2,

SUNGEVA ENERGIJA

2.1. SUNGEVA ENERGIJA .ENERGIJA ZA NOVO TFU6LJE6E

sav zivot na Zemlji omogu6ava Sundeva energija i bez nje bi se Zemljapretvorila u ledenu i be2ivotnu pustinju. Koli6ina energije koju sunceu svakom satu emitira prema Zemlji dovoljna je za pokrivanjesveukupnih energetskih potreba covjedanstva u cijeloj kalendarskojgodini! Medutim, Zivoina realnost dovjedanstva u protekla dvatisu6lje6a bila je, na zalost, posve drukdija. Dok su stare predanti6kei antidke civilizacije iznenaduju6e dobro poznavale astronomiju imatematiku pa su vrlo dobro znale koristiti sundevu energiju, divljai ratoborna barbarska plemena koja su uni5tila i razorila sve tekovinetih davnih civilizacija trebala su vise od dva tisu6lje6a za spoznajuonog Sto su (ipak samo malobrojni) udeni tjudi starih civilizacijapoznavali gotovo jednako kao Sto je to poznato danas'

S pravom se moZe o}ekivati kako 6e tre6e tisu6lje6e dramati6no Siritii mijenjati apsolutno sve ljudske nazore i spoznaje, a malobrojni kojidanas zive i oni koji 6e se roditi u narednih desetak godina i dodekatikraj upravo zapodetog 21. stolje6a svjedodit 6e o svijetu koji 6e bitiprilicno razlibil od danaSnjeg.Energetika budu6nosti, ali ne samo ona, u potpunosti bi se trebalaokrenuti prema obnovljivim izvorima energije dime 6e prestati svakonerazumno, rastro5no i nepovratno'spaljivanje' neobnovljivih fosi lnihgoriva koje je upravo sundeva energija stvarala milijunima godina, a[o1e 6ovjecanstvo u posljednja dva stolje6a tro5i na najnerazumniji inajStetniil mogu6i na6in ugroZavaju6i i 6esto uni5tavaju6ivlastiti okoliSkoli sve vise postaje preduvjet opstanka civilizacije. Neobnovljiveizvore energije, kao Sto su ugljen, nafta, plin i nuklearna energija, do

5 kraia21. stotjeea gotovo 6e sigurno posve zamijeniti novi, obnovljivi,H erotoSt

sumnjati kako 6e neki novi ljudi tijekom narednih desetak godinakonadno oblikovativiziju razvoja Hrvatske koja ne6e slijeditive6 davnopotroSene i neinventivne birokratizirane Sablon e. za razvoi nikad n ijebilo dovoljno samo ponavljanje gradiva i do sada znanog i postoje6eg,ve6 je zarazvoj svega Sto je civilizacija do danas stvorila uvijek iisklju6ivo bila nuzna samo inovaciia, a nadasve napor na njezinomostvarenju.

TU-(,ETJ.JzulE.oN

-Jozmo

II

*l 58,#ffi f

2.2 OSNOVNE ZNAEAJKESUNEEVOG ZRAEENJA

2.2.1. Op6enito o Sun6evom zraGeniuBitne znadajke Sundevog zradenja (eng. solar radiation, njem.Solarstrahlung) rezultat su dviju rotacija Zemlie'.- oko Sunca (donosi detiri godi5nja doba)- oko vlastite osi simetrije u smjeru sjever-jug (donosi izmjene dana

i no6i).Zemlja rotira oko Sunca po eliptidnoj putanji (ekliptici)' koja je vrlomalog ekcentriciteta (e = 0,0167), pri 6emu velika os elipse iznosi149 680 000 km, a mala 149 660 000 km pa je elipsa svojim oblikomvrlo bliska kruZnici. Razdoblje jedne rotaciieZemlie oko Sunca nazivase jednom godinom. Perihel je todka u kojoj ieZemlia najbliZa Suncu,Sto se dogada 2. sije6nja, a afel todka u kojoj ieZemlia najdalje odSunca, Sto se dogada 2. srpnja. Gledaju6i sa sjevernog pola, Zemliase okre6e oko Sunca i oko vlastite osi u smjeru koji je suprotankretanju kazaljke na satu. Jedan okret Zemlje oko vlastite osi trajejedan dan. Kao rezultat nagiba ekvatorijalne ravnine Zemlie u odnosuna ekliptiku nastaju detiri godi5nja doba (il. 2.1).

Os vlastite (jednodnevne) rotacije Zemlie tvori kut 66,55 " seklipti6kom ravninom u kojoj se Zemlja jednom godi5nje okrene okoSunca koje se nalazi u jednom fokusu elipse. Time kut ekvatorijalneravnine Zemlje i ekliptike iznosi 23,45 o. Oko 21. prosinca sjeverni polZemlje maksimalno je otklonjen na suprotnu stranu od Sunca za kut29,45 " pa sve todke koje leZe na povr5ini Zemlie sjevernije odzemljopisne Sirine arktidkog kruga (0 > 66,55 ' SZS) imaju 24 sata ono6, dok to6ke juZne polutke koje leZe na povr6ini Zemlie juZnije od 2antarktidkog kruga (0 > 66,55 ' JZS) imaju 24 sata dan. Te uloge ?postaju suprotne 22.lipnia, kada je nagib osi Zemlje prema Suncu imaksimalan i kada iznad arkti6kog kruga nastaje trajni polarni dan, a

=ispod antarktidkog kruga trajna ptlarna no6. BPrividno je za stanovnika na ekvatoru Sunce oko- 21. prosinca nagnuto Ijuznije, ob tzv. jarceve obratnice (0 = 23,45 ' JzS), a deklinacija Sunca 2je , ior" trenutku minimalna i iznosi 6 = -23,45 ". Tada zapodinje izima na sjevernoj polutki, a ljeto na juZnoj. *

I

59 lm.riffi,

(EOc:-.=ois(g0

(6Oo=I_ QDEe9oo .91o'=

cot!

@o(E(6oo

(Uv.g=O

o,

$oa.

-ra,o

+

Nakon 21. prosinca Sun6eva deklinacija (5) iz dana u dan postaje svemanje negativna, a21. oluika (tzv. proljetni ekvinocij) 6= 0 o, nakondega se Sunce dan po dan sve vi5e 'seli' na sjevernu polutku do tzv.ralior" obratnice (O = 29,45 " SZS), kada postiZe maksimalnudeklinaciju 5 = +23,45 ". To je 21. lipnja i podetak ljeta na sjevernojpolutki i podetak zime na juZnoj. Od toga se dana Sunce ponovnovra6a prema juZnoj Polutki.Geometrijski poloZaj Zemlie i Sunca i prividnog kretanja Sunca naobzorju najlak5e se moZe predoditi na tzv. celestijalnoj kugli, dijesredi5te je sredi5te Zemlie, a polumjer udaljenost od Zemlje do Suncafl.2.2).

celestijalni sjeverni pol

llustraciia 2.2Celestijalna kugla i prividno godiSnie kretanie Sunca

ljetnisolsticijl\

\\,, *"

