PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Sadržaj: 1. Uvod. Predmet, metode i cilj istraživanja 3

2. Solarna energija, solarni paneli i njihova primena u fotonaponskim sistemima 4

3. Solarni paneli 8

3.1. Princip rada solarnih panela 8

3.2. Vrste solarnih panela  8

4. Karakateristike solarnih panela 9

4.1. Ekološke karakteristike 9

4.2. Estetske i ekonomske karakteristike 9

5. Mogućnosti primene solarnih panela 10

5.1. Krovovi 10

5.1.1. Kosi krovovi 10

5.1.2. Stakleni krovovi 11

5.2. Fasade 12

5.2.1. Transparentne fasade 12

5.2.2. Polutransparentne fasade 12

5.3. Zasenčenja 13

5.4. Solarno drvo 14

6. Zaključak  15

7. Literatura 16

2

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

1. UVOD

Aktuelna tema današnjice u svetu, a sve više i kod nas su održivi razvoj, ekologija i energetska efikasnost. Energija i ekologija predstavljaju dva velika, uzročno-posledično povezana problema budućnosti čovečanstva. Najznačajnije svetske organizacije suočile su se sa ozbiljnošću po pitanju ekologije i  održivog razvoja.

U periodu obilja jeftinog goriva, pre samo par decenija, građeni su objekti koji nisu imali mnogo veze sa podnebljem u kome su nastali, što je kao rezultat dovelo do izgradnje energetski neefikasnih objekata i do rasipanja energije.

Niskoenergetski objekti osim što štede energiju, pa tako umanjuju troškove, smanjuju i emisiju CO2, što je veoma bitno za očuvanje životne sredine. Treba se usresrediti na pasivni koncept projektovanja.

Ukupna potreba za energijom - primarna energija predstavlja ukupnu količinu energije potrebne  za grejanje, hlađenje,  pripremu sanitarne tople vode, ventilaciju i električno osvetljenje. Potrošnja primarne energije govori nam o klasi objekta.

Po statistici noviji stambeni objekti u Srbiji u proseku troše 160 kWh/m²/pe, a kada bi se objekti gradili po niskoenergetskim standardima gradnje potrošnja bi im se smanjila 4 puta, a po pasivnim standardima gradnje čak 10 puta. Ovo se odnosi ne samo na nove, već je ključno i pri rekonstrukciji postojećih građevinskih objekata.

Energija Sunčevog zračenja koja dospe na Zemlju 10,000 puta je veća od energije potrebne da zadovolji potrebe čovečanstva, u periodu od jedne godine. Kada bi se posmatralo da na jednom kvadratnom metru dospe 100kWh godišnje, bilo bi potrebno prekriti površinu od 150x150km2 da bi se dobila energija ekvivalentna potrošnji za godinu dana (podatak iz 2001god.). Danas se sve više počinje sa implementacijom solarnih elektrana u industrijske sisteme, čak i u onim zemljama koje su bogate naftom. Čak je i država Vatikan instalirala 2700 solarnih panela na svojim krovovima, pri čemu će sprečiti emisiju CO2 od 210t ili potrošnju 70t mazuta za samo dve nedelje eksploatacije. Da se o tome dosta razmišlja govori i podatak da Abu Dhabi planira da na krovovima grada instalira solarnu elektranu snage 500MW.

Danas sve više koriste i solarni sistemi u domaćinstvima, trgovačkim molovima, javnim zgradama, itd. Tako se obezbeđuje delimična ili potpuna autonomnost napajanja zgrade električnom energijom. Čak se savremeni objekati projektuju tako da sve više koriste sunčevu energiju (direktno ili indirektno).

Predmet istraživanja seminarskog rada su solarni paneli i mogućnost njihove primene u projektovanju ekoloških i energetski održivih zgrada.

Metodom analize proučavamo mogućnosti korišćenja solarne energije, njene prednosti i nedostatke, dok se metodom deskripcije opisuje postojeća oprema i uređaji za pretvaranje solane energije u elekričnu.

Cilj rada je istražiti dosadašnja iskustva u primeni solarne energije i utvrditi prednosti i nedostatke korišćenja ove vrste energije.

