среда, 27. јануар 2016.

Solarna energija

Kako funkcioniše solarna energija


Sunčeva energija je neiscrpni i obnovljivi izvor energije. Kada se solarni sistem jednom postavi i počne da proizvodi upotrebljivu energiju, energija je besplatna. Solarna energija takodje predstavlja čistu alternativnu energiju za raliku od fosilnih goriva koja zagadjuju okolinu, prete našem zdravlju i doprinose globalnom zagrevanju. Kao izuzetno bogat energetski izvor, solarna energija je energija budućnosti.

U širem smislu solarna energija omogućava život na planeti Zemlji i predstavlja osnovu gotovo svakoj energiji koju koristimo. Sunce podstiče biljke da rastu, koje kasnije možemo sagoreti kao "biomasu", ukoliko se biljna masa odstavi da truli u močvarama i pod zemljom na milion godina, stvara se ugalj i nafta. Sunčeva toplota prouzrokuje temperaturne razlike izmedju područja, proizvodeći vetar koji pokreće vetrenjače. Voda isparava zbog sunca, pada u vidu kiše, vraća se nazad u reke i mora a tokom svog kretanja pokreće hidroturbine. Medjutim izraz solarna energija obično se odnosi na direktno iskorišćenje sunčeve energije za generisanje toplote ili električne energije.


Sunce kao izvor energije


Količina sunčeve energije koja pada na Zemlju je ogromna. Sve rezerve uglja, nafte i prirodnog gasa zajedno jednake su sunčevoj  energiji koja do Zemlje dodje za 20 sunčanih dana. Izvan Zemljine atmosfere , sunčeva energija iznosi oko 1300W/m2. Oko jedne trećine ove svetlosti se reflektuje nazad u svemir, a deo se apsorbuje i u atmosferi.

Do trenutka kada dotakne Zemljinu površinu, sunčeva energija opadne na oko 1000W/m2 u podne po sunčanom danu bez oblaka. U proseku na čitavoj površini planete, za 24h tokom cele godine, svaki kvadratni metar sakupi energiju koja odgovara barelu nafte ili 4,2kWh energije svaki dan. Pustinje, sa veoma suvim vazduhom i malom pokrivenošću oblacima, primaju najviše sunca - više od 6kWh/m2 na dan. Sunčeva energija varira tokom godišnjih doba, neka područja dobijaju jako malo sunčeve svetlosti tokom zime. Treba obratiti pažnju da ovi podaci predstavljaju maksimalnu dostupnu sunčevu energiju koja se može iskoristiti, ali solarni paneli i solarni kolektori iskorišćavaju samo odredjeni deo ove energije, u zavisnosti od njihove efikasnosti.

Pasivna solarna energija


Jedan jednostavan, očigledan način iskorišćenja sunca je osvetljenje i grejanje naših zgrada. Domaćinstva i poslovni objekti potroše više od jedne trećine ukupne energetske potrošnje u USA. Ukoliko se pravilno dizajniraju, objekti mogu prihvatati sunčevu toplotu zimi a smanjiti prihvatanje leti, a pritom koristiti sunčevu svetlost za osvetljenje tokom cele godine. Objekti dizajnirani na taj način iskorišćavaju pasivnu solrnu energiju - resusrs koji je moguće iskoristiti bez primene bez mehaničkih sklopova kako bi se pomoglo u grejanju. hladjenju ili osvetljavanju objekta. Jednostavna podesavanja prilikom dizajna objekta poput pravilnog orijentisanja objekta ka jugu, postavljanja većine prozora na južnoj strani objekta, postavljanje svetlarnika, tendi i drveća koje će praviti senku predstavljaju tehnike za iskorišćenje pasivne solarne energije. Objekti dizajnirani sa posebnim osvrtom na iskorišćenje sunčeve energije mogu biti udobni i lepi prostori za živom i rad.

Solarni kolektori


Pored korišćenja dizajna samog objekta kako bi se iskoristila pasivna sunčeva energija, na objekte je moguće postaviti solarne kolektore koji aktivno sakupljaju i skladište solarnu energiju. Solarni kolektori, na primer, postavljaju se na krovove objekata kako bi sakupljali sunčevu energiju za grejanje prostorija, grejanje vode i hladjenje prostorija. Većina njih su velike ravne ploče ofarbane u crno iznutra i pokrivene staklom. Unutar ove ploče nalaze se cevi kroz koje protiče tečnost za transfer toplote. Ovako dizajnirani solarni kolektori se nazivaju pločasti solarni kolektori. Ranije smo pisali o tome kako rade pločasti solarni kolektori. Postoje i vakuumski solarni kolektori koji se sastoje iz niza staklenih vakuumskih cevi spojenih u jedan sabirnik, ovi solarni kolektori su značajno efikasniji od pločastih solarnih kolektora. Pogledajte i ranije postove o tome kako rade vakuumski solarni kolektori, kao i poredjenje pločastih i vakuumskih solarnih kolektora.