JI

TUaoLtrs(ztunoN

-Jozmo

II

+l AO;w)

l(*

celestijalni juZni pol i

U trenucima proljetnog i jesenskog ekvinocija (21. oiuikai 21. ruina)sjeverni i juZni pol Zemlie jednako su udaljeni od Sunca pa je nagibZemljinog ekvatora prema ekliptici 6 = 0 o. U vrijeme ekvinocija dani no6 na svim todkama Zemljine povr6ine traju jednako: 12 sati trajedan i 12 sati traje no6.Prividno kretanje Sunca na nebeskom svodu je rezultat gibanja Zemlieoko Sunca i vlastite vrtnje Zemlje (il. 2.3). Zimi ie za promatrada nasjevernoj polutki prividna putanja Sunca poloZenija, pri 6emu jenajnila upravo oko 21. prosinca, kada je Sundeva deklinacijaminimalna. U to, prvo zimsko jutro Sunce se nalazi 21,45'ispodobzorja i stoga za stanovnike sjeverne polutke 'izlazi kasnije' pa seujutro, umjesto na istoku, pojavljuje iznad obzoria tek na jugoistoku.lsto tako prvog zimskog dana Sunce 'zalazi ranije' jer prelazi ispodobzorja ve6 negdje na jugozapadu, a ne na zapadu. PoloZenija putanjaSunca zimiznadi kako su sjene okolnih predmeta i objekata dulje, azrake Sunca znadaino poloZenije i bolje griju strmije povr5ine snagibom izmedu 60 i90 ".Zaone kojiZele koristitiSundevu energijuzimi, primjerice proceljem zgrade, prozorima, solarnim kolektorimaili fotonaponskim 6elijama, poloZaj okolnih objekata posebno jekriti6an u rasponu smjerova izmedu jugoistoka ijugozapada' U prvoljetnje jutro, oko 21. lipnja, Sunce ie 23,45 ' iznad obzoria pa izlaziznadajno ranije, ve6 na sjeveroistoku, a zalazi kasnije, tek nasjeverozapadu. Putanja Sunca je tijekom dana vi5a pa Sun6eve zrakeznadajno strmije padaju na vodoravne i malo nagnute plohe snagibima izmedu 0 i 30 '. U vrijeme proljetnog ijesenskog ekvinocijaSunce izlazi todno na istoku i zalazi 12 sati kasnije todno na zapadu.Prividna putanja Sunca na obzorju vi5a je nego zimi, aniia nego ljeti.Visina Sunca, tzv. elevacija, poprima maksimum negdje oko pravogpodneva (u rasponu od nekoliko minuta, ovisno o lokalnojzemljopisnoj duZini promatrada i danu u godini), kada se Sunce nalazitodno u zenitu iznad glave promatrada na povrSini Zemlie. Visina ESunca u podne poprima vrijednost A = 90 o, dok ujutro u trenutku 6izlaska i uve6er u trenutku zalaska iza obzorja visina Sunca za Epromatrada na Zemlji postaje A = O ". Zenitna udaljenost Sunca (Z)

=odredena je kao komplementarna kutna udaljenost od zenita, pa Z Epoprimavrijednost 0 " u podne, a 90 o u trenucima izlaska i zalaska ISunca. Pri tome postoje odredeni geometrijski odnosi izmedu Evodoravne ravnine odredene svojim leOinidnim vektorom okomice n" fri poloZaja Sunca odredenog jedinidnim vektorom n"(i1.2.4). E

Tj9J .

'wffiii

21. oZujkai2'1. rujna

12.00 h

21. prosinca12.00 h

zapad

llustracija 2.3Prividno kretanje Sunca na obzoriu za promatrata na povrSini Zemlie

llustraciia 2.4Visina Sunca i zenitna udalienost

Geometrijskiodnosi izmedu kuteva kao sfernih koordinata kojima se opi-suje (prividni) dnevni hod Sunca po nebeskom svodu su sljede6i (il. 2.5):- kutna visina ili elevacija Sunca (A)- kutna zenitna udaljenost (Z)- solarni azimut (a), kut mjeren od smjera juga koji je negativan prije

podne i pozitivan poslije podne- satni kut Sunca (a) koji je prije podne negativan, a poslije podne

pozitivan, mjereno od solarnog podneva (kut izmedu meridijana kojiprolazi Suncem i meridijana lokalnog promatrada)

- zemljopisna Sirina (@)- kutna Sundeva deklinacija (6) u odnosu na ekliptiku

U geocentridkom polarnom koordinatnom sustavu (s ishodi5tem u sre-di5tu Zemlje iosiz u smjeru celestijalnog sjevernog pola) poloZajSuncai promatrada na sjevernoj polutki odredeni su sfernim koordinatamaSunca s kutnom deklinacijom (6) za odredenidan u godini, mjerenomod celestijalnog ekvatora uzduL velike kruZnice koja prolazi Suncem icelestijalnim sjevernim polom idnevnim satnim kutem (a) mjerenim duZcelestijalnog ekvatora podev5i od meridijana lokalnog promatrada domeridijana koji prolazi Suncem i celestijalnim sjevernim polom. PoloZajpromatrada odreden je lokalnom zemljopisnom Sirinom (@) i duZinom(L) mjerenom zapadno od prvog meridijana u Greenwichu (negativnomier se mjeri u smjeru kazaljke na satu). U Kartezijevom koordinatnomsustavu u kojem se os z' poklapa s polarnom osi Zemlje, a os x' imapoloZaj koji je za L zakrenut u odnosu na grinidki meridijan, jedinidnivektori koji opisuju poloZaj Sunca n" i poloZaj vodoravne plohe napovr5ini Zemlje nn imaju sljede6e koordinate (il. 2.6):

UJaoE.r.llztutroN=?Jozd)o

II

^*l 645ffi...,:.:/.4.r1

l, "o.6cos, )

n,(xt ,yt ,zt)=l-"o.a.in, II sind )

oulZorL

No:o

mzmBoLm

II65 I t,,

qffiIF:

l"osa )nn(x',y',2')=l a

I

IsinO ,J

-:

=6EE=oG.

[U-(dE.UlzuJ

EoN=aJozdto

II

loo

6

oN6o

ENGET

.E 6' 3t-N\ /

oI r-------l--

r/ /t/

I rrsnh

gnrmeri

Nl/"\\___==-

+- -----"'/

--4

grinidkimeridijan

0)

llustraciia 2.6Geo c e nfi eki Kartezi j ev koo rd i natn i susfav

Visina Sunca odredena je skalarnim produktom vektora ns i nh:

coSZ = sinA = fi"-fin= cosdcos0cosro+sindsin0 .