3

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

2. SOLARNA ENERGIJA, SOLARNI PANELI I NJIHOVA PRIMENA U FOTONAPONSKIM SISTEMIMA

Solarne ćelije su poluprovodničke strukture koje konvertuju Sunčevo zračenje, u širokom talasnom opsegu, u električnu energiju. Sama solarna ćelija jeste sastavljena od većeg broja dioda, pn spojeva, koje rade u četvrtom kvadrantu I-V izlazne karakteristike. Fotonaponska konverzija generiše par elektron-šupljina pod dejstvom upadne svetlosti. Energija fotona je dovoljna za prelazak elektrona iz valentne zone u provodnu. Solarne ćelije se mogu povezati redno, paralelno, ili kombinovano, sve zavisi od projektovane snage ćelije. Napon koji se dobija na izlazu zavisi od tipa ćelije i može biti 0.3 - 0.7V, uz gustinu struje od oko nekoliko desetina mA/cm2 zavisno od snage sunčevog zračenja, ali i od spektra zračenja. Dakle, solarne ćelije rade u direktnom režimu ali sa negativnim smerom struje (slika 1). Na slici 1b jasno se vidi negativan predznak struje diode ID.

Slika 1.

Prema materijalu od koga se proizvode, solarne ćelije se dele na Si, GaAs, CIS, CdTe, InP, organske. Broj pn spojeva ne mora biti jedan. Danas se razvijaju solarne ćelije sa tri ili četiri spoja sa znatno većim koeficijentom efikasnosti (mahom su bazirane na GaAs i Ge). Pored toga, postoji još jedna klasifikacija i to prema vrsti materijala koji ulaze u izgradnju spoja, gde je N tip materijala sa jednom, a P tip sa drugom širinom zabranjene zone Eg. To su takozvane heterostrukture ćelije i mahom su sa više pn spoja. Na taj način se postiže bolja apsorpciona pokrivenost talasnog spektra incidentne svetlosti. U novije vreme dosta se ulaže napora u silicijumske heteroćelije (SANYO solarne ćelije).

Silicijumske solarne ćelije su komercijalno najzastupljenije, dele se prema kristalografskoj strukturi: monokristalne, polikristalne i amorfne. Monokristalne solarne ćelije su najskuplje ali zato je njihov koeficijent efikasnosti do 18%, polikristalne do 15% i predstavljau alternativu monokristalnim (mada je tehnologija potpuno različita), dok amorfne solarne ćelije imaju najnižu efikasnost, svega 8%, ali zato je njihova cena najmanja. Amorfni silicijum je pogodan za nanošenje na razne materijale tako da se proizvode i ćelije sa promenljivom planarnošću (nanosi se na plastične filmove).

Poprečni presek jedne tipične solarne ćelije, ma kog tipa bila, prikazan je na slici 2 (uzeta je silicijumska solarna ćelija za primer). Prvi sloj je zaštitno staklo tj. SiO2, koje štiti ćeliju od spoljašnjih uticaja. Ispod je antireflektujući koji smanjuje refleksiju svetlosti i obezbeđuje da što više energije dospe do poluprovodnika  (povećava se iskorišćenje ćelije). Zatim se nalazi sistem transparentnih elektroda, TCO. On kontaktira poluprovodnik sa pn spojem u kome se vrši zahvatanje fotona Sunčeve svetlosti. Sa donje strane je metalizacija-zadnji kontakt.

4

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Slika 2. - Poprečni presek solarne ćelije

Maksimalni izlazni napon individualne solarne ćelije iznosi oko 600 - 700mV, pa se ćelije serijski povezuju kako bi se dobio željeni napon. Najčešće se oko 36 ćelija serijski povezuje stvarajući module nominalnog napona od 12V. Snaga koju proizvodi jedna fotonaponska ćelija je relativno mala pa se u praksi više ćelija povezuju u grupu čime se formira fotonaponski modul. Prema projektovanoj snazi moduli se spajaju redno i/ili paralelno, čime se formira fotonaponski panel koji proizvodi struju, napon i snagu znatno većeg intenziteta (slika 3).

Slika 3. - Solarna ćelija, modul, solarni panel

Kada se integrišu više panela dobija se polje PV modula ili solarna elektrana (slika 4). Danas se instaliraju solarne elektrane velikih snaga od 1MW pa čak do 790MW (”Ivanpah”) (1)

1 Ivanpah je polje solarnih panela sa 170.000 heliostat ogledala, koje treperi kao fatamorgana u pustinji Moave u Kaliforniji,

proizvodeći oko 790 megavati električne energije.  Sunčeva toplotna energija se skladišti u obliku istopljene soli, tako da se proizvodnja struje nastavlja čak i kada sunce zađe. Postoji veliko interesovanje u koncentrisanju solarne energije širom sveta u sredinama gde ima puno sunca, kao u Kini, Južnoj Africi, Bliskom Istoku, Severnoj Africi.

