49f0f-Energija Suncevog Zracenja

7/31/2019 49f0f-Energija Suncevog Zracenja

1/16

ENERGIJA SUNEVOG ZRAENJA

1.Pasivan zahvat

2. Aktivna solarna tehnika - solarne ploe i paneli

3. Solarna industrijska postrojenja

4. Teorija

PASIVAN SOLARNI ZAHVAT

Termin pasivne tehnike oznaava da nije potrebno ulaganje elektrineenergije,a procesi se zasnivaju na spontanim prirodnim procesima.To znai da je ova tehnologija 100% ekoloka i usavravana od prvihljudskih naselja do danas.Upravo zato nju i propagiramo iako postoji i aktivna solarna tehnika.U kombinaciji sa modernim zaptivanjem, izolacijama i materijalimapredstavljena pasivna solarna tehnika daje savrene rezultate, a ako jedopunite sa aktivnom solarnom tehnologijom dobijate autonomnesisteme, idealno reenje za kue daleko od naselja i infrastrukture.

Zagrevanje kua pomou vazdunih kolektora

Princip zagrevanja kuca pomou vazdunih kolektora prikazan je naslikama.


2/16

U toku dana zagrejani vazduh iz vazdunih kolektora prirodnomcirkulacijom prelazi u ljunak i zagreva ga, a rashlaeni vazduh izljunka prelazi u kolektor.Pritom su otvori na podu unutar sobe zatvoreni.

U toku noi ili zime, poklopci u sobi su otvoreni, pa topao vazduh iztoplotnog skladita zagreva prostorije kue.

Staklena veranda

Korienje staklene verande kao sastavnog dela stambenog objektapoznato je od davnina.Staklena veranda kao nezaobilazan deo solarne arhitekture postavlja sena junu stranu zgrade.Pomou staklene verande se vri zahvat direktnog i difuznog sunevogzraenja.Pasivan zahvat sunevog zraenja pomou staklene verande i


3/16

Trombovog zida prikazan je na slici.Obino se iza staklene verande nalazi masivan, tamno obojen zid kojiapsorbuje prispelo sunevo zraenje.Nou ili zimi se otvaraju gornji i donji otvor na zidu ipreko gornjeg u kuu ulazi topao vazduh, a na donji izlazi hladan i kuase zagreva.

Staklena verandai podno skladite toplote

Kao podno skladite toplote najee se koristi reni ljunak koji sedeponuje ispod poda kue.Popreni presek kue sa staklenom verandom i podnim skladitem

toplote.Topao vazduh se iz staklene verande pomou ventilatora prenosi doljunka ispod poda prostorije.Topao ljunak zraenjem zagreva prostoriju, dok hladan vazduh izljunka u toku noi odlazi u staklenu verandu.

Vodeni zid

U svetu se pokuava da se umesto Trombovog zida koristi


4/16

transparentni vodeni zid poznat pod nazivom transvol.ematski prikaz vodenog zida kao apsorbera sunevog zraenja iskladita toplote dat je na slici.U toku dana voda celom zapreminom apsorbuje sunevo zraenje, dok

je u toku noi zraenjem predaje unutranjosti kue.

Malo detaljnije za zainteresovane

PASIVAN ZAHVATOsnovni elementi pasivne solarne arhitekture su:pravilna orijentacija zgrade, nadstrenica, prozori, toplotni zastori, bojazidova i nametaja, Trombov zid, vodeni zid, staklena veranda, podnoskladite loplote itd.

Orijentacija zgradeKod direktnog zahvata sunevog zraenja fasadu zgrade trebaorijentisatiprema jugu sa moguim odstupanjem od 20 prema istoku i 30 premazapadu.Za navedena odstupanja zgrada e primiti do 10% manje energije odenergijekoju bi primila kada bi bila orijentisana strogo prema jugu.Odstupanje za 45 stepeni od juga ne umanjuje zahvaenu energiju vieod 20%.

NadstrenicaNadstrenica treba da bude takvih dimenzija da u toku leta sprei, a utoku zime omogui prodor sunevog zraenja u objekat za stanovanje.Koriste se nepokretne i pokretne nadstrenice.Sa pokretnim nadstrenicama moe da se postigne optimalni zahvatsunevog zraenja u toku cele godine.


