Elektrotehnika
Solarni sistemi
Sadržaj 1. UVOD……………………………………………………………..2
2.3.
2. SOLARNE ELEKTRANE…………………………...……………3 2.1. Koritasti sistem………………………………….………….5 2.2. Sistemi solarnih tornjeva…………………………………… 8 Tanjirasti solarni sistem(sferni)……………………...……..9 3. SOLARNI KOLEKTOR……………………………………...…..11 4.SOLARNA ENERGIJA…………………………………………..13 5.GREJANJE POTROŠNE VODE…………...…………………….17 6. ZAGREVANJE KUĆA POMOĆU VAZDUŠNIH KOLEKTORA......19 7. SOLARNA ZRENJANINU…………………………....24
ENERGIJA
U
8. ZAKLJUČAK……………………...…………………………………26 LITERATURA………………………………………………….………..27
1
Elektrotehnika
Solarni sistemi
1. Uvod Sunce,neiscrpni generator energije i života,izvor je gotovo sve raspoložive energije na našoj planeti i kada govorimo o obnovljivim izvorima energije,nezaobilazno je govoriti o neiscrpnoj energiji večitog generatora-Sunca. Početak 21.veka,zahvaljujući ljudskom faktoru i novim tehnologijama,obeležen je epohalno snažnom ekspanzijom korišćenja sunčeve/solarne energije,kroz vidove novih tehnoloških dostignuća primenjenih u proizvodnji i projektovanju solarne tehnike. Srbija,zahvaljujući svom geografskom položaju,ima više sunčanih sati godišnje nego u većini evropskih zemalja i prateći statistiku,broj sunčanih dana i u toku zime se iz godine u godinu sve više povećava. Ovaj statistički podatak nagoveštava blagi ulazak mediteranske klime na našim prostorima,stičući sve veće i veće uslove korišćenja solarne energije za solarno grejanje kuća,sanitarne vode i bazena.
2
Elektrotehnika
Solarni sistemi
2. Solarne elektrane Ono što bi moglo da postane deo priče sa početka ovog teksta jesu solarne elektrane u kojima se vrši posredna konverzija energije Sunca u električnu energiju. To se postiže primenom ogledala kojima se koncentriše energija Sunca na kolektor, kako bi se zagrejali radni mediji u njemu. Na taj način postižu se temperature manje od 100 0C, tada se u izmenjivaču toplote koristi freon, koji isparava i pokreće turbinu. Tako se postižu znatno veće temperature, a usled toplote voda se pretvara u paru za pokretanje parne turbine. Najveća CRS elektrana u svetu je solarna elektrana “Solar one” u Kaliforniji, snage 10 mW. Troškovi izgradnje iznosili su 142 miliona dolara, što daje specifične investicije od 14.2 USD/W, što je oko 15 puta skuplje od klasičnih elektrana. Ako se uzme u obzir da su to specijalne investicije vršne snage, dolazi se do zaključka da je cena desetak puta viša od cene klasične elektrane. Interesantan je podatak da 20 ekipa od po 20 ljudi neprekidno čisti ogledala kako bi solarna elektrana mogla nesmetano da radi. Specifični utrošak ključnih materijala (čelik i beton) je 20 do 30 puta veći nego u slučaju termoelektrane. Ako bi se izračunala energija koja se mora utrošiti za dobijanje materijala ugrađenih u solarnu elektranu, dolazi se do zaključka da je vreme vraćanja energije pomenutih 15 godina. Veruje se da će forsiranje elektroautomobila dovesti do novih modela solarnih centrala, kao i njihovo sniženje inicijalnih troškova. Naši solarni sistemi za podršku sistemu za centralno grejanje, mogu da pokriju od 30% do 40% potreba za energijom za grejanje tokom zime,kroz solarno grejanje kuće. Pored ove uštede, tokom godine se ovim sistemom može pokriti 80% potreba za energijom za toplu sanirtarnu vodu. Solarni sistem za podršku grejanju ugrađujemo tamo gde se uvodi: • • •
etažno grejanje na struju, centralno grejanje na čvrsto gorivo ili gas, podno grejanje.
Pored ušteda energije tokom zime, kombinovani solarni bojler, obezbeđuje i zagrevanje vode za domaćinstvo, u prelaznom i letnjem periodu, za kupanja, kuhinju i veš mašinu.