Iako čudno zvuči, toplota dobijena iz solarnih kolektora takodje može pokretati sistem za hladjenje. U isparivačima za isušivanje, toplota iz solarnih kolektora se koristi da izvuče vlažnost iz vazduha. Kada vazduh postane suvlji, on takodje postaje i hladniji. Topli vlažni vazduh se razdvaja od hladnog vazduha i izbacuje se napolje. Drugi pristup je apsorpcioni hladnjak. Solarna energija se koristi za zagrevnje sredstva za hladjenje pod pritiskom, kada se pritisak oslobodi, ono se širi, hladeći vazduh oko sebe. Na ovom principu rade konvencionalni frižideri i klima uredjaji, i ovo je posebno efikasan pristup za kuće i kancelarije jer je kućama i kancelarijama hladjenje potrebnoi tokom dana kada ima sunca. Solarni kolektori se mogu iskoristiti i za grejanje bazena.

Izrael zahteva da sve nove kuće i apartmani koriste solarne kolektore za zagrevanje vode, i 92% postojećih domova na Kipru već koriste solarne kolektore za grejanje vode.

Koncentrirajući solarni kolektori


Korišćenjem ogledala i sočiva kako bi se sakupili sunčevi zraci, sistemi za solano grejanje mogu postići veoma visoke temperature čak i do 3000 stepeni. Ova toplota se može iskoristiti u industrijskim procesima ili za proizvodnju električne energije. Jedna od najvećih koristi velikih solarnih sistema za grejanje je mogućnost skladištenja sunčeve toplotne energije za kasnije korišćenje, koja omogućava proizvodnju električne energije čak i kada sunce više ne sija. Pravilno dimenzionisani sistemi za skladištenje, mogu transformisati solarnu elektranu u konstantnog snadbevača električnom energijom. Solarne elektrane bazirane na koncentrirajućim solarnim kolektorima biće u mogućnosti da se po proizvodnji električne energije takmiče sa velikim termo i nuklearnim elektranama.

Koncentrirajući solarni kolektori imaju tri glavna dizajna: parabolično korito, parabolicni
tanjir i centralni prijemnik.

Najčešći je parabolično korito, dugo zaobljeno ogledalo koje usmerava sunčevu svetlost na tečnost koja je u cevi koja se prostire paralelno sa ogledalom. Tečnost, na otprilike 300 stepeni, odlazi na centralni kolektor, gde proizvodi vodenu paru koja pokreće električnu turbinu.

Parabolični tanjir je po dizajnu sličan paraboličnom koritu, ali fokusira sunčevu svetlost u jednu tačku. Parabolični tanjiri proizvode mnogo veće temperature, i zbog toga bi u teoriji trebalo da proizvode električnu energiju mnogo efikasnije.

Obećavajuća varijanta paraboličnog tanjira koristi sterlingov motor za proizvodnju energije. Nasuprot automobilskog motora sa unutrašnjim sagorevanjem, u kom benzin sagoreva unutar motora i proizvodi toplotu koja prouzrokuje da se vazduh unutar motora širi i potiskuje klipove napolje, sterlingov motor proizvodi toplotu tako što ogledala reflektuju sunčevu svetlost na spoljašnost motora.

Treći tip koncentrirajućih solarnih kolektora je centralni prijemnik. Jedna ovakva solarna elektrana u Kaliforniji ima "energetski toranj" dizajniran tako da ogledala sa 17 jutara zemlje usmeravaju sunčevu svetlost na vrh ovog tornja od 80 metara. Ova intenzivna toplota kuva vodu, proizvodeći vodenu paru koja pokreće 10MW-ni generator koji se nalazi u osnovi tornja. Prva verzija ovog postrojenja, Solar One, radila je od 1982 do 1988 godine ali je imala dosta problema u radu. Rekonstruisana je u Solar Two tokom ranih 90tih godina, postrojenje uspešno demonstrira mogućnost i način da se solarna energija sakupi i sačuva na efikasan način. Uspeh solarne elektrane Solar Two otvorio je vrata daljem razvoju ove tehnologije.

Do današnjeg dana solarni kolektori dizajnirani kao parabolični tanjir  imali su najveći komercijalni uspeh od sve tri vrste koncentrirajućih solarnih kolektora. U najvećoj meri na ovaj uspeh paraboličnih tanjira uticala je izgradnja devet solarnih elektrana izgradjenih u M ojave pustinji od 1985 do 1991 godine. Sa rasponom od 14 do 80MW i sa zajedničkim kapacitetom od 354MW, svaka od ovih elektrana i dalje radi efikasno.

Solarni paneli


1839-te godine, Francuski naučnik Edmund Becquerel otkrio je da odredjeni materijali proizvesti električnu varnicu kada su izloženi svetlosti. Ovaj fotonaponski efekat iskorišćen je za izgradnju primitivne solarne ćelije od selenijuma kasnih 1880-tih godina. Tokom 1950-tih, naučnici u Bell laboratorijama ponovo su proučavali ovu tehnologiju i, koristeći silicijum, proizveli solarne ćelije koje su mogle 4% sunčeve energije konvertovati u električnu energiju. U roku od par godina, ove fotonaponske ćelije snadbevale su energijom svemirske letelice i satelite.

