bechelor

UVOD 1.Koriscenje solarne energije

Solarna energija je obnovljivi izvor energije. Sunce je nama najbliza zvezda i neposredno ili posredno izvor gotovo sve energije na Zemlji. Sunceva energija potice od nuklearnih reakcija u njegovom jezgru gde temperatura dostize i do 15 miliona C.Radi se o fuziji kod koje spajanjem vodonikovih atoma nastaje helijum , uz oslobadjanje velike kolicine energije. Svake sekunde na ovaj nacin u helijum prelazi preko 60 miliona tona atoma vodonika, pri cemu se masa od nekih 4 miliona tona vodonika pretvara u energiju. Sunce proizvodi energiju vec pet milijardi godina i prema trenutnim procenama ta proizvodnja energije nastavice se jos iducih pet milijardi godina. Solarna energija je dio sunceve energije koja stize na zemlju.Solarna energija moze se direktno konvertovati u toplotnu energiju ili elektricnu energiju sto su u stvari korisni oblici energije.Elektricna energija je najkorisniji oblik energije jer se moze jednostavno pretvoriti u koristan rad.Solarna energija je motor za gotovo sve obnovljive izvore energije.Geotermalna energija i energija plime i oseke nisu sekundarni proizvod solarne energije jer bi postojale i bez solarnog zracenja. Nocu i za vreme vrlo oblacnih dana solarna energija nije potpuno dostupna i potreni su sistemi za njeno spremanje koji se pune kad je energija dostupna.Solarna energija moze se spremati u razlicitim oblicima a najpopularniji su konverzija u toplotnu energiju, spremanje u baterijama i akumulatorima i pumped storage sistemima- pumpanje vode na mesto kad postoji dovoljno energije i koristenje te vode kad solarna energija nije dostupna.Solarna energija je obnovljivi izvor energije jer se ne moze potrositi poput fosilnih goriva.Solarna energija takodje je i vrlo cvrst izvor energije nakon instalacije , jer nema stetnih emisija ili zagadjenja nastalog zbog upotrebe solarnih panela ili celija. Postoje tri vrste solarne energije: Solarni paneli Direktno pretvaranje solarne energije u toplotu. Vecinom se koristi za zagrevanje vode Koncentrisanje solarne energije Usmeravanje solarnog zracenja upotrebom polja ogledala u jednu tacku u kojoj se neka tecnost zagreva na visoku temperaturu.Ovako zagrejana tecnost onda se koristi za proizvodnju elektricne energije. Ovo je osnovni nacin u danasnjim solarnim elektranama. Solarne celije Pretvaranje solarne energije direktno u elektricnu.

-

Ugrubo mozemo proceniti da povrsina Zemlje prima otprilike 100.000 TW solarne snage u svakom trenutku ( gornji slojevi Zemlje primaju oko 174.000 TW ali, gasovi, oblaci, zagadjenja i ostali uticaji smanjuju dostupnu energiju na povrsini Zemlje).Cela populacija Zemlje koristi oko 400 GBtu svake godine , a da bi se dobila tolika kolicina energije potrebna je konstantna snaga od 13, 38 TW- to je oko 8000 puta manje od snage koju dobijamo od sunca u svakom trenutnku.Iz brojki iznaf mozemo izracunati da Zemlja za 71 minut primi dovoljno solarne energije da zadovolji energetske potrebe covecanstva za citavu godinu. Solarna energija je glavni izvor energije za satelite i svemirske sonde nakon lansiranja. Otprilike 30% ukupne potrosnje energije svodi se na grejanje vode. Iz toga je vidljivo da mozemo znatno smanjiti zavisnost od spoljasnjih izvora energije upotrebom solarnih panela.Za grejanje vode nema potrebe koristiti skupe solarne celije koje ce proizvoditi elektricnu energiju koja bi se kasnije koristila za grejanje vode.Solarne celije su u mnogocemu direktno povezane sa proizvodnjom poluvodica , a ta proizvodnja ima otrovne nusproizvode koji mogu ugroziti ziva bica.U njihovoj proizvodnji takodje ima i emisije staklenickih gasova.Solarna energija ce se u buducnosti znatno koristiti jer se ocekuju rezultati naucnih istrazivanja koji ce smanjiti cenu i povecati efikasnost ovoga izvora energije. U godinama provedenim u Vatikanu Leonardo Da Vinci planirao je industrijsku upotrebu solarne energije koristeci konkavna ogledala koja bi usmeravala solarno zracenje i zagrejavala vodu.U modernim vremenima ovaj princip se zove koncetrisanje solarne energijei glavni je princip rada danasnjih solarnih elektrana. Da Vinci je koriscenje solarne energije planirao jer je bio zabrinut zbog unistenja suma koje su tada bile glavni izvor energije. Slika 1.

Solarni toplotni sistemi se najvise koriste za pripremu tople potrosne vode, a zahvaljujuci enegetskoj politici i sve boljim toplotnim karakteristikama gradjevina sve cesce koristimo solarnu energiju za grejanje. Primjenom solarne energije moze se pokriti i do 65% godisnjih potreba za toplotnom energijom. Pretvaranje sunceve energije u toplotnu putem kolektora za zagrijavanje vode i koriscenje iste za zagrijavanje potrosne sanitarne vode predstavlja najisplativiji nacin iskoriscavanja solarne energije. Kada zelimo iskoristiti suncevu toplotu odnosno solarnu energiju koristimo solarne kolektore koji apsorbuju i pretvaraju suncevu svetlost u toplotnu energiju. Razlikujemo solarne kolektore od fotonaponskih panela koji se koriste za proizvodnju elektricne energije. Toplota koja se apsorbuje preko solarnih kolektora moze se koristiti za zagrijavanje vode, zagrijavanje prostora ili za pokretanje toplotnih pumpi koje mozemo koristiti za hladjenje prostorija. Solarni sistem se puni specijalnim medijem koji ima povecanu termicku vodljivost, antikorozivnu sposobnost pa ne dolazi do smrzavanja prilikom niskih temperatura te se tako stite solani kolektori tokom zimskih meseci. Sistem se puni tecnoscu koja potom cirkulise potpuno automatski regulisanim sistemom kroz cjevovod i izmenjivac koji prenosti toplotu u toplotni spremnik. Osnovne pretpostavke za primjenu solarne energije u sistemima grejanja su: -Toplotni gubitci zgrade trebaju biti sto manji, jer je tada veci udeo toplote koju mozemo pokriti primjenom solarnih sistema -Godisnja potrosnja energije nebi trebala prelaziti 80 kWh/m -Da primjenimo niskotemperaturni sistem grejanja poput podnog toplovodnog grijanja kod kog je temperatura polaznog voda grijanja izmedju 35 i 40C i gdje imamo veci postotak iskoristenja solarne energije cak i do 40%.

2. Podela solarnih instalacija prema nacinu eksploatacije

Solarna energija je energija koja se dobija zracenjem sunca bez buke i otpadnih gasova. Svrstava se u grupu ekoloski neutralnih izvora energije. Prema nacinu eksploatacije mozemo ih podeliti na : - fotonaponske - termo solarni sistemi.

Fotonaponski (Photovoltaics-PV) se koriste za proizvodnju elektricne energije, a termo solarni sistemi se koriste za grejanje sanitarne potrosne vode ili za podrsku niskotemperaturnim sistemima grijanja. U novije vreme pocinju da se koriste hibridni PV+ Thermo koji su kombinacija ove dve vrste i koriste se za istovremenu proizvodnju elektricne energije uz omoguceno pripremanje tople potrosne vode.Nastao je uglavnom zbog teznje za vecom efikasnoscu iskoristenja solarne energije.

3.Efikasnost hibridnog i obicnog ravnog solarnog prijemnika u zavisnosti od konstrukcije

U daljem radu bice analiziran rad dve vrste ravnih solarnih prijemnika u zavisnosti od njihove konstrukcije , i to rad hibridnog ravnog solarnog prijemnika (HRSP) i konvecionalnog ravnog solarnog prijemnika (KRSP). HRSP pretvara solarnu energiju u elektricnu i/ili toplotnu za razliku od KRSP koji pretvara solarnu energiju samo u toplotu. HRSP ima jedno staklo i fotocelijski panel na apsorberu. Ovi tipovi su solarnih prijemnika su predmet kontiunalnih istrazivackih razmatranja.

