Skripta Obnovljivi Izvori Energije

8/2/2019 Skripta Obnovljivi Izvori Energije

1/21

Rije biomasa (od grke rijei bios ivot, i latinske rijei massa) oznaava ukupnumasu ivih organizama u jednoj ivotnoj zajednici u odreenom trenutku, izraena iliteinom organizma po jedinici povrine ili zapreminom organizama po jedinici zapreminestanita.Prema direktivi EU i Vijea Evrope broj 2003/30/ EC od 08.05.2003. godine, prema lanu

2: Biomasa je definisana kao biorazgradivi dijelovi proizvoda, otpada ili ostataka iz poljoprivrede, umski otpad i otpad srodnih industrija, kao i biorazgradivi dijeloviindustrijskog i gradskog otpada.Biomasa je najstariji izvor energije koji je ovjek koristio i predstavlja jedan od obnovljivihizvora energije od kojeg se najvie oekuje u bliskoj budunosti, upravo zbog svojeslinosti sa fosilnim gorivima.Priroda je razvila sistem za iskoritavanje energije u solarnim fotonima stotinama milionagodina unazad, to mi danas nazivamofotosintezom.Ime procesa potie od grkih rijei (svjetlost), - (zajedno) i (staviti).Ovaj pojam se prvi put spominje 1772. godine kada je engleski naunik Joseph Priestleyotkrio da zelene biljke isputaju, za odravanje ivota veoma vanu supstancu oksigen, dok

iv mi ili upaljena svijea uklanja istu supstancu iz atmosphere.Nakon toga, mnogi naunici irom svijeta su pokuavali objasniti ovu pojavu, sve do 1804godine, kada je francuski naunik Nicolas Theodore de Sausseure, objasnio da je koliinaCO2 koji se apsorbuje putem zelenih biljaka, molekularno ekvivalentna koliini oksigenakoji dospije u atmosferu.Fotosinteza je osnovni proces u prirodi zato to obezbjeuje organske materije za sve iveorganizme. Sve ostale sinteze u ivim biima nastavljaju se na fotosintezu.11.2. Hemijski sastav biomaseHemijski sastav biomase varira zavisno od razliitih vrsta ali generalno biomasa se sastojiod:25% lignina (lignin se sastoji od molekula, razliitih od molekula eera, povezanih u tanke

ploaste structure tj. njegova uloga je da djeluje kao ljepilo koje vee celulozna vlakna)75% ugljenih hidrata ili eera (Ugljeni hidrati se formiraju od molekula eera povezanihu dugake lance ili polimere, kao to su celuloza ili polu-celuloza.)Rauna se da se oko 15% svjetske proizvodnje energije dobije iz biomase a 38% se koristiu zemljama u razvojuInae, veina biomase koja se koristi je nedjelotvorna i to uglavnom za kuhanje izagrijavanje u ruralnim podrujima u zemljama u razvoju i uglavnom se koristi na istinaina hiljadama godina.Trenutno ima vie nego 14 GW postavljenih kapaciteta kojima je izvor snage biomasa apola od toga se nalazi u SAD.11.3.Energetski sadrajEnergetska vrijednost biomase je odreena njenim hemijskim sastavom i mjeri se udulima u 1 gramu goriva (J/g) (najee se izraava u MJ/kd ili GJ/t).Ipak, iz praktinih razloga u vezi sa masom, koncentracija (gustina) energije je dalekovaniji parameter.Ekvivalenti energetske vrijednosti

11.4. Vrste biomase


2/21

Biomasa kao obnovljivi izvor energije moe se podijeliti na sljedee tipove:Drvna biomasa, Nedrvna biomasa, Energija otpada, Alkoholno gorivo, BiogorivoSvaki od ovih tipova ima specifine osobine koje odreuju njihov uinak kao gorivaprilikom sagorijevanja ili gasifikacije. Najvanije osobine koje se odnose na termalnukonverziju biomase su sadraj:

Vlage, Pepela, Isparljivih materija, Elementarni sastav, Grejna vrijednost, Prostornagustoa11.5. Naini iskoritavanja biomaseU dananjem modernom nainu ivota, postoje tri osnovna oblika energije zaiskoritavanje:toplotna, mehanika energija i elektrina energija.Toplota se najee stvara u sistemima za sagorijevanje.U manjem obimu zagrijava se ivotni prostor (domainstva) dok kao postrojenje veegobima moe uz pomo mree za zagrijavanje da se zagrijava cijeli grad.Mehanika energija je najee potrebna u transportnoj industriji.U praksi, proizvodi se u mainama za pretvaranje energije kao to su motori ili lokomotive.

U njima se tena ili gasovita goriva pale u cilindrima maina za sagorijevanje.irenje mjeavine goriva i zraka izazvanog procesom sagorijevanja se pretvara u snagukroz radilicu i mjenja.Toplota koja se javlja u ovom procesu mora biti rasuta u okruenju kroz sistem hlaenja.Najei i najisplativiji nain proizvodnje elektrine energije iz biomase su istovremenaproizvodnja toplotne i elektrine energije poznatije kao kogeneracijska postrojenja.Drvna industrija je jedan od primjera koji se mogu navesti kao tipian, zbog mogunostiuspjene kogeneracije na biomasu.Firme koje je bave preradom drveta istovremeno imaju potrebu i za toplotnom ielektrinom energijom tj. prerada drvata, zagrijavanje prostorija, procesi suenja i parenjagdje se stvara dovoljna koliina otpada koje slui kao gorivo.11.6.1. Drvna biomasaDrvo je vjerovatno najstarije vrsto gorivo koriteno kao biomasa.Od kad postoje ljudska bia poznato je da su sagorijevali drvo za zagrijavanje i kuvanje.U mnogim zemljama i danas, drvo je jo uvijek primarni ili ak jedini izvor energije a urazvijenim zemlja drvo je dobilo na popularnosti nakon naftne krize 1973. godine, gdje suse mnogi odluili grijati uz pomo kamina u svojim kuama.Klasifikacija drveta se vri prema njegovom elementarnom sastavu ali se moe rei daprosjeno drvo sadri: 50% karbona (C); 6% vodonika (H); 43% kiseonika (O) i 1% (N).Sadraj pepela varira u zavisnosti od mjesta rasta drveta.Kora drveta sadri vie pepela.Glavnu masu drveta sainjavaju jo: celuloza, smola, mast i vosak.11.7. Energetski nasadi sa velikim prinosima (brzorastue drvee)Proizvodnja biomase iz umskih vrsta drvea i intenzivno uzgajanje brzorastuih vrsta kaoto su vrbe, topole, eukaliptus itd. je danas poznato kao Sistem brzorastuih kultura ukratkim rotacijama - Short Rotation Coppice (SRC system).Prednost uzgoja brzorastuih drvea je i ta jer se mogu uzgajati na zemljitima koja sunaputena ili tamo gdje poljoprivredna proizvodnja nije rentabilna ili pogodna za uzgojdrugih vrednijih vrsta.


3/21

Najee se uzgaja vrba i topola u veoma gustim nasadima (od 1000 do 30000 hiljadabiljaka po hektaru) i koje nakon to stablo biva posjeeno, svojim izdancima iz panja ilikorijena obezbjeuju sjeu svakih 2 do 5 godina.Nakon sjee izdanaka u navedenom period kultura se mora iskriti i zamijeniti novimsadnim materijalom

11.7.1.Vrba (Salix spp)Vrba je idelana za proizvodnju energije zbog veoma brzog rasta.Moe da naraste 2 metra u toku jedne godine to znai, kada dostigne visinu kada treba dase posijee (a to je nakon 3 godine) njena visina e iznositi 6 metara.Iz jednog hektara nasada vrbe moe da se proizvede oko 10 tona piljevine godinje,koliina koja moe da se iskoristi za proizvodnju 1 KW energije.Vrba se najvie uzgaja u sjevernim dijelovima EU.U vedskoj, razvoj proizvodnje vrbe je dobijao na znaaju jo od 1975. godine krozintenzivne istraivake programe.Od 1991. godine proizvodnja je komercijalizovana i trenutno iznosi 17000 ha nasada vrbe.11.7.2. Topole (Populus)

