Visoka tehnicka skola strukovnih studija Kragujevac - Seminarski rad - Solarna energija

Profesor: Milovan Sarenac Student: Sasa Jevtovic Nevena Janicijevic Jasmina Mitrovic

Solarna energija je energija suncevog zracenja koju primecujemo u obliku svetla i toplote kojom nas nasa zvezda svakodnevno obasipa. Sunce je najveci izvor energije na Zemlji. Osim neposrednog zracenja koje greje zemljinu povrsinu i stvara klimatske uslove u svim pojasevima, ovo zracenje je odgovorno i za stalno obnavljanje energie vetra, morskih struja, talasa, vodenih tokova i termalnog gradijenta u okeanima. Energija koja potice iz posrednog i neposrednog suncevog zracenja se smatra obnovljivim izvorom energije jer se njenim koriscenjem ne remeti znacajno ravnoteza toka materije i energije u prirodi.

Solarna energija, kao izvor toplotnog zracenja, bila je poznata od davnina. Razvitkom drustva i pronalaskom raznih vidova energije (elektricne, toplotne, nuklearne i dr.) solarna energija i mogucnost njenog koriscenja je gotovo zaboravljena. Medjutim, klasicni prirodni izvori energije, pre svega nafta, ograniceni su, a njihovo nekontrolisano koriscenje izazvalo je razne poremecaje. To je dovelo do njihove racionalnije upotrebe, ali i do primene novih izvora energije. U novije vreme, covek je poeo da koristi najprihvatljiviji izvor energije, koji ga moe izvuci iz energetske krize - energiju Sunca.

Solarna energija se moze iskoristiti na razne nacine i upotrebiti kao toplotna,elektricna, hemijska ili mehanicka energija. Osim poznatih primera koriscenja sunceve energije za grejanje prostora, vode, grejanje bazena i za proizvodnju elektricne energije za rasvetu, solarna energija moze biti primenjena na mnogo nacina: - Proizvodnja elektricne energije upotrebom fotonaponskih solarnih celija, - Proizvodnja elektricne energije upotrebom koncentrisane solarne energije, - Proizvodnja elektricne energije zagrevanjem, pomocu usmerenja toplote u solarni toranj, koja okrce turbine u solarnom tornju,

- Zagrevanje zgrada, direktno kroz konstrukciju pasivne solarne zgrade,- Zagrejavanjem prehrambenih proizvoda uz pomoc solarnih uredjaja za zagrevanje,- Zagrejavanje vode ili vazduha za kucne potrebe, zbog potrebe koriscenje tople vode i toplote prostora, pomocu solarno toplotnih panela,- Zagrejavanje i hladjenje vazduha pomocu solarnih kamina,- Proizvodnja elektricne energije u geosinhronoj orbiti pomocu solarnih satelita,- Solarne klimatizacijske jedinice.

U pricipu postoje dve mogucnosti za energetsko iskoriscavanje Suncevog zracenja:

1. pretvaranje solarne energije u toplotnu i 2. direktno pretvaranje u elektricnu energiju.

Razvoj solarnih celija pocinje 1839. godine kada je Bekerel primetio da se jacina struje izmedu dve elektrode u elektrolitu povecava prilikom osvetljavanja elektroda.Isti efekat na cvrstom telu (selenu) prvi su primetili W. G. Adams i R. E. Day 1877.godine. Zahvaljujuci ovome ubrzo je napravljen uredjaj za merenje intenziteta svetlosti. Odmah zatim istrazivaci su se okrenuli resavanju problema koriscenja solarnih celija kao komercijalnih izvora elektricne energije.

Nagli razvoj solarnih celija pocinje 1954. godine kada su Pearson, Fuller i Chapin napravili prvu solarnu celiju od monokristalnog silicijuma.Pocev od lansiranja prvog satelita 1958. godine solarne celije predstavljaju nezamenljiv izvor elektricne energije na satelitima, svemirskim brodovima i stanicama. U zemaljskim uslovima od samog pocetka razvoja solarne celije su nale primenu na usamljenim objektima,svetionicima, aerodromima, istrazivackim platformama na moru, stambenim i industrijskim objektima itd.

Uredjaji za proizvodnju el. energije

Uredjaje za proizvodnju el. energije pomocu insolacije delimo u dve glavne grupe:Direktne

- Fotonaponske celije

Indirektne

- Parabolicna korita,

- Tackasti koncentratori,

- Solarni sistemi sa tornjem i

- Solarni dimnjaci

Fotonaponske celijeFotonaponske celije su direktni sistemi za dobivanje el. energije u kojima se energija suncevog zracenja direktno pretvara u elektricnu energiju bez posredovanja radnog fluida.Njihov rad se bazira na principu poluprovodnicke tehnologije i postoji nekoliko razlicitih nacina u zavisnosti od hemijskog sastava poluprovodnickih komponenti.

Karakteristike solarnih celija su:- iskoristivi napon zavisi od karakteristika poluprovodnika,- napon praznog hoda je malo zavistan o insolaciji dok jacina struje raste sa porastom osvjetljenja,- izlazna snaga celije je takodje temperaturno zavisna,- veca temperatura uzrokuje manju efikasnost.

