Connect with us
Energetska efikasnost

Obnovljivi izvori energije – Solarna energija

Zra─Źenje sa Sunca mo┼że da se svrsta u dve kategorije, direktno i indirektno. Najve─çi deo energetskih izvora na Zemlji su u obliku indirektne Sun─Źeve energije.┬áSUN─îEVA ENERGIJA, deluju─çi na atmosferu stvara vetrove, a kretanje vetrova stvara morske i okeanske talase. Pod uticajem Sun─Źeve toplote voda isparava iz okeana. Vetrovi transportuju jedan deo vodene pare sa okeana na kopno, gde ona pada u vidu ki┼íe. Padavine prolaze kroz zemlju, ili se skupljaju u rekama i jezerima i na kraju zavr┼íavaju u okeanima. Tako se energija zra─Źenja sa Sunca transformi┼íe u potencijalnu energiju vode.

OKEANI tako─Ĺe sakupljaju i ─Źuvaju Sun─Źevu energiju. Stvaraju se razlike u temperaturi izme─Ĺu slojeva u okeanu. Energija putuje sa mesta vi┼íe ka mestu ni┼że temperature, teoretski je mogu─çe taj protok zarobiti. BILJKE u procesu fotosinteze pretvaraju Sun─Źevu energiju u hemijsku, ┼íto omogu─çava njihov rast. Ljudi iskori┼í─çavaju ovu potencijalnu energiju kori┼í─çenjem drveta, alkohola i metana. Energija FOSILNIH GORIVA tako─Ĺe vodi poreklo od Sun─Źeve energije, jer su to slojevi izumrlih biljaka koje su za vreme svog ┼żivota vr┼íile fotosintezu.

Direktna solarna energija je Sun─Źeva svetlost koja mo┼że da zagreva ili da stvara elektri─Źnu energiju. U zemlji postoji geotermalna energija u vidu toplote, dok se usled planetarnog kretanja i gravitacije javljaju plima i oseka. Fosilna goriva trenutno predstavljaju dominantan izvor energije. Godi┼ínja potreba za energijom uve─çava─çe se za 1,8% do 2030. godine. Problem je u tome ┼íto su nalazi┼íta fosilnih goriva ograni─Źena i pitanje je da li ─çe mo─çi da podmire energetske potrebe koje se predvi─Ĺaju. Re┼íenje le┼żi u obnovljivim izvorima energije.

Solarna energija ÔÇô termonuklearna fuzija na Suncu

Sun─Źeva energija je zra─Źenje koje nastaje u reakcijama termonuklearne fuzije duboko u Sun─Źevom jezgru. Svaka zvezda mo┼że da se posmatra kao ogromna nuklearna pe─ç koja osloba─Ĺa energiju. Kao i ve─çinu drugih zvezda Sunce najve─çim delom sa─Źinjavaju dva gasa, vodonik i helijum. Tokom fuzije, atomi vodonika se sudaraju toliko jakom silom da se spajaju i obrazuju atom helijuma. Svake sekunde 600 miliona tona vodonika se pretvara u 596 miliona tona helijuma. ─îetiri miliona tona materije koja nedostaje transformisana je u energiju. Ova energija napu┼íta Sunce u vidu zra─Źenja i deo tog zra─Źenja predstavlja vidljivu svetlost. Kao i na svim ostalim zvezdama, i na Suncu ─çe se jednog dana potro┼íiti rezerve vodonika. Veruje se da je Sunce staro vi┼íe od 4 milijarde godina i da je do sada utro┼íilo polovinu svog vodonika za produkciju Sun─Źeve energije.

Energija stvorena u jezgru prenosi se kroz slojeve Sunca radijacijom i konvekcijom. Sa površine, energija se u svemir prenosi radijacijom.

Sun─Źevo zra─Źenje putuje kroz svemir u vidu paketi─ça energije koji se nazivaju fotoni. Kada ovo zra─Źenje stigne do Zemljine atmosfere, oko 25% energije se odbija o atmosferske ─Źestice i vra─ça nazad u vasionu, dok se oko 20% apsorbuje. Do Zemljine povr┼íine zato sti┼że samo 55% od ukupne energije. Koli─Źina svetlosti koja dospeva do svake ta─Źke na Zemlji zavisi od doba dana, doba godine, koli─Źine oblaka u atmosferi i geografske ┼íirine te ta─Źke.

