Сончево зрачење

Нашата цивилизација се заснова, како и досега, на суровини - пред сé на нафта, јаглен и земјен гас, кои не се дополнуваат и еден ден ќе бидат исцрпени. Кон ова се придодава и фактот што согорувањето на овие суровини придонесува кон климатски промени. 'Визијата е соларната ера, ерата на обемна нова култура на одржливост.' Фосилно-нуклеарната ера е само една кратка епизода во историјата на човештвото. Таа се протега во епохата од почетокот на индустријализацијата до исцрпувањето на фосилните ресурси. Пред тоа човештвото живеело само од сонце. Потоа човештвото ќе живее повторно само од сонце. Но, втората соларна ера дозволува живот на едно многу повисоко цивилизациско ниво, бидејќи благодарение на новите технологии, пред сé на можноста за производство на струја од сонцето, ќе биде можно да се користи енергијата од сонцето многу подобро и пофлексибилно.

Тоа ќе биде една децентрализирана, подемократска и поправедна цивилизација. Бидејќи за разлика од нафтата, останатите фосилни и нуклеарни горива, чија сопственост е концентрирана во рацете на малкумина, сонцето е тука за сите. Ние не го поседуваме сонцето. Ние само имаме пристап. Изворот на сончевата енергија ја има предноста што стои на располагање особено богато таму, каде што владее сиромаштија. Утопијата на еден поправеден развој доаѓа на дофат.

КТИВНА СОЛАРНА ОПРЕМА. Во основа постојат две можности за енергетско искористување на Сончевото зрачење: трансформирање на соларната енергија во топлотна и директното трансформирање во електрична енергија. ФОТОНАПОНСКИ ЌЕЛИИ се користат за директно трансформирање на соларната енергија во електрична со особено мал степен на полезност. Работат на принцип на фотоелектричен ефект. Многу тенка силициумова плочка со примеса на арсен изложена на Сончево зрачење се однесува како полупроводник. Честиците од светлоста, фотони, од атомите на силициумот ги избиваат електроните и како резултат на тоа на едната страна на полупроводничкиот спој се јавува повеќе позитивено, а на другата страна повеќе негативено електризирање сооглед на што имаме проток на струја. олем недостаток е нискиот степен на искористеност, околу 15%. Друг недостаток е особено ниската енергетска исплатливост. Имено, изработката на овие ќелии побарува специфичко голема потрошувачка на енергетски најскапите материјали (Al,Si,Cu) со што времето на враќање на вложената енергија околу 20 години. Ако векот на траење на овие уреди е помал од 20 години не можеме да тврдиме дека ова е обновлив извор на енергија. Користењето на овие фотонапонски ќелии има смисла само на оние место каде тоа е единствениот начин за снабдување со електрична енергија некои изолирани, важни и скапи уреди, како што се космичките бродови, сателити или оддалечените метеоролошки станици, за што и веќе се користат. Фотонапонските ќелии се произведуваат во текот на последните децении, поради решавање на проблемите на космичките програми, т.е. нивната цена се намалува и сега изнесува околу 10 USD/W. ПРИМЕНА ВО ДОМАЌИНСТВАТА На овој начин е возможно обезбедување со електрична енергија во објектите или апаратите каде електричната енергија од електричната мрежа не е достапна. Тоа најчесто се викендици или куќи во непристапните места, пловни објекти, караван куќи како и разни телекомуникациски уреди на планинските врвови или сигналните уреди на автопатите.

Стандарните елементи на фотонапонските системи се фотонапонските модули, контролорите на полнењето на акумулаторите, акумулатори, проводници, носечки системи. Кога е потребно да се обезбеди електрична енергија со напон од 220Vсе користат уреди кои ја претвараат еднонасочната струја од акумулаторите во наизменична со соодветниот напон.

