Energija Sunca

SADRŽAJ

UVOD..................... ............................................ .............................................. .............................................. .............................................. ......................................... ........................ ......1 OBNOVLJIVI OBNOVLJI VI IZVORI ENERGIJE....... ............... ................. ................. ................ ................ ................ ................ ................ ................ ............... ........... .... 2 Geotermalna energija................................ ....................................................... .............................................. ................................................... ................................ ....4 Energija plime i oseke...................... ............................................. .............................................. .............................................. ......................................... .................. 4 Energija valova.................... ........................................... .............................................. .............................................. ................................... ........................ .................. ......5 ENERGIJA SUNCA........ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................. ................. ................ ................ ................ ............. ......... ........ ........ ......7 Karakteristike energije sunca..................... ............................................ .............................................. .................................................... ............................. 11 2.2. Osnovni principi direktnog iskorištavanja iskorišt avanja energije Sunca......... ............... .......... ........ ........ ........ ......... ......... ........ .... 12 2.2.1. Solarni kolektori..................... ............................................ .............................................. .............................................. ................................... ............ 12 2.2.2. Fotonaponske ćelije..................... ............................................ .............................................. .............................................. .............................. ....... 13 2.2.3. Fokusiranje sunčeve energije....................... .............................................. ........................................................... .................................... 15 ZAKLJUČAK.................... ........................................... .............................................. .............................................. ........................................................ ................................... 17 LITERATURA....................... .............................................. .............................................. .............................................. .............................................. .............................. ....... 18 Knjige:....................... .............................................. .............................................. .............................................. .............................................. ........................................... .................... 18 Obnovljivi izvori energije, http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, 29.01.2012..................... 29.01.2012. ........................................... .............................................. .............................................. .............................................. ....................................... ................ 18 Povijest korištenja energije sunca, http://www.obnovljivi.com http://www.obnovljivi.com/energija-sunca/50-povijes /energija-sunca/50-povijesttkoristenja-energije-sunca, koristenja-energije-sunc a, 30.01.2012. 30.01.2012..................... ........................................... ............................................................... ............................................18 Energija sunca, http://eko.zagreb. http://eko.zagreb.hr/print.aspx?id=85, hr/print.aspx?id=85, 30.01.2012.......................................... 30.01.2012..........................................18 18  Načini aktivnog i pasivnog pasivnog iskorištavanja iskorištavanja energije sunca, sunca, http://www.centarenergije.com/obnovljivi-izvori-energije/energija-sunca energije.com/obn ovljivi-izvori-energije/energija-sunca/86-nacini-aktivnog-i-pasivn /86-nacini-aktivnog-i-pasivnogogkoristenja-energije-sunca, koristenja-energije-sunc a, 30.01.2012. 30.01.2012..................... ........................................... ............................................................... ............................................18 Akumulacija sunčeve energije u obiteljskim pasivnim kućama, hrcak.srce.hr/file/94763, 30.01.2011..................... 30.01.2011. ........................................... .............................................. .............................................. .............................................. ....................................... ................ 18 Karakteristike energije Sunca, http://www.centar-energije.com/obnovljivi-izvorihttp://www.centar-energije.com/obnovljivi-izvorienergije/energija-sunca/85-karakteristike-energije-su energije/energija-sunc a/85-karakteristike-energije-sunca, nca, 30.01.2012. 30.01.2012..................................... ....................................18 18 POPIS SLIKA........................................ ............................................................... .............................................. ............................................................ ..................................... 19