5

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Slika 4. - Polje solarnih panela ” Ivanpah”, Pustinja Moave, Kalifornija, SAD

Fotonaponski sistemi - podela

Fotonaponski sistemi se dele u dve grupe:

- Samostalni fotonaponski sistemi – sistem koji funkcioniše samostalno.- Mrežno povezani fotonaponski sistemi – sistem za čije funkcionisanje je potrebna distributivna mreža.

Samostalni fotonaponski sistem ili Off-grid sistem je pogodan za napajanje tamo gde je nemoguće ili jako teško dopremiti distributivni sistem. Kako on obezbeđuje potpunu samostalnost eksploatacije električne energije, to je eliminisano finansijsko opterećivanje korisnika (izuzev u vremenu otplate). Fotonaponski sistem puni baterijsku banku (redno ili paralelno povezani akumulatori) u toku dana, a noću se iz nje crpi akumulirana energija. Danju je moguće i direktno povezivanje na potrošače. Dodatno snabdevanje može dati i priključeni generator kao opcioni izvor snage. Ovakav sistem je skuplji, bar za 30% jer baterijska banka dosta košta i njihov radni vek iznosi 5 - 15god (zavisi od načina eksploatacije). Na slici 5. vide se delovi sistema i njihova međusobna povezanost.

6

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Slika 5 - Off grid PV solarni sistem

Mrežno povezani fotonaponski sistem ili On-grid sistem je fotonaponski sistem povezan na distributivnu mrežu od koje se dopunjuje do potrebne snage ili se šalje višak proizvedene snage (npr. princip negativnog brojila: kada se energija šalje, brojilo oduzima potrošenu energiju i tako smanjuje račun) - Slika 6. Obezbeđuju normalno snabdevanje električne energije nezavisno od doba dana, godišnjeg doba i klimatskih uslova. Ovakav sistem zahteva dodatne ugovore sa agencijom za distribuciju električne energije, i može u mnogome ubrzati period otplate celog fotonaponskog sistema.

Slika 6. - On grid solarni sistem

Bitna razlika jeste neophodnost baterijske banke i dodatnog generatora čime se ukuna cena u mnogome smanjuje i vreme povraćaja novca skraćuje. Pored ovih pogodnosti, u mnogim zemljama postoje subvencije (Feed-in tariff) za domaćinstva koja žele da postave fotonaponske sisteme i na taj način rasterete energetski sistem zemlje. Takav način finansiranja daje vreme otplate od 5 - 12 godina zavisno od cene struje i instalirane snage. Postoje sistemi gde se kombinuju ova dva, ali njihova cena je najveća.

7

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

3. SOLARNI PANELI

3.1. Princip rada solarnih panela

Pomoću fotonaponskog efekta može se sunčeva energija direktno pretvoriti u električnu u sunčanim ćelijama. Kada sunčeva ćelija apsorbuje Sunčevo zračenje, fotonaponskim efektom se na njenim krajevima proizvede elektromotorna sila i tako sunčana ćelija postaje izvor električne struje.

U silicijumskoj sunčanoj ćeliji na površini pločice nanose se primese, npr. fosfor, tako da na tankom površinskom sloju nastane područje poluprovodnika. Da bi se skupila naelektrisanja koja su nastala apsorpcijom fotona iz Sunčevog zračenja, na prednjoj površini nalazi se metalna rešetka, a zadnja je strana prekrivena metalnim kontaktom. Rešetkasti kontakt na prednjoj strani napravljen je tako da ne prekrije više od 5% površine pa on skoro da ne utiče na apsorpciju Sunčevog zračenja.

Sunčane ćelije proizvode napon oko 0,5V uz gustinu struje oko 20mA/cm. Da bi se dobio odgovarajući napon, odnosno snaga, ćelije se mogu spajati serijski i paralelno. Tako se dobivaju moduli sunčanih ćelija na kojoj su ćelije učvršćene i zaštićene od atmosferskih i drugih uticaja.

Moduli se slažu jedan do drugog u fotonaponske ravne kolektore, a kolektori zajedno s ostalim potrebnim elementima (pretvaračima, regulatorima, akumulatorima i sl.) čine fotonaponski sustem.

3.2. Vrste solarnih panela

PV ćelije iz silicijuma se izvode u više morfoloških oblika, kao monokristalne, polikristalne i amorfne.

Monokristalne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 140 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Za proizvodnju monokristalnih Si ćelija potreban je apsolutno čisti poluprovodički materijal. Monokristalni štapići se izvade iz rastopljenog silicijuma i režu na tanke pločice. Takav način izrade omogućuje relativno visoki stupanj iskoristivosti.