Topola (Populus) je rod listopadnih drvenastih biljaka iz familije vrba karakteristina zaumjerenu klimatsku zonu sjeverne zemljine polulopte.Danas se posebna panja obraa na stvaranje novih sorti brzorastuih topola koje se mogukoristiti za proizvodnju biomase.Intenzivno gajenje brzorastuih drvnih vrsta u kratkim rotacijama kao to je topola, posebno u podrujima gde postoje odgovarajui uslovi za takvu namjenu, moe dapomogne u rjeavanju problema deficita drvne sirovine, kako u oblasti proizvodnje vlakanatako i proizvodnji biomase.Topole su najperspektivnije drvee za proizvodnju biomase jer se odlikuju veoma brzimrastom i veoma jednostavno se vegetativno razmnoavaju.11.7.3. Eucalyptus (MyrtaceaeEukaliptus spada u rod drvenastih biljaka iz porodiceMyrtaceae.Jedna od zajednikih karakteristika ove skupine su eterina ulja po kojima je eukaliptusvrlo poznat.Svoje ime (gr. eu.- dobro, kaluptos- pokriven), eukaliptus duguje karakteristinimplodovima koje titi operkulum (struktura koju ine srasle latice).Veinu vrsta ovog roda karakterie takoe i guma koju proizvode i izluuju na mjestimagdje je kora drveta oteena.Gotovo sve vrste su zimzelene, iako neke gube lie na kraju sune sezone.Kao i kod ostalih vrsta iz porodice Myrtaceae, lie je prekriveno uljnim lijezdama.Eukaliptusi su veoma zapaljivi pa se vatra nevjerovatno brzo iri11.8. Nedrvna biomasaNedrvna masa se formira uglavnom iz visoko energetskih itarica (kao to je eerna repa,kukuruz, repa, stabljike suncokreta i sl.) i industrijskog i ivotinjskog otpada, kao i ostatakahrane (kao npr. kopice od vianja, ostaci prilikom rezanja vinove loze i maslina itd.)Vanost nedrvne biomase se popela u skorije vrijeme, zbog mogunosti da se primijeni kaogorivo, prvenstveno iz energetskih usjeva kao zamjena za fosilna goriva koja se koriste zavozila.Etanol koji se dobije iz eerne repe, kukuruza ili penice je najrasprostranjenije biogorivodanas.
http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Myrtaceae&action=edit&redlink=1http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Myrtaceae&action=edit&redlink=1http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Myrtaceae&action=edit&redlink=1


4/21

11.8.1.Slonova trava (MiscanthusSlonova trava je viegodinja biljka iz roda 15 vrsta trava sa prirodnim stanitem usubtropskim i tropskim regionima.U Evropi je dostigla popularnost u posljenjih 5-10 godina kao novi bioenergetski usjev.Ova trava se moe kositi svake godine sa mainom za eernu repu i moe se uzgajati i u

predjelima sa hladnijom klimom kao to je Sjeverna Evropa.Miscanthus se smatra jednim od produktivnijih energetskih usjeva koji se moesagorijevati u elektranama u cilju proizvodnje elektrine energije.Naunici tvrde da ova, etiri metra visoka trava, zahtijeva malo vjetakog ubriva zavisoke prinose, a ozbiljan program uzgoja bi znatno unaprijedio njihov prinos.11.8.2. Uzgoj algiAlge (morska trava) po mnogima predstavljaju male bioloke fabrike koje koristefotosintezu za pretvaranje karbon dioksida i suneve svjetlosti u energiju.One su trenutno jedan od najefikasnijih organizama na planeti za uzgoj i proizvodnjubiogoriva zbog svog veoma brzog rasta i proizvodnje ulja, gdje mogu da proizvedunekoliko puta vie ulja po hektaru od bilo koje druge biljke koje se koriste kao biogoriva,

kao to je kukuruz ili eerna repa.Alge mogu da rastu u slanoj vodi, svjeoj vodi ili ak kontaminiranoj vodi, u moru, bazenui na zemlji koja nije pogodna za proizvodnju hrane.11.9.1. Termalna konverzija biomaseKod termalne konverzije biomase razlikujemo pet osnovnih naina za pretvaranje biomaseu alternativno gorivo i to: potpunim sagorijevanjem (spaljivanjem), gasifikacijom,rastapanjem (likvefakcija), pirolizom i parcijalnom oksidacijom.Kada zagrijavamo biomasu pod odreenim uslovima gdje je oskudno prisustvo oksigena,ostvaruje se sinteza gasa ili sintetikog gasa, koji prvenstveno sadre hidrogen i karbonmonoksid.Ovako dobijen sintetiki gas moe se odmah zapaliti ili dalje preraivati u neke drugegasovite ili tene proizvode.U tom smislu, toplotna ili hemijska konverzija biomase je veoma slina preradi uglja.11.9.1.1. Direkto sagorijevanjePotpuno spaljivanje organskih materija za proizvodnju elektrine energije je najnaprednijiod svih procesa sagorijevanja i kada se obavlja pod strunim nadzorom u kontrolisanimuslovima smatra se i najefikasniji.Direktno sagorijevanje/sistem parne maineTo je najdirektniji proces pretvaranja biomase u iskoristivu energiju i koristi se na mnogenaine.Spaljivanje biomase zahtijeva visoku temperaturu (najmanje 550C), tako da je najteiaspekat sagorijevanja upravo zapoeti ga.U procesu sagorijevanja, razlikujemo sljedee nivoe:Isuivanje: ova faza podrazumijeva isparavanje sadrane vodePiroliza i redukcija: Ovo podrazumijeva termalno razlaganje goriva u isparljive gasove ivrsti ugalj.Sagorijevanje isparljivih gasova iznad sloja goriva: Isparljivi gasovi proizvedeni pirolizomi redukcijom sagorijevaju iznad sloja goriva, pokazujui uti plamen.


5/21

Spaljivanje biomase se koristi da bi se pretvorila energija uskladitena u hemijskimspojevima koji se nalaze u biomasi, u toplotu, mehaniku energiju i elektrinu energijukoristei razliitu opremu kao to su: pei, bojleri, parne turbine itd.Kao rezultat procesa sagorijevanja sa temperaturom izmeu 800 - 1000C dobiju se vruigasovi.

11.9.1.2. GasifikacijaGasifikacija je proces koji pretvara materijale koji u sebi sadre karbon u zapaljive gasove.Gasifikacija se razlikuje od pirolize u tome to se oksigen uvodi u reaktor (vazduh, para iliisti O2) i reaguje dijelom na visokoj temperaturi sa veoma malo karbona koji se nalazi uotpadu.Djelimino sagorijevanje proizvodi neophodnu toplotu za procese koji se odvijaju unutarpei i za vrijeme gasifikacije otpad je izloen direktnom zagrijavanju.Stvarna gasifikacija se deava na temperaturi veoj od 700 C kada uareni ugljen imamogunost da reaguje sa posrednicima gasifikacije kao to je oksigen, zrak ili vodena para.Tako se ugljen postepeno razlae na gasove kao to je CO, CO2 i H4.Uz pomo iste oksigen gasifikacije, gas sadri uglavnom karbon monoksid i tar.