UVOD Osiguranje dovoljnih količina jeftine energije i zaštita čovjekovog okoliša temeljni su zahtjevi za ostvarenje održivog razvitka naše civilizacije. Istraživanja i usavršavanja tehnologija za uporabu obnovljivih izvora energije provode se u mnogim područjima ljudskog djelovanja pa tako i u graditeljstvu. Izgradnja novih zgrada i boravak ljudi u njima kao temeljna ljudska  potreba na početku 21. stoljeća, imaju vrlo kompleksne i važne zahtjeve koji će značajno utjecati na opći razvitak. Europska Unija u posljednja dva desetljeća, s ciljem sigurnije opskrbe energijom, poduzima sveobuhvatne mjere protiv neracionalne potrošnje energije i  posljedičnog zaganenja atmosfere otpadnim plinovima (emisija CO2). Potencijalno najveći izvor obnovljive energije je Sunce, užarena plinovita kugla čije zračenje dolazi na Zemlju. Sunčeva energija je sigurna, neprekidna i najmanje štetna za okoliš. Temelj  je života na Zemlji i stalni pratilac razvoja ljudskog roda. Predmet ovog rada je istaknuti važnost Sunca i sunčeve energije u svakidašnjem životu, energija koja je gotovo neiscrpna te se može iskoristiti na mnogo različitih načina. Svrha ovog rada jest prikazati obnovljive izvore energije te se posebno usredotočiti na energiju sunca te načine njezinog iskorištavanja. U seminarskom radu korištene su različite znanstvene metode poput: metoda analize i sinteze, metoda komparacije i metoda desrkripcije. Rad se sastoji od četiri sadržajne cjeline. U uvodnom dijelu ukratko se prikazuje tema rada,  predmet, svrha rada, korištene znanstvene metode te kratak pregled sadržaja. U prvom  poglavlju ''Obnovljivi izvori energije'', općenito se govori o obnovljivim izvorima energije s osvrtom na sve izuzev energije sunca što je naziv drugog poglavlja. U drugom poglavlju govori se o samoj energiji sunca, njenim karakteristikama te osnovnim principima korištenja. U zadnjem dijelu rada, zaključku, kratko je zaključen seminarski rad.

1

OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE Obnovljive izvore energije možemo podijeliti u dvije glavne kategorije: tradicionalne obnovljive izvore energije poput biomase i velikih hidroelektrana, te na takozvane "nove obnovljive izvore energije" poput energije Sunca, energije vjetra, geotermalne energije itd. Iz obnovljivih izvora energije dobiva se 18% ukupne svjetske energije, ali je većina od toga energija dobivena tradicionalnim iskorištavanjem biomase za kuhanje i grijanje, od 13 do 18%. Od velikih hidroelektrana dobiva se dodatnih tri posto energije. Prema tome, kad izuzmemo tradicionalne obnovljive izvore energije jednostavno je uračunati da takozvani "novi izvori energije" proizvode samo 2,4% ukupne svjetske energije. 1,3% otpada na instalacije za grijanje vode, 0,8% na proizvodnju električne energije i 0,3% na biogoriva 1. Taj udio u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća. Sunce isporučuje Zemlji 15 tisuća puta više energije nego što čovječanstvo u sadašnjoj fazi uspijeva potrošiti, ali usprkos tome neki ljudi na Zemlji se smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva. Razvoj obnovljivih izvora energije (osobito od vjetra, vode, sunca i biomase) važan je zbog nekoliko razloga:

•

obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferu. Smanjenje emisije CO 2 u atmosferu je politika Europske unije, pa se može očekivati da će i Hrvatska morati prihvatiti tu politiku,

•

 povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava energetsku održivost sustava. Također pomaže u poboljšavanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje ovisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije,

•

očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije u srednjem do dugom razdoblju.

 Nekoliko tehnologija, osobito energija vjetra, male hidrocentrale, energija iz biomase i sunčeva energija ekonomski su konkurentne. Ostale tehnologije su ovisne o potražnji na tržištu da bi postale ekonomski isplative u odnosu na klasične izvore energije. Proces 1

Obnovljivi izvori energije, http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, 29.01.2012.