3
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Princip rada Solarni kolektori smešteni na krovni pokrivač, apsorbuju toplotu tokom sunčanih sati.Apsorbovana toplota se pumpom prenosi i skladišti u veliki akumulacioni solarni bojler. Iz akumulacionog tanka, toplota se u druge prostorije prenosi kroz sistem za centralno grejanje. Solarni sistem je veoma pogodno rešenje za podno grejanje. Kao osnovni izvor energije uz solarno grejanje može se koristiti kotao na čvsto gorivo, ilikotao na struju, odnosno kotao na gas. Značajan uticaj na uštede energije predstavlja dobra izolacija kuće, odnosno zidova, krova i tavana. Standardni ekonomični sistem za solarno grejanje čine kotao za grejanje na struju, ili čvrsto gorivo ili gas, akumulacioni solarni bojler, solarni kolektori i regulaciona stanica. Izbor sistema za grejanje standardni ekonomični sistem grejanja čine kotao za grejanje na struju, ili čvrsto gorivo ili gas, akumulacioni solarni bojler, solarni kolektori i regulaciona stanica. Conseko d.o.o. Beograd nudi nekoliko potvrđenih rešenja nemačke firme Sunset, uz pristupačne cene za grejanje pomoću solarne energije. Ova standardna rešenja široko su primenjena i potvrđena u hladnijim delovima, pre svega u Nemačkoj. Solarne elektrane proizvode električnu energiju pretvarajući Sunčevu energiju u visokotemperaturnu toplotu, koristeći pokretna ogledala, dok se toplota kanališe do konvencionalnih generatora. Elektrane se sastoje iz dva dela: 1.deo koji sakuplja solarnu energiju i pretvara je u toplotu i 2.deo koji pretvara toplotnu energiju u električnu. Solarne elektrane zasnovane na koncentraciji Sunčeve energije mogu ostvariti snagu od 10 kW do100MW u zavisnosti od aplikacije (izvedbe) i potreba. Neki sistemi koriste termalna skladišta za vreme noćnog i oblačnog perioda. Ovakvi atributi, kao i efikasnost konverzije (pretvaranja) energije, čine solarna postrojenja atraktivnim izvorom obnovljive energije širom sveta.
4
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Postoje tri vrste koncentričnih solarnih sistema: 1. Koritasti, 2. Solarni tornjevi i 3. Tanjirasti. Klasifikacija je izvedena po načinu sakupljanja solarne energije.
2.1.
Koritasti sistem
Sunčeva energija se koncentriše po paraboli koritastih reflektora (ogle-dala) na prijemnu cev koja prolazi kroz koritastu površinu. Toplotna ener- gija prolazi kroz cev (radni medijum je ulje) i koristi se za proizvodnju električne energije u konvencionalnom parnom generatoru. Kolektorska polja sadrže desetine paralelenih redova koritastih kolektora postavljenih po osi (liniji) sever – jug. Ovakva konfiguracija omogućuje da se prati kretanje Sunca od istoka do zapada tokom dana i obezbeđuje konstantnu fokusiranost Sunčevih zraka na prijemne cevi. Individualni koritasti sistemi trenutno mogu da proizvedu oko 80 MW električne energije. Konstrukcija koritastih sistema može da sadrži i termalno skladište, postavljeno pored prenosnika toplote na njegovoj toploj fazi (toplom delu), što omogućuje generatoru nekoliko časova rada i posle zalaska Sunca. Trenutno, parabolični koritasti sistemi predstavljaju hibride (mešovite sisteme), što znači da koriste sagorevanje fosilnih goriva za dogrevanje solarnog izlaza tokom perioda smanjenog Sunčevog zračenja. Takođe, koritasti sistemi mogu biti integrisani sa postojećim termoelektranama.
5
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Slika 1. Prikaz koritastog reflektora
Slika 2. Polje koritastih reflektora
Radni fluid se zagreva u prijemniku i koristi se za stvaranje pare koja se koristi u konvencijalnim turbinskim generatorima za proizvodnju električne energije. Ranije konstrukcije solarnih tornjeva koristile su paru kao radni fluid, dok se u sadašnjim konstrukcijama
6
Elektrotehnika
Solarni sistemi
koristi rastop nitratne soli zbog boljeg prenosa toplote i skladišnih karakteristika. Pojedinačni komercijalni sistemi su u mogućnosti da proizvedu od 50 do 200 MW električne energije.
Slika 3. Šematski prikaz rada koncentričnih koritastih solarnih sistema
Koristi i mogućnosti primene Koristi i mogućnosti primene Solarni tornjevi nude širok spektar distributivnih rešenja energetskih potreba, naročito u najboljim uslovima eksploatacije. Kao i sve solarne tehnologije i oni koriste sunčeve zrake kao izvor i ne emituju gasove koji dovode do efekta zelene bašte. Oni su jedinstveni među solarnim sistemima po mogućnosti efikasnog skladištenja solarne energije i isporuci električne energije u distributivnu mrežu kada je to potrebno, noću ili u oblačno vreme. Jedan solarni toranjski sistem snage 100MW koristi 1000 ha neplodne površine i za 12 časova može proizvesti i akumulirati električnu energiju koja podmiruje potrebe 50 000 domaćinstava. Status tehnologije solarnih tornjeva Tehnologija solarnih tornjeva uživa visok rejting najviše zbog dva postrojenja u SAD. Postrojenje od10 MW u Barstow – u u Kaliforniji je demonstriralo širok spektar koristi i mogućnosti primene ove tehnolgije, proizvevši 38 000 000 kWh u periodu rada od 1982. do 1988. Drugo, poboljšano postrojenje, demonstriralo je prednosti korišćenja rastopa nitratne soli kao radnog medijuma kroz njegove mogućnosti prenosa toplote i mogućnosti skladištenja. Pokazane mogućnosti sakupljanja sunčeve energije i isporuke električne energije, kao i mogućnost rada noću i u oblačnim periodima, ogledaju se u neprkidnoj isporuci električne energije distributivnoj mreži 24 h dnevno, sedam
7
Elektrotehnika
Solarni sistemi
dana pre nego što oblačno vreme prekine proces. Uspešnost ovih projekata je iniciralo interesovanje za ove tehnologije širom sveta. U SAD je oformljen konzorcijum u kome se nalaze i Bechtel i Boeing koji teži popularizaciji i izgradnji ovakvih postrojenja širom sveta. Tehnologija je uspešno primenjena u Španiji, Egiptu, Maroku i Italiji, a u izgradnji je i postrojenje instalisane snage od 40 MW u SAD. Koncern takođe teži izgradnji elektrane u pustinji Kalifornije snage30 ÷ 50 MW, projektovane da smanji troškove eksploatacije i održavanja a poveća efikasnost. Takvo postrojenje će koštati 100.000.000 dolara i proizvodiće1 kWh za 15 c sa tendencijom da vremenom ta cena padne na 7 c, što bi dovelo do toga da ovakvo postrojenje bude veoma ekonomično i brzo isplativo.