Za ove solarne prijemnike dobijena je njihova toplotna efikasnost zavisno od razlicitih konstrukcijskih parametara koristenjem prethodno razvijenih analitickih formula.Razmatrani konstrunkcijski parametri su : Koeficijent emisije i apsorpcije fotocelijskog panela HRSP i apsorbera KRSP, Kvalitet termickog kontakta izmedju solarnog panela(apsorbera) i cevi kroz koje prolazi voda (uticaj faktora efikasnosti prijemnika) Debljina donje toplotne izolacije Temperaturni koeficijent fotocelijskog panela i Efikasnost fotocelijskog panela

U Tabeli 1. date su bazne vrednosti konstrukcijskih parametara za HRSP i KRSP.

Tabela 1. Vrednosti baznih parametra obicnog i hibridnog ravnog solarnog prijemnika

Parametri prijemnika Povrsina prijemnika (m2) Koeficijent emisije apsorbera (-) Koeficijent emisije stakla (-) Koeficijent provodjenja toplote izolacije (W/Km) Debljina izolacije (mm) Koeficijent apsorpcije apsorbera (-) Temperaturni koeficijent fotocelijskog panela (%/oC) Faktor efikasnosti prijemnika (-) Efikasnost fotocelijskog panela (-)

KRSP2 0.90 0.88 0.023 50 0.92 0.40 0.90 -

HRSP2 0.90 0.88 0.023 50 0.92 0.40 0.90 0.10

3.1 Matematicki model Toplotna energetska efikasnost obicnog ravnog solarnog prijemnika se racuna kao: qu e,s = = F ( )e F UL (Tm Tok) / qsol, q sol( 3.1)

gde je :

T m = Tul + ( Tiz Tul )/2.(3.2)

Tako da imamo :

e,s =gde je :

qu = F ( )e F UL T*, q sol

(3.3)

T * = ( Tm Tok )/qsol .(3.4)

Toplotna energetska efikasnost hibridnog solarnog prijemnika je:

e,h =

qu = {F [( )e qsol UL (Tpm Tok)] qel} / qsol = q sol

= {F [( )e qsol UL (Tpm Tok)] Ps E0 ( )e qsol} / qsol = = (F Ps E0) ( )e F UL T*(3.5)

tako da je :

e,h = (F Ps E0) ( )e F UL T*.(3.6)

Oznake u formulama predstavljaju : e,s toplotnu efikasnost ravnog solarnog prijemnika ,

e,h - toplotnu efikasnost hibridnog ravnog prijemnika,

qu - ukupnu korisnu toplotu dobijenu sa prijemnika [W/m2], qsol - kolicinu suncevog zracenja koja padne na prijemnik [W/m2], qel kolicina elektricne energije koja se dobije sa solarnog panela [W/m2], F - faktor efikasnosti prijemnika ( )e transmisiono-apsorpcioni proizvod,UL ukupni koeficijent toplotnih gubitaka [W/m2K], Tm srednja temperatura vode u prijemniku [K], Tul temperatura vode na ulazu u prijemnik [K], Tiz temperatura vode na izlazu iz prijemnika [K], T* - redukovanu temperaturu [m2K/W], Tok temperaturu okolnog vazduha [K], Ps deo povrsine prijemnika koju zauzima fotocelijski modul [%/100], E0 efikasnost fotocelijskog panela.

Slika 2.Hibridni solarni panel 4.Rezultati 4.1 Uticaj koeficijenta emisije fotocelijskog panela (apsorbera)

Za razlicite vrednosti koeficijenta emisije i razne vrednosti redukovane temperature izracunata je toplotna efikasnost i njena vrednost data je na slici 3. za obican i za hibridni ravni solarni prijemnik. Sto je nisi koeficijent emisije solarnog panela (apsorbera), to je veca toplotna efikasnost prijemnika. Problem kod hibridnih solarnih prijemnika se sastoji u tome sto jos uvijek nije moguce proizvesti fotocelijski panel koji ce imati relativno mali koeficijent emisije (oko 0.1). Zbog toga se fotocelijski paneli prekrivaju providinim materijala koji ima nizak koeficijent emisije za velike talasne duzine.ravan solarni kolektor90 80 70 60 etaeta 50 40 30 20 10 0 70 60

hibridni solarni kolektor

50 40 30 20 10 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 T* (m2K/W ) 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

T* (m2K/W)

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

Slika 3.Efikasnost solarnih prijemnika u zavisnosti od razlicitih vrednosti koeficijenta emisije

fotocelijskog panela (apsorbera)

4.2 Uticaj koeficijenta apsorpcije fotocelijskog panela (apsorbera)

Za razlicite vrednosti koeficijenta apsorpcije i razne vrednosti redukovane temperature izracunata je toplotna efikasnost i njena vrednost data na slici 4. za obican i za hibridni ravni solarni prijemnik. Sto je visi koeficijent apsorpcije , to je veca toplotna efikasnost prijemnika. Silicijumske solarne celije koje se danas proizvode imaju sasvim zadovoljavajuci koeficijent apsorpcije i njegova vrednost se krece oko 0.9.ravan solarni kolektor90 80 70 60 etaeta 50 40 30 20 10 0 70 60

hibridni solarni kolektor

50 40 30 20 10 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 T* (m2K/W ) 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

T* (m2K/W)

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

Slika 4. Efikasnost solarnih prijemnika u zavisnosti od razlicitih vrednosti koeficijenta apsorpcije

4.3 Uticaj faktora efikasnosti prijemnika

Takodje je na slici 5. prikazana, za razlicite vrednosti faktora efikasnosti solarnih prijemnika i razne vrednosti redukovane temperature, toplotna efikasnost za obican i za hibridni solarni prijemnik. Ukoliko je faktor efikasnosti solarnih prijemnika visi , to je veca efikasnost prijemnika . Iz ovih rezultata se vidi da faktor efikasnosti prijemnika veoma

bitno utice na toplotnu efikasnost prijemnika. Faktor predstavlja kvalitet ostvarenog termickog kontakta izmedju apsorbera i cevi kroz koje prolazi voda. Kod hibridnih solarnih prijemnika, kod koga su solarne celije postavljene na klasican metalni apsorber, faktor efikasnosti prijemnika je umanjen, posto je termicki kontakt slabiji. Poboljsanje termickog kontakta izmedju solarnih celija i apsorbera presudno utice na poboljsanje karakteristika hibridnog prijemnika.ravan solarni kolektor90 80 70 60 eta eta 50 40 30 20 10 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 T* (m2K/W ) 0.8 0.85 0.9 0.95 0.8 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 T* (m2K/W ) 0.85 0.9 0.95

hibridni solarni kolektor

Slika 5. Zavisnost toplotne efikasnosti prijemnika od faktora efikasnosti prijemnika

4.4 Uticaj debljine donje toplotne izolacije

Analizirana je i toplotna efikasnost za razlicite vrednosti debljine donje toplotne izolacije i razne vrednosti redukovane temperature i ta zavisnost data je na slici 6. za obican i za hibridni ravni solarni prijemnik . Pokazano je da sto je veca debljina donje toplotne izolacije solarnih prijemnika , to je veca toplotna efikasnost prijemnika. Iz ovih rezultata se vidi da ukoliko se prijemnik na temperaturi koja je visa od temperature okoline, debljina toplotne izolacije bitno utice na vrednost ukupnih toplotnih gubitaka.