Polikristalne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 130 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Proizvodnja ovih ćelija je ekonomski efikasnija u odnosu na monokristalne. Tekući silicijum se uliva u blokove koji se zatim režu u ploče. Tokom skrućivanja materijala stvaraju se kristalne strukture različitih veličina na čijim granicama se pojavljuju greške, zbog čega solarna ćelija ima manju iskoristivost.

Amorfne Si ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 50 W električne energije s površinom ćelija od 1 m2. Ukoliko se tanki film silicijuma stavi na staklo ili neku drugu podlogu to se naziva amorfna ili tankoslojna ćelija. Debljina sloja iznosi manje od 1 µm, stoga su troškovi proizvodnje manji u skladu sa niskom cenom materijala. Međutim iskoristivost amorfnih ćelija je puno niža u usporedbi s drugim tipovima ćelija. Prvenstveno se koristi u opremi gde je potrebna mala snaga (satovi, džepna računala) ili kao element fasade.

Galijum arsenidne (GaAs) ćelije: galijum arsenid je poluprovodnik napravljen iz mešavine galijuma i arsena. Pogodan je za upotrebu u višeslojnim i visoko učinkovitim ćelijama. Širina zabranjene vrpce (band gap) je pogodna za jednoslojne solarne ćelije. Ima visoku apsorpciju pa je potrebna debljina od samo nekoliko mikrona da bi apsorbovao sunčeve zrake. Relativno je neosetljiv na toplotu u upoređenju sa Si ćelijama. Zbog visoke cene koristi se u svemirskim programima i u sastavima s koncentrisanim zračenjem gde se štedi na ćelijama. Projekti koncentrisanog zračenja su još u fazi istraživanja. Galijum indijum fosfidna/galijum arsenid (GaInP)/GaAs dvoslojna ćelija ima iskoristivost od 30% i koristi se u komercijalne svrhe za svemirske aplikacije. Ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 300 W električne energije sa površinom ćelija od 1 m2.

8

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Kadmijum telurove (CdTe) ćelije: ovaj tip ćelije može pretvoriti 1000 W/m2 sunčevog zračenja u 160 W električne energije sa površinom ćelija od 1 m2 u laboratorijskim uslovima. Kadmijum telurid je jedinjenje elementa: metala kadmijuma i polumetala telura. Pogodan za upotrebu u tankim PV modulima zbog fizičkih svojstava i jeftinih tehnologija izrade. Uprkos navedenim prednostima, zbog kadmijumove otrovnosti i sumnje na kancerogenost nije u širokoj upotrebi.

4. KARAKTERISTIKE FOTONAPONSKIH PANELA

4.1. Ekološke karakteristike fotonaponskih panela

Generalni principi održivosti se sve češće istražavaju sa stanovišta životne sredine i upotrebe obnovljivih izvora energije, pa tako postojeća literatura beleži porast kriterijuma i standarda primenljivih u ovoj oblasti. Neki od glavnih principa održivosti sa aspekta zaštite životne sredine su: racionalno trošenje resursa, korišćenje obnovljivih izvora energije, smanjenje uticaja na klimatske promene, poštovanje prirodnog okruženja, smanjenje potrošnje energije, izgradnja energetski efikasnih zgrada, svrsishodno uključivanje tehnologije i partnerstvo među akterima u planiranju i odlučivanju.

Globalne klimatske promene koje poslednjih godina imaju značajne posledice na celokupno čovečanstvo, direktna su posledica nekontrolisane upotrebe fosilnih goriva i krčenja šuma. Javnost postaje sve više osetljiva na ekonomske i ekološke posledice potrošnje energije, globalnog zagrijavanja i devastacije životne sredine. Teži se racionalnoj potrošnji energije i zameni upotrebe fosilnih goriva obnovljivim. Mnoge zemlje ostvaruju neverovatnu uštedu u energetskim bilansima koristeći obnovljive izvore energije u energetski efikasnim objektima. U okviru zgradarstva to se odnosi na promene u projektovanju i vidjenju zgrada. Sektor zgradarstva je jedan od najznačajnijih potrošača energije, a smatra se da se oko 50% ukupno proizvedene energije potroši u zgradama, prvenstveno na grejanje i hlađenje prostora. Pridržavajući se koncepta održivosti, u skorije vreme se, u svetu realizuju objekti u kojima je način građenja zasnovan na ekološkim prinicipima. Ovaj pristup se koristi i kod planranja i projektovanja novih stambenih zona, ali i kod rekonstrukcije, bilo čitavog područja – šire zone, ili kod inkorporiranja u tradicionalno nasleđe.