2.2.
SISTEMI SOLARNIH TORNJEVA
Solarni tornjevi pretvaraju Sunčevu energiju u električnu energiju tehnologijom koja se koristi mnoštvom velikih ogledala koja prate Sunce (heliostati) radi fokusiranja sunčevih zraka na prijemnik koji se nalazi na vrhu solarnog tornja.
Slika 4. Izgled Solarnog tornja i polja heliostata(ogledala)
8
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Slika 5. Šema rada postrojenja solarnog tornja
2.3. TANJIRASTI SOLARNI SISTEMI (SFERNI) Osnovni delovi ovih sistema su: -solarni koncentrator i -energetsko – izmenjivačka jedinica. Tanjirasti (sferni) kolektor koji se najčešće naziva koncentrator, osnovna je komponenta sistema. On sakuplja sunčeve zrake i fokusira ih (koncentriše) na malu površinu, što povećava efikasnost korišćenja. Staklena ogledala reflektuju oko 92% upadnih sunčevih zraka. Koncentrator se okreće i prati kretanje Sunca i konstantno reflektuje sunčeve zrake u termalni prijemnik. Energetska izmenjivačka jedinica sadrži termalni prijemnik i generator. Termalni prijemnik predstavlja spregu između koncentratora i generatora. Apsorbuje i koncentriše sunčeve zrake, pertvara ih u top lotnu energiju i tu toplotu prenosi do generatora. Termalni prijemnik može biti snop cevi sa rashladnim fluidom, najčešće sa hidrogenom i helijumom, koji je u isto vreme prenosnik toplote i radni fluid generatora.
9
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Slika 6. Vrste izvedbi tanjirastih solarnih sistema
Generatorski sistem predstavlja podsistem koji preuzima toplotnu (termalnu) energiju od termalnog prijemnika i koristi je za proizvodnju električne energije. Najčešće korišćeni tip motora je Stirling. On koristi toplotu dobijenu iz spoljašnjeg izvora(sunčevi zraci) za pokretanje klipova i proizvodnju mehaničke energije, slično kao i motori sa unutrašnjim sagorevanjem. Mehanički rad se prenosi do vratila motora, koje svojom rotacijom pokreće generator koji proizvodi električnu energiju. Kao dodatak Stirligovom motoru dodaju se mikro turbine i
10
Elektrotehnika
Solarni sistemi
fotoelektrični koncentratori koji će u budućnosti predstavljati mogući model pretvarača energije u ovoj tehnologiji. Mikro turbine se trenutno proizvode i distribuiraju za generatorske sisteme. Ovakvi motori, koji su slični (ali mnogo manji) avionskim motorima, takođe se mogu koristiti za pokretanje električnog generatora. Fotoelektrični izmenjivački sistemi nisu pravi motori, ali poseduju poluprovodnički niz koji direktno vrši konverziju sunčevih zraka u električnu energiju. Tanjirasti (koncentrični) solarni sistemi su razvijeni za spajanje sa globalnom mrežom, prenosne sisteme, napajanje proizvodnih sistema itd. Pojedinačni sistemi ostvaruju snagu u opsegu od 9 do 25 kW i mogu da funkcionišu nezavisno od postojeće električne mreže, uglavnom za pumpne sisteme i obezbeđenje električne energije u ruralnim sredinama. Oni predstavljaju prenosne sisteme sa lakom instalacijom, relativno jednostavnom konstrukcijom i visokom efikasnošću što ih čini konkurentnim konvencionalnim sistemima za proizvodnju električne energije.
3. Solarni kolektori Početak 21.veka, zahvaljujući ljudskom faktoru i novim tehnologijama,obeležen je epohalno snažnom ekspanzijom korišćenja sunčeve/solarne energije,kroz vidove novih tehnoloških dostignuća primenjenih u proizvodnji i projektovanju solarne tehnike,od kojih dva načina beleže vrhunac rasprostranjenosti u njihovoj primeni i upotrebi: SOLARNI KOLEKTORI-toplotno/termalno dejstvo,gde se sunčeva/solarna energija preko solarnih vakuum kolektora može iskoristiti za izgradnju toplotnih/termalnih centrala za grejanje kuća/stambeno-poslovnog prostora,grejanje bazena i za grejanje sanitarne potrošne vode čija je primena veoma rasprostranjena.
11
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Slika 7. SOLARNI KOLEKTORI -fotonaponsko/elektro dejstvo,gde se sunčeva/solarna energija preko solarnih fotonaponskih kolektora može iskoristiti za izgradnju elektro centrala,čija se električna energija može koristiti za osvetlenje i pokretanje aparata u domaćinstvima a takođe se preko štedljivih elektro grejača može koristiti i za zagrevanje prostora u kome živimo.