Solarna deklinacija za konkretni dan u godini dobiva se iz pribliZnekorelacije:

6= 2l,44sin{efrv -

az,s* t,ossin(e(ru -

,,0))]],pri 6emu su:6 - solarna deklinacija, " fl. 2.7)

o@z

rL

N - redni broj dana u godini (radunanje dana podinje s prijestupnom Egodinom kada je za 1. sijednja N =1, a zavr5ava s 31. prosincem B6etvrte godine kada je N =1461). i

m

Em

I

67 1""IWY

fl!l

I

t

G;(6'3 +20(Eia@E

+10

E(6=

llustracija 2.7GodiSnja oyisnosf deklinacije po mjesecima

Veza izmedu solarnog azimuta (a), Sundeve deklinacije (6),kuta (a) i visine Sunca (A) glasi:

. cosdsinarSlnd=cosA

Satni kut se pri tome dobiva iz jednadZbe:

satnog

_ 360A)= I ^-." 24',

pri demu je:I" - stvarno solarno vrijeme mjereno od podneva (juga) kada je

jednako 0 (negativni se kutevi odnose na prije podne, a pozitivni

'-N+'-'-'-'-E'P.q66ru

ukupno dnevno trajanje sundanih sati izmedu izlaska i zalaska suncaza posve vedrog vremena dobiva se iz jednadZbe:

,, =, #1, "l= *la'c"os(-to ato o)l .Azimut Sunca na obzorjuodnosu na sjever dobiva se

u trenutku izlaskaiz jednadZbe:

i zalaska Sunca u

a0-

pri 6emu se negativna numeri6ka vrijednost odnosi naizlazak suncaistodno od sjevera, a pozitivna nazalazaksunca zapadno od sjevera.sundevo zradenje u prostoru iznad zemliine atmosfere naziva senebeskim ili ekstraterestickim zracenjem. Gusto6a energetskogtoka suncevog zradenja u svemirskom vakuumu naziva se solarnomkonstantom i iznosi E" = 1362 W/m2. Kada ne bi bilo Zemljine atmo-sfere, na vodoravnu bi povr5inu na Zemlji padao snop usmierenogiti direktnog nebeskog zralenia (EJ diji bi intenzitet (H) na vodoravnoj(,eksteresti6koj,) povrsini Zemlje zbog posve geometrijskih razlogaovisio iskljudivo o visini sunca (A), odnosno o njegovoj trenutadnojzenitnoj udaljenosti (Z), to jest:

Ho= E"cosZ = E"sinA - E"nn 'n"'pri demu su:{ - solarna konstanta (= 1367 W/m2).Ho - intenzitet usmjerenog nebeskogzrabenja na vodoravnoj povrsini

q Zemlje, Wm29 ,?h, t s - jedinidni vektori normale na vodoravnu ravninu i smjera Zemlia9 - Sunce koji leZi u ravnini ekliptike.E.oN

--J

Zbog eliptidke putanje Zemlje oko sunca i njihove varijabilne udaljenostipotrebne su male korekcije dime nebesko zrafenje na'ekstraterestidku'vodoravnu povrSinu (tj. izvan Zemljine atmosfere) postaje jednako:

oz8Ho

*l ,offqM-

= E [t*o.os+"o.360N l=in,a"[ 365/ '

sind

pri 6emu je:N - redni broj odabranog dana u godini.

U stvarnosti zbog prisutnosti atmosfere dolazi do znadajnog (povaln i m du lj i nama sel ektivnog) slab ljenja intenziteta nebeskog zradeniakoje pada na terestidku vodoravnu plohu na povr5ini Zemlje. Najmanjaatenuacija i deformacija nebeskog zrabenja nastaje kada je Suncenajvi5e na obzorju, dakle u zenitu, odnosno kada je tzv. relativnaatmosferska zrailna masa na morskoi razini jednaka:

AM^=1- 1" cosZ sinA

Na ve6im je visinama atenuacija manja zbog manje gusto6e atmosferepa je:

AM =PYAMo.po

pri demu su:P11, Fs - tlakovi na visini H i na razini mora, hPa.

Zamale visine Sunca, kada jeA < 20'(osobito zimi), konadni polumjerZemlje 6370 km geometrijskiogranidava relativnu atmosfersku masu.Za vrlo'nisko Sunce', kada je A < 5 ", znadajan postaje efekt ogibazradenja pa korigirana ve6a atmosferska masa postaje jednaka:

AM =PYPo sinA+ 0,50572(6,07995+ O)-'**

Efekt atmosfere, posebice industrijski i urbano onedi56ene, je zna-dajna (i po pojedinim valnim duZinama svemirskog zradeniaizraziloselektivna) atenuacija nebeskog (ekstrateresti6kog) zrabenja.Atenuacija Sundevog zradenja u atmosferi nastaje nizom interakcijasa sastojcima atmosfere, kao Sto su Rayleighevo raspr5enje namolekulama zraka, apsorpcija u ozonskom omotadu, apsorpcija namolekulama 02, N2, CO, i ostalih staklenidkih plinova, apsorpcija namolekulama vodene pare, raspr5enje i apsorpcija na desticama

o@zorL

NoamzmtoLmpra5ine i aerosola te gubici u visokim slojevima cirusnih oblaka.

Terestidko zraeenie na morskoj povr5ini, nakon atenuacije direktnogSundevog zradenja intenziteta E" = 1367 kWm'z smanjuje se naintenzitet Eo:

Eo= ErKT,

pri 6emu su:? - propusnost 6iste atmosfere, daleko izvan industrijske ili urbane

okolice (= 0,49 na vanjskim jadranskim otocima kao Sto su Hvar,Vis i Lastovo)

r- koeficijent koji u obzir uzima stupanj onedi56enosti atmosfere (= 1za distu atmosferu, < 1 za one6i56enu atmosferu: = 0,85 ugradovima i = 0,75 u industrijskim podrudjima, kada su prisutnave6a one6i56enja od pra5ine i drugih emisija).

lz toga proizlazi kako 6e ljeti, kada je putanja Sunca najviSa i Sundevozradenje najstrmije pada na povr5inu Zemlie (minimalna AM = AM),direktna komponenta Sundevog zradenja oko podne na vanjskimjadranskim otocima za potpuno vedrog vremena i s vidljivo56u ve6omod 20 km poprimititrenutadnu vrijednost oko 800 W/m2, dok 6e u istovrijeme raspr5eno (difuzno) zradenje biti oko 140 W/m2. Ukupnednevne ljetne vrijednosti u lipnju i srpnju iznose:- za direktno zradenje oko 6,5 kW h/(m'? d)- za difuzno zradenje oko 1,4 kW h/(m'? d).Zimi je putanja Sunca poloZenija pa relativna atmosferska masa(AM)postaje u dnevnom prosjeku gotovo tri puta ve6a pa 6e se direktnakomponenta ve6 samo po toj osnovi zimi svesti na tre6inu. Time 6ese trenutadna vrijednost direktnog zratenia na jadranskim otocimazimismanjiti na oko 260W/m2, dok 6e doprinos difuzne komponenteu odnosu na direktnu porasti i biti oko 80 Wm'z. Ukupne dnevnezimske vrijednosti u prosincu i sijednju iznose:- za direktno zradenje oko 1,5 kW h/(m'z d)- za difuzno zradenie oko 0,6 kW h/(m'z d).Stvarne vrijednosti ukupnog (globalnog) dnevnog zrabenia navodoravnu plohu u prosincu i sijednju bit 6e oko 30% manje zbogudjela obladnog vremena i iznosit 6e oko 1,6 kW h/(m'z d).