Širom sveta se razvijaju strategije i tehnike za preradu solarne energije i smanjenje ukupnih energetskih potreba. Već su izgrađene mnoge zgrade koje same proizvode sebi potrebnu energiju. Njima tokom godine nije potreban nijedan drugi izvor energije. Da bi stvorili održive objekte, dugoročni cilj mora biti izgradnja zgrada kojima ne treba više energije no što same mogu da proizvedu. Zbog toga zgrade moraju da pređu iz potrošača u proizvođače energije.

Poznato je da pretvaranje sunčeve energije u električnu posredstvom fotonaponskih panela ne utiče negativno na životnu sredinu, kako to čine neki konvencionalni oblici proizvodnje (termoelektrane i hidroelektrane). Energija koja se dobija od sunca je besplatna i na čist i bezbedan način se konvertuje u električnu. Time se doprinosi smanjenju zagađenja planete, koje stalno raste i preti da ozbiljno ugrozi život na njoj. Kako su zgrade jedini resurs koji se konstantno povećava, postoji potreba za njihovom racionalizacijom u pogledu potrošnje električne energije. Stoga ekonomski i intelektualno bogate zemlje ulažu velika sredstva za istraživanje sistema za preradu sunčeve energije, koji će na najbolji način odgovoriti svim izazovima koji se pred njega stavljaju. Razvoj fotonaponskih sistema doveo je do proizvodnje panela raznih oblika, boje, prozirnosti, energetskih karakteristika itd. Solarne ćelije se danas mogu proizvesti i na savitljivim folijama što u mnogome povećava njihovu ugradljivost na raznim mestima. Time se omogućava veća sloboda arhitektonskog izraza prilikom projektovanja energetski efikasnih zgrada.

4.2.  Energetske i estetske karakteristike fotonaponskih panela

Jedan od rasprostranjenih načina dobijanja električne energije iz obnovljivih izvora jeste pomoću solarnih ćelija. Solarna ćelija je uređaj koji putem fotonaponskog efekta pretvara sunčevu energiju u električnu. Ćelije se ređaju u nizove koji formiraju modul. Zavisno od mesta ugradnje, moduli mogu dalje biti smešteni u panele koji se montiraju na omotač objekta ili mogu biti sastavni deo staklenog omotača ili krovnog pokrivača.

9

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Konvencionalne solarne ćelije koriste vidljivu i infracrvenu svetlost za proizvodnju energije. Nasuprot tome, novije solarne ćelije koriste ultraljubičasto zračenje. Korišćene kao zamena za prozorsko staklo, ili postavljene preko njega, površina za instalaciju može biti velika, što vodi ka kombinovanju prednosti funkcije proizvodnje energije, osvetljenja i kontrole temperature. Fotonaponski paneli pretvaraju sunčevu svetlost u električnu energiju direktno, bez ikakvih štetnih gasova. Sistem se može koristiti decentralizovan, odnosno može se razviti u blizini potrošača i bez gubitaka energije na prenosnoj mreži. Prednost integrisanih fotonaponskih ćelija nad uobičajenim neintegrisanim sistemima je u tome što se početni troškovi neutralizuju redukcijom količine utrošenog građevinskog materijala i radne snage potrebne za izgradnju dela zgrade koga zamenjuju ovi moduli. Ove prednosti čine integrisane module segmentom fotonaponske industrije koji se najbrže razvija.

Fotonaponski sistemi su veoma pouzdani na dugi rok. Prosečna garancija za ovu vrstu proizvoda je 20-25 godina, koliko, u stvari, oni i postoje. Za duži rok mora da prođe još vremena da bi se dokazalo. Do 2020. godine biće konkurentni maloprodajnoj ceni električne energije u Evropi. Sistemi skoro da ne iziskuju nikakvo održavanje. Fotonaponski moduli, za razliku od drugih građevinskih materijala, proizvode energiju i stoga pružaju vlasniku mogućnost da povrati početnu investiciju u njihovu ugradnju.

 Fotonaponski sistemi se koriste kao zamena za konvencionalne građevinske materijale u delovima omotača zgrade. Oni se uglavnom ugrađuju kao sastavni deo fasadne i krovne strukture novih zgrada, ali i postojeći objekti mogu biti obloženi njima. Služe kao glavni ili većinom dopunski izvor električne energije. Povećanje zahteva za osobinama fasada dovelo je do toga da omotači moraju biti kompleksniji i multifnunkcionalniji elementi zgrade. Novi tehnološki razvoj dozvoljava radikalne promene u dizajnu fasade ili krova. Projektujući spoljašnjost zgrade moramo biti svesni da je upotreba fotonaponskih modula veoma bitna. Ali to je samo jedan od mnogih aspekata koje omotač zgrade mora da zadovolji. Da bi se postigle dobre performanse zgrade, fotonaponski proizvodi ne treba samo da proizvode energiju već treba da zadovolje i niz drugih kriterijuma. Sistemi koji se danas koriste u omotaču zgrade moraju da obezbede termo i hidroizolaciju, zaštitu od sunca, buke i svetlosti, kao i bezbednost.