Slika 8. Fotonaponski kolektor SUNMASTER solarni vakuum kolektor, tj.vakuum cev, sastoji se od dve staklene cevi izrađene od ekstremno jakog borosilikatnog stakla. Spoljašnja cev je transparentna dopuštajući solarne zrake svetlosti i toplote sa minimalnim odsjajem.Unutrašnja cev je obložena sa posebnom selektivnom presvlakom koja ima ulogu veoma visoke absorpcije solarnog zračenja sa spoljne strane i paraboličnog usmeravanja sa unutrašnje strane, stvarajući na taj način uslove za maksimalnu učinkovitost čak i kod malih uglova upada sunčevog zračenja. Vakuum prostor između spoljnog i unutrašnjeg stakla predstavlja veoma važan 12
Elektrotehnika
Solarni sistemi
faktor u performansama stepena iskorišćenosti i u hladnim zimskim vremenskim uslovima i na -15 °C,te je stoga veoma pogodan za izgradnju solarne toplotne/termalne centrale za grejanje kuća. Velike potrebe za štednjom energije kroz upotrebu solarne energije postale su u toj meri važne da ne samo da smanjuju naše troškove već postaju veoma važne,čak presudne za opstanak naše planete i od suštinske važnosti za očuvanje prirodnih bogatstava koja se troše da bi se ta energija dobila,tako da koristeći obnovljivu/solarnu energiju koja je besplatna,drastično smanjujemo svoje troškove i štitimo prirodu i okruženje u kome živimo.
Slika 9. Konkretno kada je reč o toplotnoj energiji u cilju razvijanja tehnologije koje će rezultovati velike uštede u energiji i novca koji se troši da bi se ta energija dobila,sa ciljem što povoljnije dostupnosti solarne tehnologije,ekskluzivni distributer za Evropsko tržište SUNMASTER,čiji smo ovlašćeni zastupnik i distributer za Srbiju,lansirao je na tržište energetski efikasne solarne vakuum kolektore koji i kod manje povoljnih uslova imaju veoma visok stepen iskorišćenosti u odnosu na pločasti solarni kolektor.
13
Elektrotehnika
Solarni sistemi
4. Solarna energija Solarna energija je energija sunčevog zračenja koju primećujemo u obliku svetla i toplote koju primamo od najvećeg izvora energije na Zemlji, Sunca. Sunčevo zračenje je odgovorno i za stalno obnavljanje energije vetra, morskih struja, talasa, vodenih tokova i termalnog gradijenta u okeanima. Već decenijama se solarna energija koristi za generisanje toplote u smislu zagrevanja vode, životnog prostora, a takođe i za hlađenje. Upotreba solarne energije ima višestruke prednosti. To je tih, čist i pouzdan izvor energije. Zbog rastuće cene fosilnih goriva kao i zbog ječanja svesti o potrebi očuvanja životne sredine sve više reste interes za korišćenje sunčeve energije. U stambenim objektima postoje dva tipa solarno toplotnih energetskih sistema: oni koji se koriste isključivo za zagrevanje vode i oni koji uz to obezbeđuju i grejanje (takozvani kombi sistemi). Solarno toplotni energetski sistemi za zagrevanje vode su dizajnirani tako da su u toplijoj polovini godine kompletno odgovorni za zagrevanje vode. U zimskim mesecima topla voda se obezbeđuje bojlerima koji rade na naftu, gas ili drvo, a sunčanih dana podržava ga solarno toplotni energetski sistem. To znači da se svake godine oko 60% zahtevane tople vode može ostvariti solarnim toplotnim energetskim sistemima. 14
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Solarno toplotni energetski sistem za zagrevanje vode u kući: 1. 2. 3. 4. 5.
