Seminarski Solarni Paneli.docx

UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA

-Seminarski rad-

SOLARNI PANELI

Mentor: Prof.Vlado Marijanović

Student: Nikolina Modraković EE14/2011

Sadržaj

1.

Uvod..................................................................................................................................3

2.

Solarne elektrane.............................................................................................................4

3.

Solarni paneli...................................................................................................................5

3.1 Pločasti kolektori...................................................................................................................7 3.2 Kolektori sa vakuumskim cjevima........................................................................................7 3.3 Amorfna.................................................................................................................................8 3.4 Monokristalni.........................................................................................................................8 3.5 Polikristalni............................................................................................................................9 4.

Položaj,usmjerenje i razmak kolektora......................................................................10

4.1 Solarni doprinos i položaj solarnih kolektora......................................................................10 4.2 Mogući načini postavljanja solarnih kolektora....................................................................10 4.3 Primjeri postavljanja solarnih kolektora..............................................................................11 4.4 Razmak izmedju redova kolektora......................................................................................12 5.

Prednosti i nedostaci(mane) solarnih panela..............................................................13

6.

Zaključak.......................................................................................................................15

7.

Literatura.......................................................................................................................16

2

1. Uvod Sunce,neiscrpni generator energije i života,izvor je gotovo sve raspoložive energije na našoj planeti i kada govorimo o obnovljivim izvorima energije,nezaobilazno je govoriti o neiscrpnoj energiji vječitog generatora-Sunca. Početak 21.vijeka, zahvaljujući ljudskom faktoru i novim tehnologijama,obilježen je epohalno snažnom ekspanzijom korišćenja sunčeve/solarne energije,kroz vidove novih tehnoloških dostignuća primjenjenih u proizvodnji i projektovanju solarne tehnike. Srbija, zahvaljujući svom geografskom položaju, ima više sunčevih saati godišnje nego u većini evropskih zemalja i prateći statistiku, broj sunčanih dana i u toku zime se iz godine u godinu sve više povećava.Ovaj statistički podatak nagovještava blagi ulazak mediteranske klime na našim prostorima,stičući sve veće i veće uslove korišćenja solarne energije za solarno grijanje kuća,sanitarne vode,bazena. Srbija ima preko 2000 sunčanih sati godišnje (iznad evropskog prosjeka), a prosječna vrijednost sunčevog zračenja na horizontalnu površinu na našoj teritoriji iznosi oko 1400KWh/m2 godišnje.

3

2. Solarne elektrane Ono što bi moglo da postane dio priče sa početka ovog teksta jesu solarne elektrane u kojima se vrši posredna konverzija energije Sunca u električnu energiju. Korišćenje energije sunca za proizvodnju električne energije može biti dvojako: korišćenjem solarnih koncentratora za proizvodnju vodene pare,koja pokreće parnu turbine i sinhroni generator, ili direktnim pretvaranjem solarne u električnu energiju,preko fotonaponskih pretvarača. Osnov fotonaponskog efekta čini “otpuštanje”, odnosno pobuđivanje i pokretanje elektrona, kada dovoljno fotona svijetlosti određene energije apsorbuju neki materijali. Osnovna proizvodna jedinica fotonaponskog sistema je modul,koji se sastoji od tankog sloja foto-osjetljivog poluprovodničkog materijala, sa čije obe stranesu navučeni slojevi elektroprovodnog materijala.Stepen korisnog dejstva savremenih fotonaponskih modula je 12-15%. Najveća CRS elektrana u svijetu je solarna elektrana “Solar one” u Kaliforniji, snage 10 MW. Troškovi izgradnje iznosili su 142 miliona dolara, što daje specifične investicije od 14.2 USD/W, što je oko 15 puta skuplje od klasičnih elektrana. Ako se uzme u obzir da su to specijalne investicije vršne snage, dolazi se do zaključka da je cijena desetak puta viša od cijene klasične elektrane. Interesantan je podatak da 20 ekipa od po 20 ljudi neprekidno čisti ogledala kako bi solarna elektrana mogla nesmetano da radi. Specifični utrošak ključnih materijala (čelik i beton) je 20 do 30 puta veći nego u slučaju termoelektrane. Ako bi se izračunala energija koja se mora utrošiti za dobijanje materijala ugrađenih u solarnu elektranu, dolazi se do zaključka da je vrijeme vraćanja energije pomenutih 15 godina. Vjeruje se da će forsiranje elektroautomobila dovesti do novih modela solarnih centrala, kao i njihovo sniženje inicijalnih troškova.