2

 prihvaćanja novih tehnologija vrlo je spor i uvijek izgleda kao da nam izmiče za samo malo. Glavni problem za instalaciju novih postrojenja je početna cijena. To diže cijenu dobivene energije u prvih nekoliko godina na razinu potpune neisplativosti u odnosu na ostale komercijalno dostupne izvore energije. Veliki udio u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora rezultat je ekološke osviještenosti stanovništva, koje usprkos početnoj ekonomskoj neisplativosti instalira postrojenja za proizvodnju čiste energije. Europska zajednica ima strategiju udvostručavanja upotrebe obnovljivih izvora energije do 2010. godine u odnosu na 2003. godinu2. To znači da bi se ukupni udio obnovljivih izvora energije povećao na 12% 2010. godine. Taj plan sadrži niz mjera kojima bi se potaknule privatne investicije u objekte za pretvorbu obnovljivih izvora energije u iskoristivu energiju (najvećim djelom u električnu energiju). Dodatno, države Europske unije (EU) zadale su si još jedan ambiciozan cilj da  povećaju udio obnovljivih izvora energije 20% cjelokupne potrošnje energije u EU do 2020 godine. Zbog trenutne financijske krize u kojoj su se našle najveće države u Europskoj uniji, vjerojatno je da plan neće biti proveden u potpunosti. Slika 1. Sunce kao užarena kugla

Izvor: Povijest korištenja energije sunca, http://www.obnovljivi.com/energija-sunca/50-povijest-koristenjaenergije-sunca, 30.01.2012.

Sunčeva radijacija glavni je pokretač većine obnovljivih izvora energije, ali ima i nekoliko izvora koji ne potječu od nje. To su geotermalna energija i energija koju možemo dobiti od  plime i oseke te energija valova.

2

Ibidem str. 2

3

Geotermalna energija Geotermalna energija odnosi se na korištenje topline unutrašnjosti Zemlje. Da bi se ta energija iskoristila, razvijene su mnoge tehnologije, ali pojednostavljeno možemo izdvojiti dva osnovna načina: izravno i neizravno. Izravno korištenje znači korištenje vruće vode koja izbija (ili se ispumpa) iz podzemlja. Ono može biti raznoliko: od korištenja u toplicama, za grijanje kuća ili staklenika, za pojedine postupke u industriji (npr. pasterizacija mlijeka). Indirektno korištenje geotermalne energije znači dobivanje električne struje. Ovdje se princip rada ne razlikuje bitno od klasičnih termoelektrana na ugljen ili mazut - razlika je samo u načinu na koji se dobiva vodena para. Ovisno o temperaturi vode (ili pare) u podzemlju razvijeno je nekoliko različitih tehnologija. Prednost ovog izvora energije je to da je jeftin, stabilan i trajan izvor, nema potrebe za gorivom, u pravilu nema štetnih emisija, osim vodene  pare, ali ponekad mogu biti i drugi plinovi. Slabosti proizlaze iz činjenice da je malo mjesta na Zemlji gdje se vrela voda u podzemlju ne nalazi na prevelikoj dubini - takva područja, tzv. geotermalne zone vezane su uz vulkanizam ili granice litosfernih ploča. Kako su to često i  potresna područja sama gradnja postrojenja zahtijeva povećane troškove. Često su udaljena od naseljenih područja, pa se stvaraju troškovi prijenosa energije, a ponekad su zaštićena pa gradnja nije dopuštena (npr. NP Yellowstone). Među zemljama koje prednjače su SAD, Filipini, Meksiko, Japan.

Energija plime i oseke Energija plime i oseke dolazi od gravitacijskih sila Sunca i Mjeseca. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Ta se energija može dobivati tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene (npr. ima mjesta gdje je razlika između plime i oseke veća od 10 metara). Princip je jednostavan i vrlo je sličan principu hidroelektrane. Na ulazu u neki zaljev postavi se brana i kad se razina vode digne propušta se  preko turbine u zaljev. Kad se zaljev napuni brana se zatvara i čeka se da razina vode padne. Tad se voda po istom principu propušta van iz zaljeva. U jednostavnijem slučaju voda se  propušta kroz turbine samo u jednom smjeru i u tom slučaju turbine su jednostavnije (jednosmjerne, a ne dvosmjerne).

4

Slika 2. Najpoznatija elektrana na ušću rijeke Rance u Francuskoj

Izvor: Obnovljivi izvori energije, http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, 30.01.2012.

