetikat ja selle eesmärgiks on anda lugejale ülevaade, kuidas on tehnoloogia areng päikeseenergeetikat mõjutanud ning milline roll on selles olnud nanotehnoloogial. Töö teema on aktuaalne, kuna üha enam üritatakse minna fossiilsete kütuste pealt üle taastuvatele energiaressurssidele. Kuna taastuvenergia muundamise kasutegurid on väikesed, siis on tegeldud uurimisega, kuidas neid tõsta.

21. sajandi algusest alates on päikeseenergeetika osas väga palju muutunud ja edasi arenenud. Koos tehnika arenguga ning nanotehnoloogia sisseviimisega päikeseenergia muundamisse, on päikesepaneelide kasutamine ja kasutegurid tõusnud ning hind langenud. Kuna ei ole täpselt teada, millisest hetkest alates nanotehnoloogia päikeseenergeetikas kasutusele võeti, ei ole ka võimalik täpselt hinnata, kuidas on selle kaasamine antud valdkonda paremaks muutnud. Küll aga saab uuritu põhjal järeldusi teha, milline ajavahemik tundub kõige tõenäolisemana.

2010ndate aastate alguses hakkas järsult tõusma päikeseenergiast muundatud energia hulk, mille tõi kaasa kasuteguri kasv ning tehnoloogiate odavnemine. Aastal 2000 oli päikeseenergia paigaldatud mahuks maailmas 0,65 GW, mis oli kõigest 0,13% võrreldes aastaga 2018, kui see oli juba 487,83 GW. Suurimateks päikeseenergia kasutajateks maailmas on Hiina, Ameerika Ühendriigid, India, Saksamaa ning Hispaania. 2018. aasta seisuga muundasid India ja Hispaania üle 20 teravatt-tunni aastas, neile järgnesid Saksamaa (46,16 TWh) ja Ameerika Ühendriigid (97,12 TWh), kõige tipus oli Hiina 177,5 teravatt- tunniga. Võrreldes aastaga 2000, on edasiminek olnud suur. Sajandi alguses muundasid väljatoodud riigid päikeseenergiat elektrienergiaks vahemikus 0–0,5 teravatt-tundi, ainult Ameerika Ühendriikides oli see number suurem (0,52 TWh). Viimase 20 aastaga on ka moodulite hind muutunud. Aastal 2000 oli moodulite keskmiseks hinnaks 3,65 $/Wp, mis aastaks 2016 langes 0,62 $/Wp peale, mis on ka kogu ajaloo madalaim hind.

Nanotehnoloogiliste komponentide ning nanomaterjalide kasutuselevõtt (ligikaudu viimased 10 aastat päikeseenergeetikas) on näidanud märke arengust ning tänu nendele on saanud paneelide hind alaneda ning kasutegur ja vastuvõtlikkus kasvada. Superhüdrofoobsete katete kasutuselevõtt võimaldab paneeli pinnal puhta ning kuivana püsida ja nii saab paneeli kasutegur tõusta kuni 30%-ni. Prototüüpidena on katsetusel muidu väikese kasuteguriga (11%) värvitundlikud päikeseelemendid, millele nanomaterjali lisades oleks võimalik nende kasutegurit tõsta ligi 15 protsendini.

Taastuvenergeetikal on kogu maailmas suur potentsiaal, mida saaks ära kasutada, kui suudetaks luua seadmeid, mis oleksid loodusnähtudele vastuvõtlikumad ning suurema kasuteguriga. Selle valdkonna areng on viimase 20 aasta jooksul olnud kogu ajaloo suurim ja võib eeldada, et see jääb samamoodi edasi kasvama.

SUMMARY

The purpose of this Bachelor’s thesis titled The Role of Nanotechnology in the Development of Renewable Energetics was to give the reader a survey of how the development of technology has influenced the production of solar energy and what role has been played by nanotechnology in the engineering of the devices that enable us to transform the power of the renewable energy sources into electricity. The paper describes how the generation process can benefit from the application of nanomaterials as compared to the use of conventional materials only. The topic was chosen because the resources of fossil fuels will inevitably get exhausted, their ecological footprint is enormous, which results in an increasing demand for renewable sources of energy.

In the beginning of 2010s, the amount of energy generated from solar energy started to skyrocket. This was the result of the growth in efficiency and the reduction in the prices of relevant technologies. In 2000, the installed capacity of solar power was 0.65 GW, which was only 0.13 per cent when compared to 2018, when the respective figure was already 487.83 GW. The biggest consumers of solar power are China, the USA, India, Germany, and Spain. As of 2018, India and Spain generated over 20 TWh per year. They were followed by Germany (46.16 TWh) and the USA (97.12 TWh). The leading consumer was China with 177.5 TWh. Compared to year 2000, there has been a lot of progress. In the beginning of this Century, the mentioned countries generated solar power into electricity in the range 0– 0.5 TWh. Only in the USA, the figure exceeded the one mentioned above (0.52 TWh). In the past 20 years, the price of the modules has fallen from 3.65 $/Wp in 2000 to 0.62 $/Wp in 2016, which was the lowest price until that time.