Postoji nekoliko razliitih tipova gasifikatora i to sa: Kontra strujanjem zraka ili oksigenaUporednim strujanjem zraka, Gasifikator sa viestrukim jezgrom , Rotaciona pe11.9.1.3. RastapanjeProces rastapanja je veoma slian procesu gasifikacije.Tokom 80-tih godina prolog vijeka vladalo je veliko interesovanje za termohemijskukonverziju biomase zasnovanu na rastapanju.Teite je bilo na drvnoj biomasi u odnosu na skladita kukuruza zahvaljujui, prije svega,potencijalno manjim trokovima i veoj dostupnosti.11.9.1.4. PirolizaPiroliza je termalno razlaganje koje je javlja ve na temperaturi od 230C i bez prisustvakisika ili nekog hemijskog reagensa, osim vodene pare, takoe predstavlja prvi korak u procesu spaljivanja i gasifikacije, pri emju je praeno potpunom ili djeliminomoksidacijom osnovnih produkata.Za vrijeme pirolize termalno nestabilne komponente kao to je lignin iz biomase serazgrauje nakon ega dolazi do stvaranja plinova i drugih ostataka.11.10. Energija otpada komunalni vrsti otpad (MSW)Definicija otpada sa aspektaprocesa ili aktivnosti glasi: Sve to ne ulazi u sastavkonanog proizvoda ili ishoda.Otpad se po mjestu nastanka dijeli na: Komunalni i Tehnoloki otpadKomunalni vrsti otpad moe biti izvor energije spaljivanjem u mainama koje preraujuotpad za dobijanje energije ili apsorpcijom biogasa.U namjenskim postrojenjima, spaljivanjem komunalnog vrstog otpada se proizvodi parakoja se koristi za zagrijavanje zgrada ili za proizvodnju elektrine energije.Na deponijama, biomasa truljenjem oslobaa gas - metan koji se veoma esto naziva ibiogas i koji se na mnogim deponijama prikuplja radi mogunosti koritenja kao gorivo.Pod organskim otpadom podrazumijevamo organski biorazgradivi otpad bilokogporijekla.Biorazgradivi otpad prema EU direktivi je definisan kao: Biorazgradivi otpad znai bilokoji otpad koji ima mogunost da se podvrgne anaerobnom i aerobnom razlaganju kao toje hrana i otpad iz bate, papir i kartonska ambalaa.


6/21

Postoje etiri osnovna naina za tretiranje organskog biorazgradivog otpada: Spaljivanjem,Deponovanjem, Anaerobnom digestijom (fermentacijom), Kompostiranjem11.10.1. Spaljivanje otpadaSpaljivanje ili sagorijevanje predstavlja rapidnu oksidaciju zapaljivih supstanci uzoslobaanje toplote.

Oksigen je iskljuivi podupira procesa spaljivanja.Karbon i hidrogen su osim toga najvanije sagorive supstance.Ova dva elementa se pojavljuju u gotovo svim gorivima bilo u slobodnom ilikombinovanom obliku vrsti, teni i plinski.Sumpor je jedini drugi element koji se smatra zapaljivim.11.10.2. Deponovanje (izmjeanog otpada)Deponija predstavlja mjesto za odlaganje raznih vrsta smea i otpadnih materija.U dananje vrijeme se veoma vodi rauna o klasifikaciji otpada tj. odlau se prema svojimvrstama, ime je omogueno recikliranje odreenih kategorija otpada.Kada se organski biorazgradivi otpad odloi na deponiji, on e zasigurno proi krozrazliite procese degradacije.

Od svih moguih procesa, onaj koji proizvodi metan je svakako najznaajniji.11.10.3. Anaerobna digestija (AD)Anaerobna digestija je prirodni proces u kome razliiti mikroorganizmi iz roda bakterija,bez prisustva kiseonika, kroz niz biohemijskih reakcija pretvaraju organska jedinjenja ubiogas, smjesu metana CH4 i ugljen dioksida CO2 i neznatne koliine vodonik - sulfida ivodonika.To je dejstveno kontrolisana i zatvorena verzija anaerobnog razlaganja organskog otpada udeponijama prilikom ega se oslobaa metan.Metan je stakleniki plin s najveim potencijalom stvaranja efekta staklenika.Jedan kilogram metana ima isti stakleniki uinak kao 25 kilograma ugljen dioksida.Anaerobna digestija se odvija u specifinim uslovima gdje je ulazna pH vrijednost izmeu6 i 7 a potrebna temperatura od 25-30 stepeni C kao i odreeno vrijeme zadravanjamjeavine u digestatoru.Sam proces AD poinje separacijom otpada nakupljenog u domainstvu i razdvajanjem nabiorazgradivi i nerazgradivi otpad.Postoje tri osnovna nivoa u proces AD i to:Hidroliza i Acidogeneza,AcetogenezaMetanogenezaSvaki od ovih procesa uzrokovan je dejstvom razliitih bakterija koje za svoju aktivnostzahtijevaju odreene uslove kao to je odsustvo oksigena O2, redukcionu sredinu i pHvrijednost.

11.10.4. KompostiranjeKompostiranje je aerobna biodegradacija organskih materija uz prisustvo oksigena i smatrase alternativnim postupkom.Rezultati razlaganja u procesu oksidacije su uglavnom karbon dioksid, voda, toplota ikompost.Prilikom procesa razlaganja oslobaa se amonijak, dok se u zatvorenom procesu amonijakmoe sakupljati.Kompost se moe korisiti kao vjetako ubrivo ili kao poboljiva zemljita.


7/21

Postoji nekoliko tehnologija za dobijanje komposta od onih malih u kunoj varijanti dovelikih tehnolokih postrojenja.Materijal koji je pogodan za kompost je: biorazgradivi otpad, talog od kafe, kokosovaljuska, zeleni otpad, ljudske izluevine, biljne plesni, gnojivo, kompost od gljiva, oguljenodrvo, ljuska od jajeta, braon otpad, povre, voe itd.

11.12. BiogorivaSam pojam biogoriva odnosi se na tenost ili plinsko gorivo za sektor transporta koji supreteno proizvedeni iz biomase.Smatra se da biogoriva imaju mnoge prednosti, ukljuujui odrivost, redukciju emisijegasova staklene bate i sigurnu nabavku.Iz biomase mogu da se proizvedu razliita goriva ukljuujui tena tena goriva kao to jeetanol, metanol, biodizel, Fischer Tropsch-ov dizel i benzinska goriva kao to jehidrogen i metan.Biogoriva se prvenstveno koriste za vozila ali isto tako mogu da se koriste za pokretanjemaina.Emisije ugljen dioksida koji se oslobaa prilikom proizvodnje i distribucije biogoriva se

mogu izraunati pomou tehnike nazvane Analiza ivotnog ciklusa - "Life Cycle Analysis(LCA)" koja se temelji na praenju i izraunavanju emisije CO2 od poetka rasta biljke,odnosno stavljanja sjemenke u zemlju pa do isputanja plina tokom procesa izgaranja umotoru automobila.11.12.1. EtanolEtanol je teni alkohol dobijen kao rezultat fermentacije eera ili pretvaranjem kroba kojise nalazi u itu i celuloze iz drvnih i poljoprivrdenih ostataka.Vrijednost bilo kojeg tipa biomase kao sirovine za fermentaciju zavisi od lakoe kojom semoe pretvoriti u eere.U skorije vrijeme, pridaje se velika vanost pretvaranju gradskog otpada (MSW Municipal Solid Waste) i stajskog ubriva, isto kao i pretvaranje ugljenih hidrata(hemiceluloze i celuloze) biomase, procesom hidrolize u eere.Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su: priprema sirovine, fermentacija, destilacijaetanola.11.12.2. MetanolMetanolje ista, bezbojna lako isparljiva tenost sa karakteristinim mirisom. Nekada se nazivao i drveni alkohol jer su ga ljudi dobijali spaljivajui drvo ikondenzujui isparavanja koja su se pojavljivala usljed toga tzv. suhom destilacijomdrveta.Stari Egipani su napravili metanol na ovaj nain i koristili ga za balzamovanje mumija.Metanol se danas koristi na nekoliko naina.Hemiari ga koriste za proizvodnju plastike i formaldehida a koristan je i kao antifriz jerima niu taku ledita od vode.Metanol se moe koristiti kao zamjena za konvencionalna transportna goriva. 11.12.3. BiodizelBiodizel je opti naziv za gorivo dobijeno iz biolokih obnovljivih izvora koje se moekoristiti u nemodifikovanim dizelskim motorima umjesto uobiajenog.Biodizel se najee dobija iz biljnih ulja trans-esterifikacijom triglicerida i pripada grupiderivata srednje dugih, C 16 - C 18 lananih masnih kiselina koji svojim molekulimapokazuju slinost u strukturi sa molekulima mineralnog dizelskog goriva.