Glavni problemi kod takvog iskorištavanja energije plime i oseke su nestalnost (treba čekati da se razina vode digne dovoljno, ili da padne dovoljno) i mali broj mjesta pogodnih za iskorištavanje takvog oblika energije. Najpoznatija je elektrana na ušću rijeke Rance u Francuskoj (slika) izgrađena 1960-ih koja još uvijek radi. Rusija je izgradila malu elektranu kod Murmanska, Kanada u zaljevu Fundy, Kina nekoliko elektrana, ali niti jedna od tih zemalja nije ostvarila značajan napredak. Alternativni način korištenja odnosi se na lokaciju elektrana u morskim tjesnacima gdje se zbog kanaliziranja plimnog vala povećava njegova energija, a da pogon generatora koristile bi se podvodne turbine slične kao kod vjetroelektrana. Na isti način nastoji se iskoristiti i energija morskih struja, ali je ta tehnologija  još u povojima.

Energija valova Energija valova je oblik transformirane Sunčeve energije koja stvara stalne vjetrove na nekim dijelovima Zemlje. Ti vjetrovi uzrokuju stalnu valovitost na određenim područjima i to su mjesta na kojima je moguće iskorištavanje njihove energije. Veliki problem kod takvog iskorištavanja energije je da elektrane treba graditi na pučini jer u blizini obale valovi slabe. To znatno povećava cijenu gradnje, ali nastaju i problemi prijenosa te energije do korisnika. Rezultati u trenutnoj fazi dospjeli su tek do prototipova i demonstracijskih uređaja. Na slici se vidi princip pretvorbe energije valova u električnu energiju. Prema slici se vidi da se energija valova prvo pretvara u strujanje zraka, a taj vjetar pokreće turbinu. Amplituda valova mora  biti velika da bi pretvorba bila učinkovitija (slika 2). 5

Slika 3. Princip iskorištavanja energije valova

Izvor: Obnovljivi izvori energije, http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, 30.01.2012.

6

ENERGIJA SUNCA Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Sunčeva energija potječe od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gdje temperatura doseže 15 milijuna °C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikovih atoma nastaje helij, uz oslobađanje velike količine energije. Svake sekunde na ovaj način u helij prelazi oko 600 milijuna tona vodika, pri čemu se masa od nekih 4 milijuna tona vodika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svjetlosti i topline širi u svemir pa tako  jedan njezin mali dio dolazi i do Zemlje. Nuklearna fuzija odvija se na Suncu već oko 5 milijardi godina, kolika je njegova procijenjena starost, a prema raspoloživim zalihama vodika može se izračunati da će se nastaviti još otprilike 5 milijardi godina. Iako je sunčeva energija uzročnik većine izvora energije, u ovom poglavlju koncentrirat ću se na direktno iskorištavanje sunčeve energije. Pod optimalnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, dobu dana, vremenskim uvjetima itd. U Hrvatskoj je prosječna vrijednost dnevne insolacije na horizontalnu plohu 34,5 kWh/m2 3. Na karti koja prikazuje insolacijski nivo vidi se da Europa nije na vrlo  pogodnom području za eksploataciju, ali unatoč tome u Europi je direktno iskorištavanje sunčeve energije u velikom porastu. Većinom je to rezultat politike pojedinih država koje subvencioniraju instaliranje elemenata za pretvorbu sunčeve energije u iskoristivi oblik  energije. Osnovni problemi su iskorištavanja su mala gustoća energetskog toka, velike oscilacije intenziteta zračenja i veliki investicijski troškovi.

3

Energija sunca, http://eko.zagreb.hr/print.aspx?id=85, 30.01.2012.

7

Slika 4. Insolacijski nivo Europe

Izvor: Energija sunca, http://eko.zagreb.hr/print.aspx?id=85, 30.01.2012.