4

Naši solarni sistemi za podršku sistemu za centralno grijanje, mogu da pokriju od 30% do 40% potreba za energijom za grijanje tokom zime,kroz solarno grijanje kuće. Pored ove uštede, tokom godine se ovim sistemom može pokriti 80% potreba za energijom za toplu sanirtarnu vodu. Solarni sistem za podršku grijanju ugrađujemo tamo gde se uvodi: 

etažno grijanje na struju,



centralno grijanje na čvrsto gorivo ili gas,



podno grijanje.

Pored ušteda energije tokom zime, kombinovani solarni bojler, obezbjeđuje i zagrijavanje vode za domaćinstvo, u prelaznom i ljetnjem periodu, za kupanja, kuhinju i veš mašinu.

3. Solarni paneli Solarni paneli odnosno solarni kolektori su toplotni uređaji koji upijaju sunčevu svijetlost i toplotu, i putem fluida je prenose do bojlera, akumulatora ili izmenjivača toplote. Ovaj sistem nam omogućava zagrijvanje sanitarne vode, vode za centralno grijanje i vode u bazenu. Solarni paneli (solarne ploče) se sastoje od solarnih modula. Kako jedna solarna ćelija ne može proizvesti dovoljno el. energije one se međusobno povezuju u solarni modul. Više solarnih modula čini solarni panel, više panela niz. Električna snaga koju modul može da proizvede zavisi od snage sunčevog zračenja u određenom trenutku, kao i od orjentacije i nagiba modula. Nizovi koji nastaju povezivanjem modula, mogu biti redno povezani, paralelno ili kombinovano u zavisnosti da li želimo maksimalni napon ili struju.

5

Solarni kolektori smješteni na krovni pokrivač, apsorbuju toplotu tokom sunčanih sati.Apsorbovana toplota se pumpom prenosi i skladišti u veliki akumulacioni solarni bojler. Iz akumulacionog tanka, toplota se u druge prostorije prenosi kroz sistem za centralno grijanje. Solarni sistem je veoma pogodno rješenje za podno grijanje. Kao osnovni izvor energije uz solarno grijanje može se koristiti kotao na čvsto gorivo, ili kotao na struju, odnosno kotao na gas. Značajan uticaj na uštede energije predstavlja dobra izolacija kuće, odnosno zidova, krova i tavana. Standardni ekonomični sistem za solarno grijanje čine kotao za grijanje na struju, ili čvrsto gorivo ili gas, akumulacioni solarni bojler, solarni kolektori i regulaciona stanica. Izbor sistema za grijanje standardni ekonomični sistem grijanja čine kotao za grijanje na struju, ili čvrsto gorivo ili gas, akumulacioni solarni bojler, solarni kolektori i regulaciona stanica. Conseko d.o.o. Beograd nudi nekoliko potvrđenih rješenja njemačke firme Sunset, uz pristupačne cijene za grijanje pomoću solarne energije. Ova standardna rješenja široko su primjenjena i potvrđena u hladnijim dijelovima, prije svega u Njemačkoj. Poznato je da tamne površine više privlače zračenja nego svijetle. Nekoliko jednostavnih pravila određuju oblik, vrstu i izgled solarnih prijemnika. Ukoliko je površina panela normalna na pravac zračenja dovoljna je manja površina prijemnika. Metalni prijemnik lakše prenosi toplotu na radni fluid, a izolacija prijemne ploče povećava efikasnost pretvaranja toplote. Solarni kolektori se najčešće pojavljuju u dvije varijante:  