Fotonaponski moduli postoje u nekoliko različitih oblika koji zavise od mesta ugradnje. Njihova upotreba u omotaču zgrade je raznovrsna i otvara mnoge kreativne mogućnosti projektantima. Primena je danas prisutna na različitim delovima omotača, kao što su: krovovi, spoljašnji zidovi, polu-transparentne fasade, stakleni krovovi i zasenčenja.

5. MOGUĆNOSTI PRIMENE FOTONAPONSKIH PANELA

5.1. Krovovi

5.1.1. Kosi krovovi

Krovovi obezbeđuju veliku površinu koja se uglavnom ne koristi i prema tome su idealni za postavljanje fotonaponskih sistema. Obično je tu bolja osvetljenost nego na nižim nivoima zgrade ili na tlu. Fotonaponski paneli produžavaju vek trajanja krovnog pokrivača štiteći ga od ultraljubičastih zraka i uticaja vode. Međutim, mora se napraviti razlika između ravnih i kosih krovova.

Ravni krovovi imaju prednost dobre dostupnosti, lake instalacije i obezbeđuju slobodan izbor za orjentaciju panela. Mora se voditi računa prilikom montiranja sistema da se ne poremeti površina krova i slojevi izolacije. Takođe se mora uzeti u obzir težina instaliranih panela, kao i uticaj vetra koji može da ih oduva.

10

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Slika 7. - Fotonaponski modul integrisan u krovni pokrivač

Kosi krovovi su dobra podloga za instalaciju fotonaponskih sistema. Često se kod porodičnih kuća oni ugrađuju u obliku panela koji se montiraju na postojeći krovni pokrivač. Elegantnije rešenje podrazumeva upotrebu fotonaponske šindre ili crepa/ploča (slika 7.). Šindra je modul dizajniran tako da izgleda i ponaša se kao obična krovna šindra, presvučena tankim filmom ćelija.Za prostorne strukture membranskog sistema kao što su razne nastrešnice, razvijen je tanak film solarnih ćelija integrisan u fleksibilnu krovnu membranu od polimera.

5.1.2. Stakleni krovovi

Konstrukcije staklenih krovova (slika 8.) su obično jedno od najinteresantnijih mesta za primenu fotonaponskih sistema. Oni pružaju difuziju svetla u zgradi, dok obezbeđuju nenametljivu površinu za instalaciju fotonaponskih modula u lameliranom staklu. Moduli i način primene su slični onima koji se koriste za polu-transparentne fasade. Struktura koja spektakularno izgleda spolja, unutra proizvodi fascinantne svetlosne holove i hodnike i pruža stimulativan arhitektonski doživljaj svetlosti i senke.

Slika 8. - Nadstrešnica King’s Cross Station(2), Hackney, London

2 Nadstrešnica stanice u Londonu proizvodit 241.31kVh električne energije. Izgrađen je 2012. godine dok je stanica bila potpuno operativna. Projekat kombinuje moderan dizajn, vrhunsku tehnologiju i održivost. Solarne PV ćelije su integrisane u 1.392 jedinice staklenih panela koji su sastavni deo krovne konstrukcije nad platformom, čime je pokriveno više od 2.300 m².

11

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

5.2. Fasade5.2.1. Transparentne fasade

Fotonaponski moduli se mogu dodati na postojeće spoljašnje zidove dajući im potpuno novi izgled i tako učiniti fasadu atraktivnijom. Paneli se mogu montirati na postojeću fasadu zgrade. U ovom slučaju nema potrebe za vodonepropusnim spojnicama, jer je ta karakteristika već obezbeđena prethodnom fasadom ispod panela.

Fotonaponski moduli mogu biti i integrisani deo fasade. Moduli od lameliranog stakla koji zamenjuju konvencionalne zid zavese, praktično su isti kao i zatamnjeno staklo (slika 9.). Oni pružaju dugoročnu zaštitu od vremenskih uticaja i mogu biti proizvedeni u raznim veličinama, oblicima, šari i boji.

