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, svetlosnog, toplotnog, rentgenskog i drugih vidova zračenja. Od ukupno 3,8×10 26 W energije koju Sunce zrači u kosmos,Zemlja primi 1,7 ×10 17 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 grejanje prostora i dobijanje tople vode, dobijanje električne energije a u toplijim krajevima (osunčanim) za rashlađivanje prostorija i dobijanje električne energije.
Elementi zračenja Sunca
Tok zračenja (Flow) F =dS/dt [W],
Gustina toka (tzv. Iradijacija) I = dF/dA [W/mm2].
Sveukupna Iradijacija u odredenom vremenskom razdoblju
Kod svih proračuna, Sunčeva energija, se mora posmatrati kroz tri njene komponente zračenja i to:
direktno ,
difuzno i
reflektovano zračenje .
Kod proračuna solarnih kolektora četiri faktora su bitna za proračun:
faktor apsorpcije
faktor refleksije (albedo)
faktor transmisije (provođenja)
emisijski faktor
Proračun energije dobijene sunčevim zračenjem
Bitan podatak je tok Sunčevog zračenja po jediničnoj površini normalnoj na smer sunčevih zraka na srednjoj udaljenosti Zemlje od Sunca (1,5×10 11 m ) tzv. Sunčeva konstanta ili Ekstraterestička iradijacija, koja iznosi EI = SK =1353±21W/mm2 . Sledeći bitan podatak je geografska širina koju posmatramo ( f ), deklinacija d = (-23,45°÷23,45°), ugao izlaska i zalaska sunca s = arc cos(-tgf×tgd) visina Sunca (ugao između sunčevih zraka i horizontalne površine sina = sinfsind+cosfcosdcos. Na osnovu računa se trajanje „sunčeva dana“ D =2/15 s . Kada izračunamo sve navedene elemente moguće je izračunati dnevnu iradijaciju ravne ploče okomite na sunčeve zrake:
Ipak za proračun praktičnog primera kolektora kose površine, kako smo ranije rekli, moramo uzeti sve tri komponente zračenja: DIK=DIK dir + DIK ras + DIK ref gde su:
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. Cev obično bakarna kroz koju struji fluid (HF = ulaz hladnog fluida, TF = izlaz zagrejanog fluida) - 2. Kućište (Drvo, metal, plastična masa) 3. Termoizolacija (najcešće mineralna vuna ili PU pena ) 4. Apsorber - bakarna crno obojena ploča čvrsto vezana sa cevi (1) 5. Staklena ploča ( često sa antireflektujucim slojem)
selektivni solarni kolektori
Su posebno konstruisani kolektori koji se rade od hroma ili nikla sa specijalnim crnim premazima koji primaju samo svetlosne zrake određene talasne dužine a faktor refleksije mu je približno = 0. Ovi kolektori mogu postići temperature fluida i do 500°C. Najčešće se koriste kod Solarnih elektrana za dobijanje suve vodene pare.
koncentrujući solarni kolektori
Rade se u dve varijante. Princip je da se veća površina sunčevih zraka prihvati i usmeri na male površine prijemnika sa fluidom.
Prva varijanta ima parabolična ogledala u čijoj se žiži nalazi staklena cev (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 obe 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
U principu ovaj sistem čine:
1. Koncentrujući solarni kolektori sa selektivnim apsorberom
2. Rezervoar (spremnik) energije koji može biti:
* čisto toplotni ( skladištenje na račun latentne toplote) Q = Vct = mct ..(voda, glauberova so, kamen...)
* hemijski ( reverzibilne hemijske reakcije)
* termo-hemijski (izolovani 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 svetlosti te jačina svetlosti većeg intenziteta od kritične hf >Ez doći ce do pojave EMS. Količina energije koja se dobije iz FNP direktno zavisi od površine panela, Iradijacije, kvaliteta konstrukcije panela (proizvod t× koji je <13%). Karakteristične vrednosti FNP su: Unutrašnji otpor Rs = 0.95O, EMS = 0.58 V, stepen iskorišćnja = 10%. Esp = A×t××DIKdn pr (najčešće se koriste kristali silicija sa primesama zbog dobrog stepena iskorišćenja i termičke postojanosti-teoretski od -50°C do 200°C)