8/21

Trans-esterifikacija je proces koji spaja ulja i masti sa metanolom (CH3OH) u prisustvukatalizatora (NaOH) i stvara metil estre masnih kiselina (FAME).Kao nusproizvodi ovog procesa najee se javlja glicerol i pogaa uljane repice (oilcake).Hemijski sastav biodizela je veoma slian fosilnom dizelu

5.1. Graa i osobine sunca Energija suncaSunce je zvijezda glavnog niza, stara 4,6 milijardi godina.To je ogromna sfera ekstremno vrele plazme, jonizovanog zraka, 750 puta vea od svihplaneta Sunevog sistema zajedno.U nuklearnim reakcijama u njegovom jezgru vodik se pretvara u helijum uz osobaanjeogromne koliine energije. Ova energija se postepeno prenosi sa povrine Sunca i konanose sa nje oslobaa.Prosjena udaljenost od zemlje 146,9 miliona kilometara, temperatura na povrini 5,500C, temperatura u jezgru 15 miliona C.Period rotacije (polarni) je 34 zemljina dana, masa je 330,000 puta vea od mase zemlje.Solarna energija je naziv za vrstu energije koja se dobija iz sunevog zraenja.

Vana otkria su pokazala da su ak ljudi u antikom dobu, osim to su koristili solarnuenergiju oboavali bogove koji su su se bazirali na Suncu.uveni naunik Joseph Priestly je koristio sunevu svjetlost za zavri svoje otkrie iizoluje oksigen ak 1770 godine.Poetkom 19 vijeka razvijen je takozvani sistem greenhouse tj. sistem staklene bate,koji omoguava biljkama da rastu ak i u zimsko doba.Vana otkria koja su unaprijedila koritenje i efikasnost solarne tehnologije pojavila su seu 19 i poetkom 20 vijeka i to pojavom solarne elije i solarnih kolektora, sistem solarnihtanjira i tornjeva.Struktura sunca: Jezgro,Zona nuklearnih reakcija,Radioaktivna zona,Konvenktiva zona,Fotosfera, Granule, Supergranule,Osilacije ,Hromosfera ,Korona , Sunev vjetar5.2. Struktura suncaJezgro Sunca je stabilizovani gravitacioni fuzijski reaktor i prostire se do oko 30%radijusa Sunca. Temperatura u centru jezgra je oko 15 miliona K gustina materije je oko150 g/cm3, pritisak je oko 1011 atm. Tu se vri proizvodnja skoro cjelokupne energije kojuSunce zrai odnosno hidrogen pretvara u helijum.Zona nuklearnih reakcija dobila je ime po tome to se u njoj odvija nuklearna reakcija.Temperatura u jezgri je 15,6 miliona kelvina, a pritisak 1016 paskala.Nakon jednog centimetra svog puta gama zrake se sudare sa jezgrom atoma ili slobodnimelektronima. Gama zrake raspruju se na vie fotona niih energija. Zbog ovakvog prenosaenergije u jezgri Sunca odrava se visoka temperatura. Ovo je zraenje ili radioaktivniprenos energije.U vanjskoj oblasti Sunca, atomi mogu da zadre svoje elektrone zbog niske temperature ijona i ak zbog postojanja neutralnog hidrogena. Visoka neprovodnost predstavlja problemza radijaciju fotona na putu prema naprijed i postavlja se ogroman tempreraturni gradijentkoji vodi prema konvektivnoj pojavi. Vanjski omota Sunca je u konvektivnomekvilibirijumu.Vanjsko ogranienje fotosfere je granica vidljivog solarnog diska koje moe da se vidi ubijeloj svjetlosti. Veina radijacije koju emituje Sunce nastaje u fotosferi, ija debljinaiznosi samo 500 km.


9/21

Granule su najmanja pravilna kretanja Suneve materije. Uoavaju se samo u centralnomdijelu Sunevog kruga.Supergranule su granule veih dimenzije. Materija iz dubine dolazi brzinom od nekolikodesetaka pa do 1 km u sekundi.Kretanje gasa u najveim dimenzijama naziva se Suneva oscilacija. Primjeuje se kao

titranje fotosfere i odvija se na mahove. Najei je pet minutni period a prosjek titranja je4-8 minuta.Hromosfera predstavlja polutransparentni sloj gasa koji je vidljiv samo kroz specijalnefiltere ili u toku pomraenja Sunca. Nalazi na udaljenosti od oko 5000 km iznad fotosfere irelativno je tanka.Za vrijeme totalnog sunevog pomraenja mogue je vidjeti spoljnu sunevu atmosferukoja se naziva korona. Korona je vreli gas koja se postepeno stapa u transparentnuinterplanetarnu okolinu i tekui prema naprijed predstavljasolarni vjetar.Sunev (solarni) vjetar je struja estica izbaenih velikom brzinom iz gornjih slojevaSuneve atmosfere, uglavnom elektrona i protona.Suneve pjege su relativno hladna i tamna obiljeja na sunevoj fotosferi iji krugovi se

jasno vide.5.3.Naini prenoenja toploteIz svakodnevnog iskustva znamo da se neko tijelo moe zagrijati prisustvom nekog drugogtoplijeg tijela.Svako tijelo koje ima viu temperaturu od okoline je izvor toploteza tu okolinu i tijela unjoj .Debela, savijena bakarna ipka grije se pomou elektrine pei na jednomkraju, a drugim krajem je uronjena u posudu s istucanim ledomAko se pusti da ureaj radi dovoljno dugo postie sestacionarn ostanje moemokonstatovati sljedee:Pe neprestano daje toplotnu energiju ipki, a led se topi pa zakljuujemo da se dio energijekoju daje pe prenosi ipkom s jednog kraja na drugi.Ovaj nain prenoenja toplote zoveseprovoenje ( voenje) toplote ili kondukcija.Dakle , provoenje toplote vri se u tijelu bez njegovog kretanja.Ako ruku stavimo paralelno sa vertikalnim dijelom ipke osjetiti emo toplotu iako nemastrujanja toplog vazduha.Ovaj osjeaj toplote dolazi otuda to povrina toplog tijela, u naem sluaju bakrene ipke,zrai elektromagnetne talase koji padaju na ruku, u njoj se apsorbuju i prelaze u toplotu.Ovaj nain prenoenja toplote zove sezraenje ili radijacija5.4.Provoenje toploteToplota se prenosi provoenjem kroz vrsta tijela.Po kinetikoj teoriji toplota je povezana sa kretanjem estica tijela.Dakle, provoenje toplote shvaamo kao prenoenje energije s jednog kraja tijela na drugi,a pri tome se same estice ne pomiu s mjesta.Uoeno je da su metali najbolji provodnici toplote.Razlog tome je to se kod metala toplota prenosi provoenjem uglavnom pomouslobodnih elektrona, tj. elektrone koji su zbog specijalne strukture kristalne reetkeodvojeni od atoma i molekula.Otuda je injenica da su dobri vodii elektriciteta i dobri vodii toplote


10/21

5.5.Videman - Francov zakonPokazalo se da termika i elektrina vodljivost metala idu uporedo ( u velikom intervalu

temperatura), tj. dobri provodnici toplote su ujedno i dobri provodnici elektriciteta.Videman i Franc ( Wiedemann, Franz) su 1853. pokazali da je omjer termike ielektrine vodljivosti, kod iste temperature , priblino jedan za sve metale, tj. gdje je -elektrina vodljivost .Navedena zakonitost poznata je u fizici kao Videman-Francov zakon.5.6.Prenoenje toplote strujanjemRazlikujemo dvije vrste konvencije. Prirodna konvekcija prouzrokovana je kretanjem estica fluida zbog razlike u gustoinastalih nastalih nejednolikom temperaturom. Prisilna konvekcija nastaje kada je struja fluida prouzrokovana nekim mehanikimureajem- pumpom ili ventilatorom.