hibridni solarni kolektor70 60 50 eta 40 eta 30 20 10 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 T* (m2K/W ) 50 mm 50 mm 40 mm 30 mm 20 mm 10 mm 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

hibridni solarni kolektor

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

T* (m2K/W ) 40 mm 30 mm 20 mm 10 mm

Slika 6. Zavisnost efikasnosti prijemnika od debljine donje toplotne izolacije

4.5 Uticaj temperaturskog koeficijenta i koeficijenta efikasnosti fotocelijskog panela U ovom delu analizirana je toplotna efikasnost data na slici 7. za hibridni solarni prijemnik za razlicite temperaturske koeficijente fotocelijskog panela i razliciti koefijenti efikasnosti fotocelijskog panela. Temperaturski koeficijent fotocelijskog panela ne utice na toplotnu efikasnost, dok koeficijent efikasnosti fotocelijskog panela utice na toplotnu efikasnost u smislu da sto ima vecu vrednost, to je toplotna efikasnost manja.

u tic a j te m pe r a tur s k og k o e fic ije n ta70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.0 1 0 .0 2 0 .03 0 .04 0 .0 5 0 .0 6 0 .07 T * ( m 2 K/W ) 0 .0 0 1 0 .0 0 2 0 .0 0 3 0 .00 4 0 .0 05eta 80 70 60 50 40 30 20 10 0

uticaj efikasnosti solarnog panela

eta

0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 T* (m 2K/W)

5%

10%

15%

20%

Slika 7.Zavisnost toplotne efikasnosti prijemnika od temperaturskog koeficijenta solarnih celija i od koeficijenta efikasnosti solarnih celija

Za razlicite vrednosti konstrukcijskih karakteristika hibridnog i konvencionalnog ravnog solarnog prijemnika izracunate su vrednosti toplotne efikasnosti koriscenjem analitickih formula. Za oba solarna ravna prijemnika dobijeno je da je njihova toplotna efikastnost veca ukoliko imaju nizi koeficijent emisije fotocelijskog panela (apsorbera), visi koeficijent apsorpcije fotocelijskog panela (apsorbera), veci faktor efikasnosti solarnog prijemnika i vecu debljinu donje toplotne izolacije. Za hibridni solarni prijemnik je dodatno dobijeno da je toplotna efikasnost veca ukoliko je koeficijent efikasnosti fotocelijskog panela manji. Medjutim, temperaturski koeficijent fotocelijskog panela ne utice na toplotnu efikasnost hibridnog ravnog solarnog prijemnika.

5.Podsticaj i primena fotonaponskih sistema elektroenergetsku mrezu preko kucne instalacije

prikljucenih

na

javnu

Obzirom da fotonaponski sistem proizvodi najvise elektricne energije sredinom dana on ne samo da pomaze rasterecenju mreze tokom najvecih opterecenja, nego se takvom elektricnom energijom energijom proizvedenom fotonaponskim modulima , prvenstveno napajaju potrosaci, a visak se predaje javnoj elektrodistribucijskoj

mrezi.Stoga podsticanje ugradnje fotonaponskih sistema na gradjevine koje vec imaju elektricni prikljucak i vlastitu potrosnju te su tako prikljuceni na javnu elektroenergetsku mrezu preko vlastite tzv.kucne mreze mora biti prioritet dobijanja elektricne energije iz fotonaponskih sistema. Ovakvi sistemi su ocito primeri distribuirane proizvodnje elektricne energije koji se posebno podsticu.

Slika 8. Fotonaposki sistem prikljucen na javnu mrezu preko instalacije 1.Fotonaponski moduli 2.Spojna kutija sa zastitnom opremom 3.Konvertor dc-ac 4.Brojila predate i preuzete elektricne energije 5.Prikljucak na mrezu Ugradnjom fotonaponskih modula instalirala bi se snaga od blizu 10 MW po ceni od 4000 /kW. Ova ulaganja nebi opteretila drzavni budzet jer postoji veliki broj investitora koji su spremni da uloze novac vec bi otvorila nova radna mesta. Na ovaj nacin bi se smanjio uvoz elektricne energije, elektroenergetski sistem bio bi pouzdaniji i sigurniji, smanjila bi se emisija stetnih gasova, otvarala radna mesta.

Slika 9.Udio troskova manjeg fotonaponskog sistema prikljucenog na javnu mrezu preko kucne istalacije

6.Podsticaj i primena fotonaponskih sistema koji nisu prikljuceni na mrezu (samostalni)

Obezbedjivanje elektricne energije pomocu fotonaponskih sistema za gradjevine koje nisu prikljucene na mrezu (engl. Off grid) sa osnovnim komponentama prikazano je na slici br.10 . Ovi sistemi se nazivaju i samostalni sistemi (engl. Stand-alone systems). Uobicajeno mogu biti sa ili bez cuvanja elektricne energije, te hibridni sistemi koji mogu biti sa vjetroagregatom, kogeneracijom, gorivnim delovima, ili (bio)dizel generatorom.

Slika 10. Samostalni fotonaponski sistem za potrosace na naizmenicnu struju 1.Fotonaponski moduli 2.Spojna kutija sa zastitnom opremom 3.Regulator punjenja 4.Akumulator 5.Konvertor dc-ac(ukoliko potrosaci rade na naizmenicnu struju) 6.Potrosaci

Na sledecoj slici bice prikazan temeljna sema solarnog sistema za pripremu tople potrosne vode.

1.Kolektor 2.Solarni polazni vod 3.Solarni povratni vod 4.Kotao za dodatno grijanje 5.Ekspanzijska posuda

6.Crpna stanica 7.Ulaz hladne vode 8.Spremnik tople potrosne vode 9.Polaz tople potrosne vode

Cijena solarnog sistema za priremu tople potrosne vode prikazanog na prethodnoj slici sa ugradnjom i pustanjem u pogon , krece se oko eura.Takva investicija isplati se za 5-10 godina. 7.Toplotna konverzija suncevog zracenja

Odluka EU da se do 2020. godine poveca udeo obnovljivih izvora energije povecana 20% ukupne proizvodnje je dobar pokazatelj situacije u kojoj se nalazimo. Vadjenje uglja i njegovo sagorevanje u nasim sadasnjim i buducim termoelektranama je nasa velika vredost, prednost i sigurnost, ali to ne znaci da prema energiji treba da se odnosimo rasipnicki. Pri tome treba poci od cinjenice , da je Srbija mala zemlja sa ogranicenim rezervama primarne energije (osim rezervi lignita lociranih pretezno na podrucju Kosova i Metohije) , a posebno kvalitetnih energenata , kao i da je najveci deo tehnicki iskoristivog i ekonomski opravdanog hidropotencijala vec upotrebila. Srbija kao veliki rasipnik elektricne energije , ima sansu da samo stednjom, racionalnom potrosnjom i povecanjem ukupne energetske efikasnosti dodje do viska elektricne energije bez gradnje novih proizvodnih elektroenergetskih kapaciteta. Na osnovu takvog stava dolazimo do zakljucka da nove elektrane da se grade i da ce skoro sva nova kolicina energije biti raspoloziva za izvoz. Primena sunceve energije predstavlja samo zdrav nacin da se izvrsi smanjenje potrosnje elektricne energije svuda gde je to moguce. To znaci da bez obzira sto je cena ulaganja u solarnu energiju dosta velika , od priblizno 3000 evra za 1kW instalisane snage, isplati se ulagati u jedno sigurno trziste. Ako se u tu cenu uracuna i sve ono sto prati dobro osmisljen i organizovan posao kao sto je istrazivanje,razvoj, proizvodnja, marketing , stvaranje strucnog naucnog i proizvodnog kadra, osvajanje novih tehnologija , izvoz najveceg dela proizvodnje , povecanje zaposlenosti u osnovnim i pratecim delatnostima onda je ta cena znatno niza i postize se pun efekat. Tada cena instalacije 1kW toplotnih kolektora za drzavu moze da bude zanemarljiva. Postoje cetri glavna razloga zbog kojih u Srbiji treba pokrenuti sve raspolozive snage da bi se sada u vrlo kratkom periodu, koji je veoma vazan za nas, znacajno se povecala primena solarne energije: Preko 55% energije trosi se u domacinstvima u Srbiji u obliku elektricne energije od cega dobar deo za zagrevanje sanitarne vode. Postize se smanjivanje troskova za zagrevanje sanitarne vode za oko 60% do 70% u toku godine, sto dovodi do rasterecenja kucnog budzeta. Povecava se zaposlenost u procesu istrazivanja, proizvodnje, montaze i servisiranja solarne opreme. Postizanjem znacajne primene solarne energije priblizavamo se preporukama EU o koriscenju obnovljivih izvora energije , medju kojima Sunce ima znacajnog udela