Slika 9. - CIS Tower(3) u Mančesteru, Engleska

5.2.2. Polutransparentne fasade

Polutransparentni moduli se mogu koristiti kao zamena za mnoge arhitektonske elemente koji su napravljeni od stakla ili sličnih materijala (slika 10.). Fotonaponski moduli od lameliranog stakla mogu se koristiti i na prozorima, formirajući polutransparentnu fasadu. Ova transparentnost se postiže jednom od sledećih metoda:

Fotonaponske ćelije mogu biti toliko tanke da je moguće videti kroz njih. Ovo stvara filtriran pogled ka spoljašnjosti.

Kristalne solarne ćelije su raspoređene u lameliranom staklu tako da svetlost delimično prolazi između njih i osvetljava prostoriju. Svetlosni efekti u ovom slučaju dovode do uzbudljivih šara od senki koje se stalno menjaju u prostoru.

Dodavanje slojeva stakla na polutransparentni stakleni modul može da poboljša toplotnu i zvučnu izolaciju. Takođe se prema individualnim potrebama mogu ispuniti i drugi specijalni zahtevi. Takvi moduli su zaista multifunkcionalne komponente zgrada.

3 CIS Tower je poslovni oblakoder u Miller ulici u Mančesteru, Engleska. Objekat je završen 1962. godine. Kula je visoka 118 metara i druga je najviša zgrada Manchester i najviša poslovna zgrada u Velikoj Britaniji van Londona. Kula je funkcionisala više od 40 godina, sve dok se nije postavilo pitanje održavanja. Nakon toga su preduzete mere obimne rekonstrukcije koje su uključile pokrivanje fasade fotonaponskim panelima .2004. godine Solarcenturi je konstruisao fasadu od integrisana fotonaponskih (PV) ćelije koje će omogućiti trajno rešenje snabdevanja energijom zgrade, stvarajući oko 180.000 kVh električne energije godišnje. Osim fasade, na krovu su ugrađene 24 turbine koje generišu 10% struje kule. U to vreme ova fasada je bila najveća komercijalna solarna fasada u Evropi. Projekat je koštao oko 5,5 miliona funti.

12

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Slika 10. - Fasada vrtića Sant Celoni(4) u Barseloni

5.3. Zasenčenja

Upotreba velikih staklenih površina i zid zavesa u arhitekturi dovela je do rastuće potrebe za pažljivo dizajniranim zasenčenjima. Fotonaponski moduli raznih oblika se mogu koristiti kao elementi zasene iznad prozora ili kao gornji deo zastakljene strukture (slika 11.). Pošto mnoge zgrade već imaju neku vrstu strukture za zasenu prozora, upotreba fotonaponskih modula na njima ne predstavlja problem. Eksploatacija efekata sinergije smanjuje ukupne troškove takve instalacije i pruža veću vrednost kako modulima, tako i zgradi i njenom sistemu zasenčenja. Fotonaponski sistem zasene može takođe da bude mobilan, tako da se naginje prema suncu za maksimalno iskorišćavanje energije, dok u enterijeru stvara različit nivo zasene.

Slika 11. - Ciemat poslovni objekat(5), Madrid. Brisoleji sa fotonaponskim modulima

4 Fasada foajea vrtića Sant Celoni sa nagnutim staklima pozdravlja posetioce sa preko 200 kvadratnih metara instaliranih fotonaponskih modula. Posebna karakteristika ovih modula je da su oni modifikovani u raznim bojama. Specijalno proizvedene solarne ćelije različitih boja na belom modulu daju ovoj zgradi prepoznatljiv izgled. Osim kteristčnog dizajna fasada je i moćan provajder energije. Ona može generisati skoro 30.000 kilovat sati ekološke energije godišnje.

13

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

5.4. Solarno drvo

Era solarne tehnologije je u svom stidljivom ali sigurnom zamahu. Ovaj vid takozvanih obnovljivih izvora energije sve češće pronalazi svoju primenu u standardnim elektro-energetskim aplikacijama ujedno podsećajući nas na svoju važnost u održivom razvoju i očuvanju životne sredine. Ne samo to, solarna tehnologija izvanredno uspeva da objedini svoju primarnu funkciju, smanjenja emisije štetnih gasova, sa estetikom i modernim dizajnom ali i povoljnim ekonomskim bilansom. Solarno drveće (slika 12.) na spektakularan način daje definitivni dokaz svega navedenog.

Početkom prošlog oktobra jedna od najprometnijih ulica u Beču (Ringstrasse) u sumornom i oblačnom predvečerju zamenila je urbano sivilo svetlošću optimizma iz najnovije inovacije, solarnog drveća. Solarno drveće predstavlja kreaciju nadahnutog i osvežavajućeg izgleda koje svoju funkciju osvetljenja gradskih sredina izvodi pomoću solarne tehnologije i samo sunčeve svetlosti kao energenta. Ne samo što je ekološki opravdano i atraktivnog izgleda, solarno drveće prevazilazi okvire “skupih novotarija” i daje mnoge pogodnosti u vidu ušteda energije i novca.