Kolektor Solarni rezervoar Bojler Solarna stanica Potrošač tople vode (npr. tuš)
Kod solarnih kombi sistema kolektori imaju veću površinu i takođe pomažu u grejanju zgrada tokom jesenjih i prolećnih meseci. Tipično, solarna energija može da obezbedi 10 do 30% ukupne energetske potrebe zgrade, zavisno od toga koliko je dobro izolovana i koliki je zahtevani stepen zagrevanja. Postoje i specijalne solarne kuće koje dobijaju 50 do 100% ukupnog grejanja od solarne toplotne energije. Postoje različite vrste solarnih kolektora. Najjednostavnija forma kolektora je nezastakljen plastični apsorber. Kod njih se voda pumpa kroz crne plastične pokrivače i obično se koristi za grejanje bazena. Ovom metodom postiže se temperatura od 30ºC do 50ºC. Veoma česti u upotrebi su kolektori sa ravnom pločom. Kod njih, solarni apsorber, koji konvertuje solarno zračenje u toplotnu energiju, je instaliran u izolovanoj staklenoj kutiji da bi se smanjili toplotni gubitci. Ravni kolektori uglavnom postižu temperaturu između 60ºC i 90ºC. Vazdušni kolektori su specijalni tip kolektora sa ravnom pločom u kojima se vazduh zagreva i, za najveći deo, koristi direktno bez posrednog skladištenja za zagrevanje objekta. Zagrejani vazduh se takodje može koristiti za sušenje poljoprivrednih proizvoda. Pomoću izmenjivača toplote vazduh-voda, takođe se može grejati i voda, na primer za domaću upotrebu. Više temperature i veći stepen efikasnosti može se postići upotrebom vakumskog cevnog kolektora zato što je toplotni gubitak dodatno smanjen preko jakog negativnog pritiska u staklenim cevima. Kolektor se sastoji od brojnih vakumskih staklenih cevi. Zahvaljujući pokretnom montiranju pojedinih cevi, ravan apsorber postavljen na staklenom prijemniku može biti optimalno pozicioniran ka suncu. Kao rezultat, vakumski cevni kolektori se mogu instalirati gotovo vodoravno na ravnim krovovima. Pojedine cevi formiraju samoodrživ sistem koji prenosi 15
Elektrotehnika
Solarni sistemi
toplotnu energiju izmenjivačem toplote do centralnog uređaja za snabdevanje solarnog ciklusa. Postoji niz instalacijskih, tehničkih i praktičnih prednosti solarnih kolektora za zagrevanje vode. Prvo, samim tim što koriste sunčevu svetlost pružaju jedinstven osećaj sigurnosti jer je to neiscrpan energent na raspolaganju svakom korisniku. Drugo, njihovi troškovi održavanja su beznačajni u odnosu na vek eksploatacije i samo se jednom plaćaju kod ugradnje sistema. Treće, energija sunca štedi druge energente koji se plaćaju, a investicija se vraća za dve do pet godina. Četvrto, nije potrebno da je objekat unapred projektovan za potrebe instalacije takvog sistema grejanja. Solarne kolektore je lako integrisati u bilo koji već postojeći sistem grejanja u bilo kom objektu. Prosečan sistem u domaćinstvu smanjuje emisiju CO2 za oko 350 kg godišnje. Solarna energija više nije 'alternativna' energija, kako se kod nas do nedavno pogrešno smatralo. S obzirom na varijabilnu cenu klasičnih energenata (lož-ulje, plin i električna energija), od kojih nafta i plin nisu obnovlivi te čije cene imaju tendenciju trajnog rasta i - iskorišćenje ovog najefikasnijeg obnovljivog izvora energije, postaje apsolutni imperativ. Sunce nam svakoga sata pošalje toliko energije koliko celokupno stanovništvo Zemlje potroši u jednoj godini stoga je to investicija u trajno rešenje grejanja čiju cenu – koja je apsolutno besplatna - vam ne mogu promeniti nikakvi porezi niti globalna ekonomska i politička kriza. Teoretski gledano, razvoj tehnologija bi mogao omogućiti da se za četvrt veka iz solarnih elektrana u Sahari snabdeva energijom cela Evropa. Nažalost, solarna industrija je sada na stepenu razvoja na kojem je bila industrija automobila oko 1920. godine. Početna ulaganja u solarne elektrane su ogromna, a isplativost je moguća u roku od 15 do 20 godina rada.
16
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Činjenica da je solarna energija pre svega čista, pouzdana, neiscrpna i besplatna, terala je ljude da neprestano pokušavaju da je koriste kao energetski izvor. U tome se delimično uspelo, jer su sva fosilna goriva na planeti nastala akumuliranim dejstvom sunčeve energije, ali su njihovi kapaciteti sada već veoma ograničeni. Kao sve nove tehnologije, posebno one koje se odnose na proizvodnju energije, veoma su skupe, pa se isplativost dovodi u pitanje. Ako je vek trajanja prvobitnih solarnih panela i ostalih neophodnih uređaja za korišćenje solarne energije bio približno jednak vremenu isplativosti, jasno je zbog čega je taj vid proizvodnje energije bio slabo zastupljen. Cena uvođenja solarnih sistema dovela je do toga da Nemačka, jedna od najrazvijenijih zemalja sveta, koja zbog geografskog položaja nema ni približno povoljne uslove za korišćenje solarne energije, bude broj jedan u tom segmentu snabdevanja energijom. Pre pet godina je taj izvor energije u Nemačkoj na različite načine koristilo više od 200.000 domaćinstava. Zahvaljujući snažnoj inicijativi vlade, Nemačka je postala najveće tržište solarne energije. Rezultati istraživanja koje je sprovela kompanija “Luks riserč” govore da bi Sjedinjene Američke Države, u kojima je interesovanje za solarnu energiju bilo slabo sve donedavno, trebalo da se izjednače sa Nemačkom tek 2013. godine, dok će Kina na polju solarne energije ostati iza Amerike.
5. GREJANJE POTROŠNE VODE Sada se najisplativijom čini primena solarne energije za zagrevanje sanitarne vode u stambenim kućama, hotelima, restoranima, u sportskim i ostalim objektima sa većom potrošnjom, uz primenu toplotnih pumpi, najisplativiji je način korišćenja obnovljivih izvora energije. Takva investicija se isplaćuje u periodu od dve do četiri godine, što zavisi od potrošnje tople vode - što je ona veća investicija se brže vraća. Takva ušteda se može ostvariti korišćenjem solarnih kolektora, čiji stepen korisnog dejstva pri pretvaranju solarne energije u toplotnu iznosi od 60 do 70 odsto.