Ako bocu s vodom stavimo na reo ili metalnu mreicu iznad plamena, zagriju se prvo onislojevi vode koji su pri dnu. Zagrijana voda ima manju gustou od hladne vode , jer sevoda pri zagrijavanju iri, pa kako su djelii u tenostima lako pokretni,to se zagrijanijavoda penje, a na njeno mjesto silaze hladniji slojevi.5.7.Prenoenje toplote zraenjemDanas nam je poznato da energija koja se iri kroz prostor od toplog tijela do nas jestenergija elektromagnetnih talasa.Budii da ta energija zbog razlike u temperaturama prelazi s jednog tijela na drugo, to seova pojava svrstava u prenoenje toplote.Svako tijelo neprestano pretvara energiju sadranu u kretanju, oscilovanju i rotaciji svojihatoma i molekula u energiju elektromagnetskih talasa.Mi tu energiju zraenja vidimo samo djelomino kad je tijelo usijano, ali ima dosta nainada se utvrdi da se osim vidljivogpostoji i nevidljivo zraenje.Svako tijelo neprestano pretvara energiju sadranu u kretanju, oscilovanju i rotaciji svojihatoma i molekula u energiju elektromagnetskih talasa .Mi tu energiju zraenja vidimo samo djelomino kad je tijelo usijano, ali ima dosta nainada se utvrdi da se osim vidljivogpostoji i nevidljivo zraenje.Tijelo koje se nalazi na temperaturi ispod temperature usijanja (


11/21

5.8. Zakoni zraenjaElektromagnetno zraenje , dakle i toplotno zraenje, koje padne na neko tijelo bie uopem sluaju djelomino apsorbirano, djelomino reflektirano i djelomonotransmitirano (proputeno).

Pored toga to apsorbira zranu energiju svako tijelo istovremeno i zrai jedan diodobivene energije.Veliina energije izraene (emitirane) sa jedinine povrine u jedinici vremena (1s) nazivase emisiona moili mo emisije i oznaava sa E( , T)Indeksi i T ukazuju na njenu zavisnost od talasne duine i apsolutne temperature.5.8.2.Kirhofov zakon zraenjaZamislimo evakuiranu upljinu, zatvorenu sa svih strana, iji su zidovi savreno nevodljiviza toplotu i nepropusni za zraenje.Neka se u takvoj izotermnoj upljininalaze dva tijela A i B razliitih temperatura T1 iT2 , gdje je T1>T2 (sl. 5.17).Svako tijelo emitira ali istovremeno i apsorbira toplotne zrake koje emitiraju okolna tijela.

Hladnije tijelo (u naem sluaju tijelo B) vie e apsorbirati zrane energije nego to e jesamo emitirati pa e se ono zagrijavati.Naprotiv toplije tijelo (u naem sluaju A) e vie emitirati toplotne energije nego to e sezato ono hladitiNakon dovoljno digog vremena postie se stacionarno stanje , u kojem oba tijela u istimvremenskim razmacima primaju istu onoliku koliinu energije koliku gubezraenjem.U tom stanju temperatura e se izjednaiti, odnosno uspostavie se termika ravnotea.Ovakvo ravnoteno stanje je stabilno.Ovaj stav nazivamo principom ravnotee toplote u kretanju ili Prevoovim principomizmjene (Prevost, 1809).Na osnovu ovog stavaKirhofje izveo svoj zakon zraenja.5.8.3.tefan-Bolcmanov zakonPrvu zakonitost uoio je Jozef tefan ( Slovenac iz Celovca, profesor fizike na univerzitetuu Beu, 1835-1893).Analizirajui ekspermentalne podatke (1879) on je doao do zakljuka da je energetska jaina svjetljenja I tj, ukupni fluks zraenja svih talasnih duina proizvoljnog tijelaproporcionalan sa etvrtim stepenom apsolutne temperature.Austrijski fiziarLudvig Bolcman, tefanov uenik (Ludwig Boltzmann) polazei odtermodinamikih postavki teoriski je naao (1884) da je energetska jaina svijetljenjaapsolutno crnog tijela, tj, ukupna mo zraenja svih talasnih duina:gdje je - konstanta, a T apsolutna temperatura.Prema tome , zakljuak do kojeg je doao Jozef tefan za neka tijela ( sa apsolutnom crnimtijelom nije ekspermentisaa) pokazao se promjenjiv samo na apsolutno crno tijelo.Zakon (5. 18) dobio je ime tefan-Bolcmanov zakon, a konstanta proporcionalnosti naziva setefan-Bolcmanova konstanta. Njena eksperimentalna vrijednost iznosi:Prema tefan-Bolcmanovom zakonu emisiona mo nekog tijela vrlo brzo raste satemperaturom.


12/21

5.8.4.Vinov zakon pomjeranjaAustrijski fiziar Vin ( W.Wien, profesor fizike u Beu) je 1893. postavio drugi zakonzraenja crnog tijela koji upuuje na karakter Kirhofove funkcije f( ,T).Vin je koristei termodinamine zakonitosti zakljuio da bi spektralna raspodjela energijezraenja trebala da bude slinaMaksvelovoj raspodjeli brzina.

Naao je da emisiona mo apsolutno crnog tijela ima oblik: gdje su c1 i c2 radijacionekonstante.Ova funkcija dobro se slae za krae talasne duine sa ekspermentalno naenomraspodjelom.5.8.5.Rejeli-Dinsov zakonRejli i Dins (Rayleih i Jeans ) 1900. su pokuali da odrede funkcije f( , T) polazei odzakona klasine statike o ravnomjernoj raspodjeli energije po stepenima slobode .Prema klasinoj fizici svakom stepenu slobode odgovara energija 1/2KT , gdje je k-Bolcmanova konstanta, a T - apsolutna temperatura.S obzirom da elektromagnetnim oscilacijama odgovaraju dva oblika energije:elektrina i magnetna, saglasno zakonu ravnomjerne raspodjele energije po stepenima

slobode, svakoj elektromagnetnoj oscilaciji je mogue pridruiti dva stepena slobode,odnosno energiju5.8.6.Plankov zakonNjemaki fiziarMaks Plank(Max Planck, 1858-1947) je najprije empirijski 1900. godinenaao oblik funkcije f( , T) .On je u nazivnik Vinove formule dodao minus jedan, tj. koristio se formulom i podeavaoradacione konstante c1 i c2 sve dok nije dobio slaganje sa ekspermentalnim podacima.Takva formula slagala se u cijelom opsegu talasnih duina sa ekspermentalnim podacima,a u graninim sluajevima (za duge i kratke talase) prelazila u Rejli- Dinsovu, odnosnoVinovu formulu.5.4.1. Pasivni solarni sistemiTehnologija solarne energije koristi energiju koja dolazi od sunca.Unutar sunca, hydrogen atomi jedinjenjem stvaraju helium i taj proces proizvodi ogromnukoliinu toplote koju mi osjetimo na Zemlji.Jezgro Sunca ima temperaturu 36,000,000 F (20,000,000 C).Povrina sunca se naziva fotosfera i posjeduje temperature od 10,000 F (5,538 C).Energija koju Sunce proizvodi treba da putuje 150,000,000 kilometara da bi dotaklapovrinu Zemlje.Ljudi na zemlji ne osjeaju punu snagu Sunca, jer gornja atmosfera Zemljine kugle dostazadrava sunevu toplotnu snagu.Pasivni solarni sistemi su prvenstveno razmatrani prilikom dizajniranja graevina, kua iosvjetljenja.Pasivni solarni dizajn se fokusira na postavljanje prozora, ventilacije i izolacije na kue ilineke druge graevine da bi se smanjila potreba za elektrinom energijom koritenjemsunca.Naela aktivne i pasivne izgradnje zgrade mogu se podijeliti u tri skupine:naela solarnog grijanja,naela solarnog hlaenja.,naela koritenja dnevnog svjetla danju ihladne (tedljive) rasvjete nou


13/21

5.4.2.Aktivni solarni sistemiAktivni solarni sistemi se sastoje od solarnih kolektora (poznati i kao solarni paneli) koji seprvenstveno koriste za solarne grijae tople vode, solarne elije koje proizvode elektrinuenergiju i koncentrisane solarne elektro sisteme (tzv. solarni termalni sistemi) koji isto takoproizvode elektrinu energiju ali daleko vie nego solarne elije.

