Sunčeva energija

O energiji Sunca

Sunce kao fuzioni reaktor svake sekunde pretvori oko 600 miliona tona hidrogena u helijum 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 Datoteka:Oifa.png
2. faktor refleksije (albedo) Datoteka:Oifr.png
3. faktor transmisije (provođenja)Datoteka:Oift.png
4. emisijski faktor Datoteka:Oief.png

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:

Datoteka:Oikosa.png

Toplotni solarni kolektori (TSK)

To su uređaji koji sakupljaju sunčevu energiju i pretvaraju je u toplotnu. Postoje tri vrste TSK:

ravni solarni kolektori

Ravnim TSK mogu se dobiti temperature fluida do 100 °C, jednostavne su konstrukcije i veoma su često u upotrebi. Elementi ovog kolektora su:

1. Cijev obično bakarna kroz koji struji fluid (HF = ulaz hladnog fluida, TF = izlaz zagrijanog fluida) - 2. Kućište (Drvo, metal, plastična masa) 3. Termoizolacija (najčešće mineralna vuna ili PU pjena ) 4. Apsorber - bakarna crno obojena ploča čvrsto vezana sa cijevi (1) 5. Staklena ploča ( često sa antireflektujućim slojem)

selektivni solarni kolektori

su posebno konstruisani kolektori koji se rade od hroma ili nikla sa specijalnim crnim premazima koji primaju samo svjetlosne zrake određene talasne dužine a faktor refleksija mu je približno = 0. Ovi kolektori mogu postići temperature fluida i do 500°C. Najčešće se koriste kod Solarnih elektrana za dobijanje suhe vodene pare.

koncentrirajući solarni kolektori

Rade se u dvije varijante. Princip je da se veća površina sunčevih zraka prihvati i usmjeri na male površine prijemnika sa fluidom.

Prva varijanta ima parabolična ogledala u čijoj se žiži nalazi staklena cijev (prijemnik-apsorber) sa fluidom
	druga varijanta ima centralni prijemnik (toranj) oko kojeg se nalazi polje pokretnih, automatski upravljanih, ravnih ogledala (heliostata) koji usmjeravaju sunčeve zrake na prijemnik. Prijemnik kod obje varijante je selektivni TSK.

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 Datoteka:Tske.png

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

Foto naponski paneli

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×DIKdnpr (najčešće se koriste kristali silicija sa primjesama zbog dobrog stepena iskorištenja i termičke postojanosti-teoretski od -50°C do 200°C)