 Na karti koja prikazuje insolacijski nivo vidi se da Europa nije na vrlo pogodnom području za eksploataciju, ali unatoč tome u Europi je direktno iskorištavanje sunčeve energije u velikom  porastu. U području graditeljstva, energija Sunca može se iskorištavati aktivno i pasivno. Aktivno korištenje Sunčevog zračenja podrazumijeva njegovo izravno pretvaranje u toplinsku ili električnu energiju. To pretvaranje vrši se pomoću različitih urenaja, a najčešći su solarni kolektori za stvaranje toplinske energije i fotonaponski paneli za stvaranje električne energije. Glavna područja primjene aktivnih sustava su 4:

•

zgrade udaljene od energetske mreže, vikendice, farme, skladišta (rasvjeta, ventilacija, sigurnosna tehnika...)

•

navodnjavanje, prepmpavanje podzemnih voda, pojilišta za životinje

•

napajanje električnom energijom reklamnih uređaja

•

napajanje uređaja za javne potrebe

4

Načini aktivnog i pasivnog iskorištavanja energije sunca, http://www.centar-energije.com/obnovljivi-izvorienergije/energija-sunca/86-nacini-aktivnog-i-pasivnog-koristenja-energije-sunca, 30.01.2012.

8

Korištenje Sunčeve energije u zgradama na pasivan način ne traži nikakve nove i komplicirane tehnologije. Sustav funkcionira tako da se pomoću dobro ukomponiranih tradicionalnih materijala za građenje, kao što su beton, kamen, staklo, drvo i metal, maksimalno iskoristi snaga vječnog izvora topline Sunca. Temeljni princip pasivnog korištenja Sunčeve energije sastoji se u tome da se zgrada otvara prema Suncu i koristi njegovu energiju. Čim Sunca nestane i čim vanjski uvjeti postanu nepovoljni, treba se zaštititi od gubitaka topline zatvaranjem prema okolini. Realizacija ovih nimalo jednostavnih zahtjeva nalazi se u sveobuhvatnom proučavanju fizikalnih procesa koji se odvijaju nakon prodora Sunčevih zraka u unutrašnjost zgrade. U svakom projektu treba zasebno analizirati što će se dešavati s energijom Sunca koja une u zgradu i elemente zgrade prilagoditi tako da se pasivno korištenje Sunčeve energije provede na praktično izvodiv i ekonomski prihvatljiv način.

9

Slika 5. Aktivno i pasivno korištenje sunčeve energije u zgradama

Izvor: Akumulacija sunčeve energije u obiteljskim pasivnim kućama, hrcak.srce.hr/file/94763, 30.01.2011.

10

Karakteristike energije sunca Za život na zemlji vrlo je važno elektromagnetsko Sunčevo zračenje – svjetlost. Snaga zračenja Sunca koja dopire do Zemlje iznosi 173*1012 kW, što nekoliko tisuća puta  premašuje trenutne energetske potrebe Zemlje. Za prosječni intenzitet uzima se tzv. sunčeva konstanta čija je vrijednost 10=1353 W/m2, a daje jačinu zračenja na granici Zemljine atmosfere5. Dio zračenja neposredno dolazi do Zemlje, a drugi dio se lomi zbog nečistoća u zraku (prašina, para i sl.) i raspršuje, što daje difuznu komponentu zračenja. Energija koja se može dobiti iz Sunčeva zračenja uvelike ovisi o valnoj duljini. Pri pojedinim stupnjevima zagađenja, različita je količina izgubljenog zračenja. Stvarno iskoristivo, upotrebljivo zračenje Sunca, ovisi i o zemljopisnom položaju i vremenu izloženosti, podrazumijevajući i godišnja doba i doba dana. To u biti znači ovisnost o visini Sunca i kutu upadanja sunčevih zraka na površinu Zemlje. Daljnji faktori su vlažnost zraka i količina oblaka tzv. zasjenjenje, gdje naoblačenje značajno i trenutno utječe na insolaciju. Na zasjenjenje uvelike utječe i zagađenje zraka od industrije i prometa tj. količina dima, plinova i  pare. Od sunčeve konstante koja iznosi 1353 W/m2, oko 250 W/m2 izgubi se u atmosferi. Refleksija sa granice atmosfere nazad usvemir iznosi daljnjih 100W/m2. Iz toga proizlazi da  je solarno zračenjena površini zemlje u idealnim uvjetima 1000 W/m26.  Na našem području, u popodnevnim satima u zimskom polugodištu zračenje ima prosječnu vrijednost oko 250-600 W/m2, dok u ljetnom polugodištu ima vrijednost između 600-1000 W/m2, a refleksija može iznositi 40-50%7.