Solarni kolektori se prvenstveno koriste za apsorpciju solarne energije za koritenje usolarne grijae vode.Meutim, oni se mogu koristiti i za grijanje graevina ak i da se napravi energija zahlaenje graevina. Iako se svi solarni kolektori ne koriste uvijek u aktivnim solarnimenergetskim sistemima, daleko se ee koriste u aktivnim nego u pasivnim solarnimsistemima.5.5.Solarna termalna energijaDvije osnovne uloge solarne termalne energije su grijanje i proizvodnja elektrine energije.Kada bi samo 1% svjetskih pustinja prekrili sa solarnim termoelektranama bili bismo umogunosti da podmirimo potrebe cijelog svijeta za jednu godinu.U dananje vrijeme, solarna termalna energija se koristi za zagrijavanje fluida, budui da

solarna fotonaponska energija koristi poluprovodnike da bi pretvorila sunevu energijudirektno u elektrinu i ona ima prednost u odnosu na solarnu fotonaponsku energiju zbogtoga to je jeftinija.Inae prednosti i nedostaci ova dva tipa solarne energije su veoma slini.5.6. Iskoritavanje suneve energijeOsnovni principi direktnog iskoritavanja suneve energije su:Solarni kolektori za zagrijavanje vode u prostorijama i bojlerimaKoncentrisanje suneve energije upotreba u velikim energetskim postrojenjimaFotonaponske elije direktno pretvaranje suneve energije u elektrinu5.7. Solarni kolektoriSolarni kolektori su specijalna vrsta razmjenjivaa toplote koji transformiu energijusolarnog zraenja u unutranju energiju prenosnog medijuma.Glavna komponenta bilo kojeg solarnog sistema je solarni kolektor.Ovo je ureaj koju upija prispjelo solarno zraenje, pretvara ga u toplotu i alje tu toplotuprema fluidu (najee je to zrak, voda ili ulje) koja tee kroz kolektor.Prikupljena solarna energija se prenosi tenou, bilo da je direktno kroz toplu vodu iliopremu za klimatizaciju prostora ili rezervoara za skladitenje energije, iz kojeg se moeiskoristiti za koritenje u toku noi ili u vrijeme oblanih dana.5.8.Koncentrisanje suneve energijeKoncentrovani solarni sistemi su sistemi sa stepenom korisnosti koji koriste ogledala da bikoncentrovali solarnu energiju blizu 50 do 10,000 puta na solarnim panelima, pa prematome stvarajui dovoljno visoku temperaturu fluida proizvode paru za turbine koje pokreuelektro generatore.Koncentrisanje suneve energije uz pomo parabolinih tanjira, korita ili energetskihtornjeva moe obezbjediti toplotne procese za komercijalne i industrijske svrhe.Trenutno su u upotrebi tri tehnologije koje se koriste u koncentrisanju suneve energije(Concentrating solar power CSP) i to:Parabolina korita,Parabolini tanjir iEnergetskitoranj.

5.8.1.Parabolina korita


14/21

Parabolina korita su dizajnirana na nain da prilikom okretanja prema Suncu direktno, svesvjetlosne zrake koje padaju na zakrivljenu povrinu korita se reflektuju tako da prolazelinijom koja se protee itavom duinom centralne ose korita.Cijevi su ugraene tako da se podudaraju sa ovom linijom a napunjene su najee sauljem.

Kako se tenost kree kroz cijev, ona upija termalnu energiju koja se koliinski poveava.Za vrijeme dok tenost pree razdaljinu od ulazne do izlazne take sistema za refleksiju,njena tenost dostie temperaturu i do 400C.5.8.2.Parabolini tanjirParabolini tanjir je veoma atraktivno rjeenje za udaljene samostojee postavke.Trenutno predstavlja jedno od najpogodnijih opcija za ugradnju kada govorimo okoncentrovanju sunevih zraka u jednoj taki i moe proizvesti vee temperature.Komercijalno se proizvodi od malog broja vati do nekoliko kilovata na temperaturamavisokim i do 800C.Solarni sistem sa parabolinim tanjirompretvara sunevu energiju u elektrinuenergiju koristei mnotvo ogledala postavljenih u obliku velikog tanjira.

5.8.3.Energetski toranjOva vrsta konfiguracije koriste kompjuterski kontrolisano polje ogledala za fokusiranjesunevog zraenja na centralni toranj, koji onda pokree glavni generator.Do sada su napravljeni sistemi koji imaju izlaznu snagu i iznad 10 MW.Ti novi sistemi imajumogunost rada preko noi i po loem vremenu tako da spremaju vruu tekuinu uvrlo efikasan spremnik.5.10.Fotonaponske solarne elijeFotonaponski ureaji ili solarne elije direktno pretvaraju sunevu svjetlost u elektrinuenergiju.elije su nainjene od poluprovodnih materijala i najee od silikona.Fotonaponska tehnologija je originalno razvijena da bi obezbjedila energiju za satelite.Tano odreeni razvoj je bio skoncentrisan na monokristalni silikon koji je okarakterisankao prilino efikasan u konverziji, posjeduje dobru stabilnost, dugotrajnost ali veomavelike trokove proizvodnje.Trenutna istraivanja i razvoj je fokusiran na amorfne silikonske elije.5.11. Osobine silikonaSolarne elije su uglavnom sainjene od silikona (Si).Komercijalni isti silikon, Si, ima koncentraciju primjesa atoma od i elektrinuotpornost .Silikonski atom ima 14 elektrona, grupisanih u orbiti oko jezgra (prikaz na slici 5.40)Unutranje orbite mogu sadravati 2 i 8 elektrona svaka naizmjenino i u silikonskomatomu ove orbite su pune i tijesno omeene.Vanjska orbita moe isto da sadri do 8 elektrona, meutim u silikonu, ova orbita nije punai sadri samo 4 elektrona.Elektroni u unutranjim, popunjenim orbitama, nazivaju se stabilnimelektronima.

5.11.1. Fotoelektrini efekatEnergija u obliku solarne radijacije moe osloboditi svoju energiju ovim elektronima.


15/21

Kada fotoni solarne radijacije napadnu spoljanji omota elektron se prenosi tj. uspostavljase energija.Dolazei fotoni gube odreenu koliinu energije potrebne za izbacivanje elektrona izomotaa.Ako dolazei foton ima dovoljnu koliinu energije da izbaci elektron, tada e foton biti

poniten i proizveden slobodni elektron.Ukoliko je energija fotona vea od uvezane energije elektrona tada e elektron uzeti samoenergiju potrebnu da se otrgne od omotaa elektrona.Ostatak energije e se u silikonu pojaviti kao toplota.5.11.2. Osobine silikonske elijeKonvencionala silikonska elija je debljine priblino 400 mikrometara.Zadnji dio sadri P tip silikona dopiran sa jednim dijelom po milionu borona.Prednja povrina elije je nainjena od N tipa silikona dopiranog sa hiljaditim dijelomfosfora na dubini od jednog mikrometra.Ukoliko svjetlost sa vikom energije padne na silikon ureen da formira p-n spoj i prodredo take u blizini spoja, tada se zbog fotonaponskog efekta stvaraju slobodni elektroni.

Oni koji su van uticaja elektrinog potencijala PN spoja ponovo se sjedinjuju dok su oniizmeu, odvojeni sa upljinama napregnutim prema dijelu P tipa i elektronima prema dijeluN tipa.Ovi elektroni se momentalno kreu pod uticajem elektro polja PN spojeva.Elektroni nastavljaju da se kreu kroz eliju prema povrini elije.Ovi elektroni e biti prikupljeni uz pomo metalne mree i elektrina struja e tei ukolikoje mrea povezana sa metalnim kontaktom na drugoj strani elije sa vanjskim strujnimkolom.5.12.Tipovi fotonaponskih elijaPostoji nekoliko tipova FN elija su a to: monokristalne, polikristalne i amorfni silicij.Proizvodni proces monokristalne solarne elije se ogleda u tome da se od ingotamonokristalnog silicija uz pomo dijamantske otrice sijeku ploice debljine 200 do 400.Te ploice se dalje sijeku u pravougaone elije da bi se maksimizirao broj elija koje moguda se montiraju jedna uz drugu na panelu.Monokristalna FN elija je plave ili crno-sive boje. Na rubovima svake elije je bijelapodloga.Ova podloga je providna i stvara model koji lako vidjeti.5.12.2. Polikristalne FN elijeProces proizvodnje polikristalnih fotonaponskih elija je relativno brz i jeftin.Proizvode se od polikristalnog silicijuma poluprovodnike istoe u obliku trake u vierazliitih metoda kao to su: trake sa definisanom ivicom, rastom slicijuma nakeramici, metodom rotirajueg kalupa itd.Polikristalane FN elije su pravougaonog oblika i obojene svetlucavo plavom bojom ibez bijele vidljive pozadine.Prema tome, ove FN elije izgledaju daleko jednolinije od monokristalnih FN elija.