5/16

1) sunevi zraci 22. decembra,2) sunevi zraci /8. marta i 21. septembra,3) sunevi zraci 21. juna

Ugao upada sunevog zraenja u objekat za stanovanje zavisi odgeografskog poloaja mesta u kome se objekat nalazi, godinjeg doba idnevnog kretanja Sunca.Dimenzije nadstrenice za naa podruja zavise od upadnog uglasunevog zraenja 21. juna i 22. decembra, kao to se moe videti naslici.

ProzoriU solarnoj arhitekturi prozori zauzimaju 60-90% june fasade objekta za

stanovanje. Veliina prozora zavisi od vrste i namene objekta, odnosnoprostorija na kojima se nalaze, veliine nadstrenice, mase zidova,

toplotnih zastora itd.Ograniavajui faktor prilikom dimenzionisanja prozora predstavljamogue pregrevanje prostorija pod dejstvom sunevog zraenja.

Vertikalni krovni prozori


6/16

Broj stakala na prozorima zavisi od klimatskih uslova u kojima se nalazidati objekat.Na primer u primorju su dovoljni jednostruki prozori, u kontinentalnimdelovima dvostruki, a u severnim delovima trostruki.U solarnoj arhitekturi se pored prozora koriste i krovni prozori razliitihoblika, dimenzija i poloaja.Sunevo zraenje koje je prolo kroz vertikalne krovne prozoreapsorbuje se na unutranjim stranama zidova kue.U toku noi dolazi do oslobaanja apsorbovane toplote i zagrevanjavazduha u kui.Poveanje broja stakala na prozorima neznatno smanjuje prolazsunevog zraenja, a u znatnoj meri spreava toplotne gubitke iz,prostorija.

Toplotni zastoriToplotni zastori se koriste za zatitu od pregrevanja i za spreavanjetoplotnih gubitaka iz, prostorija. Toplotni zastori su pokretni i mogu dase nalaze sa unutranje ili spoljanje strane prozora. Toplotni zastori zaspreavanje pregrevanja svetlije su boje i efikasniji su ukoliko se nalazesa spoljanje strane prozora. Toplotni zastori za spreavanje toplotnihgubitaka obino se nalaze sa unutranje strane prozora.

Boje zidova i nametajaNa zahvat sunevog zraenja utie boja zidova, zidovi tamnijih boja vie

apsorbuju sunevo zra

enje od zidova svetlijih boja.U solarnoj arhitekturi prihvatljivi su obojeni zidovi sa koeficijentom

apsorpcije od 0,5 -0,8.

Materijala

Koeficijentapsorpcije

Crni beton 0,91

Neobojen beton 0,65

Svetlija cigla 0,60

Tamnocrvenacigla

0,74

Mat bela boja 0,30

Sjajna bela boja 0,25

Tamnosiva boja 0,91

Crna uljana boja 0,90


7/16

Crvena uljanaboja

0,74

Koeficijent apsorpcije sunevog zraenja za razliite materijale.

Pored zidova sunevo zraenje pada i na nametaj u prostorijama.Pri direktnom upadu sunevog zraenja, nametaj se vie zagreva odzidova, jer za istu povrinu ima manju masu, tako da doprinosipoveanju temperature u prostorijama.U praksi se pokazalo da je sa stanovita solarne arhitekture dozvoljenoda nametaj apsorbuje 20-30% upadnog sunevog zraenja.

Trombov zidU mestu Odeju u Pirinejima (Francuska) Felix Tromb je 1965. godinesagradio kuu sa tamnim zidom na junoj strani, koji je po njemu dobionaziv Trombov zid.Pomou ovog zida Tromb je demonstrirao mogunost efikasne pasivnetoplotne konverzije sunevog zraenja. Zid je istovremeno sluio kaoapsorber, kao skladite toplote i kao grejno telo za zagrevanjeunutranjih prostorija.Trombov zid se obino izrauje 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 sunevo zra

enje pada na Trombov zid izagreva ga.

Toplota se sa spoljanje na unutranju stranu zida prenosi konduktivnimputem.Brzina prenoenja toplote kroz Trombov zid zavisi od materijala od koga

je napravljen i njegove debljine.