Fotonaponski moduli na bazi Silicijuma Monokristalne Si celije imaju stepen iskoriscenja = 14-17 % u radnim uslovima,dok u laboratorijskim uslovima dostize vrednosti od 24 %.Zbog nacina proizvodnje nije ekonomski prihvatljiv za siru upotrebu.

Polikristalne Si celije iako imaju nizi stepen iskoriscenja = 13-15 % (u laboratorijskim uslovima 18 %), ali zbog nacina proizvodnje su ekonomski isplative pa su i najvise zastupljene.

Amorfne Si celije su celije sa niskim stepenom iskoriscenja svega nekih 5 -7 % pa se koriste za manje uredjaje kao sto su satovi,dzepni racunari i sl.

Galij-Arsenid celije su celije sa visokim stepenom iskoriscenja (30%) ali zbog svoje visoke cene koristi se vecinom na svemirskim letelicama i modulima.

Vrste fotonaponskih celijaMali samostojeci sistemi do 500 W Ovi sistemi su pogodni za proizvodnju energije u sistemima ulicne rasvete, malim kucnim sistemima, kao rezervni i pokretni sistemi.

Veliki samostojeci sistemi preko 500 W Obicno se sastoji od najmanje 20 solarnih modula da bi se obezbedilo pravilno punjenje baterijskog sistema.Prednost ovih sistema je sto mogu snabdevati el. energijom lokacije udaljene od dalekovoda.

Solarne elektraneOsim direktnom konverzijom pomocu solarnih celija, el. energija se moze iz sunceve dobiti u solarnim elektranama.Solarna energija se pretvara u toplotnu, a njome se greje radni fluid koji zatim pokrece turbine i elektricne generatore.Glavni delovi elektrane su:kolektori (koncentrirajuci, obicno parabolicni), prijemnik toplotne energije (apsorber), spremnik toplote i turbine sa generatorom za proizvodnju el. energijeKoristi se Rankinov ciklus za dobijanje el. energije.

Solarna elektrana

Prva komercijalna elektrana ove vrste je izgraena u Mohavi pustinji 1984 god. da bi bilo izgraeno ukupno devet manjih elektrana kapaciteta 14 - 80 MW sa ukupnim kapacitetom od 354 MW.Ukupna ulaganja u sistem iznose preko 1,2 milijarde $.

Solarni sistemi sa tornjemKod solarnih elektrana ovog tipa, stotine ili cak hiljade velikih dvoosovinskih ogledala (omer koncentracije je reda velicine oko 500) se instaliraju oko tornja.Ova ogledala se nazivaju heliostati i njihovo pokretanje se ostvaruje pomocu, kompjuterski upravljanih motora.Racunar optimizira celi sistem da bi ostvario sto vecu koncentraciju zraka pema vrhu tornja gdje se nalazi prijemnik,Na takav nacin se postizu temperature do 1000 C pa ak i vie.Nakon zagrejavanja radnog medija (vazduh ili solni rastvor) toplota se predaje vodi i generise se para za pokretanje turbina.Za centralu snage 1000 MW potrebno je oko 2000 ogledala i povrsina za raspored od 3,5 km.

Postoje dve vrste ovakvih solarnih elektrana:otvorenog i zatvorenog prijemnika.Kod otvorenog tipa okolni vazduh se transportuje kroz prijemnik i ujedno zagreva, pomocu reflektovanih suncevih zraka, na temperaturu 650-850 C. Na prednjoj strani usled dolazeeg hladnog vazduha dolazi do hladjenja povrsine prijemnika pa je potrebno izborom materijala smanjiti te gubitke

Poseban tip elektrane cini sistem sa zatvorenim prijemnikom suncevog zracenja.Kod ovog sistema apsorber je smesten u prostoru sa nadpritiskom od 15 bara i transparentnom kupolom i odvojen je od okoline.Nadpritisak se ostvaruje kompresorom pogonjenim gasnom turbinom.Vazduh se u prijemniku zagreva do 1100 C i vodi u gasnu turbinu.Snaga sa vratila se jednim delom koristi za pokretanje kompresora, a drugim za proizvodnju el. energije.Otpadna voda se pomou izmenjivaca predaje vodi i generise se para za turbine za klasicni parni ciklus.Ovakvi kombinovani sistemi imaju stepen iskoriscenja i preko 50%.

Solarni dimnjaciSve navedene tehnologije koriste samo direktno suncevo zracenje, ali postoji i koncept solarnih dimnjaka.Ovaj tip elektrane se sastoji od visokog dimnjaka koji se nalazi u sredini kolektorskog polja.Medjutim ovaj put se kolektorsko polje ne sastoji niti od ogledala niti od fotonaponskih celija vec od obicnih staklenih ili plasticnih prozirnih ploca koje su rasporedjene kruzno oko dimnjaka.Ispod tih ploca se zagreva vazduh i pocinje da se krece prema dimnjaku i prolazeci preko vetroturbina generise el. energiju.

Hvala na paznji