Termonuklearne reakcije na Suncu i oslobodjena energija koja dospeva na Zemlju od samog njenog postanka , pre oko 4 milijarde godina , doveli su do nastanka i

opstanka zivota na nasoj planeti.Covek je u toku svog razvoja sve do pre nekoliko stotina godina iskljucivo koristio energiju Sunca za podmirivanje svih svojih skromnih potreba. Pored toplotne konverzije zracenja koja se desava u vazduhu, vodi i na zemljistu , covjek je najvise koristio drvo ili, modernije receno , biomasu koja nastaje kao direktan proizvod sunceve energije procesom fotosinteze.Pored toplotne konverzije sve vise se koristi fotonaponska konverzija za pretvaranje energije suncevog zracenja direktno u elektricnu energiju . Bitna karakteristika suncevog zracenja je da je energija koja na taj nacin dospeva na zemlju neuporedivo je veca od svih potreba koje bismo u buducnosti mogli da zamislimo . Sama ta grandioznost besplatne energije koja nam neprekidno pristize ukazuje u kom pravcu covek treba da trazi sigurnost za svoje rastuce energetske potrebe . Toplotna konverzija energije Sunca odvija se na celoj povrsini Zemlje. Da bi energiju Sunca usmerili i iskoristili za nase specificne potrebe , neophodno je da napravimo odgovarajuci prijemnik ili kolektor. Kolektrori su povrsine na kojima se odvija prijem i konverzija suncevog zracenja u toplotnu energiju. U tom fizickom procesu dolazi do apsorpcije zracenja u materijalu od koga je napravlje kolektor. Apsorbovana energija se pretvara u kineticku energiju elektrona sto se manifestuje zagrevanjem materijala . Primljenu toplotnu energiju treba pomocu nekog fluida , koji je najcesce voda, glikol, ulje ili vazduh , odvesti do skladista toplote ili do mesta gde ce se koristiti. U toku jedne godine sa 1 m kolektora moze da se primi oko 900 kWh toplotne energije.

7.1 Termalna konverzija

Primena sunceve energije termalnom konverzijom u praksi se koristi : 1. Zagrevanje sanitarne vode u kucama, stanovima ,hotelima, hostelima,domovima ucenika i studenata, domovima za stara lica, obdanistima,restoranima i sportskim objektima. 2. Zagrevanje sanitarne vode za naselja koja imaju distribuciju tople vode iz gradskih toplana u periodu kada toplane ne rade. 3. Zagrevanje bazena u kucama sportskorekreativnim centrima 4. Zagrevanje vode ili drugih fluida u industrijskim procesima 5. Zagrevanje plastenika i staklenika u poljoprivrednoj proizvodnji 6. Susenje poljoprivrednih proizvoda 7. Destilacija vode za industrijske potrebe 8. Zagrevanje prostora kao dopunsko sredstvo u periodima kada ima dovoljno suncanih dana 9. Proizvodnju elektricne energije na bazi toplotne konverzije suncevog zracenja (parne turbine) 10. U procesima za hladjenje prostora

7.2 Toplotni solarni kolektori

Toplotna konverzija energije Sunca odvija se na celoj osuncanoj povrsini Zemlje. Da bismo energiju Sunca usmerili i koristili za nase potrebe , neophodno je da napravimo odgovarajuci prijemnik ili kolektor. Kolektori su povrsine na kojima se odvija prijem i konverzija suncevog zracenja u toplotnu energiju . U tom fizickom procesu dolazi do apsorpcije zracenja u materijalu od koga je napravljen kolektor. Apsorbovana energija se pretvara u kineticku energiju elektrona sto se manifestuje zagrevanjem materijala. Primljenu toplotnu energiju treba , pomocu nekog fluida koji je najcesce voda, glikol, ulje ili vazduh odvesti do skladista toplote ili do mesta gde ce se koristiti. Plocasti kolektori imaju najcesce povrsinu od oko 2 m. Sa zadnje strane su termicki izolovani da bi se u hladnijim danima smanjili gubitci , a sa prednje strane se nalazi visokopropusno staklo. Apsorber je najcesce od aluminijuma ili bakra koji je elektroliticki presvucen visokoapsorpcionim materijalima koji mogu da apsorbuju i do 98% dospele energije . Efikasnost transformacije energije sistema za zagrevanje sanitarne vode , od kolektora do solarnog bojlera , krece se sa klasicnim tipovima kolektora od 35% do 55%. U toku jedne godine sa 1m kolektora moze da se primi oko 900 kWh toplotne energije. Vakumski toplotni kolektori se odlikuju vecom efikasnoscu koja posebno dolazi do izrazaja u hladnijim periodima. Ta efikasnost je zasnovana na mnogo boljoj termickoj izolovanosti apsorbera koji se nalazi u staklenoj cevi iz koje je izvucen vazduh.Ukupna efikasnost sistema za zagrevanje sanitarne vode sa vakuumskim kolektorima je na godisnjem nivou za oko 40% veca u odnosu na sistem sa ravnim plocastim kolektorima. Vakuumski kolektor se sastoji od 15 do 30 vakuumskih cevi koje su povezane sa izmenjivacem toplote kroz koji protice fluid koji se zagreva.Cena vakuumskih kolektora je za oko 50% veca od klasicnih kolektora. Zbog tog razloga se vakuumski kolektori preporucuju za objekte u kojima postoji stalna potreba za toplom vodom, pogotovo tamo gde su potrebne vece kolicine tople vode.

7.3 Evropa i svet

U prethodnih dvadesetak godina solarna termalna konverzija je zauzimala neznatnu ulogu u poredjenju sa ostalim obnoviljivim izvorima energije. Teziste je bilo usmereno

na razvoj oblasti u kojima se proizvodi elektricna energija , kao sto su vetrogeneratori i fotonaponska konverzija suncevog zracenja. Razlog naglog preokreta je donosenje planova Evropske unije za primenu obnovljivih izvora energije do 2020. godine. Da bi se ti planovi ostvarili proracun je pokazao da niskotemperaturna primena sunceve energije ima najveci potencijal. Zbog zapostavljenog razvoja u prethodnom periodu niskotemperaturna primena sunceve energije ce u neposrednoj buducnosti doziveti ogroman napredak, jer 50% ukupne potrebne energije za grejanje moze da se podmiri sa energijom Sunca. To se moze ostvariti samo velikim naucnim i istrazivackim radom, proverom i primenom u praksi. Kada se zna da se preko 40% energije u Evropi i kod nas trosi na zagrevanje prostora onda je jasno da u toj oblasti mogu da se ostvare najvece ustede primenom solarne energije. U Evropi , vec 20 godina gradnja novih stambenih i poslovnih objekata se podvrgava inovacijama i propisima koji doprinose energetskoj efikastnosti. U buducnosti ce se ovaj trend nastaviti jos intezivnije u sledecim oblastima : Gradnja novih aktivnih solarnih objekata za stanovanje i poslovanje Renoviranje starih objekata da bi zadovoljili nove zahteve i postali aktivni solarni objekti Primena solarne energije u industriji i svim procesima gde su potrebne temperature do 250 C. Strategija Evropske unije planira da do 2025. godine smanji potrebe za energijom za 40% u oblasti zagrevanja prostora prvenstveno povecanjem energetske efikasnosti , a do 2050. godine solarne energija treba da zadovolji 50% energetskih potreba za grejanjem.Oba procesa se vec sada odvijaju paralelno. Evropska unija planira da do 2030. godine instalira toplotne solarne kolektore ukupne toplotne snage 970 GW. Slovenija je na kraju 2008.godine imala instalirano 96 MW ili 137.000 m toplotnih solarnih kolektora pri cemu je godisnji porast od oko 33%. U Indiji pocinje drzavni projekat instaliranja 7.000.000 m toplotnih kolektora za period 2010. do 2013. godine i jos 15.000.000 m kolektora u sledecem periodu do 2017. godine. Od obnovljivih izvora energije sunceva energija ce ostvariti najvece ucesce . Zbog tog razloga se u svetu trose milijarde evra za istrazivanje , razvoj i proizodnju opreme za primenu energije Sunca, kako u oblasti fotonaponske konverzije tako i u termalnoj konverziji suncevog zracenja. U borbi za profitom vazno je biti prvi ili bar medju prvima . Svaka od zemalja. Evropske unije ima institute, laboratorije, skole i fakultete za istrazivanje i ucenje o primeni energije Sunca. U Kini, a pogotovo u Indiji , postoji po nekoliko velikih naucnoistrazivackih centara za izucavanje svih mogucih nacina koriscenja energije Sunca u raznim oblastima ljudskih aktivnosti. Malo je cudno da postoji toliko paralelnih istrazivanja na puno mesta, ali to samo pokazuje koliko je oblast sunceve energije znacajna za buducnost i da nijedna drzava ne zeli da ostane inferiorna u razvoju i primeni.Energetska sigurnost je na prvom mestu u svim dugorocnim planovima.Pored