8/16

.Popreni presek kue sa Trombovim zidom:1) dvostruka stakla, 2) vazduni prostor, 3) odzrani ventil, 4) Trombovzid, 5) hladan vazduh, 6) topao vazduh, 7) toplotno izolovan pod.

Trombov zid bez otvora za cirkulaciju vazduha:l) prednje staklo, 2) unutranje staklo, 3) Trombov zid

U cilju spreavanja preteranog zagrevanja prostorija ispred ili izaTrombovog zida postavljaju se odgovarajui toplotni zastori, kao to se

moe videti na slikama


9/16

.Trombov zid sa unutranjim zastorom:1) prednje staklo, 2) unutranje staklo,

3) unutranji zastor

Trombov zid sa spoljanjim zastorom1) prednje staklo, 2) unutranje staklo,3) unutranji zastor


10/16

2. AKTIVNA SOLARNA OPREMA

Mogunosti transformacijeU pricipu postoje dve mogunosti za energetsko iskoriavanjeSunevog zraenja:

1) pretvaranje solarne energije u toplotnu i

2) direktno pretvaranje u el.energiju.

1. FOTONAPONSKE ELIJE slue za direktno pretvaranje solarneenergije u elektrinu sa veoma malim stepenom korisnog dejstva. One

rade na pricipu fotoelektrinog efekta. Vrlo tanke plo

ice kristalasilicijuma sa primesom arsena izloeni zraenju Sunca ponaaju se kao

puluprovodniki spoj. estice svetlosti, fotoni, atomima silicijuma izbijajuelektrone i kao rezultat imamo da se na jednoj strani poluprovodnikogspoja stvara viak negativnog, a na drugoj viak pozitivnognaelektrisanja usled ega imamo protok struje.

Velika mana je nizak stepen iskorienja (oko 15%). Druga mana je tzv.niska energetska isplativost. Naime, izrada ovih elija zahtevaspecifino veliki utroak energetski najskupljih materijala (Al,Si,Cu) takoda je vreme vraanja uloene energije oko 20 godina. Ako je vekovakvih ureaja manji od 20 godina ne moemo tvrditi da je ovoobnovljivi izvor energije.

Njih ima smisla koristiti samo tamo gde je to jedini nain zasnadbevanje el.energijom nekih izolovanih, vanih i skupih ureaja, kaoto su kosmiki brodovi, geostacionarni sateliti ili udaljene metorolokestanice, to se i upravo ini. Fotonaponske elije proizvode se tokomposlednjih decenija, zbog reavanja energetskih problema kosmikihprograma, te se njihova cena smanjivala i sada iznosi oko 10 USD/W.

PRIMENA U DOMAINSTVIMANa ovaj nain je mogue obezbediti struju u objektima ili ureajima gde


11/16

nije dostupna elektrina energija iz elektrine mtree. To su najeevikendice ili kue u nepristupanim mestima, plovni objekti, karavankuice kao i razni telekomunikacioni ili ureaji na planinskim vrhovima ilisignalni ureaji du puteva.Standardne komponente fotonaponskih sistema su fotonaponski moduli,kontroleri punjenja akumulatora, akumulatori, provodnici i noseisistemi. U primenama gde je potrebno da se obezbedi napajanjeelektrinom energijom napona 220 V koristi se ureaj koji se zoveinvertor i koji pretvara jednosmernu struju iz akumulatora u naizmeninuodgovarajueg napona.Jedan fotonaponski modul je sastavljen od vie elija i najeeobezbeuje napon od 12 ili 24 V, snaga mu je od 10 do 150 W. Modulima snagu od 100 W i napon od 12 V a dimenzije su mu 58 x 132 cm.Broj modula i kapacitet akumulatora se odreuju prema potrebamapotroaa koji e se prikljuiti na fotonaponski sistem.Koristiti kompakt fluo svetiljke snage 7 i 11 W koje rade na