Za plohe nagnute pod kutem p u odnosu na vodoravnu povr5inu, kojesu dodatno zakrenute za kut 7u odnosu na smjer sjever-jug (il. 2'8),parafelni snop direktno usmjerenog Sundevogzrabenia (E)koji nijepromijenio smjer prolaskom kroz atmosferu i pada na kosu plohu te6iji poloZaj odreduje jedini6ni vektor okomice na tu plohu nu, imaintenzitet:

E" = E"coso'Pri tome je:

cOS0= np.t'n",

a jedini6ni vektori normala:

Ti vektori odreduju poloZaj vodoravne i kose plohe u Kartezijevomkoordinatnom sustavu, u kojemu osi x i y leZe u vodoravnoj ravnini'Os x je okrenuta prema sjeveru, os y prema zapadu, a os z ima smjernormale na vodoravnu povriinu (nn). U tom koordinatnom sustavu ojedinidni vektor n", koji ima smjer Zemlja-Sunce, leZi u ravnini Zemljine 2ekliptike i ima lokalne koordinate: ?

,.O,r,r=[3]

(sinpcosT'ln o,{x, Y, 4 =l-sinBsin 7 |

I cosB )

IU-oE,t!zTU

noN

:Jozmo

[-cosdsinPcosar+ sindcos4 )n"(x,y,)=l cosdsino

I

I cosdcos0cosar+ sin6sind J

r-L

NoTmzmnomll73 l+, l

----]:it"# I

a) ploha nagnuta premajugu (ekvatoru)

UJ

=oE.I.IJzUJ

troN

fJozoo

,tittolr,

llustraciia 2.8Odrednice kuteva kod nagnutih ploha

b) nagnuta ploha sazimutom y prema jugu

skalarni produkt f,n . h* odreduje zenitnu udalienost (Z) i visinu sunca(A) pa za sludaj ,oborlune ravnine (F = O) vrijedi:

fipr'frr= t7n'f7.,to jest

fin.fr" = cosZ = sinA = cosdcosalcos@ + sindsin@ '

U op6enitom sludaju kose plohe vrijedi:

D pr. D "

=COS g = -sinB cos Tcos 6cosatsin @ + cosB cos 6cosocos O -

- sinB sin Tcos 6sin ar + cosB sin 6sin @ + sinBcos Tsin Scos @

Kada je kosa ploha okrenuta prema ekvatoru, tj. prema jugu, vrijediy= 180 o pa se izraz pojednostavljuje:

cos0 = sin(O - F)sina+ cos(o - F)cosdcosar.Za sludaj okomite PloheF = 90 ", 6ime se dobiva:

okrenute prema ekvatoru su 7 - 180 ' i

cos0 = -sindcos@ + cos6cosarsin@.

Zavodoravnu je plohu F = 0 " pa se dobiva:cosg = sindsin@+ cosdcosalcos0 = sinA '

Budu6i da komponenta neoslabljenog direktnog zraleniaovisi o cos0,za plohe okrenute prema ekvatoru 0ugu), postoji dnevna ovisnost osatnom kutu sunca (a) i godisnja ovisnost o sundevoj deklinaciji (5).Pri tome cosg tijekom godine poprima najve6e vrijednosti za 0 - B = 0(ir. 2.e).

oTDzorL

NoumzmDaLm

odo(g

.C=oE

ON

oOil

co-I

e-o

o*G(EU,Gs.oc{

OGisaGat,f

lolmlzlot

->(5fi qsiB N:.9'E'$EE I? SSs 6-= o6h

=S E,H ,So, Nf S FsS eEo6

H

I93[,,E1 i

?lffiffiJi

o@@-fNoo

@sNooo

oN

oo

@

o^FGca3o

'Y-g6ONFoE6vN!2

Fg-!Eo

FO

ao>

o,

SNdd

oo@ooo

ocpoooooEaEoF6

6oEoooooeU)Eo6

@o@@

ooo

ooE

o(U'6oa

'=

o

=@

o(6oo.9.

C(o=

Noooi> E

i

t =0,pri cemu su:a - koeficijent apsorpcije apsorberae - koeficijent emisije apsorberae - koeficijent transmisije apsorbera.

Dobar selektivni apsorber ima vrlo mali koeficijent ponovne emisijeIC zracenja (e < 0,08), ali istodobno velik omjer ale (a/e > 10). Doksu starije generacije apsorbera (do 1980. godine) djelomidnu se-lektivnost osiguravale tamnim premazima, novije generacije su tutehnologiju napustile, ne samo zbog lo5ijih podetnih u6inaka, ve6 izbog degradacije povr5ine apsorbera tijekom rada i dulje izloZenostivisokim temperaturama (oko 200 'C). Novije generacije apsorberanastale su posebnim tehnologijama obrade bakrene, aluminijske ilidelidne povr5ine apsorbera nano5enjem tankih slojeva kemijski sta-bilnih spojeva ili laserskom obradom povr5ine dime se ostvarujumikrokrateri na povr5ini koja time postaje savr5en apsorber jer svakoreemitirano zradenje zauvijek ostaje zarobljeno na takvoj mikro-

,r izbrazdanoi povr5ini.-ofi Radni medij koji struji (cirkulira) kroz sustav sluZi za prijenos apsor-fr birane topline od apsorbera do toplinskog spremnika. Kao radni medijE najde56e sluZi voda, razna uljaili zrak. Pri tome je apsorber istodobnoR i izmjenjivac topline koji s jedne strane mora osigurati u6inkovit prijelaz

=

topline na rashladni medij, pa dak i za male temperaturne razlike=

apsorbera i medija (oko 3 'C), a s druge strane uz pomo6 inZenjerskiA projektiranih prepreka mora sprijediti provodenje, konvekciju izradenjefr topline te osigurati odvodenje proizvedene korisne topline do najbliZegY dobro izoliranog spremnika topline uz Sto manje gubitaka.

I

"d 102

iNffi

Ku6i5ta kolektora najnovijih generacija odabirom materijala ikonstruktivnih rje5enja min imiziraj u topl inske gubitke u klanjaj u6i svetoplinske mostove, pa 6ak i za ekstremne temperaturne razlike premaokolici (npr. zimi = 80 'C) gubici ostaju na razini oko 30%. lsto tako,materijalima i konstrukcijom se korozija i svaka druga degradacijakolektora svode na minimum, dime se zajamdena trajnost takvihkolektora produljava do krajnjih 25 godina.Posebna se pozornost posve6uje gornjem dijelu ku6i5ta koje jeokrenuto prema Suncu i ima aperturnu povrSinu od stakla ili drugihmaterijala velike propusnosti (r), posebice na lC dio spektra, aistodobno mora imatisvojstva male apsorptivnosti (a) i reflektivnosti(p) na toplinski dio Sundevog spektra jer ti konkurentni procesismanjuju intenzitet zradenja koje pada na apsorber. lsto tako, pokrivkaza veCe valne duljine reemitiranog lC spektra koji se pojavljuje uprostoru iznad apsorbera mora biti crno tijelo dime se bitno smanjujugubici.