Pločasti kolektori Kolektori sa vakuumskim cjevima 6

3.1 Pločasti kolektori Pločasti tj. ravni kolektori su jednostavnije konstrukcije, jeftiniji su i veoma često u upotrebi. Oni više koriste direktno sunčevo zračenje, a manje difuzno. Kvalitet ovih panela se ogleda u što većoj iskorišćenosti dozračene sunčeve energije, odnosno u njenom pretvaranju u toplotu, sa što manje gubitaka (odavanje toplote okolini). Pločasti paneli su kutijastog oblika i preko staklene površine sa minimalnim svojstvom refleksije prikupljaju sunčevu toplotnu energiju koja se dalje pomoću kontrolera napona (regulator napona punjenja akumulatora) i invertora (pretvarač napona od 12V u 220V) prenosi do odgovarajućeg uređaja – potrošača. Drugim rječima energija koja se na ovaj način preuzme iz prirode može da se skladišti i transformiše prema potrebi korisnika. Unutrašnji absorber može biti izveden sa selektivnom površinom, tako da prikupljač upija refleksije i infracrvene zrake, i neselektivnom površinom sa 10 % manjim učinkom, kada je prikupljač samo lakiran crnom bojom koja privlači svijetlo.

3.2 Kolektori sa vakuumskim cjevima Solarni kolektori sa vakuumskim cjevima funkcionišu po principu prolaska sunčevog zračenja kroz vakuumski prostor u kome se nalazi absorber s cjevima, što smanjuje energetske gubitke a povećava stepen iskorišćenosti kolektora. Obzirom da je ovo skuplja varijanta, za razliku od pločastih kolektora koji dostižu zagrijavanje do 100 ̊C, u ovom slučaju temperature dostižu i do 200 C. ̊ Paneli sa vakuumskim cjevima posebno nalaze primjenu u područjima gdje preovladava oblačno vrijeme. Takođe postoje i fotonaponski solarni kolektori. Oni se koriste za dobijanje električne energije i nalaze primjenu u situacijama gdje ne postoji drugi način za snabdjevanje lokacije el. energijom. Njihova ugradnja je skupa (2-4 €/W). Solarni paneli se uglavnom proizvode sa naponom od 12 do 48V, i snage 2W do 280W. Predstavljaju idealno rješenje za mesta gde je teško ili nemoguće obezbediti klasično napajanje električnom energijom, koja u daljoj eksploataciji postaje potpuno besplatna, ne računajući zamjenu akumulatora na svakih nekoliko godina (kao i kod automobila). U zavisnosti od tehnologije izrade mogu biti: 

Amorfna



Monokristalna



Polikristalna

7

3.3 Amorfna Prvu solarnu ćeliju od amorfnog silicijuma formirao je 1974. godine D.E. Carlson u SAD. Prva komercijalna a-Si solarna ćelija se pojavila 1980. godine i imala je efikasnost 3%.

Prednosti amorfnog silicijuma za izradu solarnih ćelija u odnosu na monokristalni silicijum su sledeće: 

amorfni silicijum ima veći koeficijent apsorcije sunčevog zračenja od monokristalnog silicijuma.



potrebna je znatno manja količina materija u odnosu na monokristalni silicijum.

Nedostaci solarnih ćelija od amorfnog silicijuma u odnosu na solarne ćelije od monokristalnog i polikristalnog silicijuma su sledeće: 

a-Si solarne ćelije imaju manju efikasnost (5%-7%) u odnosu na efikasnost polikristalnih i monokristalnih Si solarnih ćelija, neke imaju efikasnost i do 8%.



Prilikom osvetljenja u dužem vremenskom periodu dolazi do izvesne degradacije optičkih i električnih karakteristika a-Si solarnih ćelija.

3.4 Monokristalni

8

Osnovna prednost solarne ćelija od monokristalnog silicijuma je njena velika efikasnost, (oko 15 % je efikasnost komercijalnih monokristalnih ćelija, a laboratorijskih oko 24%). Neki svjetski porizvođači solarnih ćelija danas proizvode ćelije od monokristalnog silicijuma i sa efikasnošću od 17%.

Monokristalne ćelije mogu biti različitih tamnih i plavih nijansi. Tehnologija proizvodnje solarnih ćelija od monokristalnog silicijuma je nešto skuplja od ostalih jer zahteva komplikovanu proizvodnju monokristalnog silicijuma. Monokristalne solarne ćelije su dominantan komercijalni proizvod. Imaju dug životni vijek, oko 20 godina i više.