17
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Mora se imati u vidu i neophodnost posedovanja dodatnih sistema za grejanje i toplu vodu, jer solarna energija noću i zimi ne može zadovoljiti potrebe. Istraživanja su pokazala da su za grejanje stana površine 60 kvadratnih metara na solarnu energiju potrebne investicije od hiladu do hiljadu i po evra, a za toplu vodu u takvom stanu oko 500 evra. Procene su da bi solarna energija mogla podmiriti oko pet odsto energetskih potreba naše zemlje. Leti bi mogla obezbediti čak 80 procenata potreba za toplom vodom, a zimi između 35 i 50 odsto. Sve to, naravno, zavisi od broja sunčanih dana u godini, kojih Srbija ima sasvim dovoljno, a neki gradovi kao što je Zaječar su na nivou Hvara i Podgorice. Sistemi za grejanje i toplu vodu mogli bi obezbediti 35 odsto potreba u severnoj i centralnoj Evropi, oko 50 odsto južno od Alpa, a na jugu Evrope čak 70 procenata. Prema predviđanjima, ukupna površina kolektora u EU dostići će ove godine 75 miliona kvadratnih kilometara, a u zemljama Evrope van EU još 40 miliona kvadratnih kilometara. Dugo očekivana uredba Vlada Srbije je pre nekoliko meseci usvojila Uredbu o podsticanju proizvodnje struje iz obnovljivih izvora energije. Njena primena u skladu sa direktivama Evropske unije trebalo bi da doprinese da ovakva proizvodnja struje u 2012. bude veća za 7,4 odsto, odnosno 735 miliona kilovat časova nego u 2007. godini. Između ostalih podsticajnih mera, Uredba sadrži i obavezu EPS-a da otkupi svu proizvedenu energiju po podsticajnim cenama.
18
Elektrotehnika
Solarni sistemi
MOGUĆNOSTI PRIMENE Prvi korak se uvek pravi malim programima. Tako se solarni fotonaponski sistemi primenjuju uglavnom za napajanje uređaja relativno malih snaga. Kako je razvoj informatike doveo do pojave velikog broja aparata malih snaga koja obavljaju složene i važne funkcije, solarno napajanje beleži nagli rast. Zbog niskih troškova pogona i održavanja, jednostavne ugradnje, prilagodljivosti različitim okruženjima, fleksibilnoj konfiguraciji (modularnosti), te sposobnosti za dugotrajni rad bez nadzora, solarni sistemi se primenjuju u velikom broju delatnosti. Već sada se i po Srbiji mogu videti solarni uređaji koji napajaju osvetljenje udaljenih raskrsnica, i sve većeg broja bigborda. Na sličan način se napajaju i savremeni saobraćajni znaci, javna i sigurnosna rasveta na šetalištima i parkovima. Nije redak slučaj de se na ove uređaje, posebno na šetalištima pored reka, instalira i mini-uređaj za pretvaranje energije vetra u električnu energiju. Ovaj vid napajanja energijom je dobar i za vikendice, udaljene turističke destinacije, a posebno je postao popularan u slučaju objekata za punjenje baterija za vozila, u Americi, naravno. Poseban segment, u kome se primena solarne energije brzo razvijala zbog platežne moći kupaca jesu brodovi i jahte. Kada je reč o objektima za stanovanje, izvori solarne energije su integrisani s javnom mrežom, što će reći da se koriste hibridni sistemi elektroagregata i alternativnih izvora. Uređaje na solarnu energiju imaju i savremeni sistemi za navodnjavanje, kao i snabdevanje vodom manjih naselja i udaljenih domaćinstava, vikendica i salaša.
6.Zagrevanje kuća pomoću vazdušnih kolektora Princip zagrevanja kuca pomoću vazdušnih kolektora prikazan je na slikama. U toku dana zagrejani vazduh iz vazdušnih kolektora prirodnom cirkulacijom prelazi u šljunak i zagreva ga, a rashlađeni vazduh iz šljunka prelazi u kolektor. Pritom su otvori na podu unutar sobe zatvoreni. U toku noći ili zime, poklopci u sobi su otvoreni, pa topao vazduh iz toplotnog skladišta zagreva prostorije kuće. Staklena veranda Korišćenje staklene verande kao sastavnog dela stambenog objekta poznato je od davnina. 19
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Staklena veranda kao nezaobilazan deo solarne arhitekture postavlja se na južnu stranuzgrade. Pomoću staklene verande se vrši zahvat direktnog i difuznog sunčevog zračenja. Pasivan zahvat sunčevog zračenja pomoću staklene verande i Trombovog zida prikazan je na slici. Obično se iza staklene verande nalazi masivan, tamno obojen zid koji apsorbuje prispelo sunčevo zračenje. Noću ili zimi se otvaraju gornji i donji otvor na zidu i preko gornjeg u kuću ulazi topao vazduh, a na donji izlazi hladan i kuća se zagreva.
Staklena veranda i podno skladište toplote Kao podno skladište toplote najčešće se koristi rečni šljunak koji se deponuje ispod poda kuće. Poprečni presek kuće sa staklenom verandom i podnim skladištem toplote. Topao vazduh se iz staklene verande pomoću ventilatora prenosi do šljunka ispod poda prostorije. Topao šljunak zračenjem zagreva prostoriju, dok hladan vazduh iz šljunka u toku noći odlazi u staklenu verandu.