Pokrivka ima ulogu kao i apsorber - selektivnost u odnosu napojedine dijelove spektra zradenja, Sto je takoder odlika kolektoranajnovije generacije koji u odnosu na kolektore prije do 1980. godinepostiZu 2 do 3 puta ve6e godi5nje prinose. Kao materijal pokrivkerazmatraju se:- uobidajeno prozorsko staklo- vodeno bijelo staklo- plastidni materijali oja6ani fiberglasomProzorsko staklo debljine 4 do 5 mm, koje je na hrvatskom trZi5tuuobidajeno, ne moZe se koristiti kao pokrivka solarnog kolektora jerse njegova reflektivnost na direktno zradenje koje pada na njegovupovrSinu kre6e oko 0,09 do 0,11 dok se apsorptivnost kre6e oko 0,11do 0,13, ovisno o udjelu Zeljeza. Zbog nesavrSenosti u proizvodnjidodatno se pojavljuju njegova vrlo nepoZeljna anizotropna svojstvakoja efektivno i na nepredvidiv nadin pove6avaju apsorptivnost ireflektivnost povr5ine Sto jo5 vi5e smanjuje intenzitet zradenja napovrSini apsorbera. Zazrad,enje koje pada na takvo staklo pod kutem70 do 90 " u odnosu na povr5inu, transmitivnost (r) se kre6e oko 0,75.Za upadne kuteve koji su manji od 30'u odnosu na povr5inu stakla,Sto je dest sludaj zimi, reflektivnost 6e se udvostru6iti u odnosu naokomito zradenje Sto 6e dodatno smanjiti osundanost apsorberadirektnim (usmjerenim)zracenjem 2 sata prije i 2 sata nakon Sundevog

o@z

rL

NoDmzm7o-

m

podneva (kod ljetnog ra6unanja vremena, lokalno podne nastupa oko55 minuta prije sundevog podneva, dok npr. u studenom ono nastupaoko 15 minuta prije sun6evog), kada se sunce nalazi to6no u zenitu.Za vodeno bijelo staklo s vrlo malim udjelom lelieza (manjim odO,O1 %) i dodatnom obradom povr5ine osigurava se ukupna apsorp-tivnost i reflektivnost koja je manja od 9oh (u + p < 0,08), 6imetransmitivnost na lc dio spektra okomitog zradenja raste na c 2o,92.od svih materijala, staklo debljine 4 do 5 mm proizvedeno i obradenona odgovaraju6i na6in ima najbolja opti6ka svojstva, trajnost (vise od20 godina) i otpornost na vremenska i manja fizidka o5te6enja(ogrebotine). Njegove lose strane su velika masa i neotpornost nagrublja fizidka o5te6enja koja, primjerice, mogu nastati zbog tu6e iliudarca kamenom od odronjavanja ili, ce56e, zbog vandalizma.Drugi transparentni materijali koji se mogu koristiti kao pokrivka,najdes6e su plastidni materijali oja6anifiberglasom, kao Sto su Lexan(polikarbonat), Tedlar (polifluorkarbonat), Teflon i dr. lmaju znadajnomanju masu, Sto je vrlo pozeljno, dobra opticka i toplinska svojstvate se mogu povrsinski obradivati, 6ime postaju selektivni na lc diospektra. lpak, 6esto ne dopustaju temperature ve6e od 90 'C Sto seljeti moZe dogoditi izmedu 11 i 13 h (po solarnom vremenu), pogotovoako nema odgovaraju6e potrosnje topline, primjerice zbog premalepotrosnje PTV, Sto je 6esta posljedica predimenzioniranja povrsinekolektora ili podimenzioniranja volumena spremnika. NajdeS6e se toopravdava tvrdnjom kako 6e takvo kapacitiranje sustava omogu6itidoprinose za grijanie na jesen i u rano prolje6e Sto, najde56e zbogdrugih razloga, nije slucaj.op6enito, odabir pogodnih materijala za solarne apsorbere i pokrivke,a posebice odabir i usporedbe u sludaju (potrebne) obrade povrsine,nije mogu6 bez vdo podrobne analize optidkih, toplinskih i fizikalnih

r.u svojstava primijenjenih materijala, ali i odabranih tehnidkih rjesenja,3 pri 6emu nikada ne treba zaboraviti i cijenu takvih pobolj5anja'ffizq U6inkovitost pretvorbe (primarne) Sundeve energije u (kona6nu)5 toplinsku znadajno ovisi i o drugim parametarima, Sto se ne mo2e

j kotektora koja je u korelaciji s meteoroloSko-klimatskim i pogonskim2 parametarima koji vrijede u tom trenutku, tijekom dana, tjedna,I mjeseca ili cijele godine. Pritome teku6itjedan, mjesec ili godina po

I

Ito+i\w.j

trenutadnim temperaturama i insolaciji mogu znabalno odstupati odnekih prosjeka koji su rezultat vi5egodi5njih mjerenja ili promatranja.Trenutadna udinkovitost kolektora je rezultat niza 6imbenika kojisvojom (sludajnom) istodobno56u 'odreduju radnu to6ku'.

Dva su temeljna mehanizma koje treba opisati za razumijevanjeglavnih utjecaja na trenutadnu bilancu pretvorbe Sun6eve u toplinskuenergiju (il.2.1$:1. koliki dio od primarne energije se apsorbira2. na koje se sve nadine konadna toplina (ponovno) gubi u okolici i

postaje nedostupna korisniku.

llustracija 2.14Fizikalni procesi na ravnom kolektoru s dvije pokrivke

Toplinsku bilancu kolektora opisuje jednadZba:

Q = r^r- [c-("") - n-(r,, - r,,)],pn cemu su:Qn - neto kolidina korisne topline dobivene pretvorbom u

vremena, wF, - faktor prijenosa toplineF* - povr6ina solarnog kolektora, m2

o(DzorL

Niedinici 51

mzm!o-

mI

I

105 I-:ffitr:

zradenie

G,_ - trenutacno globalno (usmjereno i difuzno) zradenje na kolektoriod kutem B u odnosu na vodoravnu ravninu i pod kutem y uodnosu na smjer sjever-jug, Wm2

z - ukupna transmitivnost svih pokrivkia - ukupna apsorptivnost povr5ine apsorberakn - ukupni koeficijent prijelaza topline za kolektor zadane konstrukcije,

materijala i izvedbe, W(m'zK)r),, - temperatura na ulazu u kolektor, oC

4, - temPeratura okolnog zraka, oC'

U ku p n i koef i c i j ent priielazato p I i n e ko I e kto ra o p i s uj e to p I i n s ke g u b it kekoji nastaju konvekciiom i zradenjem (izmedu pokrivke i apsorberate atmosfere i izmedu pokrivki ako ih ima vise) te provodenjem krozstijenke ku6i$ta kolektora (strane i dno). lzolaciiastrana idna ku6i5tamora biti takva da ukupni gubici provodenjem ne budu ve6i od0,5W(m2K),stoseostvarujekamenomVunomilipoliuretanskimpj"nrn.,". Gubici topline konvekcijom i zradenjem, medutim' vi5e-siruko nadma5uju gubitke provodenjem kroz stijenke ku6i5ta. Ti segubici znadajno smanjuju odabirom selektivne povrsine apsorbera[o1a se odlikuje velikom apsorptivno56u na lC dio spektra Sun6evogzrabenja 1a = b,85), malom emitivno56u u podru6ju lC dijela spektra(e< O,OA) ievelikim omjerom ale(a/e> 10). Posve sli6niu6incipostiZuse obradom pokrivne povrSine kako bijoj se za dio lc dijela spektramaksimizirala transmitivnost uz istodobno pove6anje reflektivnosti(prema unutrasnjosti kolektora) za male upadne kuteve sundevihzraka.Ako se zbog ekonomskih razloga odabere samo jedan od dvaselektivna u6ina, svakako valja odabrati apsorber, jer je proizvodnja

r.u selektivnih apsorbera jeftinija od proizvodnje selektivnih pokrivki, a

=

uz to se selektivno56u apsorbera znaiaino smanjuje intenzitetH reftektiranog tC zradenja koje grije pokrivku. To je kljudno kodZ staklenih pokrivkikoje gotovo 100%-tno apsorbiraju to zra6enje, od; nieqa se qriiu i potom predaju toplinu konvekcijom i zradenjem svoje9 van'iske povrSine koja je u dodiru s okolnim zrakom. Pri tome na: gunitte topline konvekcijom bitno utjede i brzina vjetra uz povr5inu