3.5 Polikristalni Komercijalne solarne ćelije od polikristalnog silicijuma imaju efikasnost 14%, a laboratorijske oko 18%. Neki proizvođači solarnih ćelija ih proizvode sa efikasnošću od 17%. Moduli sa solarnim ćelijama od polikristalnog silicijuma su različitih nijansi plavih i sivih boja. Solarne ćelije od polikristalnog silicijuma imaju izgled

našarane

slike.

Životni vek solarnih ćelija od polikristalnog silicijuma je oko 20 godina. Solarne ćelije od polikristalnog silicijuma su dominantan proizvod na tržištu solarnih ćelija i brojni proizvođači ih proizvode. 9

4. Položaj,usmjerenje i razmak kolektora 4.1 Solarni doprinos i položaj solarnih kolektora U zavisnosti kako i gdje su postavljeni kolektori (usmjeravanje, nagib, zasjenjenje i vrsta montaže) mijenja se i solarni doprinos solarnog sastava. Najveći toplinski doprinos donose solarni kolektori postavljeni na kosi krov s južne strane objekta. Kolektori s istočne ili zapadne strane objekta pridonose samo oko 80 %, dok kolektori postavljeni na fasadu daju samo oko 70%.

10

4.2 Mogući načini postavljanja solarnih kolektora Pri postavljanju kolektora optimalan je ugao nagiba od 35 do 45°, a postoje različite mogućnosti izvedbe i postavljanja solarnih kolektora. Mogu se postaviti na kosi krov, ugraditi (integrisati) u krov, ugraditi u fasadu, postaviti na ravni krov ili slobodnu montažu (Slika 2.12). Pritom se moraju držati minimalni razmaci prema rubu krova. Izvan tog područja može doći do vidljivo povišenih turbulencija vjetra. Osim toga, otežan je i pristup instalaciji za radove održavanja i kontrole. Ako mjere krova zahtijevaju promjenu podjele kolektorskih polja, moraju se planirati djelimična kolektorska polja iste veličine. Kolektori se mogu pričvrstiti i na čvrsto montiranoj potkonstrukciji ili na betonskoj ploči. Kod montaže na betonske ploče kolektori se moraju osigurati od klizanja i podizanja preko dodatnih utega (potreban statički proračun). Klizanjem može doći do pomjranja kolektora na površini krova pod uticajem vjetra, uslovljeno nedovoljnim statičkim trenjem između površine krova i pričvršćenog sastava kolektora.

11

4.3 Primjeri postavljanja solarnih kolektora Pločasti kolektori (okomita ili vodoravna izvedba) mogu se postaviti u položaj A i B na krov ili integrisati u krov, te u položaj D i E. U položaj F mogu se postaviti pločasti kolektori samo vodoravne izvedbe. Primjer položaja D, primjer položaja A, primjer položaja B.

12

13

4.4 Razmak izmedju redova kolektora Ako se kolektori ugrađuju na ravne krovove ili na slobodnu montažu, treba odrediti razmak između redova kolektora. Razmak je potreban kako bi se izbjegla neželjena zasjenjivanja kod montaže više redova kolektora jedan iza drugoga. Za razmak izmežu redova kolektora vrijedi: ˚ ( α p+ β )) (18 0− z = h αp

z- razmak između redova kolektora, mm h- visina kolektora, mm αp -ugao visine sunca u podne, ° β -ugao nagiba kolektora, °

5. Prednosti i nedostaci(mane) solarnih panela Prednosti solarnih panela

Nedostaci solarnih panela

Solarni paneli ne proizvode zagađenje Glavna mana su početni troškovi. životne sredine. Jedino zagađenje koje se Trenutačno, cijene veoma efikasnih panela javlja rezultat je procesa proizvodnje za sakupljanje solarne energije mogu biti