istrazivanja u oblasti same toplotne konverzije i njene primene , znacajna i nerazdvojna oblast je i skladistenje primljene energije . To je narocito bitno kod solarnih elektrana koje koriste termalnu energiju Sunca u toku dana.Potrebno je pronaci nacine kako da se energija koja je sakupljena u toku dana koristi nocu. Istrazivanja u oblasti akumuliranja toplotne energije razvijaju se u dve oblasti: Kratkotrajno skaldistenje energije (1 do 7 dana) Sezonsko skladistenje energije (od leta za zimu ) Obe oblasti karakterise istrazivanje materijala od koji se grade rezervoari, materijala za termoizolaciju i materijala koji se koriste kao akumulator toplotne energije. Veoma je siroko polje istrazivanja od materijala koji ce imati maksimalnu apsorpcionu moc, a minimalnu refleksiju, do materijala koji obezbedjuju samociscenje kolektora, antikorozivnu zastitu, visokoefikasnih fluida za prenos energije, visokotransmisionih stakala, koncentratora i jos puno komponenti, materijala i konstrukcija.

7.4 Stanje u Srbiji

U periodu od 1975. godine do 1990. godine u Srbiji i Jugoslaviji, stvorena je atmosfera istrazivanja, razvoja i primene solarne energije. U tom periodu postojalo je nekoliko proizvodjaca solarnih kolektora i pratece opreme. Tada su izgradjeni brojni i veliki sistemi za zagrevanje sanitarne vode i to najvise u hotelima na jadranskoj obali i turistickim centrima.Sada u Srbiji postoje dva proizvodjaca solarnih toplotnih kolektora i nekoliko uvoznika kompletnih sistema . Ugradnja opreme za solarno zagrevanje sanitarne vode zasnovana je na individualnom osecaju investitora da u svojoj kuci uradi nesto sto je prirodno i normalno da koristi ono sto mu besplatno stize na njegov krov , a pritome je potpuno cisto. To se radi bez obzira na cenu ili materijalnu dobit od ustede elektricne energije. Drugu znacajniju grupu korisnika solarne energije cine nasi ljudi koji su boravili na privremenom radu i to najvise u Nemackoj i Austriji . Oni su zahvaljujuci svom boljem materijalnom polozaju zeleli da primene ovde ono sto radi sav normalan svet u zemljama gde su oni ziveli i radili. Ukupno gledano u Srbiji je energetski potpuno zanemarljiva primena solarne energije za zagrevanje sanitarne vode ili prostora. Isti je slucaj i u ostalim oblastima primene. U poredjenju sa planovima Evropske unije o koriscenju solarne energije za zagrevanje prostora , mi u Srbiji za sada ne cinimo nista . Izvesni pomaci se postizu na planu energetske efikasnosti i to prvenstveno individualnom zeljom da se poboljsanjem toplotne izolacije smanje buduci troskovi za grejanje. Za razliku od energije vetra ili hidroenergije za zagrevanje sanitarne vode ili susenje poljoprivrednih proizvoda nisu potrebne nikakve dozvole ili saglasnosti. To znaci da ne postoje nikakve administrativne

ni tehnicke prepreke za koriscenje energije Sunca, ali postoje drugi razlozi koji uticu na trenutno stanje u Srbiji: Neznanje o primeni obnovljivih izvora energije, o stanju i planovima u Evropi, o nasim buducim obavezama i o svim korisnim aspektima koji proizilaze iz njihove primene u krugovima donosioca odluka. Neobavestenost stanovnistva o mogucnostima primene energije Sunca, ceni opreme, energetskim i finansijskim efektima Materijalni standard ukupnog stanovnistva Srbije je na vrlo niskom nivou u odnosu na cenu opreme koja je ista kao u Evropskoj uniji . Niska cena elektricne energije dovodi do toga da se elektricna energija ne trosi racionalno. U odnosu na druge energente , za potrosaca je grejanje bilo najpovoljnije na elektricnu energiju. To se i pokazalo u toku ove godine kada je zabelezena rekordna potrosnja od preko 150 miliona kWh za jedan dan. Proizvodnja domace opreme je skupa zbog uvozne zavisnosti pri nabavci materijala i malog neformiranog trzista. Jedan jedini ozbiljniji proizvodjac zbog male prodaje (80 kolektora godisnje) ne moze da ulaze u opremanje proizvodnih kapaciteta i da po ceni postane jos konkurentniji u odnosu na uvoznu opremu. Postoji mnogo nacina da bi se ubrzale i podstakle aktivnosti u ovoj oblasti , a po ugledu na druge razvijene zemlje najvise efekta proizvelo bi : Subvencionisanje kupovine svakog solarnog sistema za zagrevanje sanitarne vode.Takodje, beskamatnim kreditima ili oslobadjanjem od PDV-a za nabavku solarne opreme skrenula bi se paznja na ovaj vid stednje elektricne energije i povecala bi se prodaja. Subvencionisanje proizvodnje solarne opreme putem kredita ili nepovratnim sredstvima trebalo bi da pomogne proizvodjacima da uspostave kvalitetnu proizvodnju i prodaju uz garantovane nepromenljive cene u periodu preciziranom u ugovoru. U oblasti toplotne konverzije suncevog zracenja je otvoreno nekoliko puteva za istrazivanje i inovacije. Razvoj u ovoj oblasti nije toliko povezan skupocenom opremom kakav je slucaj kod fotonaponske konverzije. Potrebno je puno znanja, eksperimentisanja, racunarskog modelovanja i inovativnosti da bi se postigli zapazeni i korisni rezultati. Oblasti kao sto su koncentrovano zracenje, hibridni sistemi , vazdusni kolektori, integracija postojecih ili novih komponenti u zgrade, primena u destilaciji i desalinizaciji vode, pasterizacija u prehrambenoj industriji, susenje u poljoprivredi i skladistenje toplotne energije samo su jedan deo programa koji mogu da se realizuju u Srbiji. Da bi se pokrenuli ovakvi ili slicni razvojni ciklusi potrebno je angazovati fakultete i nevladine organizacije da konkursima , razvojnim radionicama i naucnim radovima podstaknu studente, postdiplomce, pronalazace i naucnike na plodotvornu aktivnost cije rezultate treba da predstave proizvodjacima. Na fakultetima je vecini studenata

nedostupan praktican i stvaralacki rad , jer im fakulteti ne organizuju ni minimum prakse, a ucesce u naucnom i istrazivackom radu ne postoji. Da bi se intenziviralo koriscenje solarne energije u Srbiji potrebno je stvaranje povoljne poslovne klime za razvoj domace industrije solarne opreme na bazi sopstvenog istrazivanja i razvoja. U sadasnjim uslovima je moguce da se cak i u malim serijama dobije oprema odgovarajuceg kvaliteta i nize cene od uvozne opreme. Sertifikacija domace opreme ostaje jedan od trenutno najvecih neresenih problema u tom smislu. Neophodno je postaviti za cilj da se sve potrebe za zagrevanjem vode do 80C u stambenim prostorima i industrijskim procesima zadovoljavaju upotrebom energije Sunca. Na taj nacin podstakla bi se gradjevinska industrija da se ozbiljnije bavi obnovljivim izvorima energije. Takodje je neophodno podsticati razvojne i inovacione aktivnosti u tehnologiji i proizvodnji, koje ce u domacoj proizvodnji dovesti do vece efikasnosti i nizih cena. Svakako ne smemo zanemariti neprekidno promovisanje upotrebe energije Sunca, u cemu veliku ulogu mogu imati mediji i nevladine organizacije, sto kao preporuka vazi i za sve druge obnovljive izvore energije.