// Koli─Źina energije koja padne na povr┼íinu na┼íe planete mogla bi da zadovolji sve na┼íe potrebe za elektri─Źnom energijom. Samo mali procenat mo┼że da se iskoristi, jer zarobljavanje Sun─Źeve energije nije jednostavan proces.

Ona nije energetski gusta, kao na primer nafta, ve─ç predstavlja razbla┼żenu energiju koja je raspore─Ĺena u vremenu. Da bi se efikasno mogla iskoristiti, potrebno je da se dugotrajno sakuplja na velikom prostoru, a zatim koncentri┼íe, kako bi bila u obliku dostupnom za ljudsku upotrebu.

Sun─Źeva energija koja normalno sti┼że do povr┼íine Zemlje, mo┼że da se iskoristi za zagrevanje i hla─Ĺenje objekata (pasivni i aktivni sistem iskori┼í─çavanja Sun─Źeve energije). Lokacija i orijentacija gra─Ĺevina, kao i izbor materijala, klju─Źni su faktori za pasivno zagrevanje i hla─Ĺenje. Koriste se materijali koji zimi mogu da apsorbuju sun─Źevo zra─Źenje, da ga ─Źuvaju i kasnije sporo osloba─Ĺaju (opeka, blato, cigla, kamen, cisterne sa vodom). Leti predstavljaju dobre izolatore koji spre─Źavaju zagrevanje. Ogromni prozori postavljaju se na ju┼żnoj strani objekata, jer su najizlo┼żeniji Sun─Źevim zracima u svim godi┼ínjim dobima.

Prva Pasivna ku─ça na svetu: Kranichstein Passive House, Darmstadt

Slika 1: Prva Pasivna ku─ça na svetu: Kranichstein Passive House, Darmstadt

Aktivni sistem solarnog zagrevanja podrazumeva kori┼í─çenje solarnih kolektora i dodatne elektri─Źne energije za pokretanje pumpi i ventilatora koji raspore─Ĺuju Sun─Źevu energiju. Tako se mogu zagrevati voda koja se koristi u domovima, zatim prostor unutar gra─Ĺevina, kao i bazeni. Sun─Źeva energija postaje mnogo korisnija kada se prevede u drugi oblik energije, kao ┼íto je elektri─Źna energija. To je mogu─çe posti─çi na dva na─Źina: uz pomo─ç solarnih ─çelija koje direktno prevode svetlost u elektri─Źnu energiju i kori┼í─çenjem solarne termalne tehnologije.

Elektri─Źna energija

Solarne ─çelije (fotovolta┼żne ─çelije) se sastoje od tankih slojeva kristalnog silicijuma ili drugih poluprovodni─Źkih materijala. Kada fotoni udare o povr┼íinu solarne ─çelije, oni mogu da se odbiju o nju, da pro─Ĺu kroz nju ili da se apsorbuju, ┼íto zavisi od talasne du┼żine fotona. Samo apsorbovani fotoni daju energiju za stvaranje elektri─Źne energije. Zbog toga ┼íto samo Sun─Źevi zraci odre─Ĺene energije mogu da proizvedu struju, efikasnost solarnih ─çelija je mala. Danas je mogu─çe napraviti solarne ─çelije efikasnosti do 40%, ┼íto zna─Źi da 2/5 energije koja pada na ─çeliju stvara elektri─Źnu energiju. Kompleksniji sistemi mogu snabdevati domove i elektrodistributivne mre┼że strujom. Zbog difuzne prirode Sun─Źeve svetlosti i zbog male efikasnosti pri konverziji energije, ovi kompleksni sistemi sastoje se iz velikog broja ─çelija i zauzimaju veliku povr┼íinu. Potrebno je 8ÔÇô12 m2 prostora za instalisanu snagu 1 kW energije.

Toplotna energija

Drugi na─Źin za stvaranje elektri─Źne energije je uz pomo─ç solarnih termalnih generatora koji svoj rad baziraju na toploti. Uz pomo─ç solarnih kolektora vr┼íe se transformacije Sun─Źeve energije u toplotu. Prihva─çena Sun─Źeva energija se fokusira na cevi ili sudove u kojima se nalazi neka te─Źnost koja ima ulogu da zagreva vodu. Tako se Sun─Źeva energija sakupljena sa velikih povr┼íina koncentri┼íe gotovo u jednoj ta─Źki i stvaraju se veoma visoke temperature. Voda se zagreva na temperaturi i do 1500 ┬░C. Nastaje vodena para pod visokim pritiskom koja se koristi za mehani─Źki rad, tj. pokretanje parnih turbina. Turbine zatim pretvaraju mehani─Źku energiju u elektri─Źnu.

