Korištenje energije

Tradicionalno, Sučeva energija je vrlo dostupan izvor energije, i u Hrvatskoj se koristi dugi niz godina, poglavito u Istri i Dalmaciji, ali i u sjevernim krajevima zbog većih potreba za toplinskom energijom.

Porastom ponude kolektorskih i fotonaponskih sustava, raste potražnja, no nekonkurentnost klasičnim izvorima, još uvijek je (pre)velika barijera.

U Hrvatskoj je prosječna vrijednost dnevne insolacije na horizontalnu plohu 3-4,5 kWh/m2 i osnovni problemi iskorištavanja su relativno mala gustoća energetskog toka, velike oscilacije intenziteta zračenja i veliki investicijski troškovi, i dok načelno, postoje tri osnovna principa iskorištavanja energije Sunca, a to su:

• solarni kolektori – pripremanje tople vode i zagrijavanje prostorija
• fotonaponske ćelije - direktna pretvorba Sunčeve energije u električnu energiju
• fokusiranje Sunčeve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima

U nas je trenutno je daleko najzastupljenija proizvodnja tople vode.

Kolektorski sustavi  (solar energy, solar power)

Solarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju vode (ili neke druge tekućine). Sistemi za grijanje vode mogu biti ili otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati prolazi direktno kroz kolektor na krovu, ili zatvoreni, u kojima su kolektori popunjeni tekućinom koja se ne smrzava (npr. antifriz). Zatvoreni sustavi mogu se koristiti bilo gdje, čak i kod vanjskih temperatura ispod nule. Tijekom dana, ako je lijepo vrijeme, voda može biti grijana samo u kolektorima. Ako vrijeme nije lijepo, kolektori pomažu u grijanju vode i time smanjuju potrošnju struje. Solarni kolektori su vrlo korisni i kod grijanja bazena. U tom slučaju temperatura vode je niska i jednostavnije je održavati temperaturu pomoću otvorenih sistema grijanja. Na takav način optimalna temperatura bazena održava se nekoliko tjedana više u godini nego bez sistema grijanja vode.
Postoje i kolektori koji direktno griju zrak. Ti sustavi cirkuliraju zrak kroz kolektore i na taj način prenose velik dio energije na zrak. Taj se zrak kasnije vrača u grijanu prostoriju i na taj način se održava temperatura u prostoriji. Kombinacijom grijanja zraka i grijanja vode može se postići vrlo velika ušteda.

Ako se izuzme da se Sunčeva energija koristi direktno za osvjetljavanje prostora, početak prave energetske eksploatacija Sunčeve energije, bio je u 80-tim godinama prošlog stoljeća, kada se, poglavito u turistički razvijenim sredinama, pojavio pravi bum Sunčanih toplinskih kolektora. No, što zbog lošeg održavanja i uništavanja, što zbog životnog vijeka, površina takvih sustava se smanjivala. Danas, s porastom standarda i interesa za Sunčanu energiju, postoji, prema procjenama, oko 15-20 000 m2 Sunčanih kolektora.

Fotonaponski sustavi (photovoltaic)

Fotonaponske ćelije su poluvodički elementi koji direktno pretvaraju energiju sunčeva zračenja u električnu energiju. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor energije. Kao samostalni izvor energije koristi se npr. na satelitima, cestovnim znakovima, kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i snaga sunčeva zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja pa je i dobivena energija veća.

Fotonaponski efekt počeo je 1839. godine promatrati Henri Becquerel i na početku dvadesetog stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja. Jedina Nobelova nagrada koju je dobio Albert Einstein bila je za istraživanje solarne energije. 1954. su Bell Labs u SAD-u predstavili prvi fotonaponski članak koji je generirao upotrebljivu količinu električne energije, a do 1958. počelo je ugrađivanje u komercijalne aplikacije (osobito za svemirski program).

Što se tiče fotovoltaika (PV sustavi) najviše se koriste kao bazno napajanje izoliranih sustava (off-grid) ko što su, telekomunikacijski i radijski sistemi, svjetionici, cestovna signalizacija ili pak naplata parkirališta. Kao bazna energija za napajanje kućanstava, nisu našli širu primjenu osim u parcijalnom napajanju vikendica ili manjih kućica te u nekoliko pilot projekata, koji su vrijedni spomena. Prvi je svakako „Solarna kuća – Špansko“ g. Ljubomira Majdanžića, doajena korištenja Sunčeve energije u Hrvatskoj sa 7,14 kW instalirane električne vršne snage i sa 10 m2 Sunčanih kolektora, gdje se zimi pokriva i više od 50% poreba za električnom energijom, a ljeti gotovo cjelokupna potrošnja. 


