Solarne_tehnologije
Solarne tehnologije

Solarna energija i tehnologija uporabe

Pojam sunčeva ili solarna energija odnosi se na svjetlost i toplinu sunčevih zraka koju nam sunce predaje

Pojam sunčeva ili solarna energija odnosi se na svjetlost i toplinu sunčevih zraka koje su pomoću određenih tehnologija (a koje se konstantno usavršavaju) poput solarnog grijanja, fotonaponskih sustava, umjetne fotosinteze i sl., pretvorene u nama potrebnu energiju za grijanje i hlađenje, rasvjetu, toplu vodu, visokotemperaturnu industrijsku vodu i slično. Postoje i sekundarni izvori sunčeve energije poput energije vjetra, energije valova, hidroenergije te biomase, a svi oni zajedno čine većinu obnovljivih izvora energije na Zemlji. O potencijalu sunčeve energije dovoljno govori podatak da ukupna sunčeva energija apsorbirana u zemljinoj atmosferi, oceanima i kopnenim masama iznosi otprilike 3850000 eksa džula (EJ) godišnje. To je više energije u jednom satu nego što čitavo čovječanstvo otprilike potroši tijekom cijele godine. Sve obnovljive izvore energije, osim geotermalne energije te plime i oseke, pokreće Sunce. Na primjer, pretvorba sunčeve energije u kemijsku posredstvom fotosinteze proizvodi hranu, drvo i biomasu iz koje su nastala fosilna goriva.

Solarni paneli na krovu kuće

Postoji širok raspon različitih tehnologija pomoću kojih iskorištavamo sunčevu energiju, no osnovna najjednostavnija podjela bila bi na aktivne i pasivne.

Pod aktivnim solarnim tehnologijama smatraju se tzv. tehnologije proizvodnje odnosno tehnologije poput fotonaponskih ploča, solarnih toplovodnih sustava, pumpa i ventilatora koji omogućavaju pretvaranje sunčevog svjetla u uporabljive oblike.

S druge strane, pod pasivnim solarnim tehnologijama smatraju se tzv. tehnologije potrošnje, odnosno tehnike koje podrazumijevaju materijale s povoljnim termičkim osobinama, orijentaciju stambenih ili drugih objekata prema suncu, oblikovanje prostora s prirodnom ventilacijom i sl.

U daljnjem tekstu, s obzirom na širinu i kompleksnost solarnih tehnologija, koncentrirat ćemo se na aktivne solarne tehnologije, odnosno na sustave koji imaju najčešću uporabu u svakodnevnoj potrošnji, a to su solarni toplovodni te fotonaponski sustavi.

Prikaz zračenja sunčeve energije

Solarni toplovodni sustavi

Solarni toplovodni sustavi najpoznatiji su i najčešći primjeri iskorištavanja sunčeve energije, osobito kod malih potrošača i kućanstava. Solarni toplovodni sustavi, koriste sunčevu energiju za zagrijavanje potrošne tople vode, toplovodno i toplozračno grijanje prostora, hlađenje prostora, zagrijavanje bazena ali i za zagrijavanje vodene pare radi dobivanja električne energije. Ovi sustavi sastoje se uglavnom od solarnih kolektora, akumulacijskog spremnika topline, pomoćnog grijača, cirkulacijske pumpe te regulacijskog seta koji upravlja cijelim sustavom. Oni, ukratko, rade tako da solarna tekućina, koja cirkulira unutar sustava, preuzima toplinu sunčevih zraka te je preko izmjenjivača topline predaje akumulacijskom spremniku tople vode. Uporabom ovakvih sustava moguće je u kontinentalnom dijelu Hrvatske prikupiti 500-600 kilovat sati po kvadratnom metru kolektora (kWh/m2), a u primorskom dijelu 900-1000 kilovat sati po kvadratnom metru kolektora (kWh/m2). U Europskoj uniji uporaba im konstantno raste a zemlje predvodnici su Njemačka i Austrija, s udjelom višim od 60% ukupno instaliranih solarnih toplovodnih sustava.

Bitna komponenta ovakvih sustava svakako su solarni toplovodni kolektori a nama najzanimljiviji svakako su niskotemperaturni kolektori, budući da imaju najširu uporabu u kućanstvima i svakodnevnom životu. To su kolektori koje najčešće vidimo na krovovima kuća, hotela, autokampova, apartmana pa čak i industrijskih postrojenja i poduzeća. Koriste se u sustavima za grijanje tople sanitarne vode i bazena te za eventualnu potporu grijanju, a najčešće su dvije varijante – pločasti (ravni) i vakuumski (cijevni )kolektori. Ovi kolektori sastoje se od apsorbera, radnog medija, kućišta kolektora i pokrivne ploče. Razlikama između ova dva tipa kolektora bavit ćemo se u idućim tekstovima, a ovdje ćemo samo spomenuti da su pločasti kolektori prekriveni sunčevim staklom otpornim na tuču i lom te dolaze u obliku ravnih ploča dok se s druge strane, vakuumski kolektori sastoje se od staklenih cilindara u kojima je vakuum koji uvelike smanjuje gubitak topline.