8.Koriscenje solarne fotonaponske energije u Srbiji 8.1 Suncevo zracenje u Srbiji

Potencijal sunceve energije predstavalja 16,7 % od ukupno iskoristivog potencijala obnovljivih izvora energije u Srbiji. Energetski potencijal suncevog zracenja je za oko 30% posto visi u Srbiji nego u Srednjoj Evropi i intenzitet sunceve radijacije je medju najvecima u Evropi. Prosecna dnevna energija globalnog zracenja za ravnu povrsinu u toku zimskog perioda se krece izmedju 1.1kWh/m na sever u i 1.7 kWh/m na jugu , a u toku letnjeg perioda izmedju 5.4 kWh/m na severu i 6.9 kWh/m na jugu. U cilju poredjenja prosecna vrednost globalnog zracenja ne teritoriji Nemacke iznosi oko 1000 kWh/m , dok je za Srbiju ta vrednost oko 1400 kWh/m . Najpovoljnije oblasti u Srbiji beleze veliki broj suncanih sati , a godisnji odnos stvarne ozracenosti i ukupne ozracenosti je priblizno 50%. U sledecoj tabeli su srednje dnevne sume energije globlanog suncevog zracenja na horizontalnu povrsinu za neka mesta u Srbiji.

Slika.13. Srednje dnevne sume energije globlanog suncevog zracenja na povrsinu kWh/m, za neka mesta u Srbiji

Ovi podaci jasno pokazuju da raspolazemo resursima energije suncevog zracenja znatno iznad evropskog proseka uz izuzetno povoljan sezonski raspored i da njeno efikasno i dugorocno koriscenje neophodno osmisliti u najskorijem vremenskom periodu, izmedju ostalog , i zbog uskladjivanja sa evropskim merama i planovima u vezi obnovljivih izvora energije.

8.2 Tehnologija fotonaponskih solarnih uredjaja

Direktna konverzija sunceve energije u elektricnu , tzv. fotonaponski efekat, uocen je pre skoro dva veka , ali je tek razvojem kvantne teorije pocetkom 20-tog veka ovaj fenomen objasnjen i shvacen. Prva solarna fotonaponska celija izradjena je u Bel laboratorijama 1954. godine . Fotonaponske celije izradjene od poluprovodnika silicijuma ubrzo su s razvojem istazivanja svemira , postale osnovni izvori elektricne

energije na satelitima, primarno zbog svoje pouzdanosti , dok je cena bila od manjeg znacaja. Znacaj njihove zemaljske upotrebe postao je aktuelan u toku svetske energetske krize ranih 70-tih godina, kada se pocelo razmisljati o poboljsanju njihovih radnih karakteristika i efikasnoti, kao i nizoj proizvodnoj ceni. Danas fotonaponska konverzija podrazumeva visoku tehnologiju proizvodnje elektricne energije iz sunceve energije. Fotonaponski sistemi se sastoje modula, a oni su izradjeni od solarnih celija. FN sistemi su modularni tako da se njihova snaga moze projektovati za prakticno bilo koju primenu. Dodatni delovi kojima se povecava izlazna snaga lako se prilagodjavaju postojecim fotonaponskim sistemima, sto nije slucaj sa konvencionalnim izvorima elektricne energije kao sto su termoelektrane i nuklearne elektrane cija ekonomska isplativost i izvodljivost zahteva multimegavatne instalacije. FN moduli sadrze odredjen broj redno ili paralelno povezanih FN celija kako bi se dobili zeljeni napon , odnosno struja. Solarne celije su laminirane izmedju dva zastitna sloja. S jedne strane je specijalno kaljeno staklo sa niskim sadrzajem gvozdja, a sa druge zastitni plasticni materijal Tedlar ili jos jedan sloj stakla sto ce biti prikazano na sledecoj slici. U tipicnom solarnom modulu solarne celije su integrisane i laminirane pomocu laminirajuce plastike (EVA). Tako laminiran FN modul je zasticen od nezeljenih uticaja sredine , a u cilju produzenja radnog veka . Tipicni garantni rok proizvodjaca za FN module je 25 godina. FN paneli sadrze jedan ili vise modula koji se mogu koristiti pojedinacno ili u grupama u cilju formiranja modularnih sistema , zajedno sa potpornim strukturama i drugim neophodnim komponentama. Najnoviju generaciju FN solarnih modula cine tzv. tankoslojne FN celije i paneli kod kojih je debljina fotonaponskog materijala ili sloja od oko 2m (mikrometra ili mikrona) . To je skoro 100 puta manje od klasicnih FN celija izradjenih od kristalnog silicijuma . Ova redukcija u kolicini koriscenog poluprovodnickog materijala smanjuje cenu po jedinici povrsine, cenu po generisanoj snazi (izrazenu u W) kao i cenu po instaliranim kWh, a povecava energetsku isplativost. Medjutim ukupna cena FN sistema je jos uvek nesto veca za tankoslojne FN module zabog dodatne cene nosece strukture neophodne za instalaciju ovih modula , a u manjoj meri zbog troskova vezanih za investitore ili povezivanje sa distributivnom mrezom . Takodje rad i odrzavanje je skuplje zbog vece povrsine koju pokrivaju u odnosu na klasicne FN module , tako da je ove dodatne troskove neophodno kompenzovati prednostima koje proisticu iz ustede materijala. U poslednjih nekoliko godina cena koja je uslovljena vecom povrsinom modula konstantno pada zbog optimizacije podstruktura , vece efikasnosti modula , kao i boljeg kvaliteta elektro-povezivanja. U periodu od 2005. do 2007. godine ukupna cena tankoslojnih FN modula je pala za 60% , a taj trend se ocekuje i u buduce.

8.3 Komponente FN sistema

Standardne komponente fotonaponskih sistema su FN moduli, kontroleri i regulatori punjenja baterija, akumulatori ili baterije, kablovi i montazni sistemi, kao i pretvaraci jednosmerne u naizmenicnu struju- invertori (autonomni i mrezni). Jednosmerna struja proizvedena u solarnoj celiji ili modulu se putem kabla odvodi do kontrolera. Osnovna funkcija kontrolera je da spreci prekomerno punjenje akumulatora, ali ima i neke druge uloge u zavisnosti od specificnih primena. Ukoliko akumulator nije potpuno napunjen, struja moze slobodno da ide ka akumulatoru, gde se energija skladisti za kasniju upotrebu. Ukoliko sistem treba da pokrece uredjaje koji rade na naizmenicnu struju , deo FN sistema ce biti i invertori koji pretvaraju jednosmernu u naizmenicnu struju. Ukoliko je FN sistem vezan za elektrodistributivnu mrezu, koriste se takozvani sprecijalni mrezni invertori koji omogucavaju sinhornizaciju FN sistema sa mrezom i vracanje elektricne energije nazad u mrezu . Tom prilikom mreza predstavlja medijum za skladistenje elektricne energije umesto akumulatora.To predstavlja najrasprostranjeniju primenu FN sistema u razvijenim zemljama danas. Visak energije koji se generise u autonomnim FN sistemima u toku suncanih perioda sakuplja se u akumulatorima, a neke nezavisne operacije, kao sto je na primer direktno pumpanje vode ili pokretanje drugih motora , ne zahtevaju koriscenje akumulatora. Voda se pumpa kada sija Sunce i direktno se skladisti u rezervoar koji se nalazi na visem nivou za kasnije ispumpavanje putem dejstva gravitacije. Drugi FN sistemi pretvaraju jednosmernu u naizmenicnu struju i visak elektricne struje ubrizgavaju u distributivnu elektricnu mrezu, dok iz mreze uzimaju u toku noci, kada nema sunceve svetlosti. Ovo je primer rada FN sistema povezanih sa distributivnom mrezom (naknadno ce biti prikazano na slici). Tri tipicne konfiguracije FN sistema su autonomni sistem, sistem povezan na mrezu i hibridni sistem. Autonomni i hibridni sistemi se upotrebljavaju samostalno , dakle nisu povezani za elektro-distributivnu mrezu i cesto se koriste u fizicki udaljenim oblastima. FN sistemi povezani sa elektrodistributivnom mrezom predstavljaju jedan od nacina da se izvrsi decentralizacija elektricne mreze. Elektricna energija se ovim sistemima generise blize lokacijama na kojima postoji potraznja , dakle ne samo putem termoelektrana, nukleranih elektrana ili velikih hidroelektrana. Tokom vremena ovi sistemi ce smanjiti potrebu za povecanjem kapaciteta prenosnih prenosnih i distributivnih vodova.