5

Karakteristike energije Sunca, http://www.centar-energije.com/obnovljivi-izvori-energije/energija-sunca/85karakteristike-energije-sunca, 30.01.2012. 6 Ibidem 7 Ibidem

11

2.2. Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su 8:

•

solarni kolektori - pripremanje vruće vode i zagrijavanje prostorija,

•

fotonaponske ćelije - direktna pretvorba sunčeve energije u električnu energiju,

•

fokusiranje sunčeve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima.

2.2.1. Solarni kolektori Solarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju vode (ili neke druge tekućine). Sistemi za grijanje vode mogu biti ili otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati  prolazi direktno kroz kolektor na krovu, ili zatvoreni, u kojima su kolektori popunjeni tekućinom koja se ne smrzava (npr. antifriz). Zatvoreni sustavi mogu se koristiti bilo gdje, čak  i kod vanjskih temperatura ispod nule. Tijekom dana, ako je lijepo vrijeme, voda može biti grijana samo u kolektorima. Ako vrijeme nije lijepo, kolektori pomažu u grijanju vode i time smanjuju potrošnju struje. Solarni kolektori su vrlo korisni i kod grijanja bazena. U tom slučaju temperatura vode je niska i jednostavnije je održavati temperaturu pomoću otvorenih sistema grijanja. Na takav način optimalna temperatura bazena održava se nekoliko tjedana više u godini nego bez sistema grijanja vode. Postoje i kolektori koji direktno griju zrak. Ti sustavi cirkuliraju zrak kroz kolektore i na taj način prenose velik dio energije na zrak. Taj se zrak kasnije vrača u grijanu prostoriju i na taj način se održava temperatura u prostoriji. Kombinacijom grijanja zraka i grijanja vode može se postići vrlo velika ušteda. U Europskoj Uniji znatno se povećava količina ugrađenih sustava za grijanje vode i  prostorija. U 2000. godini prvi put se premašila granica od milijun m 2 novo instaliranih sunčevih kolektora (instalirano je 1046140 m 2 sunčevih kolektora). Njemačka i Austrija su lideri u iskorištavanju energije sunca za grijanje. Njemačka kampanja za promociju toplinske energije sunca "Solar Na Klar", pokazuje veliku efikasnost. U 2001. je instalirano 900 000 m 2, a u 2000. 615 000 m 2 (+46.3%). U odnosu na cijelu Europu u Njemačkoj je 2000. godine 8

Ibidem str. 7

12

instalirano više od 60% sustava. Plan Europske Unije je instalirati 100 milijuna m 2 do 2010. godine. Trenutni pokazatelji su da će biti instalirano oko 80 milijuna m 2 do 20109.

2.2.2. Fotonaponske ćelije Fotonaponske ćelije su poluvodički elementi koji direktno pretvaraju energiju sunčeva zračenja u električnu energiju. Efikasnost ime je od 10% za jeftinije izvedbe s amorfnim silicijem, do 25% za skuplje izvedbe. Za sada su još uvijek ekonomski nerentabilni jer im je cijena oko 6000 $/kW 10. Na slici desno prijazan je princip izrade fotonaponskih ćelija. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor  energije. Kao samostalni izvor energije koristi se npr. na satelitima, cestovnim znakovima, kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i snaga sunčeva zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja pa je i dobivena energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se na primjer   priključiti na električnu mrežu, ali za sada je to neisplativo. Fotonaponski efekt počeo je 1839. godine promatrati Henri Becquerel i na početku dvadesetog stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja. Jedina Nobelova nagrada koju je dobio Albert Einstein bila je za istraživanje solarne energije. 1954. su Bell Labs u SAD-u  predstavili prvi fotonaponski članak koji je generirao upotrebljivu količinu električne energije, a do 1958. počelo je ugrađivanje u komercijalne aplikacije (osobito za svemirski program). U Europskoj Uniji trenutno je 40% godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija. To se naizgled čini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne utječe posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije. U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% povećanja u odnosu na 1999. I u tom  području Njemačka je sa 113.8 MWp (uključujući 100 MWp priključenih na električnu mrežu) vodeća država u Europi. Kako velik udio može se zahvaliti Njemačkom zakonu o obnovljivim izvorima energije. Po tom zakonu otkupna cijena energije iz fotonaponskih ćelija  je 0.5 € po kWh za prvih 350 MWp. Plan Europske Unije je instaliranje 3000 MWp do 2010. godine, ali sadašnji pokazatelji su da će do onda biti instalirano oko 1780 MWp 11. 9