=

Pokrivke.ozc0o

I*t 106

.t*.-,nit}j}ir

Jednad2ba kolektora se uobi6ajeno pi5e u obliku izraza za stupanjdjelovanja ravnog kolektora, odnosno ucinkovitost pretvorbe Sun6eveu toplinsku energiju:

4 = *-

= F^(ra) ^-*(r, - d,,),

pri demu je:4 - stupanj djelovanja ravnog kolektora (u6inkovitost), %.

Pri tome se umnoZak (ea)n odnosi na usmjereno direktno (normalno)zradenje na povr5inu kolektora (npr. u podne ako je nagib kolektorajednak zemljopisnoj Sirini na zadanoj lokaciji).Za vodeno bijelo staklo pokrivke propusnost (transmitivnost) iznosioko 0,92, a pribliZno je tolika i apsorptivnost plode apsorbera pa jefaktor (Tai:)n= 9,65.

Faktor prijenosa topline (FJ gotovo ne ovisi o intenzitetu Sundevogzrabenja ni o temperaturi apsorbera ili okolnog zraka, ve6 je funkcijaprojektiranog protoka odabranog medija koji odreduje u6inkovitostodvodenja topline, a time i veli6inu gubitaka. Takoder ovisi o konstrukcijiapsorbera, vrsti i debljini materijala od kojeg je nadinjen te o razmakucijevi rashladnog registra ili rashladnih kanala kojima struji radni medij.Kod danas uobicajenih konstrukcija kolektora je F^= 0,8 pa jeF^(ra)^= 0,68. Ukupni koeficijent prijelazatopline za danas uobidajenekonstrukcije ravnih kolektora s jednom pokrivkom kre6e se izmedu3,5 i4,5 W/(m'?K).U praksi 6esto se koristi i druga relacija za udinkovitost kolektora:

n= F^(ra)^ffto - o,,)pri demu su:

o =)(o",-rr,,) - srednja temperatura radnog medija, "Cr9,., - temperatura na izlazu iz kolektora, 'CF, - faktor udinkovitosti apsorbera u pogledu odvodenja topline.

o@zot-L

NoTmzmaCm

Faktor F. pri tome treba gledati kao omjer.,stvarno odvedene korisnetopline masenim prot;;;r &rievnog medila' prema odvedenojtoplinii..j" bi t" ,.porturitu laoi'ui apiorber tocno poprimio sredniuil-rp"ruiuru medija. Faktor F" je ne5to ve6i od F, ier oPisuie

-samofizikalne uvjete priienosa toplirie, a ni6im ne uzima u obzir mehanizmei"pii".r.ir, guUialia vezane uz konstrukciju kolektora'Krivulje efikasnosti ravnog kolektora (il' 2'15) u praksi se odredujuispitivanjima, a zapisuju se u obliku:

, (r-r.,) ,. (o-r,)'Tl=r7o-n,T r,Tpri demu su:G.-referentnavrijednosttrenutadnogglobalnogzralenjanakolektor^ (= Boo wm'z)

k- - linearni koeficijent prijelaza topline - kolektorska konstanta' (= a,u w(m'z K2))

k^ - kvadratni koeficijent prijelaza topline - kolektorska konstanta(= 0,015 W/(m'? K'z))

4o - konverzijski faktor (= 0'75)'

U jednadZbi je kvadratni 6lan koji vodi raduna o tome da za ve1erazlikesrednje a"r"i"*irre meoiil (r)) i temperature zraka (r9,) gubicipostaju ve6i nego 3to to linearni 6lan moZe opisati'

JednoodnajpoznatijiheuropskihsrediStazaispitivanjekolektorajernstitut ,a t"rmol-inarit u i t"i*otehniku (rrV) sveudjrista u stuttgartu'ali sa sjedist". , wurzburgu. Uz ispiiivanja i mjerenia., ispitivani

u korektor za proriznu ocleni na rokaciji wurzburg_godisnje mora; ;il;;slirw nlr2 uz Oyoudjeta sundeve enersije u pokrivanjuS oodiSniih toPlinskih Potreba'z La*,i," zracenje koje se godisnje dozradi na vodoravnu plohu uE ffiI#;d ;;;;1 l oab kw ri/rn' sto treba usporediti s 1535 kw h/m'zn koliko ." , prorl"ku godisnje.dozradi na vodoravnu plohu

u Splitu'

f ooraniden ." "rii"J".rii >

zso kw h/m2 godiSnje uz 50%o udiera3 ffid;;',;;lrgli;, poomirivanju sodisnjih energetskih potreba.zI Na vanjskim jadranskim otocima' kao Sto su primjerice Hvar'

Vis'

r Kor6uta, La.tovo i H4ii"t, kotektor koji bi u splitu zadovoljio uvjet.J ''otffi--

> 750 kW h/m2 godiSnje proizvodio bivi5e od 825 kW h/m2 godi5nje'Sto Oi , znacajnoj mleri pomoglo ekonomidnosti solarnih sustava zapiipi"., pwi gii;un;", posebice na.otocima' Time se otvaraju noveiloguenosti za velike u5tede fosilnih goriva i elektri6ne energije uhotltim i u privatnim pansionima i ku6anstvima'

l--,, 1 za bazeneFi:itl.:-: ll priprema PTV

1 1,00(E'-(6.9o:o-'- 0,756o=

0,50

" 0,05

a - apsorber bez Pokrivke

b - crni aPsorber s

jednom Pokrivkomc - selektivni aPsorber s

jednom Pokrivkomd - seleKivni aPsorber s

dvostrukom Pokrivkome - pokrivka od Propusne

toplinske izolacijed-cilevi svakuumskim

apsorberom

intenzitet zradenja X' K m'?M

x= o'- o'Io

pri cemu su:

", =

$ur- oi' - srednja temperatura medija2 n ulazu i izlazu iz kolektora, "C

Our - temperatura medija na ulazu u kolektor, 'CO,, - temperatura medija na izlazuiz kolektora, 'C

O, - temPeratura zraka, "C

/o - intenzitet zradenja, W

llustraciia 2.15

o@zorNoumZmTotrmdKrivutie eikasnosti ravnih kolektora ovtsnoo poXrivci, vrsti apsorbera i konstrukciii

grijanje

2.g.2. Pretvornici Sun6eve u elektri6nu energiiusolarni fotonaponski pretvornici sluZe za izravnu pretvorbu (sun-deve) svjetlosti u elektridnu energiju, a izvode se kao fotonaponske6eliie (eng. photovoltaic cells, njem. photovoltaische Zellen) kojemogu biti od:- monokristali6nog i polikristalidnog silicija- amorfnog silicija- kadmij-telurida ili bakar-indij-diselenida'

Najveci dio FN 6elija danas se osniva na monokristalidnom ipoiiLrist"tidnom siliciju. Celija debljine 0,20 do 0,25 mm oblikuje seod kristala silicija vrlo visoke cisto6e tako da joj se jedna strana dopira(oboga6uje) atomima bora dime nastaje tzv. p strana, dok se s drugestrane difuzijom fosfora stvara tzv. n strana pa se takve 6elije nazivajun-p fotonaponskim 6eliiama. silicijje na Zemlji prisutan u vrlo velikimt

Tako je u prikazanom primjeru (za P*u,= 1,27 W vrSnih, A = 0,01 m2,/" = 1000 Wm2):

P 1.27n-..