Еден фотонапшонски модул е составен од повеќе ќелии и најчесто обезбедува напоно од 12 или 24V, и сила од 10 до 150W. Модулот има сила од 100 Wи напон од 12 V а димензиите му се 58 х 132 cm. Бројот на модулите и капацитетот на акумулаторот се одредуваат според потребите на потрочувачите кои ќе се приклучат на фотонапонскиот систем. Користи компакт флуо светилки 7 и 11 W кои работат на неднонасочен напон од 12 V а се приклучуваат со помош на стандардно сијалично грло Е27. За помали потреби постојат и фрижидери до 40 литри со напојување од 12 V. Доколу сакате да го користите постоечкиот фрижидер кој е предвиден за работа на 220V, во тој случај обично се прави да целата електрична мрежа да работи на 220 V и се користат компакт флуо штедливи цијалици бидејќи е потребо на се води сметка за секој потрошувач. Регулаторите кои го регулираат полнењето на акумулаторите од фотонапонските ќелии, потрошувачката на струјата как ои состојбата на акумулаторите се произведуваат за стрѕја од 6 до 30 A. Добиената електрична енергија од сончевите ќелии се акумулира во оловните акумулатори со електролит бидејќи истите се предвидени за работа во режим на длабоко празнење за раслика од акумулаторите кои се користат кај автомобилите. СОНЧВИ КОЛЕКТОРИ: материјалите кои имаат особини на црно тело(потполно апсорбирање на сончевата енергија) се подобни за изградба на колектори. Се поставуваат на крововите (како кровни покривачи), фасадни или носечки конструкции. Степенот на искористеност при трансформација на соларната енергија во топлотна изнесува околу 60 до 70%. Составни делови на колекторот се: куќиште(од Alпрофил), термоизолација(минерална волна дебелина од околу 50 mm), апсорбер(Alламела низ која се поставени бакарни цевки), стаклена прекривка со дебелина од 4mm. Ова се техмнички податоци на колектори кои ги прозиведуваат некои регионални фимри.

Во системите за искористување на сончевата енергија разликуваме два циркулациски круга: примарен и секундарен. Во примарниот круг, топлината апсорбирана во апсорберот од колекторот се пренесува до разменувачот на топлината. Преносител на топлината во примарниот круг најчесто е смеса од вода и 30-40% етиленгликол. Во секундарниот круг преку променувачот на топлината, топлината се пренесува на акумулаторите за топлина, а од тука посредно или непосредно до потрочувачите, како топла санитарна вода или вода за греење на просторот. Меѓутоа, мора да има дополнителен систем за греење и топла вода, бидејќи соларната енергија ноќе и во зима не ги задоволува нашите потреби. Со вградувањето на колекторите на самиот старт имаме дополнителна инвестиција, меѓутоа дополнително имаме заштеда на гориво или електрична енергија. Сопред проценките соларната енергија во лето би можела да обезбеди 80% од потребата за топла вода, а зимо помеѓу 35 и 50%. Системите за греење и топла вода би можеле да обезбедат 35% од ппотребите во северна и централна Европа, околу 50% јужно од Алпите, а на југот на Европа дури и до 70%. Според предвидувањата вкупната површина на колектори во ЕУ во 2010 ке достигне 75 милиони km2. ГОЛЕМИ ПОТРОШУВАЧИ СОЛАРНИ ЕЛЕКТРАНИ: во нив се врши посредна конверзија на сончевата енергија во електрична; сончева енергија à концентрација на топлинската енергијаàсоздавање на пареа àмеханичка енергија во парните турбини àелектрична енергија. Со примена на огледала се врши концентрирање на сончевата енергија на колекторот. Доколу на тој начин се постигне температура помала од 100 С, тогаш во разменувачот на топлината се користи фреон, кој испарува и ја движи турбината, а ако се постигне значително повисока температура тогаш топлината се пренесува на вода од која создава пареа која ја движи парната турбина. Постојат два система за соларни електрани: за мали соларни електрани: DCS-Distributed Collectors System, кај кои течноста тече низ цевки околу кои се поставени параболични огледала, кои го фокусираат зракот на цевката, пренесувајќи ја на тој начин концентрирано топлината.

За големи соларни електрани: CRS-Central Reciver System, со централен приемник, на кој со огледала се пренесува целокупната топлина.