Slika 14. Tipican fotonaponski mrezno povezan sistem i mrezni invertori

8.4. Primene FN sistema

Fotonaponski sistemi su veoma raznovrsni : mogu biti manji od novcica i veci od fudbalskog igalista i mogu da obezbedjuju energiju za bilo koji uredjaj, od casovnika do citavih naselja .Uz jednostavnost rukovanja ovi faktori ih cine posebno privlacnim za sirok spektar primena. Nedavni porast proizvodnje FN celija uz niske cene otvorio je veliki broj trzista uz veliki broj razlicitih primena . Primene kao sto su osvetljenje, telekomunikacije, hladjenje, pumpanje vode, kao i obezbedjivanje elektricne energije za citava naselja , narocito u udaljenim oblastima , pokazale su se kao konkurentne i profitabilne u odnosu na vec postojece tehnologije. Uz to, pojavila se relativno nova primena ovih sistema sa izuzetno velikim potencijalom- fasadni fotonaponski sistemi (FFNS, ili engl.BIVP- building integrated photovoltaics).

8.5 Fasadni fotonaponski sistemi (FFNS)

Sve aktuelniji aspekat proizvodnje elektricne energije je i ocuvanje prirodne sredine u kojoj se energija generisei trosi.Solarna elektricna energija moze da doprinese energetskoj ponudi uz istovremenu pomoc u sprecavanju globalne promene klimatskih uslova. Priblizno 75% energije koja se koristi u razvijenom svetu trosi se u gradovima,

od cega se oko 40% trosi u zgradama. Fotonaponski sistemi mogu da se ugrade u skoro svaku gradjevinsku strukturu, od autobuskih cekalista do velikih poslovnih zgrada pa cak i u baste, parkove itd. Iako tacna prognoza fotonaponskog ucinka u zgradama zahteva pazljivu analizu razlicitih faktora kao sto su kolicina suncevog zracenja koje dolazi na povrsinu zgrade, stabilnost i kvalitet elektricnih instalacija, elektro-distributivne mreze itd., lako je shvatiti da ovakva tehnologija ima velike mogucnosti. Cak i u klimatskim uslovima koji se karakterisu osrednjom suncevom ozracenoscu , krov zgrade jednog domacinstva dovoljan je za postavljanje fotonaponskog sistema koji mu moze obezbediti dovoljno elektricne energije u toku cele godine. Fotonaponski moduli i generatori tradicionalno se postavljaju na specijalne potporne strukture, ali se mogu postaviti i na gradjevine, ili mogu da postanu integralni delovi zgrada (slika 15.). Upotreba fotonaponskih sistema moze znacajno da smanji potrosnju elektricne energije iz elektrana. Zgrade mogu da se pretvore u male proizvodjace ili distributere elektricne energije sto moze da bude od opste koristi. Ovo zahteva ne samo kolaboraciju i prisustvo visoko specijalizovanih strucnjaka u projektnom timu , vec i razmatranje osetljivih problema vezanih za njihove socijalne, ekonomske i energetske aspekte. Npr., fasada zgrade ne samo da mora da stiti od padavina i da regulise gubitke toplote, vec isto tako mora da regulise protok sunceve svetlosti, obezbedi zvucnu izolaciju , pruzi jednostavnost u odrzavanju , a isto tako mora da zadovoljava i arhitektonske i estetske kriterijume.

Slika 15. Primeri fasadnih fotonaponskih sistema

Posto fasadni fotonaponski moduli mogu da zamenjuju klasicne gradjevinske materijale , razlika u ceni, izmedju solarnih elemenata po jedinici povrsine fasadnog fotonaposnkog sistema, povezanog na distributivnu mrezu, skoro ista kao i cena

najkvalitetnijih materijala , kao sto su na primer mermer ili ukrasni kamen , tako da su dodatne koristi od FFNS prakticno besplatne.

9. Aktivni sistem za prenos toplote sunca

Slika 16.

Aktivni sistem za prenost toplote koristi elektricnu pumpu za cirkulaciju tecnosti, dok kod pasivnih sistema nema pumpe. Kolicina tople vode zavisi od vrste i velicine sistema, kolicine sunca , pravilne ugradnje, ugla nagiba,i orjentacije kolektora. Sunceva energija se preko crnog apsorbera solarnog kolektora konvertuje u toplotnu energiju koja moze da se koristi za trenutno zagrevanje ili da se sladisti za kasnije koriscenje. Toplotna energija se uz pomoc cirkulacije vode, antifriza ponekad i vazduha moze koristiti za razlicite potrebe (npr. obezbedjivanje tople vode za domacinstva i sportske centre, grejanje bazena , perionice...) Tipicni sistemi koji koriste aktivnu suncevu energiju za stvaranje tople vode za kucne potrebe koriste staklene kolektore koji se najcesce postavljaju na krov objekta i povezani su sa rezervoarom za vodu. Vazduh koji se upumpava u kolektore se zagreva uz pomoc sunca a zatim se tako zagrejan vraca u rezervoar gde zagreva vodu predajuci joj toplotu . Ovakvim sistemima mogu se postici temperature vode od 50 do 75 C a njihovom upotrebom se znacajno mogu smanjiti troskovi grejanja.

Slika 17. Koriscenje aktivne solarne energije za zagrevanje vazduha najcesce podrazumeva koriscenje zastakljenih kolektora za toplotu i toplotne transformatore tecnosti koja se cuva u rezervoaru. Toplota iz rezervoara se transformise u podni sistem za grejanje a zatim se pomocu ventilacionih sistema siri po prostoriji.

Slika 18.

S obzirom da se aktivni sistemi zasnivaju na mehanickim pomagalima kolektorima za vodu , vazduh i solarne celije , kao i sistemske regulacije , ventilacije i toplotnim pumpama , komplikovani su i skupi i zbog toga jos nisu usli u siroku primenu.

10.Pasivne solarne tehnike

Pasivne solarne tehnike za toplotne potrebe se zasnivaju na izboru materijala sa povoljnim toplotnim svojstvima i projektovanju prostora tako da bude najvise izlozen Suncu- orjentacija otvorenosti prema jugu i sto zatvorenija orjentacija prema severu zasticena od vetrova. Pasivne solarne tehnike ne koriste dodatnu mehanicku opremu osim uobicajenih gradjevinskih elemenata i materijala (zidovi, prozori, podovi, krovovi i drugi eksterni gradjevinski i bastenski elementi) da bi kontrolisale generisanje toplote koja se dobija od suncevog zracenja. Procesi pasivne tehnike se zasnivaju na spontanim prirodnim procesima ( nije potrebno ulaganje elektricne energije), sto znaci da je ova tehnologija 100% ekoloska i usavrsavana od prvih ljudskih naselja do danas. Pasivna solarna tehnika sa modernim materijalima, izolacijom i zaptivanjem daje odlicne rezultate a dopunjena aktivnom solarnom tehnologijom i autonomne sisteme koji su idealno resenje za kuce udaljene od naselja i infrastrukture.