jednosmernom naponu od 12 V a prikljuuju se pomou standardnogsijalinog grla tipa E27. Za manje zahteve postoje i friideri zapreminedo 40 litara sa napajanjem od 12 V. Ukoliko elite da koristite postojeifriider koji je predvien za rad na 220 V onda je potreban invertorodgovarajue snage da bi to omoguio. U tom sluaju obino se pravicela elektrina mrea da radi na 220 V i koriste se kompakt fluo tedljivesijalice jer je potrebno da vodite rauna o svakom potroau.Regulatori koji vode rauna o punjenju akumulatora iz fotonaponskihelija i o potronji struje kao i o stanju akumulatora proizvode se zastruje od 6 do 30 A. Dobijena elektrina energija iz sunanih elija

akumulira se u olovnim akumulatorima sa elektrolitom u obliku gela jersu oni predvieni da rade u reimu dubokog pranjenja za razliku odakumulatora koji se koriste u automobilima.

Potraite:o Projektovanje fotonaponskih sisitemao Vie tipova fotonaponskih modula i regulatora,o elatinske akumulatore kapaciteta od 20 do 120 Ah

o Fluorescentne sijalice snage 7 i 12 W za napone12 ili 24 Vo Sinusne pretvarae jednosmernog napona 12 V i24 V u 220 V ACo Integraciju sistema sa napajanjem iz agregata ilivetrogeneratorao Montau opreme i putanje u pogon


12/16

2. SOLARNI KOLEKTORI:materijali koji imaju osobine crnog tela (potpuno apsorbuju sunevuenergiju) pogodni su za izgradnju kolektora. Oni se mogu postavljati nakrov (kao krovni pokriva), fasadu ili noseu konstrukciju. Stepenkorisnog dejstva pri pretvaranju solarne energije u toplotnu je od 60 do70%. Sastavni delovi kolektora su: kuite (od Al profila), termoizolacija(mineralna vuna debljine 50mm), apsorber (od Al lemela kroz koje suprovuene bakarne cevi), stakleni pokriva debljine 4mm i ram kolektora(od Al profila). Ovo su neki teh. podaci solarnog kolektora NAIS 80 firmeNisal iz Nia.

U sistemima za iskoriavanje suneve energije razlikujemo dvacirkulaciona kruga: primarni i sekundarni. U primarnom krugu, toplotaapsorbovana u apsorberu kolektora se prenosi do izmenjivaa toploteIT. Prenosilac toplote u primarnom krugu je najee smea vode sa30-40% etilenglikola. U sekundarnom krugu se preko IT toplota predajeakumulatoru toplote, a odatle posredno ili direktno potroau, kao toplasanitarna voda ili voda za grejanje prostorija. Na slici 3.5.1.1 je prikazan

jednostavan sistem za grejanje i pripremu tople vode.

Meutim, moramo imati dodatni sistem za grejanje i toplu vodu, jersolarna energija nou i zimi ne moe zadovoljiti nae potrebe.Ugradnjom kolektora u startu imamo dodatne investicije, ali kasnijetedimo novac za gorivo ili el.energiju.

Tip kolektora izgleda ravne ploe proizvodi nie temperature i manje el.energije, dok vakumski model ima specijalna koncentrujua ogledala imnogo je efikasniji!Cene su okvirno od 100 eura pa do 400 eura po komadu u Srbiji. Uinostranstvu su znatno jeftinije.


13/16

Konceptualno razliite vrste kolektora (efikasniji od ravne ploe)

Za grejanje stana od 60m2 na solarnu energiju potrebne su investicije

od 1 do 1.5 hiljada , a za toplu vodu oko 500 . Za grejanje tople vodesistem se isplati za 2 godine. Procene su da bi solarna energija moglapodmiriti oko 5% energetskih potreba nae zemlje. Leti bi moglaobezbediti 80% potreba za toplom vodom, a zimi izmeu 35 i 50%.Sistemi za grejanje i toplu vodu mogli bi obezbediti 35% potreba usevernoj i centralnoj Evropi, oko 50% juno od Alpa, a na jugu Evropeak 70%. Prema predvianjima ukupna povrina kolektora u EU dostiie 2010. cifru od 75 miliona km2, a u zemljama Evrope van EU jo 40miliona km2. To znai da sadanja godinja prodaja treba da seudesetostrui, to odgovara ciframa od 2.5 milijarde godinje.