Fokusiranje Sunčeve energije (concentrating solar power)

Fokusiranje sunčeve energije upotrebljava se za pogon velikih generatora ili toplinskih pogona. Fokusiranje se postiže pomoći mnogo leća ili češće pomoću zrcala složenih u tanjur ili konfiguraciju tornja. Na slikama su prikazane konfiguracije tipa "Power Tower" i "Dish". "Power tower" konfiguracije koriste kompjuterski kontrolirano polje zrcala za fokusiranje sunčevog zračenja na centralni toranj, koji onda pokreče glavni generator. Do sada su napravljeni demonstracijski sistemi koji imaju izlaznu snagu i iznad 10 MW. Ti novi sustavi imaju i mogućnost rada preko noći i u lošem vremenu tako da spremaju vruću tekućinu u vrlo efikasni spremnik (neka vrsta termo boce). "Dish" sistemi prate kretanje Sunca i na taj način fokusiraju sunčevo zračenje. Postoji još i "Trough" sistem fokusiranja sunčeva zračenja, koji može biti vrlo efikasan. Takve elektrane mogu biti vrlo jake: u Kaliforniji je instalirana elektrana snage 354 MW. Kada nema dovoljno energije od Sunca, sistemi koji fokusiraju sunčevo zračenje mogu se bez većih problema prebaciti na prirodni plin ili neki drugi izvor energije. To je moguće jer Sunce koristimo za grijanje tekućine, a kad nema sunca zagrijemo tekućinu ne neki drugi način. Problem kod fokusiranja je veliki potrebni prostor za elektranu, ali to se rješava tako da se elektrana radi npr. u pustinji. U pustinjama je ionako snaga sunčeva zračenja najizraženija. Veliki problem je i cijena zrcala i sustava za fokusiranje.

Potencijal Sunčeva zračenja u Hrvatskoj

Da bi se odredio potencijal Sunčeva zračenja potrebno je mjeriti i njegove parametre, a to se u nas započelo poslije drugog svjetskog rata na opservatoriju Zagreb-Grič pomoću Robitzscheova aktinografa, a zatima na Sljemenu, Splitu, Križevcima itd. Od 1957. godine, proglašene Međunarodnom geofizičkom godinom, počinje redovita obrada izmjerenih podataka.

Do 1983. godine radilo osam mjernih postaja, a od 1989. godine ukupno Sunčevo zračenje se ne mjeri ni na jednoj postaji iz mreže meteoroloških postaja Državnog hidrometeorološkog zavoda (DHMZ). Takva situacija značajno ograničava točno određivanje energetskog potencijala Sunčevog zračenja u Republici Hrvatskoj. Trenutno je u Hrvatskoj objavljen atlas Sunčevog zračenja na području Hrvatske, znanstvenika Zdeslava Matića, koji je osnova za bilo kakvo projektiranje ili optimiziranje Sunčanih sustava.

Buduće smjernice

Da bi se povećalo korištenje Sunčanih sustava, bilo za proizvodnju toplinske energije ili elektrine energije (lokalno ili sa spojem na mrežu), prvo moraju biti ostvareni financijski mehanizmi poticanja, jer uz današnje cijene energenata i cijene kolektora a pogotovo fotovoltaika, ovi sustavi nisu konkurentni (klasičan povrat investicije za kolektore je 5-10 godina, a za fotovoltaike 10-20 godina). Prvi koraci su već učinjeni, i to za on-grid sustave, gdje se subvencionira proizvedeni kWh, no za lokalni rad se još uvijek očekuje pomoć ranih ekoloških fondova i/ili države.

Istodobno, poticanje ovakvih izvora energije može biti ekonomski i energetski zamašnjak za naš turizam, kako za hotele i kampove, tako i za privatne turističke jedinice, jer količina Sunčeve energije, upravo prati i količinu potreba, tako da se kapaciteti mogu optimalno koristiti.

izvor_