Slika 19. Solarni grejaci sakupljaju i cuvaju toplotnu energiju koja je nastala direktno od suncevih zraka dok pasivno hladjenje minimizira efekte suncevih zraka, sakuplja ih, transformise i propusta kroz ventilacione sisteme.

10.1 Zagrevanje kuca pomocu vazdusnih kolektora

Slika 20.

Vazduh se u vazdusnom kolektoru tokom dana , pod dejstvo sunca, zagreva. Tako zagrejan vazduh prirodnom cirkulacijom prolazi kroz sljunak i zagreva ga, a rashladjen vazduh iz sljunka prelazi u kolektor pri cemu su otvori u podu unutar prostorije zatvoreni.

Slika 21. U toku noci ili zime, poklopci u sobi su otvoreni , a topao vazduh iz toplotnog skladista zagreva prostorije.

10.2 Staklena veranda

Masivni tamno obojeni zid (Trombov zid ) koji se nalazi iza staklene verande, apsorbuje prispelo suncevo zracenje. Kada se nocu ili zimi otvore gornji i donji otvori u zidu objekat se zagreva tako sto na gornji otvor ulazi topao vazduh a na donji izlazi hladan vazduh.

Slika 22.

Trombov zid se cesto koristi kod pasivnih solarnih tehnika za pretvaranje suncevog zracenja u toplotu. Naziv je dobio po izumitelju (Felix Tromb) a zamisljen je kao pasivni kolektor koji istovremeno sluzi za apsorbciju i akumulaciju toplote i kao telo za zagrevanje unutrasnjih prostorija. Trombov zid se obicno izradjuje od cigle ili betona , debljine 20-40 cm a moze biti izveden bez otvora i sa otvorima pri osnovi i vrhu zida. Ispred zida , na rastojanju 2-10 cm, postavlja se staklo. Nakon prolaska kroz staklo suncevo zracenje pada na Trombov zid i zagreva ga. Toplota se sa spoljasnje na unutrasnju stranu zida prenosi konduktivnim putem. Brzina prenosenja toplote kroz Trombov zid zavisi od materijala od koga je napravljen i njegove debljine.

Slika 23. Da nebi doslo do preteranog zagrevanja prostorija ispred ili iza Trombovog zida se postavljaju odgovarajuci toplotni zastori. Otvori za prolaz toplote u unutrasnjost su tokom leta zatvoreni. Za vreme ciklusa grejanja Trombov zid otpusta akumuliranu tolotu.

Slika 24.

10.3 Staklena veranda i podno skladiste toplote

Staklena veranda se postavlja na juznu fasadu i vrsi zahvat direktnog i difuzionog zracenja. U objektu postoje dve klimatske zone . Zona verande sa promenljivom temperaturom i zona prostorije sa stabilnom temperaturom. Podno skladiste je najcesce ispunjeno recnim sljunkom. Topao vazduh se iz prostora staklene verande pomocu ventilatora prenosi do sljunka ispod poda prostorije. Topao sljunak zracenjem zagreva prostoriju, dok hladan vazduh u toku noci odlazi u staklenu verandu.

Slika 25. Pasivno solarno grejanje i hladjenje predstavljaju veoma vaznu strategiju za izbacivanje tradicionalnih izvora energije iz zgrada i stanova. Ako su objekti pazljivo projektovani i izgradjeni sa namerom da iskoriste ovu vrstu energije, pasivne solarne tehnike mogu biti pouzdan izor solarne energije. Za dizajn elemenata pasivnog solarnog grejanja bitni su sledeci elementi: Raspored i medjusobno rastojanje zgrada , klimatsko meteoroloski ulovi, konfiguracija zemljista, podneblje i geografske karakteristike lokaliteta. Pravilna orijentacija objekta, odnosno orijentacija strane objekta na kojoj su prozori na jugu , odakle tokom citave dolazi najveca kolicina suncevog zracenja.

Slika 26.

Akumulacija energije u termalnim masama koje cine gradjevinski materijali velikog kapaciteta skladistenja toplote, kao sto su cigle, beton, zemlja ali i voda.Ovi materijali su najpogodniji za izradu grejnih elemenata solarnog sistema.

Slika 27. U toku dana u transparentnom vodnom zidu-transvolu, celom zapreminom apsorbuje toplotu a nocu je predaje unutrasnjosti. Transport toplote je konvekcijom a temperatura vode je ista po zapremini. Boja zidova i namestaja utice na zahvat suncevog zracenja , zidovi tamnijih boja vise apsorbuju suncevo zracenje od zidova svetlijih boja. U solarnoj arhitekturi pozeljni su i prihvatljivi obojeni zidovi sa koeficijentom apsorpcije 0.5-0.8. (0.91 tamnosiva, 0.90 crna uljana, 0.65 neobojeni beton, 0.74 crvena uljana , 0.30 mat bela, 0.74 tamnocrvena cigla , 0.6 tamna cigla, 0.91 crni beton). Prozori u solarnoj arhitekturi (jednostruki, dvostruki ili trostruki) zauzimaju 60-90% juzne fasade a velicina im zavisi od vrste i namene objekta odnosno prostorija na kojima se nalaze nadstresnice , mase zidova , toplotnih zastora. Savremene tehnologije nude prozore i stakla od posebnih materijala, ili su prekriveni specijalnim slojevima , koji omogucavaju vecu akumulaciju toplotne energije. Povecanje broja stakala neznatno smanjuje prolaz suncevog zracenja a znatno sprecava gubitke toplote. Odgovarajuci faktor je pregrevanje.

Slika 28. Nadstresnica (pokretne i nepokretne) treba da bude takvih dimenzija da u toku leta spreci a u toku zime omoguci prodor suncevog zracenja u objekat za stanovanje. Optimalni zahvat se postize sa pokretnim nadstresnicama.

Slika 29. Toplotni zastori se koriste za zastitu od pregrevanja i sprecavanje toplotnih gubitaka, pokretni su i nalaze se sa spoljasnje ili unutrasnje strane. Obicno su za sprecavanje pregrevanja svetliji i sa spoljasnje strane a za sprecavanje gubitaka obicno sa unutrasnje strane. U sirem kontekstu, za pasivni solarni sistem objekta nisu od uticaja samo arhitekta i izvodjac radova vec i urbanisticki plan gradnje u naselju , raspored i medjusobna udaljenost pojedinih zgrada, smerovi ulica u naselju u odnosu na dominantni pravac duvanja vetra, lokalne klimatsko-meteroloske pojedinosti, blizina mora, konfiguracija okolnog terena, blizina zagadjivaca itd.

Slika 30. Pasivni solarni koncept, dizajniran za dnevno svetlo, prikuplja prirodnu dnevnu svetlost i transformise je u elektricnu energiju koja moze da se koristi u domacinstvu. Koriscenje pasivnih solarnih tehnika podrazumeva jednostavnost, cenu i elegantan dizajn.

Slika 31.

10.4. Solarna energija za proizvodnju elektricne energije

Proizvodnja elektricne energije se ostvaruje pomocu: Solarnih kondenzacionih termoelektrana Fotonaponskih celija Solarna termoelektrana je tehnoloski sistem koji koristi energiju Sunca i u nekoliko faza je pretvara u elektricnu energiju. Prilikom proizvodnje elektricne energije u solarnim elektranama nema stetnih produkata, a efikasnost im je srazmerno dobra (20-40%) tako da predstavljaju znacajan potencijal za buducnost. Sistem solarne termo elektrane u principu cine: 1. Solarni kolektori sa selektivnim apsorberom 2. Sistem za distribuciju elektricne energije 3. Turbina sa kondenzatorom i isparivacem 4. Generator sa regulacijom napona 5. Rezervoar energije koji moze biti: Cisto toplotni (skladistenje na osnovu latentne toplote) Q=Vct=mct...(voda, glauberova so , kamen) Hemijski (reverzibilne hemijske reakcije) Termo-hemijski (izolovani kapaciteti vode i kristala) Mehanicki (zamajci velikih inercija).