KOMERCIJALNA UPOTREBASOLARNE ENERGIJE - malo teorije

Izvor: ETF Beograd

Veina oblika energije nastala je ili nastaje delovanjem zraenja Sunca,npr. fosilna goriva su akumulisana energija zraenja Sunca koja sudola do Zemlje pre milion godina.Kada govorimo o energiji zraenja Sunca podrazumeva se njegovoiskorienje u trenutku kada doe do Zemlje, to je neposrednoiskoriavanje zraenja Sunca.


14/16

Dotok energije Sunevim zraenjem naziva se solarna konstanta, kojaje 1400W/m2 pri srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca, uz upadni ugaood 90 stepeni zanemarujui delovanje atmosferske apsorpcije. Priprolasku kroz atmosferu deo energije se troi u sloenim procesima, adeo se reflekuje i reemituje u svemir. Taj deo iznosi oko 1/3 energijekoja je dospela na rub atmosfere, pa dotok energije do povrine Zemljeiznosi proseno 920W/m2. Ako je projekcija povrine Zemlje 127.106km2, dotok energije iznosi 117400TW. Zbog rotacije Zemlje ta seenergija rasporeuje po celoj povrini Zemlje (510.1.106 km2), pa jeproseni dotok energije 230W/m2, odnosno 5.52kWh/m2 dnevno. Tosu, naravno prosene vrednosti, a stvarne zavise od geografske irine,dela dana, pojave oblaka, zagaenja itd.

Energija zraenja Sunca koja dolazi do Zemljine povrine iznosi, dakle,oko 109TWh (8.6.1013toe) godinje. Ta je energija oko 170 puta veanego energija u ukupnim rezervama uglja u svetu. To je ogromnienergetski izvor kojim se mogu zadovoljiti energetske potrebe za veomadugo vreme.

Energija zraenja koja dopire do povrine Zemlje zavisi u prvom redu odtrajanja insolacije (trajanja sijanja Sunca, odnosno o vremenu kroz kojese Sunce nalazi iznad horizonta). Trajanje insolacije zavisi odgeografske irine i o godinjeg doba.Razlika izmeu vremena izlaska i vremena zalaska Sunca daje vremetrajanja insolacije kojoj je izloena horizontalna i nezatiena povrina.Ono iznosi za nau zemlju oko 15h leti i oko 9h zimi. Stvarno trajanjeinsolacije je znatno krae zbog pojave oblaka i magle, ali i zbog stanjaatmosfere na posmatranom podruju (zagaenost).Ona se razlikuje za povrine koje su postavljene horizontalno,vertikalno, ili pod nekim uglom u odnusu na povrinu Zemlje.Npr. realno trajanje insolacije za Beograd (na horizontalnu povrinu)iznosi 2071h godinje, od toga 70.5% u periodu od aprila do septembrameseca i 29.5% u periodu od oktobra do marta. Za Podgoricu je tovreme 2442h.

Ipak, dotok energije Sunevog zraenja nije proporcionalan trajanjuinsolacije. Naime, deo energije se gubi prolaenjem kroz atmosferuzbog apsorpcije kiseonika, ozona i ugljen dioksida. Gubitak je vei to jeSunce blie horizontu. Osim toga, energija zraenja se u prolazu krozatmosferu raspruje, a najvei gubitak je neposredno nakon zalaskaSunca. Deo rasprene energije ipak doe do povrine Zemlje(oko 50%).Prema tome, ukupno zraenje koje doe do povrine Zemlje sastoji se


15/16

od neposrednog i difuzionog zraenja koje je deo rasprene energijezraenja. Zbog svega toga snaga zraenja koja doe na povrinu, akoja bi se mogla energetski iskoriavati, znatno se menja tokom dana,a njene promene zavise od godinjeg doba i poloaja obasjanepovrine.

Veoma se esto energija zraenja prikazuje kao energija koja doe dopovrine Zemlje tokom dana, naravno za vreme trajanja isolacije. Taenergija zavisi i od stanja oblanosti i osobina atmosfere, ali je poeljnopoznavati i potencijalnu energiju zraenja. To je maksimalna energijakoja doe do povrine kroz suvu i vlanu atmosferu. Ona zavisi i odgeografske irine i nadmorske visine. Ona postaje sve manja sasmanjenjem nadmorske visine i poveanjem geografske irine. Nageografskoj irini od 43 stepena pot. energija iznosi oko 2500kWh/m2godinje, a na geografskoj irini od 46 stepena oko 2400kWh/m2godinje.