Ваквите соларни електрани користат централен столб (повисок од 100m), на кој е лоциран котел – колектор за топлина. Околу столбот се распоредени огледала (хелиостати), чија положба компјутерски се контролира и корегира, така да независно од положбата на сонцето во текот на денот, секогаш го рефлектираат зракот на врвот од столбот.Загреаната течност (минерлни масла или течен натриум) се пренесува преку акумулаторот за топлина до разменувачот, во кој се генерира пареа која ја движи турбината. Најголема CRS електрана во светот е СЕ „Solarone“, во Калифорнија, со сила од 10MW. За изградба на истата се потрошени 142 милиони УСД, што дава специфична инвстиција од 14.2 USD/W, што е за 15 пати пскапо од класичните електрани. Интересен е податокот дека 20 екипи од по 20 луѓе континуирано ги чистат огледалата за да може соларната електрана да функционира нормално. Специфичната потрошувачка на клучните материјали (челик и бетон) е 20 до 30 пати поголема одколку кај ТЕ. Според пресметките периодот на враќање на инвстицијата е околу 15 години. Уште еден проблем е и големиот простор кој е потребе за огледалата, со што коха таква СЕ би се градела на продуктивен простор, не би била возможна било каква продукција на биоенергија. СОЛАРНА ЕНЕРГИЈА – малку теорија Повеќето облици на енергија настанале или настануваат од влијанието на сончевото зрачење, на пример фосилните горива се акумулирана енергија од зрачењето на Сонцето која е пристигната на Земјата од пред милион години. Кога зборуваме за енергијата од зрачењето на сонцето подразбираме негово искористување во моментот кога доага на Земјата, и тоа е непосредно искористување на зрачењето на Сонцето. Дотокот на енергија од сончевото зрачење се нарекува соларна константа, која е 1400W/m2 при средна оддалеченост на Земјата од Сонцето, под агол од 90 степени занемарувајќи го влијанието на атмосверското абсорбирање. При поминување низ атмосверата дел од енергијата се троши во сложени процеси, а дел се рефлектира и реемитува во свемирот. Тој дел изнесува околу 1/3 од енергијата која доспеала до работ на атмосверата. Па дотокот на енергија до површината на Земјата изнесува во просек 920W/m2. Ако проекцијата на површината на Земјата е 127.106 km2, дотокот на енергија изнесува 117 400 TW. Поради ротацијата на Земјата таа енергија се распоредува по целата површина на Земјата (510.1.106km2), просечниот доток на енергија изнесува 230W/m2, односно 5.52Wh/m2 дневно. Ова се секако просечни вредности, а реалните зависат од географската ширина, делот од денот, појавата на блаци, загадувањето и др.

Енергијата од зрачењето на Сонцето која доаѓа на Земјината површина изнесува околу 109TWh (8.6.1013toe) годишно. Таа енергија е за околу 170 пати поголема од енергијатан вкупните резерви на јаглен во светот. Тоа е огромен енергетски извор со кој можат да се задоволат енергетските потреби за особено долг период. Енергијата од зрачењето која допира до Земјината површина, во прв ред зависи од времетраењето на инсолацијата (времетраење на светењето на Сонцето). Времетраењето на инсолацијата за виси и од географската ширина и од годишниот период. Разликата помеѓу времето на изгрејување и залез на Сонцето го дава времето на инсолација на која е изложена хоризонтална и незаштитена површина. Реалното траење на инсолацијата е значително пократко поради појавата на облаци и магла, или поради состојбата на атмосферата на набљудуваното подрачје(загаденост). Се разликува за површини кои се поставени хоризонтално, вертикално, или под некој агол во однос на Земјината површина. Сепак, дотокот на енергија од сончевото зрачење не е пропорционален со траењето на инсолацијата. Имено, дел од енергијата е губи поминувајќи низ атмосферата поради апсорбцијата на кислородот, озонот и јаглендиоксидот. Загубите се поголеми што повеќе е Сонцето поблиску до хоризонтот. Освен тоа, енергијата од зрачењето, при поминувањето низ атмосферата се распреснува, а најголемите загуби на енергија се нпосредно по залезот на Сонцето. Дел од распрсната енергија сепак доаѓа до Земјината површина (околу 50%). Според тоа, вкупното зрачење кое допира до Земјината површина се состои од непосредно и дифузно зрачење кое е дел од распрснатата енергија од зрачењето. Значи, енергијата од зрачењето е енергијата кја допира до Земјината површина во текот на денот, секако за времетрањето на онсолацијата. Таа енергија зависи и од состојбата на заоблаченост и особината на атмосферата, меѓутоа потребно е да се знае и за потенцијалната енергија од зрачењето. Тоа е максималната енергија која допира до површината низ сува и влажна атмосфера. Таа зависи и од географската ширина и надморската висина. Со намалуваање на надморската висина и зголемување на географската ширина, истата се намалува. На географска ширина од 43 степенипотенцијалната енергија изнесува околу 2500kWh/m2 годишно, а на географска ширина од 46 степени околу 2400kWh/m2 годишно. Сето ова покажува голема променливост на силата на зрачењето, меѓутоа, за разлика од промената на силата на ветерот, овие промени можат со голема или мала веројатност да се предвидат бидејќи е познат ритамот на појавата( излез и залез на Сонцето). Интензитето на зрачењето кое ни стои на располагање не можеме да го предвидиме со голема веројатност. Како извор на енергија Сончевото зрачење е поповолно од ветерот сооглед на предвидувањето на појавата, но неповолно поради тоа што истото го немаме во текот на ноќта, и тоа што интензитетот се намалува во текот на зимата кога потршувачката е најголема. Системите можат да работат во текот на дневниот циклус, што не се поклопува со ритамот на побарувачката на енергија. Потрeбна е инсталација на дополнителни системи или да се обезбеди акумулирање на енергијата со која би се снабдувале потрошувачите во текот на ноќта.