Spomenimo još i srednjetemperaturne kolektore koji se upotrebljavaju za kuhanje te dezinfekciju i desalinizaciju, a koriste reflektore za usmjeravanje sunčeva zračenja i mogu postići temperaturu do 350 stupnjeva, kao i visokotemperaturne kolektore koji se koriste za proizvodnju električne energije. U ove potonje spadaju različiti uređaji poput solarnih tornjeva, paraboličnih kolektora, Fresnelovih zrcala, sustava s kanalnim reflektorima i sl. U njima se sunčeva energija pretvara prvo u toplinsku a zatim u električnu energiju. Kolektori kojima temperatura medija od 95°C nije dovoljna za proizvodnju energije spadaju u skupinu koncentrirajućih kolektora za razliku od nekoncentrirajućih, odnosno kolektora kojima zadovoljavajuća temperatura medija ne prelazi 95°C (niskotemperaturni kolektori). Naime, ovi sustavi, osobito visokotemperaturni kolektori kojima su potrebne puno veće temperature za efikasnu proizvodnju električne energije, pomoću leća i zrcala koncentriraju sunčevo zračenje kako bi postigli željenu temperaturu. Unatoč velikoj pouzdanosti spomenutih sustava i besplatnom izvoru energije, nedostatak takvih sustava je visoka cijena leća ili zrcala kojima je potrebno pokriti velike površine da bi elektrana funkcionirala.

Shema spajanja solarnog sustava za grijanje vode

 

Fotonaponski sustavi

Fotonaponski sustavi još su jedna velika skupina solarnih tehnologija, vrlo česta u svakodnevnom životu. To su sustavi kojima se sunčeva svjetlost direktno putem fotonaponskih ćelija pretvara u električnu energiju. Koristi se većinom za male ili srednje potrošače od primjerice najobičnijeg kalkulatora s jednom solarnom ćelijom, malih sustava za parking ili prometne regulacije pa sve do samostalnih fotonaponskih sustava privatnih kućanstava. Iako, postoje i stanice poput onih u SAD-u sa snagom od 14 MW (megavata) ili Španjolskoj s 20 MW, što pokazuje trend prema većem iskorištenju sunčevog zračenja za proizvodnjom električne energije.

Fotonaponske sustave možemo podijeliti u dvije osnovne skupine, a to su samostalni ili otočni sustavi, tj. oni koji skladište električnu energiju u baterije ili akumulatore te mrežni sustavi, tj. oni koji električnu energiju predaju u elektroenergetski sustav.

Fotonaponski autonomni sustav

I jedni i drugi imaju svoje prednosti i nedostatke pa tako za otočne sustave možemo reći da im je nedostatak što za skladištenje energije trebaju akumulatore koji na licu mjesta skladište energiju što uvećava troškove investicije. Takvi akumulatori moraju biti prilagođeni cikličkom režimu rada, s obzirom na to da postoje razdoblja bez sunčevog zračenja te tada oni postaju izvor energije. S druge strane to je na neki način i prednost jer postižemo određenu energetsku neovisnost u pogledu primjerice neplaćanja računa za struju. Međutim to zahtijeva i određenu prilagodbu prirodnim mijenama i godišnjim dobima, odnosno, potrebno je planirati korištenje energije s obzirom na to da je broj sunčanih sati zimi manji nego ljeti. Glavni dijelovi otočnih sustava su fotonaponske ploče (koje su potpuno iste kao i kod mrežnih sustava), akumulator (tzv. sunčeva baterija), pretvarač (inverter), regulator napona te ugradbeni dijelovi i električni vodiči. I dok pretvarač vrši pretvorbu istosmjernog napona iz akumulatora 12 ili 24 V u izmjenični napon 230 V (pojedini kućanski uređaji često se isključuju i uključuju te prilikom uključenja uzimaju više struje iz sustava), regulator napona regulira promjenjivi napon iz fotonaponskih ploča u strogo kontrolirani kojim se pune i održavaju baterije.

Off-grid solarni sustav

Najveća prednost mrežnih fotonaponskih sustava je što ne trebaju akumulatore, odnosno višak proizvedene energije isporučuju u elektroenergetski sustav. Međutim, visoka cijena investicije te dugotrajan proces ishođenja dokumentacije potrebne za realizaciju takvog sustava glavne su prepreke većem korištenju ovakvih fotonaponskih elektrana.

Općenito govoreći o solarnoj energiji, tehnologije postoje, potencijal svakako postoji, međutim iskorištenost je još uvijek daleko premala s obzirom na količinu besplatne energije koju nam daje Sunce.