Sun─Źeva energija predstavlja pouzdan i ─Źist izvor energije. Tehnologija iskori┼í─çavanja Sun─Źeve energije ne dovodi do zaga─Ĺivanja, ne uni┼ítava Zemljinu povr┼íinu. Ne stvara se buka. Vizuelno zaga─Ĺenje je subjektivna ocena. Uticaj koji na okolinu ima proizvodnja silicijuma za solarne ─çelije je bezna─Źajan. Najve─ça insolacija je u onim delovima sveta koji imaju najmanju energetsku potro┼ínju. Problem je i ┼íta raditi no─çu kada Sunce ne sija ili kada sija nedovoljnim intenzitetom, kada nam je energija i najpotrebnija.

Elektri─Źna energija - distribucija

Elektri─Źna energija – distribucija

// Potrebno je prona─çi na─Źin da se Sun─Źeva energija sakupi tamo gde je dovoljno ima, zatim skladi┼íti, a onda transportuje tamo gde je potrebno i koristi onda kada je potrebna.

U laboratorijama se testira mogu─çnost kori┼í─çenja visokih temperatura dobijenih koncentracijom Sun─Źeve energije za pokretanje hemijske reakcije izme─Ĺu CO2 i CH4 uz prisustvo katalizatora. Gas koji nastaje je me┼íavina vodonika (H2), ugljen monoksida (CO) i mo┼że da se ─Źuva i transportuje. Njegovo razdvajanje na sastavne komponente osloba─Ĺa energiju koja mo┼że da se prevede u struju. Problem mo┼że da re┼íi vodonik. Vodonik se ne nalazi u prirodi u slobodnom obliku, ve─ç ulazi u sastav razli─Źitih hemijskih jedinjenja. Mo┼że da se dobije iz razli─Źitih supstanci na razli─Źite na─Źine, a jedna od mogu─çnosti je razlaganje vode kori┼í─çenjem elektri─Źne energije (elektroliza vode).

// Solarne ─çelije pretvaraju Sun─Źevu energiju u elektri─Źnu, a zatim se ta elektri─Źna energija mo┼że iskoristiti za cepanje molekula vode na vodonik i kiseonik.

Druga mogu─çnost je da visoke temperature, nastale koncentracijom Sun─Źeve energije, pocepaju molekul vode bez kori┼í─çenja elektir─Źne energije (fotoelektroliza). Vodonik mo┼że da se koristi kao gorivo za transport, za stvaranje toplote i elektri─Źne energije, kao i medijum za ─Źuvanje energije. Na taj na─Źin vodonik pru┼ża mogu─çnost da se Sun─Źeva energija prevede u lak i prenosiv oblik energije i da na taj na─Źin podmiri potrebe svih sektora modernog dru┼ítva za energijom (potreba goriva za transport, kao i potreba industrije za energijom). Ogromne pustinjske oblasti mogu da se iskoriste za intenzivno sakupljanje Sun─Źeve energije koja bi se koristila za dobijanje vodonika i za snabdevanje ─Źitave planete potrebnom energijom.

Budu─çi razvoj primene solarne energije zavisi─çe od tehnolo┼íkog napretka. Prve solarne ─çelije koje su se pojavile 50-ih godina pro┼ílog veka imale su stepen iskori┼í─çenja manji od 4%. Danas je efikasnost ovih ─çelija oko 40% zahvaljuju─çi tehnolo┼íkim i nau─Źnim dostignu─çima. Solarna energija je i dalje skuplja od energije koja se dobija sagorevanjem fosilnih goriva. Stro┼że kontrole po pitanju sagorevanja fosilnih goriva mogu da u─Źine da solarna energija postane jeftiniji energent.

Više o obnovljivim izvorima energije:
Obnovljivi izvori energije – osnovna podela
Obnovljivi izvori energije – Eolska energija
Obnovljivi izvori energije – Kretanje morske vode i geotermalna energija
Obnovljivi izvori energije – Energija biomase
Obnovljivi izvori energije – Nuklearna fuzija na Zemlji

Autori:
Prof. dr D. Škobalj,
┼Ż. ─Éoki─ç, dipl. in┼ż.