Slika 12. – Solarno drvo, Ringstrasse, Beč, Austrija

6. ZAKLJUČAK

Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, direktno ili indirektno, potiče najveći deo drugih izvora energije na Zemlji. Sunčeva energija u užem smislu podrazumeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem. Ona se u svom izvornom obliku najčešće koristi za pretvaranje u toplotnu energiju za potrebe pripremanja tople vode i grejanja (u evropskim zemljama uglavnom kao dodatni energent) zatim u solarnim elektranama, dok se za pretvaranje u električnu energiju koriste fotonaponski moduli.

Prednosti iskorišćenja solarne energije su sledeći:

Energija sunca je stalna, teoretski se koristi 365 dana u godini. Energija sunca je ekološki čista i besplatna. Energija sunca štedi druge energente koji se koriste u domaćinstvu i industriji.

5 CIEMAT (Centar za istraživanja u energetici, životnoj sredini i tehnologiju, Ministarstvo za nauku i tehnologiju) je izgradio svoj poslovni objekat 2009. godine. Zgrada ima dva podruma i tri sprata iznad zemlje, koji se koriste u različite svrhe (laboratorije, kancelarije ...). Zgrada je vrlo jednostavna, sastoji se od metalne rešetke i ploča koja pokrivaju zgradu i oblikuju njene četiri strane.

14

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

Problemi iskorišćenja ovakvog vida obnovljive energije su mala gustina energetskog toka, velike oscilacije u intenzitetu zračenja i veliki investicijski troškovi.

U geografskom području Srbije, sa 2100 osunčanih časova godišnje(6), iz fotonaponskih ćelija može se dobiti dodatnih oko 2000 kWh/god. Fotonaponske ćelije koje koriste sunčevo zračenje imaju veliki stepen iskorišćenja i proizvode oko 125 W/m2/dan vršne električne energije za vreme letnjeg perioda. Tokom zime, kada je sunčevo zračenje znatno slabije, proizvedena energija pada na polovinu, tj. na oko 60 W/m2/dan. Fotoelektrične ćelije ukupne površine 10 m2 mogu godišnje da proizvedu oko 2000 kWh pa se potrebe za električnom energijom iz mreže svode na 3000 kWh/god.

Primena fotonaponskih sistema danas je omogućena na raznim delovima zgrada. Gledano na dugi rok, ovaj način razmišljanja i projektovanja biće nezaobilazan. Dugoročni potencijal fotonaponskih sistema u sektoru zgradarstva je još uvek potcenjen. Projektujući zgrade kao proizvođače energije sa modulima integfrisanim u fasadu i krovove obogaćujemo viziju grada koji snabdeva sam sebe bez štetnih uticaja. Uspešni inostrani primeri nam dokazuju da je tu viziju moguće u velikoj meri pretvoriti u ustaljenu praksu.

6 Na većini teritorije Srbije broj sunčanih dana je znatno veći nego u mnogim evropskim zemljama (između 1500 i 2200 časova godišnje). Potencijal solarne energije u Srbiji iznosi 0,64 miliona kWh godišnje (ili oko 16,7% ukupnog potencijala obnovljivih izvora). Najveći potencijal za korišćenje solarne energije imaju gradovi u južnom delu Srbije – Niš, Kuršumlija, Vranje. Nezvanični podaci govore da se u Srbiji godišnje ugradi 15.000 m2 solarnih kolektora, što je po opštoj proceni malo.

15

PRINCIP RADA I UPOTREBA SOLARNIH PANELA U ARHITEKTURI

LITERATURA

1. R. Bogdanović, R. Gajić: „Ekološki pristup izgradnji stambenih zona“, Arhitektura i urbanizam 14-15, Institut za asrhitekturu i urbanizam Srbije, Beograd, 2004, str. 25-38.

2. M. Bajić-Brković: „Održivost i grad“, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, 1999.

Internet:

1. http://www.planeta.rs/41/16%20energija.htm 2. http://www.kide83.com/tzm/solarna_energija.html 3. http://www.solarni.rs/primena.htm 4. http://www.designn2.com/home/energetska-efikasnost-gradevinskih-objekata 5. http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetaljiURL/Primena-solarne-energije-u-Srbiji---karakteristike-sistema-i-

potencijal.aspx?ban=820&tekstid=12006. http://www.sapa-solar.com/

16