Vodeni zid U svetu se pokušava da se umesto Trombovog zida koristi transparentni vodeni zid poznat pod nazivom transvol. Šematski prikaz vodenog zida kao apsorbera 20
Elektrotehnika
Solarni sistemi
sunčevog zračenja i skladišta toplote dat je na slici. U toku dana voda celom zapreminom apsorbuje sunčevo zračenje, dok je u toku noći zračenjem predaje unutrašnjosti kuće. PASIVAN ZAHVAT Osnovni elementi pasivne solarne arhitekture su: pravilna orijentacija zgrade, nadstrešnica, prozori, toplotni zastori, boja zidova i nameštaja, Trombov zid, vodeni zid, staklena veranda, podno skladište loplote itd. Orijentacija zgrade Kod direktnog zahvata sunčevog zračenja fasadu zgrade treba orijentisati prema jugu sa mogućim odstupanjem od 20° prema istoku i 30° prema zapadu. Za navedena odstupanja zgrada će primiti do 10% manje energije od energije koju bi primila kada bi bila orijentisana strogo prema jugu. Odstupanje za 45 stepeni od juga ne umanjuje zahvaćenu energiju više od 20%. Nadstrešnica Nadstrešnica treba da bude takvih dimenzija da u toku leta spreči, a u toku zime omogući prodor sunčevog zračenja u objekat za stanovanje. Koriste se nepokretne i pokretne nadstrešnice. Sa pokretnim nadstrešnicama može da se postigne optimalni zahvat sunčevog zračenja u toku cele godine. 1) sunčevi zraci 22. decembra, 2) sunčevi zraci /8. marta i 21. septembra, 3) sunčevi zraci 21. juna Ugao upada sunčevog zračenja u objekat za stanovanje zavisi od geografskog položaja mesta u kome se objekat nalazi, godišnjeg doba i dnevnog kretanja Sunca. Dimenzije nadstrešnice za naša područja zavise od upadnog ugla sunčevog zračenja 21. juna i 22. decembra, kao što se može videti na slici. Prozori U solarnoj arhitekturi prozori zauzimaju 6090% južne fasade objekta za stanovanje. Veličina prozora zavisi od vrste i namene objekta, odnosno prostorija na kojima se nalaze, veličine nadstrešnice, mase zidova, 21
Elektrotehnika
Solarni sistemi
toplotnih zastora itd. Ograničavajući faktor prilikom dimenzionisanja prozora predstavlja moguće pregrevanje prostorija pod dejstvom sunčevog zračenja. Vertikalni krovni prozori Broj stakala na prozorima zavisi od klimatskih uslova u kojima se nalazi dati objekat. Na primer u primorju su dovoljni jednostruki prozori, u kontinentalnim delovima dvostruki, a u severnim delovima trostruki. U solarnoj arhitekturi se pored prozora koriste i krovni prozori različitih oblika, dimenzija i položaja. Sunčevo zračenje koje je prošlo kroz vertikalne krovne prozore apsorbuje se na unutrašnjim stranama zidova kuće. U toku noći dolazi do oslobađanja apsorbovane toplote i zagrevanja vazduha u kući. Povećanje broja stakala na prozorima neznatno smanjuje prolaz sunčevog zračenja, a u znatnoj meri sprečava toplotne gubitke iz, prostorija. Toplotni zastori Toplotni zastori se koriste za zaštitu od pregrevanja i za sprečavanje toplotnih gubitaka iz, prostorija. Toplotni zastori su pokretni i mogu da se nalaze sa unutrašnje ili spoljašnje strane prozora. Toplotni zastori za sprečavanje pregrevanja svetlije su boje i efikasniji su ukoliko se nalaze sa spoljašnje strane prozora. Toplotni zastori za sprečavanje toplotnih gubitaka obično se nalaze sa unutrašnje strane prozora. Boje zidova i nameštaja Na zahvat sunčevog zračenja utiče boja zidova, zidovi tamnijih boja više apsorbuju sunčevo zračenje od zidova svetlijih boja. U solarnoj arhitekturi prihvatljivi su obojeni zidovi sa koeficijentom apsorpcije od 0,5 -0,8. Koeficijent apsorpcije sunčevog 22
Elektrotehnika
Solarni sistemi
zračenja za različite materijale. Pored zidova sunčevo zračenje pada i na nameštaj u prostorijama. Pri direktnom upadu sunčevog zračenja, nameštaj se više zagreva od zidova, jer za istu površinu ima manju masu, tako da doprinosi povećanju temperature u prostorijama. U praksi se pokazalo da je sa stanovišta solarne arhitekture dozvoljeno da nameštaj apsorbuje 20-30% upadnog sunčevog zračenja. Trombov zid U mestu Odeju u Pirinejima (Francuska) Felix Tromb je 1965. godine sagradio kuću sa tamnim zidom na južnoj strani, koji je po njemu dobio naziv Trombov zid. Pomoću ovog zida Tromb je demonstrirao mogućnost efikasne pasivne toplotne konverzije sunčevog zračenja. Zid je istovremeno služio kao apsorber, kao skladište toplote i kao grejno telo za zagrevanje unutrašnjih prostorija. Trombov zid se obično izrađuje od cigli ili betona debljine 20-40 cm. Na rastojanju 2-10 cm ispred zida nalazi se staklo. U praksi se koriste dve konstrukcione varijante Trombovog zida: bez otvora i sa otvorima pri osnovi i vrhu zida. Nakon prolaska kroz staklo sunčevo zračenje pada na Trombov zid i zagreva ga. Toplota se sa spoljašnje na unutrašnju stranu zida prenosi konduktivnim putem. Brzina prenošenja toplote kroz Trombov zid zavisi od materijala od koga je napravljen i njegove debljine. Poprečni presek kuće sa Trombovim zidom: 1) dvostruka stakla, 2) vazdušni prostor, 3) odzračni ventil, 4) Trombov zid, 5) hladan vazduh, 6) topao vazduh, 7) toplotno izolovan pod.