5.12.3. Amorfni silicijum FN elije


16/21

Prvu solarnu eliju od amorfnog silicijuma formirao je 1974. godine D.E. Carlson u RCAlaboratoriji u SAD.Prva komercijalna a-Si solarna elija pojavila se 1980. godine i imala je efikasnost 3%.Ovaj tip FN je manje trajan i ne tako efikasan za pretvaranje suneve svjetlosti u energiju idanas nije ba obiaj da se koristi.

Ipak, mnogi eksperti vjeruju da je ovaj vid elija budunost tehnologija FN elija zbog togato koristi malo materijala za poluprovodnik, ne iziskuje mnogo energije da se napravi idaleko je jednostavniji za masovnu proizvodnju u odnosu na druge FN elije.5.13.Primjena fotonaponskih elijaFotonaponska energija je jedna od najbre rastuih tehnologija obnovljive energije;godinja proizvodnja elija rasla je desetostruko od 50 MW u 1990 godini, do 500MW u2003 godini i raste i dalje do danas.U Europskoj Uniji trenutno je 40% godinji rast instalirane snage fotonaponskih elija.To se naizgled ini kao velik rast, ali u sutini radi se o veoma malim koliinama, pa rastod 40% ne utie posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije.U 2000. godini u Evropskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% poveanja u

odnosu na 1999. I u tom podruju Njemaka je sa 113.8 MWp (ukljuujui 100 MWpprikljuenih na elektrinu mreu) vodea drava u Europi.5.14. Solarni potencijal u BiHTeoretski potencijal suneve energije u BiH iznosi oko 74.65 PWh to je 1.250 puta veakoliina energije od ukupno potrebne primarne energije FBiH u 2000. godini.Moe se rei da BiH predstavlja jednu od povoljnijih lokacija u Evropi kada je radijacijaSuneve energije u pitanju.Prema dostupnim podacima Sunce godinje preda, na 1m2 horizontalne plohe, na sjeveruBiH oko 1.240 kWh energije, a na jugu zemlje oko 1.600 kWh energije.

Energija vjetraJednostavno reeno, vjetar je zrak koji se pokree.Ta pojava je izazvana neujednaenim zagrijavanjem zemljine povrine od strane Sunca.S obzirom da je zemljina povrina nainjena od razliitih tipova zemljita i vode, na tajnain se razliito apsorbuje i suneva toplota.Za vrijeme dana, zrak iznad zemlje se daleko bre zagrijava nego iznad povrine vode.Topao zrak iznad zemlje se iri i poveava a tei, hladniji zrak se podie da bi zauzeo svojemjesto u kreiranju vjetra.U toku noi, vjetrovi imaju obrnut smijer zbog toga to se zrak daleko bre hladi iznadpovrine zemlje nego iznad vode.Razlikujemo sljedee vrste vjetrova:Stalni vjetrovi - Stalni vjetrovi uestvuju u optoj cirkulaciji atmosfere Periodini vjetrovi - Sezonske promjene atmosferskog pritiska u jednom istom mjestuprouzrokuju strujanje vazduha u toku izvjesnog vremenskog perioda u jednom pravcu, a utoku sledeeg perioda u drugom pravcu.To su periodini vjetrovi - monsuni.Lokalni vjetrovi - Lokalni vjetrovi su karakteristini za odreene oblasti na zemlji.4.1.2. Snaga koja se dobije iz vjetra


17/21

Kao i primitivne vjetrenjae, dananje vjetrenjae koriste lopatice na propeleru da biprikupili kinetiku energiju vjetra.Vjetrenjae rade na principu usporavanja brzine vjetra.Vjetar duva preko krila propelera izazivajui dizanje, kao i efekat na krilima aviona,izazivajui njihovo pokretanje.

Propeleri su povezani osovinom koja pokree elektrini generator da bi proizvelaelektrinu energiju.Kinetika energija strujanja vjetra sa masom m i kretanjem brzinom V je data u formuli:4.1.3. Brzina vjetraOsim svojih pozitivnih efekata, u graninom povrinskom sloju postoje razliite prirodne ivjetake prepreke koje uzrokuju i negativne efekte smanjenja brzine vjetra i pojavuturbulencija, to znatno utie na kvalitet vjetra kao primarnog energenta.Vjetrovi ne moraju biti posljedica globalnog kretanja vazdunih masa ve mogu nastati ikao posljedica djelovanja geografskih faktora na lokalnom podrujuKao to je poznato vjetar je odreen brzinom, smjerom ijainom.Brzina vjetra mjeri se pomou anemometra a izraava se uobiajenom jedinicom za brzinu

- metrima u sekundi, kilometrima na sat, vorovima ili specijalizovanom jedinicom -beaufort (itaj "bofor").4.1.4. Weibull-ova raspodjelaMjerenja brzine vjetra se najee vre na visini od 10m.Srednja vrijednost podataka se najbolje prikazuje Weibullovom funkcijom koja dajevjerojatnost pojave vjetra f(v) tokom nekog vremenskog perioda.Weibull-ova raspodjela gotovo neizostavno prati sve empirijske raspodjele uestalostivjetra, koje se rade u cilju procjene mogunosti korienja njegove energije.To je dvoparametarska raspodjela iji matematiki izraz ima oblik:gde je f(v) teorijskafrekvenca javljanja brzine v. parametar A je parametar razmjere parametar k, kaoparametar oblika.

4.1.5. Gustina zrakaFaktori kao to su temperatura, atmosferski pritisak, visina i sastav zraka utiu na gustinuzraka.Suvi zrak se uzima kao idealan gas, pa je prema zakonu idealnog gasa, = nRT (a)gdje je: p-pritisak, VG -gustina gasa, n-broj kilomola gas, R-konstanta univerzalnog gasa iT-temperatura.4.1.6. Turbulencija vjetraTurbulencija je proizvod vrtloga izmeu strujanja zraka, koji su proizvedeni interaktivnimtrenjem na nivou zemlje ili smjenjujuom aktivnou izmeu pomjeranja zraka usuprotnom smjeru od altitude.Turbulencija se moe predstaviti kao odstupanje trenutne brzine od srednje brzine vjetra.Intenzitet turbulencija prvenstveno zavisi od neravnina na povrini terena i visine iznadpovrine.


18/21

Isto tako zavisi i od topografskih karakteristika kao to su planine, posebno kada susmjetene uz vjetar, kao i mnoge druge lokalne karakteristike, kao to su drvee i zgrade.4.1.7. Udari (naleti) vjetraU nedostatku stvarnih podataka za odreenu lokaciju, najee koritena aproksimacija zaudar vjetra na otvorenom prostoru je:gdje je:

= brzina na visini hmjerena brzina na visini= eksponent udara vjetra

Eksponent udara vjetra, se razlikuje u odnosu na karakteristike zemljita, ali najeeiznosi izmeu 0.10 i 0.25.4.1.8. Gradijent pritiskaDvije najvanije snage koje djeluju na vii nivo zraka u slobodnoj atmosferi su pritisakgradijent sile i Koriolisova sila (skraeno CorF).Poznato je u osnovama o mehanikim fluidima da, kod take u fluidu u kojem postojigradijent pritiska, , u datom smjeru, , u Dekartovom koordinatnom sistemu, postojirezultirajua sila po jedinici mase, prikazana u sljedeoj jednaini: gdje je gustina zraka.

Ova sila djeluje iz regiona visokog pritiska prema regionu niskog pritiska.4.1.9. Koriolisova silaKoriolisov efekat je daleko ispravniji naziv, nego sila, prije svega, jer je rezultat, a neuzrok.Efekat je dobio ime po Gasparu Gustavu Koriolisu, Francuskom nauniku, koji je pojavuopisao 1835. godine.To je pojava zakrivljenje pravolinijske putanje objekta koji se kree u rotirajuemkoordinatnom sistemu.Koriolisova sila je oigledna sila koja se pojavljuje usljed rotacije Zemlje.Djeluje na nain da skree vjetar u desno na Sjevernoj hemisferi i lijevo na Junojhemisferi; na ekvatoru, koriolisova sila je nula.4.1.10. Geostrofski vjetarKlimatologija vjetra opisuje se najee:a) ruom vjetra (wind rose),b) histogramom empirijske raspodjele brzine vjetra.Rua vjetrova je dijagram koji pokazuje uestalost vjetra po pravcima i opisuje srednjebrzine vjetra na zadatoj lokaciji. Histogram raspodjele vjetra prebrojava koliko imaizmjerenih podataka o vjetru u nekom zadatom intervalu brzina.

