Korištenje obnovljivih energetskih izvora

Korištenje obnovljivih energetskih izvora, u civiliziranom se svijetu smatra ne samo ekološkom, nego i suštinskom potrebom. Mnoge su zemlje izradile i prihvatile ostvarenje takvih rješenja kao opću korist i gospodarski isplativo ulaganje, posebno nakon eksplozivnog razvoja novih energetskih tehnologija.

pic1

Pasivna kuća je pojam za energetski standard građenja objašnjen u prošlom broju časopisa Korak. Uz visokovrijednu toplinsku zaštitu svih građevinskih presjeka, ostakljene stijene zahtijevanih parametara toplinske provodljivosti, ventilacijskog sustava koji kontinuirano dovodi svježi zrak, dizalice topline (toplinske crpke) koja uz izmjenjivač taj zrak zagrijava ili hladi, ovisno o sezoni, preporučuje se i pretpostavlja opremljenost aktivnim instalacijskim i pasivnim sunčanim arhitektonskim elementima (staklenik-zimski vrt, termoakumulacijski zid ili za potrebe hlađenja "sunčani dimnjak"), kao i opremanje sa svim dostupnim sustavima za korištenje obnovljivih izvora energije.

Principe pasivne sunčane kuće je postavio Sokrat (469.-397.god.p.n.e.), izradivši model kuće koja je tlocrtnog trapeznog oblika s bazom orijentiranom prema jugu, masivnog vanjskog zida od kamena, s minimalnim otvorima za provjetravanje na pročeljima. Južno pročelje ima trijem koji je koncipiran na način da strme ljetne zrake ne ulaze u prostor, a niske zimske zrake ulaze u dubinu prostora kuće. Sokratova kuća je predložak pasivne sunčane arhitekture.

Malo povijesti

Početak istraživanja i razvoja obnovljivih izvora u Hrvatskoj pada sredinom 70-tih godina prošlog stoljeća da bi na razini Vlade bio izrađen Program istraživanja energetskih sirovina u koji su ušli sunčeva energija, geotoplinska energija i energija vjetra. Do sredine 80-tih godina osposobljeno je oko 40 znanstveno-istraživačkih kadrova iz Rijeke, Splita, Osijeka i Zagreba. Razrađene su metode projektiranja raznih uređaja i sustava za korištenje obnovljivih izvora na temelju kojih je izveden niz energetski učinkovitih građevina, objekata i postrojenja.

Sunčeva energija

Zemljopisni položaj Hrvatske osigurava povoljne mogućnosti uporabe sunčeve energije. Sunčeva energija koristi se u Hrvatskoj na tri temeljna načina: aktivnim i pasivnim sustavima te fotonaponskim ćelijama.

Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, izravno ili neizravno, potječe najveći dio drugih izvora energije na Zemlji. Sunčeva energija u užem smislu podrazumijeva količinu energije koja je prenesena Sunčevim zračenjem, a izražava se u J (Džul). Sunčeva se energija u izvornom obliku najčešće koristi za pretvorbu u toplinsku energiju za sustave pripreme potrošne tople vode i grijanja (u europskim zemljama uglavnom kao dodatni energent) te u sunčanim elektranama, dok se za pretvorbu u električnu energiju koriste fotonaponski sustavi.

Sunčevo zračenje je kratkovalno zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca. Izražava se u W/m2, a ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji može biti:

- neposredno: zračenje Sunčevih zraka

- difuzno zračenje neba: raspršeno zračenje cijelog neba zbog pojava u atmosferi

- difuzno zračenje obzorja: dio difuznog zračenja koji zrači obzorje

- okosunčevo difuzno (cirkumsolarno) zračenje: difuzno zračenje bliže okolice Sunčevog diska koji se vidi sa Zemlje

- odbijeno zračenje: zračenje koje se odbija od okolice i pada na promatranu plohu.

Učinak Sunčevog zračenja iznosi oko 3,8 x 1026 W, od čega Zemlja dobiva 1,7 x 1017 W. Zemlja od Sunca godišnje dobiva oko 4 x 1024 J energije što je nekoliko tisuća puta više nego što iznosi ukupna godišnja potrošnja energije iz svih primarnih izvora. Prosječna jakost Sunčevog zračenja iznosi oko 1367 W/m2 (tzv. solarna konstanta).

Spektar Sunčevog zračenja obuhvaća radio-valove, mikrovalove, infracrveno zračenje, vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i Y-zrake.

Najveći dio energije pri tome predstavlja infracrveno (IC) zračenje (valne duljine > 760 nm), vidljiva svjetlost (valne duljine 400 - 760 nm) te ultraljubičasto (UV) zračenje. U spektru je njihov udio sljedeći: 51% čini IC zračenje, 40% UV zračenje, a 9% vidljiva svjetlost.

Pod pojmom iskorištavanja Sunčeve energije u užem se smislu misli samo na njezino neposredno iskorištavanje, u izvornom obliku, tj ne kao, primjerice, energija vjetra ili fosilnih goriva. Sunčeva se energija pri tome može iskorištavati aktivno ili pasivno. Aktivna primjena Sunčeve energije podrazumijeva njezinu izravnu pretvorbu u toplinsku ili električnu energiju. Pri tome se toplinska energija od Sunčeve dobiva pomoću sunčanih pretvornika (solarnih kolektora) ili sunčanih kuhala, a električna pomoću fotonaponskih pretvornika.