solarnih panela u fabrikama, prilikom preko 1000 eura, a mnoga domaćinstva potražuju više od jednog panela. Ovo čini transporta i instalacije istih. da početna ulaganja budu značajan i nezanemarljiv faktor. Poizvodnja energije upotrebom fosilnog Sunčeva energija je u stanju da proizvodi goriva i nekih vrsta obnovljivih izvora elektricitet samo danju. To znači da u toku energije, kao što su na primer turbine na 24 sata, 12 sati solarni paneli ne mogu da vjetar, može biti veoma bučna. Sa druge proizvode energiju za vaš dom. strane proizvodnja energije upotrebom solarnih ćelija je proces koji je veoma veoma tih. Jedna od velikih prednosti sunčeve Zagađenje može da utiče na rad solarnih energije je sposobnost proizvodnje panela jer se njihova efikasnost smanjuje energije na udaljenim mestima gdje ne sa povećanjem zagađenja vazduha. Ovo postoji mogućnost priključenja na mrežu. može da bude glavni nedostatak za Jedan primjer ovoga je proizvodnja industrijsku primjenu solarnih ćelija u energije u svemiru gdje se sateliti napajaju zagađenim oblastima,u industrijskim upotrebom veoma efikasnih solarnih ćelija. zonama velikih gradova. Instalacija sunčevih panela na udaljenim Vrijeme može da utiče na količinu lokacijama je mnogo povoljnije sa proizvedene energije. stanovišta uštede novca nego zahtevi da se instaliraju visokonaponski vodovi električne energije. Sunčeva energija može biti veoma efikasna na mnogim mjestima i oblastima naše planete, a nove tehnologije omogućavaju efikasnu upotrebu solarnih panela čak i kada je vrijeme oblačno ili kada nema dovoljno direktne sunčeve svetlosti. Solarni paneli mogu biti montirani na krovovima mnogih kuća, što eliminiše problem nalaženja prostora i ulaganje u nove instalacije Još jedna izvanredna osobina sunčeve energije je njena cijena. Iako su inicijalni troškovi visoki, jednom kada se solarni paneli instaliraju oni obezbeđuju besplatnu energiju koja će isplatiti početne troškove tokom godina korišćenja iste. Korišćenje sunčeve energije omogućava nezavisnost od svetskih rezervi fosilnog goriva.

6. Zaključak Sunčevo zračenje je najveći izvor obnovljive energije na Zemlji. Sunčeva dozračena energija premašuje čak 5000 puta ukupne svjetske potrebe za energijom na godišnjem nivou. Istovremeno, sunce je i najisplativiji te najekološkiji obnovljivi izvor energije, jer je sunčeva energija gotovo besplatna i ne predstavlja opasnost za prirodu i atmosferu u vidu emisije stakleničkih plinova, radioaktivnog otpada i globalnih klimatskih promjena. Jedan od najjeftinijih i najekonomičnijih načina upotrebe obnovljivih izvora energije u domaćinstvu je upotreba energije sunca za potrošnu toplu vodu. Da bi topla voda bila dostupna tokom čitave godine, uobičajeno je energiju sunca koristiti u kombinaciji s nekim drugim izvorom energije, koji se koristi kad energija sunca nije dovoljna da voda dostigne željenu temperaturu. Solarni kolektori apsorbuju energiju sunca i pomoću nje zagrijavaju vodu ili vazduh koji dalje prenose toplotu. Najmanji kolektori imaju površinu od dva kvadratna metra i dovoljni su za zagrijvanje vode u jednom domaćinstvu. Ovakvi sistemi su naročito isplativi za turističke objekte u kojima se grije mnogo vode. Kombinacijom grijanja vazduha i vode može se postići vrlo velika ušteda.

7. Literatura 1.Milan S Ćalovic,Andrija T. Sarić,Predrag Č. Stefanov: Eksploatacija elektroenergetskih sistema u uslovima slobodnog tržišta, Beograd, 2005., 2.Majdandţić, Ljubomir: Solarni sustavi, Zagreb, Graphis d.o.o., 2010., 3.Hantula,Richard : How Do Solar Panels Work?,USA,2010. Spoljašnje veze: 1.http://www.solarni-paneli.co.rs/fn/ecoline250.html 2. http://www.solarni-sistemi.co.rs/srpski/fotonaponski-sistemi/osnovni-elementi-sistema/baterije 3. http://www.vetrogeneratori.co.rs/pdfdoc/solarni%20paneli%20i%20vetrogeneratori.pub.pdf 4. http://www.df.uns.ac.rs/files/200/snezana_nemes_-_diplomski_rad_(d-481).pdf 5.https://www.google.rs/search? q=solarni+paneli&rlz=1C1CHMO_enRS583RS583&espv=2&biw=1366&bih=599&source=lnm s&tbm=isch&sa=X&ei=pTWEVdH9F6jXywOA_4kg&ved=0CAYQ_AUoAQ (slike)