-

:-.* = ---:- = 12,7 %ot"A 1000. 0,01

Ve6ina 6elija koje se danas pojavljuju na trZi5tu ima udinkovitost(stupnjeve djelovanja) izmedu 12 i 15yo, dok se u laboratorijskimuvjetima (na 6elijama manje povr5ine) postiZu vrijednosti ve6e od2OYo. T eor etski maksimum stu pnja djelovanja za celiie od kristal idnogsilicija kre6e se oko 30%.

struja kratkog spoja /"

napon

otvorenog

krugaUox

- 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6naPon U, V

- dimenzije 0,1 x 0,1 m- standarni uvjeti ispitivanja: temperatura celije 25 t2 "C,

intenzitet zradenja 1000 Wm'z, spektralna raspodjelaterestidkog zraeenja za Sirinu atmosfere AM = 1,5

llustraciia 2.17l-LJ karakteristika solarne celiie od kristaliinog siliciia

Omjer vrSne snage FN 6elije i umno5ka struje kratkog spoja i naponaotvorenog kruga naziva se faktorom popune l-U karakteristike 6elije:

D

' /n"Uo* '

pri demu su:F, - faktor popune/*" - struja kratkog sPoja, AUo* - napon otvorenog kruga, V.

U prikazanom primjeru faktor popune iznosi:

F,= ,PiT = =)''! ^==o,7G.' /n"4* 2,8.0,60

Faktor popune pri tome ovisi o kvaliteti p-n spoja i o unutarnjemstrujnom otporu.

Za celije od kristali6nog silicija struja kratkog spoja je izravnoproporcionalna intenzitetu Sundevog zradenja. Napon otvorenogkruga takoder ovisi o intenzitetu Sundevog zradenia, alije taj u6inakbitno manji jer je korelacija logaritamska, dok je maksimalna vr5nasnaga pribliZno proporcionalna Sun6evom zradenju' Kod ve6ihintenziteta Sundevog zradenia, vi5ih dnevnih temperatura okolnogzrakale nedostatka vjetra temperatura FN 6elije od jutra postupnoraste na viSe od 50 'C. Tada dolazi do (manjeg) porasta struje kratkogspoja, ali i do mnogo ve6eg pada napona otvorenog kruga Sto kaoneto rezultat daje pad maksimalne snage celiie za oko 0,5olo posvakom 1 'C porasta temperature. lz toga je jasna preporuka svimkorisnicima kako FN 6elije za razliku od solarnih kolektora moraju bitimontirane tako da se osigura dobra prozradnost, prirodna konvekcijatopline zrakom i prirodna ventilacija vjetrom.Pojedinadne FN 6elije se povezuju serijski, paralelno ili najde56ekombinacijom oba nadina. Time se postiZe Zeljena vr5na snaga (npr.75, 100, 120 W vrSnih itd) i radni napon modula (npr. 12 ni 24V).Pakiranje FN 6elija u ve6e fotonaponske module (panele) provodise za osiguravanje dugotrajne (viSe od 20 godina) i pouzdane za5tite

1 3,0(g'f6

2,5

uJ-(,E.uJzLI.J

toN

-J

zd]o

I

I

I 112wt"

o@zorL

N

nmzmaoL\m

maksimalna vr5na snaga P.,*

od atmosferskih i fizidkih o5te6enja (il. 2.18). Pri tome se transparentneprednje strane pokrivke 6elija odabiru tako da je apsorpcija toplinskog(infracrvenog) zradenja minimalna.

kuii5te (okvi0

meduspoi

kapsulant

r separatorI od staklenihr vlakana

provrti za pricvrSiivanje

llustracija 2.18Kapsuliranie kristali1nih FN-ieliia

osim monokristalinidnih i polikristalini6nih FN-6elija (u6inkovitostmodula izmedu 12 i 15%o), proizvode se i jeftinije 6elije od amorfnogsilicija (a-Si), dija je u6inkovitost (stupanj djelovanja) znadajno manjaod od onih s kristalidnim silicijem i kre6e se od 4,5 do 5,5%o. Do sadasu u laboratorijskim uvjetima proizvedene 6elije od a-si s rezolucijomizmedu 6 i 8%o, ali se (za sada) te vrijednosti ne mogu osigurati ukomercijalnoj proizvodnji. Problem 6elija od a-Si svakako je idegradacija udinkovitosti pretvorbe sundeve u elektridnu energiju (tzv.efekt Stabler-Wronskog), kod modula koji su dulje izloZeni utjecajuSun6evog zrabenia.Tehnologije tankog filma na jeftinim podlogama s 6elijama od kadmij-telurida (CdTe) i bakar-indij-diselenida (CulnSer) takoder se ubrzanorazvijlu, a laboratorijske udinkovitosti takvih modula danas se kre6uoko 15%io.

rubna

-\--nepr0pusn0

tu')otuJzuJ

ccoN

aJozmo

Ve6a FN postrojenja, primjerice FN elektrane vr5ne snage oko 1000 kW,pretpostavljaju cijela polja paralelno spojenih nizova FN modula userijskom spoju, pridemu se serijskim spajanjem postiZe potreban naponpostrojenja, a paralelnim spajanjem osigurava potrebna snaga.

Premosne ili tzv. bypass-diode se koriste kako bi se izbjeglopregrijavanje najlo5ije 6elije u pojedinadnim modulima (efekt po-jedinadnih 6elija) koje bi tijekom sundanog dana ostale u sjeni (pojavatzv. vru6e todke na modulu) i podele bi se pona5ati kao diode sasuprotnim prednaponom, zarazliku od ostalih 6elija koje bi se i daljepona5ale kao generatori. Naime, tada bitakve, lo5ije ili 6elije u sjenipodele tro5iti struju koju i dalje proizvode ve6inske 6elije-generatori.Kao rezultat toga podele bi se grijati do temperatura 100 'C Sto materijalku6ista u nadelu ne moZe izdrlati i moZe uzrokovati o5te6enja cijelogmodula. To posebno vrijeditamo gdje se radi o ve6im modulima, gdjeenergija koju bi takva vru6a delija trebala predavati okolici u jedinicivremena moZe biti i vrlo velika. Bypass-dioda u takvim slu6ajevimapredstavlja premosnicu koja ograni6ava snagu modula i preventivnosprjedava trajna o5te6enja modula (il. 2.19).