Ibidem str. 7 Ibidem str. 7 11 Ibidem str. 7 10

13

Solarni sistemi rade na principu pretvaranja dnevne svijetlosti u električnu energiju. Sunčeve zrake pretvaramo u termičku energiju pomoću solarnih kolektora. Fotonaponske ćelije se sastoje od dva različito nabijena poluvodiča između kojih, kada su izloženi svijetlu, teče elektricitet. Zatvorimo li strujni krug između solarnog kolektora i nekog potrošača, npr  svijetiljke, struja će poteći i potrošač će biti opskrbljen el.energijom, odosno naša svijetiljka će zasvijetliti. Solarni moduli zbog svojih električkih svojstava proizvode istosmjernu struju (istu onakvu koju dobijemo iz džepnih baterija). Komponente kao što su izmjenjivači (charge controlers), baterije i invertori reguliraju, pohranjuju i isporučuju električnu energiju krajnjem potrošaču. Ovisno o potrebnoj snazi i obima sunčeve energije koriste se jedan ili više modula. Izmjenjivač (charge controler) povezuje module, bateriju i potrošače te štiti bateriju od  prevelikog punjenja ili jakog pražnjenja. Da bismo istosmjernu el. energiju pretvorili u izmjeničnu, potreban nam je inverter. Inverter pretvara istosmjernu elektreičnu energiju u izmjeničnu (220V) kako bi s njom mogli pokretati razne potrošače koji su napravljeni za rad na izmjeničnu el. energiju (220V). Slika 6. Prikaz fotonaposnkih ćelija

Izvor: Solarni fotonaponski sustavi, http://www.sunato.hr/fotonaponski_sustavi.htm, 30.01.2012.

14

2.2.3. Fokusiranje sunčeve energije Fokusiranje sunčeve energije upotrebljava se za pogon velikih generatora ili toplinskih  pogona. Fokusiranje se postiže pomoći mnogo leća ili češće pomoću zrcala složenih u tanjur  ili konfiguraciju tornja. Na slikama su prikazane konfiguracije tipa "Power Tower" i "Dish". Slika 7. ''Power tower'' konfiguracija zrcala

Izvor: Energija sunca, http://www.izvorienergije.com/energija_sunca.html, 30.01.2012.

Slika 8. ''Dish'' sistem fokusiranja

Izvor: Energija sunca, http://www.izvorienergije.com/energija_sunca.html, 30.01.2012.

"Power tower" konfiguracije koriste kompjuterski kontrolirano polje zrcala za fokusiranje sunčevog zračenja na centralni toranj, koji onda pokreče glavni generator. Do sada su napravljeni demonstracijski sistemi koji imaju izlaznu snagu i iznad 10 MW. Ti novi sustavi 15

imaju i mogućnost rada preko noći i u lošem vremenu tako da spremaju vruću tekućinu u vrlo efikasni spremnik (neka vrsta termo boce). "Dish" sistemi prate kretanje Sunca i na taj način fokusiraju sunčevo zračenje. Postoji još i "Trough" sistem fokusiranja sunčeva zračenja, koji može biti vrlo efikasan. Takve elektrane mogu biti vrlo jake: u Kaliforniji je instalirana elektrana snage 354 MW. Kada nema dovoljno energije od Sunca, sistemi koji fokusiraju sunčevo zračenje mogu se bez većih problema prebaciti na prirodni plin ili neki drugi izvor  energije. To je moguće jer Sunce koristimo za grijanje tekućine, a kad nema sunca zagrijemo tekućinu ne neki drugi način. Problem kod fokusiranja je veliki potrebni prostor za elektranu, ali to se rješava tako da se elektrana radi npr. u pustinji. U pustinjama je ionako snaga sunčeva zračenja najizraženija. Veliki problem je i cijena zrcala i sustava za fokusiranje.