Pasivna primjena Sunčeve energije znači izravno iskorištavanje dozračene Sunčeve topline odgovarajućom izvedbom građevina (smještajem u prostoru, primjenom odgovarajućih materijala, prikladnim rasporedom prostorija i ostakljenih ploha itd).

Pasivna primjena Sunčeve energije se osniva

na primjeni tako izvedenih građevinskih elementa i materijala koji trebaju biti funkcionalno, a ne samo estetski, oblikovani i međusobno funkcionalno povezani. Geometrijski oblik, veličina i visina zgrade, toplinski kapacitet pojedinih zidova i prostorija, toplinska zaštita zgrade i, posebice, njezinih pojedinih dijelova, ostakljenost, zaštita od vjetra, kiše, vlage, ali i od Sunca ljeti, fizikalna svojstva korištenih građevinskih i materijala te kvaliteta građenja u energetskom smislu značajno utječu na udobnost boravka u takvim zgradama, ali i na njihovu ukupnu energetsku potrošnju cijele godine, uz ostale vidove potrošnje, uključujući grijanje zimi i hlađenje ljeti. U širem kontekstu, na pasivnu energetiku zgrade ne utječu samo arhitekt i izvođač radova, već i urbanistički plan gradnje u naselju, raspored i međusobna udaljenost pojedinih zgrada, smjerovi glavnih prometnica u naselju u odnosu na dominantni smjer vjetra, lokalne klimatsko-meteorološke značajke, blizina mora, konfiguracija okolnog tla, blizina i smjer najbližih onečišćavača okoliša (npr. zastarjele industrije) i dr.

Načela aktivne i pasivne izvedbe zgrade mogu se podijeliti u tri skupine:

1. načela solarnog grijanja:

- aktivna i pasivna pretvorba Sunčeve u toplinsku energiju

- velik toplinski kapacitet zgrade

- pohranjivanje i kasnija primjena pohranjene topline

- distribucija pohranjene topline i njezino prikupljanje

- sprječavanje nekontroliranih gubitaka konvekcijom, ventilacijom i zračenjem

- solarna priprema PTV

2. načela solarnog hlađenja:

- izvođenje aktivne i pasivne zaštite od Sunčevog zračenja ljeti

- smanjenje unutarnjih toplinskih dobitaka ljeti

- izvođenje aktivnih i pasivnih (konstruktivnih) sustava za dobro provjetravanje i hlađenje

3. načela korištenja dnevnog svjetla i hladne (štedljive) rasvjete noću

- izvođenje zgrade tako da u svakoj prostoriji bude dovoljno dnevnog svijetla

- izvođenje hladne energetski učinkovite noćne rasvjete

- primjena FN modula za pokrivanje barem jednog dijela (primjerice oko 30%) dnevne (netoplinske) potrošnje električne energije.

 

Pasivna sunčana arhitektura

pic2

Energetski i ekološki pristup u prostornom i urbanističkom planiranju, arhitektonskom projektiranju, poticanjem korištenja obnovljivih prirodnih izvora i energije, temeljni je uvjet zdravog i održivog razvoja u području građenja, podržan Zakonima o građenju i zaštiti okoliša.

Prema rezultatima prvog europskog natječaja za pasivnu sunčanu arhitekturu Komisije Europske zajednice iz 1980. Hrvatska je svojim većim dijelom smještena u optimalnom pojasu za korištenje sunčeve energije pasivnim načinom (sl. 1). U Republici Hrvatskoj teži se izgradnji energetskih racionalnih i učinkovitih građevina. Građenje s visokovrijednom toplinskom zaštitom vanjskog omotača, prema europskim standardima, relevantan je preduvjet za korištenje sunčeve energije pasivnim načinom.

Energetska racionalnost i djelotvornost može se postići i etapnom izvedbom odgovarajućih elemenata vanjskog omotača i dodavanjem pasivnih sunčanih arhitektonskih elemenata poput staklenika, toplinsko-akumulacijskih zidova, zračnih skupljača, spremnika i drugo.

Na taj način može se uštedjeti do 80%, od ukupno potrebne energije za zagrijavanje prostora. Navedene značajke temelje se na znanstvenim istraživanjima, iskustvu projektiranja i izvedbe, kao i na iskustvima korisnika, koji su izuzetno zadovoljni razinom toplinske udobnosti i uštedom energije.

U petogodišnjem hrvatsko-američkom znanstveno-istraživačkom projektu "Energetska i ambijentalna rehabilitacija u stanovanju" na primjeru naselja Trnsko u Zagrebu (Arhitektonski fakultet Sveučilišta u Zagrebu i Lawrence Berkeley Laboratory), istražene su metode energetske i ekološke obnove "prve generacije" višestambenih zgrada i naselja iz 50-tih i 60-tih godina.