4.5. 1. Tipovi vjetroturbinaPrema uzajamnom poloaju obrtne ose rotora i pravca vjetra koji ga pokree, vjetroturbinese dijele na:Aksijalne - horizontalne (osa rotora uglavnom paralelna sa podlogom, tj. pravac vjetraduinom te ose) iRadijalne - vertikalne (osa rotora uglavnom uspravna na podlogu, tj. pravac vjetraupravan na tu osu).Veina vjetrenjaa su horizontalnog tipa.Jedna vjetrenjaa moe proizvesti 1.5 do 4.0 miliona kilovat sati (kWh) elektrine energije,godinje. To je dovoljno elektrine energije za preko 400 domova.4.5.2. Vjetroturbine sa horizontalnom osomOvaj tip vjetrenjaa ima lopatice veoma sline onima na propelerima aviona.


19/21

Tipina horizontalna vjetrenjaa ima svoju osovinu za rotiranje horizontalno u odnosuna zemlju i skoro paralelno sa strujanjem vjetra.Tip vjetroturbine sa propelerom sa vie lopatica, je najei tip vjetroturbine sahorizontalnom osom.Lopatice su dizajnirane tako da zrak prolazei kroz njih, proizvedenom snagom pokree

propeler.Broj propelera na ovom tipu je raznovrstan i odreuje se brzinom vjetra koja je potrebna dapokrene vjetroturbinu i brzinom rotacije datim vjetrom. Danas se na propeleru najeekoriste dvije ili tri lopatice.4.5.2. Vjetroturbine sa vertikalnom osomVjetroturbine mogu biti usmjerene i na nain da se njihove lopatice ili krila okreu okocentralne vertikalne ose. Postoje dva poznata tipa ovih vjetroturbina i to: Savoniusov iDariusov generator.Vjetroturbine sa vertikalnom osom (Vertical axis wind turbine) zauzimaju prednost uodnosu na one sa horizontalnom osom iz razloga to one ne moraju biti okrenute u pravcuvjetra, lake su za odravanje jer je generator smjeten u temelju vjetroturbine.

Sa druge strane mana vjetroturbina sa vertikalnom osom je da je njihova aerodinaminaefikasnost manja u odnosu na maine sa horizontalnom osom, zatim ograniena mogunostrotora da se sam pokrene i generalno manja rotaciona brzina.4.5.3. Savoniusov rotorSavoniusov rotor je patentiran 1929 godine i koristio se uglavnom za ispumpavanje vode ikao ventilator u zgradama i brodovima.Savonius-ov rotor radi na principu otpornog djelovanja koji kombinuje sa potiskom.Sastoji se od dvije polu-cilindrine lopatice koje su otvorene na suprotnim stranama.Blizu ose, lopatice se preklapaju tako da preusmjereni vjetar moe strujati iz jedne lopaticeu drugu.Ova vrsta rotora ima veu iskoristivost od rotora baziranih samo na otpornom djelovanju,ali manju od rotora primarno baziranih na potisku.

4.5.4. Dariusov rotorDariusov rotor je konstruisao Francuz, Georges Darrieus. Rotor ima dvije ili viefleksibilnih lopatica zakaenih na centralni vertikalni jarbol i spoljanji luk i ima oblikparabole.Dariusov generator najee zahtijeva mali elektrini motor (najee punjen na baterije)sa senzorom za vjetar, da bi se uspostavila brzina okretanja rotora sa dostupnomadekvatnom brzinom vjetra.Motor prestaje da radi kada rotor dostigne razumnu brzinu.4.5.5. Male vjetroturbineU smislu vjetroturbine anemometar je instrument koji se koristi za mjerenje brzine ienergije vjetra.Kako bismo instalirali male vjetroturbine moramo izviti proraun i istraivanje istorijskihpodataka o mjerenjima brizine vjetra i nainiti detaljan prorauni izvodljivosti.Druga dva bitna faktora su istorijski pregled koritenja energije vjetra u datoj oblasti,provjera i konsultacija sa onima koji posjeduju sline tipove turbina u region u kome seprojekt izvodi.


20/21

Za turbine od 10 do 50 kW, investicija je prilino velika i iznosi $35,000 do $135,000.Jeftine digitalne stanice za praenje vremenskih prilika su sada dostupne za $300 do $600,ukljuujui sistem za praenje podataka i konekciju sa raunarom za analizu podataka.4.6. Farme vjetrenjaaSkup vjetrogeneratora, lociran na odreenom prostoru sa odgovarajuom brzinom i

dovoljnom koliinom vjetra ini jednu farmu na vjetar, koja proizvodi elektrinu energiju idirektno je predaje elektromrei sa kojom je povezana.Osnovne komponente jedne farme na vjetar su:Vjetrogeneratori, Podzemni sistem za prenos energije, Objekti za odravanje, Podstanica(veza izmeu farme i potroake elektromontae4.6.2.Tipovi farmi vjetrenjaaRazlikujemo farme vjetrenjaa: na kopnu (Onshore) i na morskoj puini (Offshore).Farme vjetrenjaa koje se nalaze na kopnu su veoma esto predmet ogranienja i primjedbiprvenstveno zato jer su sve negativne primjedbe upuene na vizuelni utisak ili zvuk kojiproizvode a ogranienja se odnose na prepreke kao to su razne graevine ili planine kao iograniene mogunosti zemljita gdje su postavljene.

Meutim, ova vrsta farmi na vjetar ima i svoje prednosti kao to su: jeftiniji temelji,jeftinija integracija za elektromreom kao i jednostavniji pristup radi odravanja.4.6.4. Farme vjetrenjaa na morskoj puiniPrva vjetroturbina na morskoj puini je postavljena u vedskoj 1991 godine.Prva farma vjetrenjaa na morskoj puini je instalirana 1992 godine u plitkoj vodi ( 2 5mtr) na obalama Danske u blizini grada Videby.Farma se sastojala od 11 maina snage 450 kW.Od tada farme vjetrenjaa su postavljene u Holandiji, vedskoj, Danskoj i Velikoj Britaniji.Do kraja 2001 godine postavljeno je preko 80 MW kapaciteta na morskoj puini.Danska planira da razvije oko 4000 MW kapaciteta sa mosrke puine do 2030 godine.Kako se u Evropi klimatske promjene razlikuju, tako se i energija vjetra razlikuje od one nasjeveru Evrope i Britanskih ostrva, do kontinentalne u Centralnoj i Istonoj Evropi iMedinteranske klime.Sa posebnim osvrtom na uslove vjetra razlikujemo dvije razliite zone:Zonu sa odreenim niskim morskim pritiskom koji se kree od zapada prema istokuZonu u Sjevernoj Evropi koja je samo djelimino dostigla kretanje niskog pritiska i podvelikim uticajem toplih struja vjetra sa Mediteranskom mora.Da bi se to bolje iskoristila brzina vjetra za proizvodnju elektrine energije, Ris Danskiistraivaki centar je razvio u skorije vrijeme, Evropski atlas za vjetar, uz podrkuEvropske komisije.Atlas se bazira na procjeni podataka iz oko 200 stanica za mjerenje i specijalno razvijenihmatematikih metoda uz pomo kojih je regionalni klimatski vjetar odreen u pojedinimregionima.Iz regionalnih podataka o vjetru, lokalne osobine (misli se na prepreke i povrine) seuklanjaju i tada su podaci odreeni, uslovima pod kojim vjetar preovladava u regionu.Atlas vjetra daje podatke o prosjenim (oekivanim, srednjim) brzinama vjetra na promatranoj lokaciji (m/s), kao i oekivanoj snazi energije dostupnoj po jedinicipovrine([W/m2).0Jedna od osnovnih prednosti u koritenju atlasa je pogodnost za odreivanjemakrolokacije za smjetaj vjetroelektrane.


21/21

Documents

Skripta Obnovljivi Izvori Energije