16

ZAKLJUČAK  Ono što je bitno za shvaćanje značenja Sunca za život na Zemlji jest da energija sa Sunca do Zemlje dolazi u obliku Sunčevog zračenja. U unutrašnjosti Sunca odvijaju se nuklearne reakcije, prilikom kojih se fuzijom vodik pretvara u helij uz oslobađanje velikih količina energije. Dio te energije dolazi i do nas te nam omogućava odvijanje svih procesa, od fotosinteze pa do konačnog, ono što je u energetici značajno, proizvodnje električne energije. Većina tehnologije obnovljivih izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz Sunca. Sustav Zemljine atmosfere je uravnotežen tako da je toplinsko zračenje u svemir   jednako pristiglom sunčevom zračenju što rezultira određenim energetskim stupnjem unutar  Zemljinog atmosferskog sustava što u grubo možemo opisati kao Zemljina klima. Hidrosfera (voda) upije veći udio dolazečeg zračenja. Najviše zračenja se apsorbira pri maloj geografskoj širini u području oko ekvatora, ali se ta energija raspršuje u obliku vjetrova i morskih struja  po cijelom planetu.Sunce je gotovo neiscrpan izvor obnovljive energije. Solarna energija generirana solarnim zračenjem prema zemlji je 15 000 puta veća nego energija koju konzumira čovjek na Zemlji. Solarna energija ne zagađuje te je također besplatna. Dakle, cilj  bi trebao biti iskoristiti solarnu energiju do najveće mjere. Osim poznatih primjera iskorištavanja sunčeve energije za grijanje prostora, vode, bazena i za proizvodnju električne energije za rasvjeru, solarna energija može niti primjenjena na mnogo drugih načina.

17

LITERATURA

Knjige: 1. Labudović B.: Obnovljivi izvori energije, Energija marketing, Zagreb, 2002. 2. Tomšić Ž., Raguzin I.: Obnovljivi izvori energije u Republici Hrvatskoj, Hrvatska gospodarska komora, 2006.

Internet izvori:

Obnovljivi izvori energije,

http://www.izvorienergije.com/obnovljivi_izvori_energije.html, 29.01.2012. Povijest korištenja energije sunca, http://www.obnovljivi.com/energija-sunca/50-

povijest-koristenja-energije-sunca, 30.01.2012. Energija sunca, http://eko.zagreb.hr/print.aspx?id=85, 30.01.2012.  Načini aktivnog i pasivnog iskorištavanja energije sunca, http://www.centar-

energije.com/obnovljivi-izvori-energije/energija-sunca/86-nacini-aktivnog-ipasivnog-koristenja-energije-sunca, 30.01.2012. Akumulacija sunčeve energije u obiteljskim pasivnim kućama, hrcak.srce.hr/file/94763, 30.01.2011. Karakteristike energije Sunca, http://www.centar-energije.com/obnovljivi-izvori-

energije/energija-sunca/85-karakteristike-energije-sunca, 30.01.2012.

18

POPIS SLIKA Slika 1. Sunce kao užarena kugla................................................................................................3 Slika 2. Najpoznatija elektrana na ušću rijeke Rance u Francuskoj...........................................5 Slika 3. Princip iskorištavanja energije valova...........................................................................6 Slika 4. Insolacijski nivo Europe................................................................................................8 Slika 5. Aktivno i pasivno korištenje sunčeve energije u zgradama.........................................10 Slika 6. Prikaz fotonaposnkih ćelija..........................................................................................14 Slika 7. ''Power tower'' konfiguracija zrcala.............................................................................15 Slika 8. ''Dish'' sistem fokusiranja.............................................................................................15

19