Ekstenzivnom simulacijom energetskog profila zgrade, kompjuterskim programom DOE-2 1D i verifikacijom rezultata kroz 3 simulirana zahvata u desetak arhitektonskih varijanti, dobivena su drastična smanjenja potrošnje energije. Korištenjem sunčeve energije ovisno o tlocrtnom obliku i oblikovanju pročelja prema orijentaciji-osunčanju, postignute su daljnje znatne uštede energije.

Simulirano je više varijanti sunčanih pročelja koja se mogu etapno izvoditi, od najjednostavnije zamjene običnog ostakljenja toplinsko-izolirajućim do adaptacije vanjskog zida u toplinsko-akumulacijske i dodavanje staklenika.

Aktivni sunčani sustavi

Aktivni sunčani sustavi su toplinski sustavi, najčešće niskotemperaturni, za apsorpciju i akumulaciju energije Sunca, koja se u obliku toplinske energije pomoću radnog medija prenosi do korisnika. Ovo je najrasprostranjeniji oblik korištenja sunčeve energije i tehnološki i tehnički je za pojedine primjene razrađen do savršenstva današnjih tehnologija.

Početak razvoja SOLARNOG PROGRAMA u Hrvatskoj datira od 1979. godine, a u razdoblju od 1980. do 1985. postignuti su sljedeći rezultati:

- razvijen je vlastiti sunčani toplinski pretvornik

- razvijene su gama instalacije i postrojenja za obiteljske potrebe; sunčane toplinske termosifonske instalacije i instalacije s prisilnom cirkulacijom;

- razvijeni su kompjuterski programi za optimiranje sunčanih toplinskih postrojenja;

- uvedene su industrijske linije za proizvodnju sunčanih toplinskih pretvornika, spremnika i upravljačko regulacijske jedinice.

Do 1991. godine u Hrvatskoj je proizvedeno i ugrađeno preko 18.000 m2 pločastih sunčevih kolektora. Postoji i izvjestan broj zgrada na sunčano hlađenje prostora apsorpcijskim sustavom s amonijakom izrađenih po najnovijim tehnologijama, a velik broj sustava za niskotemperaturnu konverziju s ravnim sunčevim kolektorima izveden je u hotelima, bolnicama, kampovima i sličnim objektima uz hrvatsku obalu. Svi projekti, oprema i montaža djelo su hrvatskih djelatnika.

Pored navedenog, Hrvatska može ponuditi i izradu projekta heliotehničkog postrojenja za natapanje, jer postoji razrađen meteorološko-energijsko-hidropedološki model koji računa podatke o dozračenoj sunčevoj energiji, o količini potrebne vode, usklađuje rad crpke, protok vode i određuje površinu koju u određenim okolnostima postrojenje može zadovoljiti vodom.

Fotonaponske ćelije

Hrvatska je interes za proizvodnju fotonaponskih ćelija pokazala još prije 20-tak godina, čime je dala do znanja kako će se ozbiljno pozabaviti korištenjem Sunčeve energije.

Globalnim rastom cijena energenata koji više nisu trend već pravilo, a ujedno smanjenjem cijene proizvodnje solarnih ćelija solarnu energiju stavlja u prvi plan.

Solarne fotoćelije, koje pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju odavno se etiketira kao skupu investiciju. Međutim napretkom tehnologije i proizvodnog procesa cijene solarnih panela i ćelija padaju kako im se proizvodnja povećava u odnosu na sve skuplju proizvodnju prirodnog plina i nafte na svjetskom tržištu.

Fotonaponski paneli pretvaraju sunčano zračenje u prihvatljive oblike energije za svaki dom. Sunčeva svjetlost je besplatna i nema vlasnika. Samim tim nitko ne drži monopol na tu istu energiju i ne određuje cijenu.

U siječnju 1989. u Splitu je izgrađena tvornica godišnjeg kapaciteta većeg od 1 MW, koja se zvala "KONČAR SOLAR" a sada je riječ o tvrtki "SOLARNE ĆELIJE d.d." i proizvodi fotonaponske module u veličinama od 1,15 do 14 W po izuzetno prihvatljivim cijenama, a proizvode izvoze u 22 zemlje diljem svijeta.

Moduli se proizvode u obliku pločica u tehnologiji tankog filma s dugim vijekom trajanja. Na proizvode se daje 6 godina garancije na rad. Kako bi osigurali što kvalitetniju zaštitu solarnih ćelija i solarnih modula jedinstvenim proizvodnim procesom, zaštićuju silikonski sloj s dodatnim staklenim slojem; stvarajući "sendvič" enkapsulaciju.

Solarni modul je uokviren polikarbonatnom ekstruzijom koja hermetički zatvara i štiti stakleni rub.

Stručnjaci "Solarnih ćelija" rješavaju dakle probleme energije na način korištenja najnaprednije tehnologije te zahvaljujući vlastitom razvoju prate najnovija dostignuća na ovom području

U tijeku je izgradnja nove tvornice koja bi trebala biti završena do prosinca 2009. U njoj će egzistirati dvije proizvodne linije, tako da će proizvoditi module od amorfnog silicija i polikristalične module.


Izvor: korak.com.hr