Sunčeva energija

Karta Sunčevog zračenja u Evropi

Sunce kao fuzjski reaktor svake sekunde pretvori oko 600 miliona tona hidrogena u helij pri čemu oslobodi ogromnu količinu energije koju pošalje u Svemir u vidu elektromagnetnog, svjetlosnog, toplotnog, rentgenskog i drugih vidova zračenja. Od ukupno 3,8×10²⁶ W energije koju Sunce zrači u kosmos,Zemlja primi 1,7 ×10¹⁷ W. Oko 30% primljene energije Zemlja reflektuje nazad u kosmos, oko 47% zadrži kao u toplotu, oko 23% ide na proces kruženja vode u prirodi dok se ostatak „potroši“ na fotosintezu.

Različiti su interesi za eksploataciju sunčeve energije. U hladnijim krajevima ona se koristi za grijanje prostora i dobijanje tople vode te dobijanje električne energije a u toplijim krajevima (osunčanim) za rashlađivanje prostorija, dobijanje električne energije, hidrogena.

Elementi zračenja Sunca

1. Tok zračenja $F={\frac {dS}{dt}}$, $\mathbf {[W]}$,
2. Gustina toka (tzv. Iradijacija) $I={\frac {dF}{dA}}$, $[{\frac {\mathbf {W} }{\mathbf {m^{2}} }}]$
3. Sveukupna radijacija u određenom vremenskom razdoblju $E=\int _{t_{1}}^{t_{2}}I\,dt$, $[{\frac {\mathbf {J} }{\mathbf {m^{2}} }}]$

Kod svih proračuna, Sunčeva energija, se mora posmatrati kroz tri njene komponente zračenja i to:

1. direktno,
2. raspršeno i
3. reflektovano zračenje.

Kod proračna solarnih kolektora četiri faktora su bitna za proračun:

1. faktor apsorpcije $\alpha ={\frac {F_{a}\leftarrow apsorbovani\,tok}{F_{u}\leftarrow upadni\,tok}}$
2. faktor refleksije (albedo) $\varphi ={\frac {F_{r}\leftarrow reflektovani\,tok}{F_{u}\leftarrow upadni\,tok}}$
3. faktor transmisije (provođenja) $\tau ={\frac {F_{t}\leftarrow {\text{tok koji prođe kroz površinu}}}{F_{u}\leftarrow upadni\,tok}}$
4. emisijski faktor $\varepsilon ={\frac {F_{e}\leftarrow {\text{emisija date površine}}}{F_{ct}\leftarrow {\text{emisija crnog tijela}}}}$

Proračun energije dobivene sunčevim zračenjem

Bitan podatak je tok Sunčeva zračenja po jediničnoj površini okomitoj na smjer sunčevih zraka na srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca (1,5×10¹¹ m ) tzv. Sunčeva konstanta ili Ekstraterestička iradijacija, koji iznosi EI = SK =1353±21W/m² .Sledeći bitan podatak je geografska širina koju posmatramo (φ), deklinacija δ = (-23,45°÷23,45°), ugao izlaska i zalaska sunca ωs= arc cos(-tgφ×tgδ) visina Sunca (ugao između sunčevih zraka i horizontalne površine sinα = sinφsinδ+cosφcosδcosω.Na osnovu ωs računa se trajanje „sunčeva dana“ D =2/15ωs. Kada izračunamo sve navedene elemente moguće je izračunati dnevnu iradijaciju ravne plohe okomite na sunčeve zrake:

$EI_{dn}={\frac {86400}{\pi }}SK[1+0.034\cos {\frac {360^{\circ }n}{365}}][{\frac {2\pi }{360^{\circ }}}\omega ,\sin \varphi \sin \delta +\sin \omega ,\cos \varphi \cos \delta ]$

Ipak za proračun praktičnog primjera kolektora kose površine, kako smo ranije rekli, moramo uzeti sve tri komponente zračenja: DIK=DIKdir + DIKras + DIKref gdje su:

$a=0,409+0,516sin(\omega _{s}-60^{\circ })$

$b=0,6609-0,4767sin(\omega _{s}-60^{\circ })$

$DIK_{dir}=DI{\frac {cos\theta _{kos}}{cos\theta _{nor}}}=DI\cdot R,R\equiv Radio,DI\equiv dozemna\,iradijacija=EI(a+b\cdot D)$

$DIK_{ras}=DI{\frac {1+cos(\beta )}{2}};\beta \equiv ugao\,mjeren\,od\,juga$

$DIK_{ras}=\varphi DI{\frac {1-cos(\beta )}{2}}$

Solarni sistemi za proizvodnju električne energije

Solarne elektrane

Tehnološki sistem koji koristi energiju sunca i u nekoliko faza je pretvara u električnu energiju zove se solarna elektrana, koji čine sljedeći elementi:

1. Koncentrirajući solarni kolektori sa selektivnim apsorberom
2. Rezervoar (spremnik) energije koji može biti:
   1. čisto toplotni ( skladištenje na račun latentne toplote) Q = VcρΔt = mcΔt ..(voda, glauberova so, kamen...)
   2. hemijski ( reverzibilne hemijske reakcije)
   3. termo-hemijski (izolirani kapaciteti vode i kristala)
   4. mehanički ( zamajci velikih inercija)
3. Turbina sa kondenzatorom i isparivačem
4. Generator sa regulacijom napona
5. Sistem za distribuciju električne energije

Fotonaponski paneli

Fotonaponski panel

Kada na dva sloja poluprovodničkih kristala (N i P) postavljenih tako da je N tip okrenut prema izvoru svjetlosti te jačina svjetlosti većeg intenziteta od kritične hf >Ez doći će do pojave EMS. Količina energije koja se dobije iz FNP direktno zavisi od površine panela, Iradijacije, kvaliteta konstrukcije panela (proizvod τ×η koji je <13%). Karakteristične vrijednosti FNP su: Unutrašnji otpor Rs = 0.95Ω, EMS = 0.58 V, stepen iskorištenja η = 10%. Esp = A×τ×η×DIKdn^pr (najčešće se koriste kristali silicija sa primjesama zbog dobrog stepena iskorištenja i termičke postojanosti-teoretski od -50 °C do 200 °C)

Fotonaponske elektrane

Uvezivanjem više fotonaponskih panela u sistem sa pretvaračem napona sa istosmjernog na izmjenični napon, dobija se fotonaponska elektrana. Gradnja ovih elektrane obnovljivih izvora su doživjele naglu ekspanziju u 21. vijeku. U Evropi vodeća zemlja u broju instaliranih fotonaponskih postrojenja je Njemačka, ali je po količini instalirane snage velikih postrojenja Španija na prvom mjestu. U regionu, Bosna i Hercegovina prednjači u odnosu na Hrvatsku, Srbiju i Crnu Goru po broju instaliranih mikro-, mini i malih solarnih fotonaponskih elektrana. Najveća koncentracija instaliranh fotonaponskih elektrana je u općini Stolac, na lokalitetu Hodovo.

Također pogledajte

• Solarno grijanje