The use of nanocomponents and nanomaterials (approximately past 10 years) have helped to solve some problems and due to these the price of the solar panels has been able to fall, while the efficiency has improved. The use of superhydrophobic coatings allows the surface of the panel to stay clean and dry. That helps to raise the efficiency up to 30 per cent.

Application of renewable energy sources holds a great potential, which could be utilized in case on could develop devices with a reasonable efficiency of at least 50 per cent. Progress in this field over the past 20 years has been the most rapid, and it can be assumed that it will continue grow.

KASUTATUD KIRJANDUS

1. EnergySage. (2018). Advantages and disadvantages of Renewable energy. [veebileht] https://news.energysage.com/advantages-and-disadvantages-of- renewable-energy/ (07.05.2020) 2. Taastuvenergeetika aastaraamat 2018. (2019). Tallinn: Eesti Taastuvenergeetika Koda. http://www.taastuvenergeetika.ee/wp-content/uploads/2019/06/ETEK- Taastuvenergia-aastaraamat-2018.pdf (29.04.2020) 3. E-koolikott. (2018). Päikeseenergia. [veebileht] https://e- koolikott.ee/oppematerjal/14365-Paikeseenergia (08.01.2020) 4. National Nanotechnology Initiative. (s.a). Nanotechnology for Solar Energy Collection and Conversion. [veebileht] https://www.nano.gov/NSISolar (29.04.2020) 5. Internet Archive. (s.a). The Proton-Proton Chain. [veebileht] https://web.archive.org/web/20160620155744/http://csep10.phys.utk.edu:80/astr16 2/lect/energy/ppchain.html (14.01.2020) 6. NASA’s Cosmicopia. (2013). Ask Us: Sun. [veebileht] https://cosmicopia.gsfc.nasa.gov/qa_sun.html (14.01.2020) 7. My Solar. (2019). Enerrgy. [veebileht] http://mysolar.ee/energy/ (22.05.2020) 8. Tuuleenergia Assotsiatsioon. (s.a). Tuuleenergia. [veebileht] http://www.tuuleenergia.ee/about/ (27.03.2020) 9. Gloabl Wind Report 2019. (2019). Brussels: Global Wind Energy Council. https://gwec.net/global-wind-report-2019/ (27.03.2020) 10. Global Wind Report 2019. (2019). Brussels: Global Wind Energy Council. [allalaetud] (27.03.2020) 11. More power from water. – Nature Nanotech. Nr. 13, 1087. (2018). [e-ajakiri] https://www.nature.com/articles/s41565-018-0340-7 (27.01.2020) 12. E-koolikott. (2018). Vee-energia. [veebileht] https://e- koolikott.ee/oppematerjal/14245-Vee-energia (22.03.2020)

13. Energiatalgud. (2016). Hüdroenergia ressurss. [veebileht] https://energiatalgud.ee/index.php/H%C3%BCdroenergia_ressurss?menu-49 (22.03.2020) 14. Rosin, A. (s.a) Energiatarbimise juhtimine. http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/oppeinfo/materjal/AAV0170/DSM_2.pdf (22.03.2020) 15. Wikipedia. (2020). Nanotechnology. [veebileht] https://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology (20.05.2020) 16. European Chemicals Agency. (s.a). Nanomaterjalid. [veebileht] https://echa.europa.eu/et/regulations/nanomaterials (02.05.2020) 17. ResearchGate. (2009). Classification of Enerrgy [veebileht] https://www.researchgate.net/figure/Classification-of-Energy_fig1_24110235 (27.01.2020) 18. Taastuvenergeetika aastaraamat 2018. (2019). Tallinn: Eesti Taastuvenergeetika Koda. http://www.taastuvenergeetika.ee/wp-content/uploads/2019/06/ETEK- Taastuvenergia-aastaraamat-2018.pdf (02.05.2020) 19. Tampere, Y. (2019). Sindi paisu lammutamine toob jõkke kalad ja linnakesse puhkajad ning sportlased. Accelerista. [e-ajakiri] https://www.accelerista.com/keskkond/sindi-paisu-lammutamine/ (03.05.2020) 20. Vilgats, E. (2019). Sindi paisu lammutamine muutis jõe ojaks ja jättis paljud kaevud tühjaks. ERR. [e-ajakiri] https://www.err.ee/965825/sindi-paisu-lammutamine- muutis-joe-ojaks-ja-jattis-paljud-kaevud-tuhjaks (03.05.2020) 21. TERA AS. (2017). Päikesepaneelide ajalugu. [veebileht] https://www.tera.ee/paikesepaneelide-ajalugu/ (02.05.2020) 22. Energiatalgud. (2016). Päikesepaneel. [veebileht] https://energiatalgud.ee/index.php/P%C3%A4ikesepaneel?menu-135 (18.05.2020) 23. Renewable and Sustainable Energy Reviews. (2013). /Abdin, Z., Alim, M.A., Saidur, R., Islam, M.R., Rashmi, W., Mekhilef, S., Wadi, A. Solar energy harvesting with the applications of nanotechnology. [on-line] (18.05.2020) 24. Allik, A., Lill, H., Annuk, A. (2019). Effects of Price Developments on Photoviltaic Panel to Inverter Power Ratios. 8th International Conference on Renewable Energy Research and Applications: ICRERA 2019, Brasov. Ed. Ilhami Colak. IEEE, 371-376.