Najvažnije komponente fotonaponske ćelije su dva sloja poluprovodnog materijala uglavnom sastavljenih od kristala silicijuma. U jednom od prethodnih postova pisali smo o tome kako rade solarni paneli. Tri glavne vrste solarnih ćelija od silikona su: monokristalna ćelija, polikristalna ćelija i amorfna ćelija. Amorfni solarni paneli imaju malu efikasnost oko 5%, na tržištu su najzastupljeniji mokokristalni i polikristalni solarni paneli. Ukoliko vas zanima poredjenje ove dve vrste solarnih panela pročitajte naš post o razlikama izmedju monokristalnih i polikristalnih solarnih panela.

Čitav spektar egzotičnih materijala se ispituju kao eventalna zamena za silicijum u proizvodnji solarnih panela. Ovi materijali nude veću efikasnost i neke druge zanimljive osobine, uključujući i mogućnost proizvodnje amorfnih solarnih ćelija koje su osetljive na različite delove svetlosnog spektra. Redjanjem ćelija u više slojeva, mogle bi uhvatiti veći deo dostupne svetlosti. Iako amorfni solarni paneli od silicijuma imaju udeo u prodaji od svega 5% na globalnom tržištu, ova tehnologija najviše obećava po pitanju budućeg smanjenja cena i rasta prodaje.

Tokom 1970-tih, počelo se sa ozbiljnim radom kako bi se proizveli solarni paneli koji bi mogli da isporče jeftiniju solarnu energiju. Eksperimentisanjem sa novim materijalima i tehnologijama proizvodnje, proizvodjači solarnih panela uspeli su da brzo snize cenu solarnih panela.

Jedan od načina smanjenja cene proizvodnje solarne električne energije je da se poveća efikasnost ćelija, na taj način se dobija više snage za isti novac. Drugi pristup je da se smanje troškovi proizvodnje, koristeći manje novca da se proizvede ista količina snage. Treći pristup je smanjenje troškova ostatka sistema. Novi procesi proizvodnje i dizajni se konstantno pojavljuju na tržištu i pomažu smanjenju cena.

Istorijski gledano, većina solarnih panela se koristi za svrhe samostalnih fotonaponskih sistema, snadbevajući električnom energijom udaljena domaćinstva, predajnike mobilnih operatera, znakove pored puta, vodene pumpe, i milione solarnih satova i digitrona. Razvijene države vide solarne panele kao način da se izbegne izgradnja dugih i skipih dalekovoda  do udaljenih lokacija. Pogledajte našu ponudu samostalnih fotonaponskih sistema.

U novije vreme zahvaljujući sve nižim cenama solarnih panela, jakim inicijativama, i naprednim sistemima za merenje potrosnje el. energije solarni paneli su počeli sve više da se ugradjuju u mrežno povezane solarne sisteme i tako postaju sve zastupljeniji u domaćinstvima, kancelarijama i ostalim  objektima koji su već priključeni na elektrodistributivnu mrežu. Na nekim lokacijama, jeftinije je za elektrodistribuciju da ugradi solarne panele nego da nadogradi postojeću infrastrukturu kako bi ispunila povećanu potrebu za elektičnom energijom. U 2005-toj godini, po prvi put, postavljen je mrežno povezni solarni sistem u USA. Kako tržište solarnih panela nastavlja da raste, nastavlja da raste i trend ugradjivanja mrežno povezanih solarnih sistema. Ukoliko ste VI zainteresovani za ugradnju mrežnog solarnog sistema pogledajte našu ponudu istih.

Budućnost solarne energije


Solarne tehnologije su spremne za značajan rast u 21 veku. Sve više i više arhitekta i preduzimača prepoznaju vrednost pasivne solarne energije i uče kako efikasno da je primene prilikom dizajniranja objekata. Solarni sistemi za grejanje vode se mogu ekonomski takmičiti sa konvencionalnim sistemima, a eventualne poreske olakšice koje neke države daju ih čine još pristupačnijim. A kako cene solarnih panela nastavljaju da padaju, ugradnja solarnih panela na većim projektima se tek očekuje.

Agresivna finansijska inicijativa u Nemačkoj i Japanu načinila je ove države globalnim liderima u primeni solarne energije.

Kako solarna industrija nastavlja da raste, biće povremenih uspona i padova. Na primer, tokom  2007-me i 2008-me godine, potrebe za proizvodnjom kvalitetnog silicijuma dovela je to kratke nestašice istog što je dovelo do privremenog rasta cena solarnih panela. Takodje, postojali su i manji problemi za mrežno povezane solarne sisteme oko povezivanja na elektordistributivnu mrežu. Ali svi ovi problemi su rešivi, i solarna energija bi mogla igrati veću ulogu u ukupnoj proizvodnji električne energije i većoj energetskoj nezavisnosti. Takodje solarna energija smanjuje zavisnost od fosilnih goriva, smanuje se zagadjenje vazduha i tako se bori protiv globalnog zagrevanja.