Stvarna energija zraenja koja doe do povrine znatno je manja odpotencijalne zbog pojave oblaka, vlage i zagaenosti atmosfere. U Srbiji

je ona u proseku oko 3.5kWh/m2 na dan, a u primoriju Crne Gore oko4kWh/m2 dnevno.

Sve ovo pokazuje veliku promenljivost snage zraenja. Ipak, te supromene laganije od promena snage vetra i one se mogu s veom ilimanjom tanou predviditi, jer je poznat ritam pojava (izlazak i zalazakSunca). Intezitet zraenja koje nam stoji na raspolaganju ne moemopredviditi s veom sigurnou. Kao izvor energije Sunevo zraenje jepovoljnije od vetra s obzirom na predvidivost pojave, ali je nepovoljnije sobzirom na to da zraenja nema u toku noi, i da je manje intezivnotokom zime kada je potronja energije najvea. Postrojenja mogu raditisamo u toku dnevnog ciklusa, to se ne poklapa sa ritmom potranjeenergije. Moraju se graditi dodatna postrojenja ili osigurati akumulacijuenergije pomou koje bi vrili snabdevanje potroaa nou.

VELIKI POTROAISOLARNE ELEKTRANE: u njima vrimo posrednu konverziju energijeSunca u el.energiju;energija Sunca-->koncentracija toplotne energije na radni medij-->stvaranje pare-->meh.energija u parnoj turbini--> el.energija.


16/16

Primenom ogledala koncentriemo energiju Sunca na kolektor kako bizagrejali radni medij u njemu. Ako na taj nain postiemo temperaturemanje od 100C, tada se u izmenjivau toplote koristi freon, koji isparavai pokree turbinu. Ako postiemo znatno vee temperature, tada se u ITpredaje toplota vodi, koja se pretvara u paru, koja pokree parnuturbinu.

Postoje dva sistema za solarne elektrane (SE):

za manje SE: DCS-Distributed Collectors System, kod kojegradni medij tee kroz cevi oko kojih su postavljenaparabolina ogledala, koja fokusiraju zrake na cev,prenosei na taj nain toplotu na radni medij

za vee SE: CRS-Central Reciver System, sa centralnimprijemnikom, na koga se ogledalima prenosi celokupna

energija.

Ovakvu SE odlikuje centralni stub (vii od 100m), na kome se nalazikotao-kolektor toplote. Oko stuba su rasporeena ogledala (heliostati),iji se poloaj stalno kompjuterski koriguje, tako da bez obzira napromenu poloaja Sunca tokom dana, uvek reflektuju zrake na vrhtornja. Zagrejan medij (mineralna ulja ili teni natrijum) dovodi se prekoakumulatora toplote do razmenjivaa, u kome se generie para kojapokree turbinu.

Najvea CRS elektrana u svetu je SE "Solar one", u Kaliforniji snage10MW. Trokovi izgradnje iznosili su 142miliona USD, to dajespecifine investicije od 14.2USD/W, to je oko 15 puta skuplje odklasinih elektrana. Ako uzmemo u obzir da su to spec. investicije vrnesnage dolazimo do zakljuka da je cena desetak puta via od ceneklasine elektrane. Interesantan je podatak da 20 ekipa od po 20 ljudineprekidno isti ogledala kako bi SE mogla nesmetano da radi.

Specifini utroak kljunih materijala (elik i beton) je 20 do 30 puta veinego u sluaju TE. Ako bi izraunali energiju koja se mora utroiti zadobijanje materijala ugraenih u SE dolazi se do zakljuka da je vremevraanja energije oko 15 godina. Jo jedan problem je i ogromni prostorkoji zauzimaju ogledala, pa ako bi se takva SE gradila na nekomproduktivnom prostoru, ne bi bila mogua bilo kakva produkcijabioenergije.

49f0f-Energija Suncevog Zracenja

Documents

Transcript of 49f0f-Energija Suncevog Zracenja