Energija Sunca

Upoznavanje sa glavnim izvorom života na Zemlji – energijom Sunca, njenim karakteristikama, aktivnim i pasivnim načinima iskorištenja.

Karakteristike energije Sunca

Za život na Zemlji bitno je prvenstveno elektromagnetsko Sunčevo zračenje, dakle svjetlost. Snaga zračenja Sunca, koja dopire do Zemlje je 173*1012 kW, što nekoliko hiljada puta premašuje trenutne energetske potrebe naše planeta. Za prosječni intenzitet uzimamo tzv. sunčevu konstantu čija je vrijednost 1353 W/m2 , a daje jačinu zračenja na granici Zemljine atmosfere.

Dio zračenja neposredno (direktno) dolazi do Zemlje, a drugi dio se lomi zbog nečistoća u zraku (prašina, para…) i raspršuje, što daje difuznu komponentu zračenja. Tako je ukupno zračenje Itot=Idir+Idiff

Energija koja se može dobiti iz Sunčeva zračenja uvelike zavisi o talasnoj dužini. zavisno od stepena zagađenja, različita je i količina izgubljenog zračenja.

Stvarno iskoristivo, upotrebljivo zračenje Sunca, zavisi i o geografskom položaju i vremenu izloženosti, podrazumijevajući i godišnja doba i doba dana, na kraju krajeva. To u osnovi znači zavisnost o visini Sunca i uglu upadanja sunčevih zraka na površinu Zemlje. Drugi faktori su vlažnost zraka i količina oblaka tzv. zasjenjenje, gdje naoblačenje značajno i trenutno utječe na insolaciju. Na zasjenjenje uvelike utječe i zagađenje vazduha od industrije i transporta tj. količine dima, plinova i pare.

Tipične vrijednosti za pojedina područja su:

  • čisto i sunčano 2;
  • planinsko područje 2,8;
  • selo 3,5;
  • grad 4;
  • industrijska zona 5.

Za velike  gradove ova vrijednost je između 3 i 4.5 što znači da je proupusnost sunčevih zraka u idealnim uvslovima toliko puta veća.

Prosječno sunčevo zračenje na zemljinoj površini

Od sunčeve konstante koja iznosi 1353 W/m2 – oko 250 W/m2 izgubi se u atmosferi. Refleksija sa granice atmosfere nazad u svemir iznosi daljnjih 100 W/m2. Iz toga proizlazi da je solarno zračenje na površini zemlje u idealnim uslovima 1000 W/m2.

Veći dio stvarnog zračenja (58%) apsorbuje (upija) zemljina površina, biljke i  mora, a manji dio (42%) se reflektuje (odbija) nazad u atmosferu. Jačinu refleksije nazivamo albedo. Nekoliko vrijednosti:

  • svježi snijeg 0,84;
  • kamenčići, grubi pijesak 0,15;
  • šuma 0,05 – 0,18;
  • prosjek zemljine površine 0,42.

Tipične vrijednosti u našim krajevima

Na našem području, u podnevnim satima u zimskom polugodištu zračenje ima prosječnu vrijednost oko 250-600 W/m2, dok u ljetnom polugodištu ima vrijednost između 600-1000 W/m2. a refleksija može iznositi i 40-50%.

Aktivno – Termičko iskorištenje energije Sunca

Sunčevu energiju pomoću uređaja sa zrakom ili tečnošću (solarni termalni sistemi) neposredno pretvaramo u toplotnu energiju. U ovom slučaju strujanje – kretanje medija zahtjeva posebnu energiju. Zagrijani medij najčešće koristimo za zagrijavanje sanitarne potrošne vode, ali ponekada i za zagrijavanje bazena, staklenika, sušenje voća, itd…

Sakupljenu energiju najčešće je potrebno skladištiti, jer je želimo koristiti kada nam sunčeva energija nije na raspolaganju, tj. proizvodi se kada nema potrebe za njenim korištenjem. Zagrijanu tečnost, tako skladištimo u dobro izololovanim bojlerima – spremnicima, a zagrijani zrak u akumulacijama od kamena.

Aktivno – Fotonaponsko iskorištenje energije Sunca

Pomoću fotonaponskih modula energiju sunca pretvaramo u električnu energiju. Na ovaj način dobivenu energiju jednosmjernog napona možemo se koristiti za rasvjetu, ventilaciju i sl. Prema potrebi, potrošači koji koriste naizmjenični napon od 230V, mogu koristiti ovakve sisteme uz upotrebu dodatne inverterske jedinice. Energija se može sakupiti i skladištiti u akumulatorima.

U brojnim slučajevima, potrebno je snabdijevanje električnom energijom na mjestima gdje nije izgrađena električna mreža, a zbog velikih troškova se niti ne planira (vikendice, ostrva, katuni, udaljena mjesta, bazne stanice za mobilnu telefoniju …). U ovim slučajevima nameću se kao rješenje fotonaponski sistemi, i to samostalni ili u kombinaciji sa vjetrogeneratorima ili dizelskim generatorima, tzv. hibridni sistemi.

Glavna područja primjene ovih sistema su:

  • zgrade udaljene od energetske mreže, vikendice, farme, skladišta (rasvjeta, ventilacija, sigurnosna tehnika…)
  • navodnjavanje, prepumpavanje podzemnih voda, pojilišta za životinje
  • napajanje električnom energijom reklamnih uređaja
  • napajanje uređaja za javne potrebe

Pasivno iskorištenje energije Sunca

Pasivno korištenje energije Sunca primjenjuje se prvenstveno u građevinarstvu. Tu podrazumijevamo orjentaciju zgrada, energetki koncipirane vanjske zidove, solarni zid, vakuumski izolacioni paneli i sl. Tako izgrađena zgrada troši značajno manje energije za grijanje u odnosu na klasično građene zgrade.

Osnovno je kod planiranja tih zgrada da su prostorije u kojima se najviše boravi orjentirane prema jugu, jer u tom slučaju mogu iskoristiti energiju sunčeva zračenja. Uz to, prostorije u kojima se manje boravi, tj. koje je potrebno manje grijati, orjentiraju se na sjevernu stranu građevine. Ovakvim načinom gradnje zimi imamo značajne solarne (toplotne) dobitke.

Solarni zid rješava se kako toplotna izolacija, kao i skladištenje toplote. Bit pasivnog korištenja solarne energije jeste da navedene stavke ne koristimo pojedinačno, već da po mogućnosti sve integrišemo u jednu cjelinu.

Solarni termalni sistemi

Sistemi za pripremu sanitarne potrošne tople vode (PTV) i/ili grijanje. 

Fotonaponski sistemi

Samostalni ili umreženi sistemi za proizvodnju električne energije. 

Solarni zid

Solarni zid je pasivni element koji smanjuje potrebnu energiju za grijanje prostora.