23
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Trombov zid bez otvora za cirkulaciju vazduha: l) prednje staklo, 2) unutrašnje staklo, 3) Trombov zid U cilju sprečavanja preteranog zagrevanja prostorija ispred ili iza Trombovog zida postavljaju se odgovarajući toplotni zastori, kao što se može videti na slikama Trombov zid sa unutrašnjim zastorom: 1) prednje staklo, 2) unutrašnje staklo, 3) unutrašnji zastor Trombov zid sa spoljašnjim zastorom 1) prednje staklo, 2) unutrašnje staklo, 3) unutrašnji zastor
7.
Solarna energija u Zrenjaninu
Dom učenika srednjih škola “Angelina Kojić Gina“ i Opšta bolnica „Đorđe Joanović“ prve su ustanove u našem gradu koje će koristiti solarnu energiju za zagrevanje prostorija i pripremu sanitarne vode. Ovo je omogućeno realizacijom projekta „Sunčeva energija za Vojvodinu“, uz pomoć Vlade Republike Slovačke, u saradnji sa Pokrajinskim sekretarijatom za energetiku i obrazovanje AP Vojvodine, koji je predstavljen u Domu učenika srednjih škola „Angelina Kojić Gina“ u utorak, 2. juna. Promociji je prisustvovao i ambasador Slovačke u Srbiji Igor Furđik. Zrenjaninska Bolnica je prva zdravstvena ustanova u Srbiji na kojoj će biti postavljeni paneli za sakupljanje solarne energije, što će znatno smanjiti energetske troškove. Kako je rekao direktor Doma srednjih škola „Angelina Kojić Gina“ Goran Petković, domaćin učesnicima skupa, ove ustanove dobijaju iz
24
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Slovačke vredne donacije u vidu solarnih kolektora, putem objedinjenog projekta „Sunčeva energija za Vojvodinu“, čiji je cilj racionalnije korišćenje energije i povećanje udela ekoloških, obnovljivih energetskih izvora. Godišnja ušteda u Domu biće oko dva miliona dinara a u Bolnici znatno veća. Kako je rečeno na promociji, vrednost projekta je 288.000 evra i trebalo bi da bude realizovan do kraja avgusta. Veći deo sredstava, oko 250.000 evra, obezbediće Slovačka razvojna agencija, koja se bavi promocijom obnovljivih izvora energije, dok će Izvršno veće Vojvodine učestvovati sa oko 22,65 hiljada evra. Tako će zrenjaninska Bolnica i Dom učenika srednjih škola već od jeseni, kako se planira, zagrevati vodu korišćenjem energije sunca, putem solarnih kolektora. Ekspert za solarnu energiju u Srbiji i jedan od pionira u njenom naučnom istraživanju u Evropi profesor dr Miroslav Lambić, sa Tehničkog fakulteta „Mihajlo Pupin“, informisao je o tehničkim i ekonomskim pretpostavkama aktivnog korišćenja sunčeve energije u Srbiji kao i o tehničkom stanju toplotne infrastrukture i mogućnostima priključenja na solarne sisteme....
25
Elektrotehnika
Solarni sistemi
8.Zaključak
Rad predstavlja prikaz solarnih tehnologija i postrojenja, zasnovanih na najnovijim tehničko – tehnološkim rešenjima. Evidentan je kontinualni razvoj tehnologija i ideja na ovom polju koji se odvija prvenstveno u razvijenim zemljama koje pridaju značaj alternativnim izvorima energije i njihovim prednostima. Konstantno se unapređuju postojeći solarni sistemi, vrši se njihova analiza rada, smanjuju troškovi izgradnje, održavanja i eksploatacije, što dovodi do smanjenja jedinične cene proizvedene toplote, odnosno električne energije.
26
Elektrotehnika
Solarni sistemi
Literatura
http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_energija http://www.listzrenjanin.com/index.php/component/content/article/1257hronika/8988-zagrevanje http://www.akter.co.rs/index.php/ekonomijaprint/2272-solarnaenergija.html http://ekosela.org/download/energija.pdf http://ekoenergija-mackat.com/saznajte-vise-solarna-energija http://www.izdavackicentar.ds.org.rs/images/07%20Solarna%20energija_ web.pdf http://www.izdavackicentar.ds.org.rs/images/07%20Solarna %20energija_web.pdf
Slike http://images.google.com/images? hl=en&q=solarna+energija&um=1&ie=UTF8&ei=7dqXS_6tMIaC_Qawi d3UCw&sa=X&oi=image_result_group&ct=title&resnum=4&ved=0CC YQsAQwAw
27
Elektrotehnika
Solarni sistemi
28
Elektrotehnika
Solarni sistemi
29