25. EnergySage. (2018). The History and Investion of Solar Panel Technology. [veebileht] https://news.energysage.com/the-history-and-invention-of-solar-panel- technology/ (18.05.2020) 26. Wikipedia. (2020). Swanson’s Law. [veebileht] https://en.wikipedia.org/wiki/Swanson%27s_law (17.05.2020) 27. Solar power net generation in the United States from 2000 to 2019. (2020). New York: Statista. https://www.statista.com/statistics/183447/us-energy-generation- from-solar-sources-from-2000/ (17.05.2020) 28. Our Wolrd in Data. (2020). Solar PV Energy. [veebileht] https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-pv-energy (18.05.2020) 29. Chhabra, A. (2009). India's first solar power plant opens in Punjab. – India Today. [e-ajakiri] https://www.indiatoday.in/india/story/indias-first-solar-power-plant- opens-in-punjab-63048-2009-12-15 (18.05.2020) 30. International Energy Agency. (2019). Tracking Power: Solar PV. Paris: IEA. [veebileht] https://www.iea.org/reports/tracking-power-2019/solar-pv (05.05.2020) 31. Our World in Data. (2020). All Charts Preview. https://ourworldindata.org/renewable-energy#all-charts-preview (18.05.2020) 32. Souter, W. (2012). Nanotechnology in Solar Power. AZoNano. [e-ajakiri] https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3068 (09.05.2020) 33. National Nanotechnology Initiative. (s.a). Nanotechnology for Solar Energy Collection and Conversion. [veebileht] https://www.nano.gov/sites/default/files/pub_resource/solar_nsi_inc10_poster_050 714final.pdf (09.05.2020) 34. Recent Developments in Photovoltaic Materials and Devices. (2018). /Ebhota, W.S., Jen, T.-C. Efficient Low-Cost Materials for Solar Energy Applications: Roles of Nanotechnology. [on-line] (09.05.2020) 35. Nanomaterials-Based Coatings. (2019). /Ed. Mishra, A., Bjatt, N., Bajpai, A.K. Fundamentals and Applications. [on-line] (22.05.2020) 36. Eesti Taastuvenergeetika Koda. (s.a). Taastuvenergia Eestis: Päikeseenergia. [veebileht] http://www.taastuvenergeetika.ee/taastuvenergia- eestis/#1482064822137-68deb403-141b (19.05.2020) 37. Wikipedia. (2018). Nanoinverter. [veebileht] https://en.wikipedia.org/wiki/Nanoinverter (21.05.2020)

38. Wikipedia. (2020). Dye-sensitized solaar cell. [veebileht] https://en.wikipedia.org/wiki/Dye-sensitized_solar_cell (22.05.2020) 39. Wikipedia. (2020). Thin-film solar cell. [veebileht] https://en.wikipedia.org/wiki/Thin-film_solar_cell (22.05.2020)

LISAD

LIHTLITSENTS

Lihtlitsents lõputöö salvestamiseks ja üldsusele kättesaadavaks tegemiseks ning juhendata(te) kinnitus lõputöö kaitsmisele lubamise kohta.

Mina, ______Laura Kaur______, (autori nimi) sünniaeg ____19.10.1998____,

1. annan Eesti Maaülikoolile tasuta loa (lihtlitsentsi) enda koostatud lõputöö

______Nanotehnoloogia roll taastuvenergeetika arengus ______, (lõputöö pealkiri) mille juhendaja(d) on ______Heino Pihlap______, (juhendaja(te) nimi) 1.1. salvestamiseks säilitamise eesmärgil, 1.2. digiarhiivi DSpace lisamiseks ja 1.3. veebikeskkonnas üldsusele kättesaadavaks tegemiseks kuni autoriõiguse kehtivuse tähtaja lõppemiseni; 2. olen teadlik, et punktis 1 nimetatud õigused jäävad alles ka autorile; 3. kinnitan, et lihtlitsentsi andmisega ei rikuta teiste isikute intellektuaalomandi ega isikuandmete kaitse seadusest tulenevaid õigusi.

Lõputöö autor ___Laura Kaur__/allkirjastatud digitaalselt/___ (allkiri)

Tartu, ____25.05.2020____ (kuupäev)

Juhendaja(te) kinnitus lõputöö kaitsmisele lubamise kohta

Luban lõputöö kaitsmisele.

____Heino Pihlap__/allkirjastatud digitaalselt/______25.05.2020_____ (juhendaja nimi ja allkiri) (kuupäev)