llustracija 2.19Spajanje FN modula u polja

o@zorL

=NoTmzmuo-

m

osim bypass-dioda, u autonomnim se sustavima koji nisu povezanis mreZom redovno koriste itzv. blok-diode koje blokiraju (sprje6avaju)no6no praZnjenje akumulatora posredstvom FN modula'

Ve6ina velikih FN postrojenja fiskno se postavlja na nosivu kon-strukciju koja je orijentirana prema jugu. Montiranjem FN modula nakonstrukcije koje omogu6avaju dvoosno pra6enje dnevnog hodasunca po visini i azimutu mogu se dobiti solarni doprinosi i do 14oYou odnosu na fiksnu montaZu. Jednoosno pra6enje je prilidnojednostavnije, ali su doprinosi bitno manji i ne prelaze 115%.2animljivo je znati kako manji (prijenosni) FN sustavi koji imaju samonekoliko modula u nizu mogu posti6i ucinak jednak 95% onog koddvoosnog pra6enja sunca, ako se samo dva puta dnevno (sredinomjutra i sredinom popodneva) provede korekcija suncevog azimuta,uz barem jedno tromjesecno namjeStanje nagiba modula premaekvatoru 0ugu). Sli6ni se udinci mogu posti6i FN modulimasmjestenim na okomitim ili priblizno okomitim zidovima i dijelovimakrova zgrade, ako se ispred njih postave reflektori nagnuti pod kutemoko5'Premaekvatoru.

Fotonaponski moduli u pravilu mogu biti:- samostoje6i, bez prikljudka na mreZu- umreZeni, sPojeni na mreZu.samostoie6i FN moduli mogu biti 6isto istosmjerni (DC), kombiniraniistosmjerno-izmjenidni (Do/AC) ili hibridni s pomo6nim izvorima kaoSto su benzinski ilidizelskiagregati, vjetroturbine, hidroturbine ili malikogeneracijski izvori (npr' motor ili mikroturbina)'UmreZeni FN moduli koriste mrezu kao spremnik u interaktivnom

r.! rezimu rada. Tada se viskovi (naj6e56e daniu za sundanog vremena)

=

predaju mrel|a no6u i u uvjetima manje insolacije izmrele se uzimajutr manjkovi.a

I Fotonaponski sustavi (eng. photovoltaic systems, njem. photo-E voltiaisihe Systeme) predstavljaju integriran skup FN modula iostalih

=

komponenata, projektiran tako da primarnu Sundevu izravno pretvara

= u kona6nu elektridnu energiju kojom se osigurava rad odredenog

A broia istosmiernih i/ili izmjenidnih tro$ila, samostalno ili zajedno s7I pri6uvnim izvorom.

I

*J 116'w-

U najjednostavnijem sludaju FN 6elije opskrbljuju samo istosmjernatro5ila. Takav sustav moZe, npr. osiguravati elektridnu energiju zapunjenje baterija ili za pogon crpke za navodnjavanje poljoprivrednihpovr5ina ili za punjenje cisterne s pitkom i potro5nom vodom izobliZnje rijeke, jezera ili bunara fl. 2.20). Ako se FN izvoru dodapretvornik (inverter) istosmjernog (12 ili 24 Y) u izmjenidni napon(230 V), takav sustav moZe osiguravati elektri6nu energiju za svaizmjenidna tro5ila $. 2.21).

istosmjernacrpka

llustracija 2.2OFotonaponski susfay za istosmjerna troiila

llustracija 2.21Fotonaponski susfay za izmjenitna troSila

oTDzor-L

=Notmzm7oLm

fotonaponski moduli

fotonaponski moduli

LU-(,E.IUzutroN

?.J

ozmo

Ovisno o nadinu rada, postoje dvije vrste FN sustava:1. samostalni (autonomni), za 6iji rad mrela nije potrebna2. mreZni, spojeni na elektri6nu mreZu:- pasivni, kod kojih mreZa sluZi (samo) kao priduvni izvor- aktivni (interaktivni), kod kojih mreia..mole pokrivati manjkove' ali i

pt"rrir"tl viSkove elektri6ne energije iz FN modula3.hibridni,koiisuzapravosamostalnipovezanisdrugim(obnovljivim)

izvorima.

Samostalni(autonomni)sustavizasvojradnezahtijevajuspojnaelektridnu mreZu. t

I.JJ

-oEujzTIJ

i.oN:-Jozmo

llustraciia 2.24Pasivni mreini FN sustaY

llustraciia 2.25Aktiv ni (i nteraktivni) mreZni FN sustav

2.9.9. Pasivna primiena Sun6eve energiiezarazlikuod aktivne primjene sun6eve energije za sto sluZe toplinskii fotonaponski pretvornici Sundeve energije, pasivna primjenaSundeve energiie se osniva na tako izvedenim gradevinskimelementima i materijalima koji trebaju biti optimalno, a ne samoestetski, obl ikovani i medusobno funkcionalno povezani. Geometrijskioblik, velidina i visina zgrade, toplinski kapacitet pojedinih zidova iprostorija, toplinska zastita zgrade i, posebice, njezinih pojedinihdijelova, ostakljenost, zastita od vjetra, kise, vlage, ali i od Sunca ljeti,fizikalna svoj stva kori5ten ih g radevi ns ki h i kon stru ktivn i h materijal ate kvaliteta gradenja u energetskom smislu zna6ajno utjedu naudobnost boravka u takvim zgradama, ali i na njihovu ukupnuenergetsku potro5nju cijele godine, uz ostale vidove potro5nje,ukljuduju6i grijanje zimi i hladenje ljeti. U Sirem kontekstu, na pasivnuenergetiku zgrade ne utjecu samo arhitekt i izvoda6 radova, ve6 iurbanistidki plan gradnje u naselju, raspored i medusobna udaljenostpojedinih zgrada, smjeroviglavnih prometnica u naselju u odnosu nadominantni smjer vjetra, lokalne kl i matsko-meteorolo5ke zna6ajke,blizina mora, konfiguracija okolnog tla, blizina i smjer najbliZihoneci56iva6a okolisa (npr. zastarjele industrije) i dr'Na Zalost, u Hrvatskoj gotovo nijedan od tih elemenata pasivnogkori$tenja Sundeve energije i meteorolo$ko-klimatskih znadajki nemaozbiljniju ulogu ni u fazi planiranja naselja ni kod gradnje pojedinihstambenih, tu ristidki h i I i industrijskih zgrada. U priobal nom bi pod ru6juHrvatske mnoge postoje6e stambene, turistidke i druge zgrade, kadabi se optimalno grijale zimi i hladile ljeti, godisnje trosile izmedu 300i 5OO kW h/m2 toplinske i rashladne energije, Sto znadi da bi se zaprostorije povrsine 100 m2, koji bi se tijekom 50 godina grijale i hladile,potro5ilo izmedu 1OO 000 i 200 000 EUR samo na energiju (izmeduiOOO i 2000 EUR/m2), Sto je gotovo jednako ulaganjima u izgradnju Icijele zgrade! 6Uz mnogo stro2e uvjete projektiranja i izgradnje, mogla bi se sagraditi EzgradakojabizamaksimalnopotrebnuipoZeljnuudobnostljetiizimi